DE112019000531T5 - Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen - Google Patents

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Lang H. Nguyen
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Steven Jacobs
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Angelica M. Sanchez Garcia
Takashi Umehara
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Abstract

Eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion umfasst ein hydrophiles partikelförmiges Siliciumdioxid, ein hydrophobes partikelförmiges Siliciumdioxid mit einer Methanolzahl vom mindestens 60 und ein Dispergiermittel.

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/621,684 , eingereicht am 25. Januar 2018, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Beschichtungen werden verwendet, um starren und flexiblen Substraten vieler Zusammensetzungen eine Vielzahl von Eigenschaften zu verleihen. Korrosions- und Kratzschutz, thermische und elektrische Isolierung und verbesserte Ästhetik sind nur einige Beispiele aus einem breiten Spektrum von Beschichtungsanwendungen.
  • Mit der Entwicklung der Beschichtungsindustrie werden die Ziele und Anforderungen immer strenger. So ist es zum Beispiel wichtig, die Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) zu reduzieren, mit besonderem Schwerpunkt auf Anwendungen in Innenräumen und in der Architektur. Industrielle Anwendungen zielen auf Verbesserungen der Korrosionsbeständigkeit und anderer Schutzeigenschaften für optimierte Wartungszykluszeiten ab.
  • Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Beschichtung einer glatten Oberfläche ist der Grad des verliehenen Glanzes. In einigen Fällen kann der Glanz störend, irritierend für das Auge oder anderweitig unerwünscht sein. Bei Holz, Leder oder anderen glatten Substraten kann hoher Glanz die gewünschte Haptik beeinträchtigen. Konventionell kann der Glanz abgeschwächt werden, indem eine klare Beschichtung mit einer anderen Beschichtung überzogen wird, die einen Mattierungseffekt bereitstellt. Dies erhöht die Kosten, den Arbeitsaufwand und die Gesamtzeit zur Durchführung eines Auftrags. Ein anderer Ansatz beruht auf Mattierungsmitteln, typischerweise in Form von festen partikelförmigen Zusatzmitteln, die mit einer Beschichtungsformulierung bzw. -rezeptur kombiniert werden können, um den Glanz zu verringern. Zu den bekannten Mattierungsmitteln gehören anorganische Partikel, wie z.B. Partikel, die Metalloxide enthalten. Unter diesen wird Siliciumdioxid oft als das Mittel der Wahl angesehen.
  • Da partikelförmiges Siliciumdioxid eine geringe Dichte hat, können spezielle Techniken zur Handhabung von trockenem Siliciumdioxid notwendig sein, um die Handhabung zu erleichtern und Sicherheitsrisiken zu verringern. Die Schwierigkeit der Handhabung von trockenen Siliciumdioxid-Partikeln kann durch die Verwendung einer flüssigen Siliciumdioxiddispersion verringert werden. Solche Dispersionen können zur Herstellung von Beschichtungen und in anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen es wünschenswert ist, Siliciumdioxidpartikel gleichmäßig über eine Oberfläche zu verteilen. Die US Patentveröffentlichung Nr. 2017/0101773 , die am 13. April 2017 im Namen von Doshi veröffentlicht und hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wurde, offenbart beispielsweise Siliciumdioxid-Aerogel-Aufschlämmungen und -Dispersionen, die zur Verbesserung der Wärmeisolationseigenschaften auf Watte aufgebracht werden können. Die Aufschlämmung kann zwischen Wattierungsschichten geschichtet werden, um eine Sandwich- oder Mehrschichtstruktur zu bilden.
  • Das US Patent Nr. 7,635,411 B2 , erteilt an Field am 22. Dezember 2009, beschreibt die Verwendung einer Aufschlämmung, die Aerogel und Fasern enthält, um eine flexible isolierende Decke herzustellen.
  • Das US Patent Nr. 6,478,864 B1 , erteilt an Field am 12. November 2002 und hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen, offenbart eine Oberflächenbeschichtungszusammensetzung, die ein Harz (Cellulosics, Alkyden, Acrylen, Epoxiden, Urethanen, Polyestern und Mischungen davon); hydrophobe Metalloxidpartikel, z.B, Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aerogel, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Ceroxid und Magnesiumoxid; und einen Träger, typischerweise ein organisches Lösungsmittel, z.B. Alkohole, Ketone, Ester und Ether. Nach dem Auftragen auf ein Substrat, typischerweise Holz, wird die Zusammensetzung durch Feuchtigkeitsbeständigkeit, Beständigkeit gegen organische Alkohole und geringeren Glanz (50 Glanzeinheiten oder weniger) gekennzeichnet. In vielen Fällen ist das verwendete Mattierungsmittel ein teilweise oder vollständig hydrophobes Aerogel, das durch Modifizieren der Oberfläche eines Hydrogels mit einem Silylierungsmittel und Trocknen des oberflächenmodifizierten Gels erhalten wird. Im Patent '864 wird speziell auf die Siliciumdioxid-Aerogele Bezug genommen, die nach den Lehren der Internationalen Veröffentlichung Nr. WO 98/23366 hergestellt wurden (entsprechend dem US-Patent Nr. 7,470,725 , erteilt an Schwertfeger et al. am 30. Dezember 2008). Beide Dokumente werden hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
  • Gemäß dem U.S.-Patent Nr. 6,720,368 B2 , das am 13. April 2004 an Field erteilt wurde und hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird, umfasst eine matte, thixotrope Farbrezeptur ein Harzsystem und ein Mattierungsmittel, das ein hydrophobes Metalloxid mit einem Oberflächenrest enthält, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Trimethylsilyl, Vinyldimethylsilyl, Acryldimethylsilyl und Dimethylsilyl. Die Farbrezeptur weist thixotrope Eigenschaften auf, so dass sie bei einer Kerbhöhe von etwa 75 Mikron (µm) nicht durchhängt, wenn sie nach dem Auftragen auf ein Substrat mit einem Anti-Sag-Meter gemessen wird.
  • Das US Patent Nr. 7,462,654 B2 , das am 9. Dezember 2008 an Field erteilt wurde und hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird, beschreibt eine antikorrosive Oberflächenbeschichtungszusammensetzung, umfassend ein Harzsystem und ein hydrophobes Metalloxidaerogel, das durch ein Nassverfahren hergestellt wurde und eine Oberfläche von mindestens etwa 350 m2/g aufweist.
  • Die Oberflächenbehandlung von Siliciumdioxiden mit Silylierungsmitteln liefert ein hydrophobes Partikel, das einer Beschichtung oder Dispersion immer noch die gewünschten Eigenschaften verleihen kann. Die Dispersion hydrophober, oberflächenbehandelter Siliciumdioxidpartikel in wässrigen Medien erfordert Dispergiermittel. Solche Dispergiermittel vermitteln die Grenzfläche zwischen dem hydrophoben Siliciumdioxid und den polareren Wassermolekülen in den Medien. Solche Dispergiermittel können jedoch die Dispersion der hydrophilen Siliciumdioxidkomponenten der Beschichtung oder Dispersion stören oder die Endeigenschaften von Beschichtungen oder anderen mit der Dispersion hergestellten Gegenständen beeinträchtigen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Daher ist es wünschenswert, eine wässrige Dispersion zu haben, in der sowohl hydrophobes als auch hydrophiles Siliciumdioxid dispergiert ist, insbesondere bei hohen Beladungsgraden. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass eine solche wässrige Dispersion für die Verwendung in Beschichtungen und anderen Oberflächenbehandlungen geeignet ist, die den Substraten Eigenschaften wie Glanz, Wasserbeständigkeit und andere wünschenswerte Eigenschaften verleihen.
  • Gängige Mittel wie z.B. pyrogenes (hochdisperses) Siliciumdioxid, gefälltes Siliciumdioxid oder Wachs können verwendet werden, um den Glanz in Beschichtungen zu verringern. Je niedriger die Glanzanforderungen sind, desto höher ist jedoch die notwendige Beladung mit konventionellen Mattierungsmitteln. Diese hohen Beladungsanforderungen können wiederum zu Verarbeitungsschwierigkeiten und/oder Leistungsmängeln führen.
  • Wie oben diskutiert, beschreibt das US Patent Nr. 6,478,864 B1 Beschichtungszusammensetzungen, die Metalloxide enthalten. Darunter zeigen hydrophobe Metalloxidpartikel, z.B. ein hydrophobes Aerogel, das durch Oberflächenmodifikation des wässrigen Gels ohne vorherigen Lösungsmittelaustausch und anschließendes Trocknen erhalten wird und in den Protokollen (Ausführungsformen) von Schwertfeger et al. beschrieben wird (Internationale Veröffentlichung Nr. WO 98/23366 oder deren englischsprachiges Äquivalent, das US Patent Nr. 7,470,725 ), im Vergleich zu hydrophilen Metalloxidpartikeln eine überlegene Wasser- und Alkoholbeständigkeit. Beschichtungen, die dieses Material enthalten, werden als mattierend beschrieben. Diese Referenz unterscheidet jedoch nicht zwischen den Mattierungseigenschaften oder der Leistung verschiedener offenbarter Mittel und wirft keine Bedenken hinsichtlich möglicher Schwierigkeiten bei der Einarbeitung dieser Materialien in Dispersionen oder Beschichtungszusammensetzungen auf.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann ein hydrophobes partikelförmige Siliciumdioxid verwendet werden, dass ein hydrophobes Siliciumdioxid in Partikelform, ein pyrogenes Siliciumdioxid, ein gefälltes Siliciumdioxid oder ein kolloidales Siliciumdioxid sein kann. Die hier beschriebenen wässrigen Siliciumdioxiddispersionen und Beschichtungsdispersionen und Zusammensetzungen enthalten auch hydrophiles partikelförmiges Siliciumdioxid, z.B. pyrogenes Siliciumdioxid, kolloidales Siliciumdioxid und/oder gefälltes Siliciumdioxid. In vielen Ausführungsformen wird das partikelförmige Siliciumdioxid in einer geeigneten Dispersion bereitgestellt. Die Kombination von hydrophobem und hydrophilem partikelförmigen Siliciumdioxid kann in Dispersionen für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, z. B. in verschiedenen Beschichtungssystemen, insbesondere in wasserbasierten und/oder klaren oder pigmentierten Rezepturen wie Acrylen, Vinylen, Polyurethanen, Polyurethan/Acryl-Hybriden oder anderen, wie in der Technik bekannt oder entwickelt. Dispersionen von hydrophoben und hydrophilen Siliciumdioxiden können auch verwendet werden um Hydrophobie, zu verleihen Wasserbeständigkeit und, im Falle von hydrophobem Aerogel, zur zusätzlichen Wärmeisolierung von Textilien, einschließlich Gewebe, und Decken und anderen Wattierungsstrukturen oder zur Schaffung einer Deckenstruktur.
  • In einer Ausführungsform umfasst eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion eine Mischung aus einer wässrigen Basisdispersion, die mindestens 5 Gew.-%, beispielsweise mindestens 10 % oder mindestens 15 %, eines hydrophilen partikelförmigen Siliciumdioxids mit einem hydrophoben partikelförmigen Siliciumdioxid und einem Dispergiermittel umfasst. Das partikelförmige hydrophobe Siliciumdioxid weist eine Methanolzahl von mindestens 60, vorzugsweise mindestens 70, z.B. mindestens 80 oder mindestens 90 auf. Die Gesamtmenge an partikelförmigem Siliciumdioxid in der Dispersion beträgt mindestens 15 Gew.-%. Das Dispergiermittel enthält mindestens eine kationische oder kationisierbare Gruppe und weist ein HLB-Verhältnis von 2 bis 20 auf.
  • Alternativ oder zusätzlich umfasst eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion mindestens 5 Gew.-% eines hydrophilen partikelförmigen Siliciumdioxids, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid und gefälltem Siliciumdioxid, hydrophobem Siliciumdioxid, umfassend ein partikelförmiges Siliciumdioxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid, wobei das hydrophobe Siliciumdioxid eine Methanolzahl von mindestens 60 aufweist und ein Dispergiermittel mit mindestens einer kationischen oder kationisierbaren Gruppe und einem HLB-Verhältnis von 2 bis 20. Die Gesamtmenge an Siliciumdioxid in der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion beträgt mindestens 15 Gew.-%.
  • Eine wässrige Beschichtungszusammensetzung oder -dispersion kann jede beliebige Ausführungsform der hier beschriebenen wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion und eine Polymerkomponente enthalten und eine solche wässrige Beschichtungszusammensetzung oder -dispersion kann zur Beschichtung eines Substrats verwendet werden. Ein Bad zur Unterwassergranulierung kann eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion enthalten. Ein Textil oder eine Watte kann mit einer Behandlungszusammensetzung behandelt werden, umfassend eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion.
  • Eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen kann mit einer Polymerkomponente kombiniert werden, um eine Beschichtungszusammensetzung zu bilden. Die Beschichtungszusammensetzung kann unter Verwendung eines vorbestimmten Verfahrens auf eine Oberfläche aufgetragen werden und aushärten, wodurch eine beschichtete Oberfläche erzeugt wird. Ein bei 60° gemessener Glanz der beschichteten Oberfläche kann mindestens 15 % niedriger sein als der Glanz (60°) einer Oberfläche mit Kontrollbeschichtung. Die Oberfläche mit der Kontrollbeschichtung wird mit einer Kontrollbeschichtungszusammensetzung hergestellt, die ohne partikelförmiges Siliciumdioxid hergestellt, aber auf dieselbe Weise aufgetragen wird, d.h. unter Verwendung derselben Vorrichtung mit demselben Protokoll bzw. Ablauf wie bei dem vorbestimmten Verfahren.
  • Alternativ oder zusätzlich umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung das Kombinieren einer wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen mit einer Polymerkomponente zur Bildung der Beschichtungszusammensetzung.
  • Alternativ oder zusätzlich umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion das Mischen a) eines hydrophoben Siliciumdioxids, umfassend ein partikelförmiges Siliciumdioxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid, b) ein Dispergiermittel mit mindestens einer kationischen oder kationisierbaren Gruppe und einem HLB-Verhältnis von 2 bis 20 und c) eine wässrige Basisdispersion, die mindestens 5 % hydrophiles partikelförmiges Siliciumdioxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid und gefälltem Siliciumdioxid, enthält, um eine Mischung zu bilden. Das hydrophobe Siliciumdioxid weist eine Methanolzahl von mindestens 60 auf und der gesamte Siliciumdioxid-Gehalt der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion beträgt mindestens 15 Gew.-%.
  • In jeder Ausführungsform der vorliegenden Dispersionen und Verfahren kann die wässrige Basendispersion ein saures und/oder basisches Stabilisierungsmittel umfassen, zum Beispiel Ammoniak, Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Salzsäure. Eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion kann weniger als 10% eines C1-C4-Alkylalkohols umfassen und/oder kann ein zusätzliches partikelförmiges Siliciumdioxid umfassen, z.B. pyrogenes Siliciumdioxid, kolloidales Siliciumdioxid, gefälltes Siliciumdioxid, wobei das zusätzliche partikelförmige Siliciumdioxid eine Methanolzahl von weniger als 50 aufweisen kann. Das Dispergiermittel kann Ethylenoxid- und Propylenoxid-Oligomere enthalten und das Molverhältnis von Ethylenoxid-Meren und Propylenoxid-Meren kann von 0,1 bis 11 betragen.
  • Das hydrophobe partikelförmige Siliciumdioxid kann ein hydrophobes Siliciumdioxid-Aerogel in Partikelform enthalten, das eine Porosität von mindestens 90 %, eine Partikeldichte von 120 bis 150 kg/m3 und eine BET-Oberfläche von 700 bis 800 m2/g aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann das hydrophobe Partikel Formel gibt Siliciumdioxid ein hydrophobes behandeltes pyrogenes Siliciumdioxid enthalten, die beispielsweise mit einer Siloxanverbindung, Hexamethyldisilazan oder einem Alkyltrialkoxy- oder Alkyldialkoxysilan behandelt wurde. Das Gewichtsverhältnis von hydrophobem Siliciumdioxid zu hydrophilem Siliciumdioxid kann von 5:95 bis 95:5 betragen. Das Gewichtsverhältnis von hydrophobem Siliciumdioxid zu Wasser in der Dispersion kann mindestens 1:10 betragen.
  • In jeder Ausführungsform der hier beschriebenen Beschichtungszusammensetzungen oder Dispersionen kann der Gesamtgehalt an partikelförmigen Siliciumdioxid 0,1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Feststoffe, betragen und/oder die Zusammensetzung kann ferner mindestens ein zusätzliches Mattierungsmittel enthalten. Die Polymerkomponente kann klar sein und kann eine Acrylformulierung bzw. -rezeptur, eine Vinylformulierung bzw. - rezeptur, eine Polyurethanformulierung bzw. -rezeptur oder eine Acryl/Polyurethan-Hybridformulierung bzw. -rezeptur enthalten. Nach dem Trocknen kann die resultierende Beschichtung einen bei 60° gemessenen Glanz aufweisen, der mindestens 15 % niedriger ist als der einer getrockneten Kontrollzusammensetzung oder Dispersion, die auf die gleiche Weise, jedoch ohne partikelförmiges Siliciumdioxid, hergestellt wurde.
  • Eine Beschichtungszusammensetzung oder Dispersion gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen kann in einer oder mehreren Schichten auf eine Oberfläche aufgetragen werden. Bei der Herstellung der Beschichtungszusammensetzung kann die Polymerkomponente in Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion vorliegen. Oberflächen, die mit der Beschichtungszusammensetzung beschichtet sind, können eine König-Härte aufweisen, die mindestens 94 % so hoch ist wie die einer Oberfläche mit Kontrollbeschichtung. Die Oberfläche mit Kontrollbeschichtung wird mit einer Kontrollbeschichtungszusammensetzung mit derselben Zusammensetzung, jedoch ohne partikelförmiges Siliciumdioxid, hergestellt, die jedoch auf dieselbe Weise aufgetragen wird, d.h. unter Verwendung derselben Vorrichtung mit demselben Protokoll wie für die Beschichtungszusammensetzung gemäß einer hier bereitgestellten Ausführungsform.
  • Die Durchführung der Erfindung bietet viele Vorteile. Zum Beispiel können die hier beschriebenen Dispersionen, Behandlungszusammensetzungen und Beschichtungszusammensetzungen leicht hergestellt werden, wobei man sich oft auf handelsübliche Vorläufer stützt, und können nach Standardprotokollen aufgetragen und gehärtet werden.
  • Die verwendeten hydrophoben Siliciumdioxidmaterialien können im Vergleich zu weit verbreiteten Siliciumdioxiden eine verbesserte Markierungswirkung bieten. Darüber hinaus können sie in Kombination mit anderen Mattierungsmitteln ohne nennenswerte Schwierigkeiten im Herstellungsverfahren eingesetzt werden. Selbst bei geringen Beladungen mit hydrophobem partikelförmigen Siliciumdioxid können wirksame Verringerungen des Glanzes erzielt werden, wodurch Kosteneinsparungen realisiert werden können. Im Gegenzug erhöhen niedrige Beladungen auch die Möglichkeiten, die Flexibilität und die Freiheit andere einzuarbeiten, ohne dass Antiabsetzmittel erforderlich sind.
  • Das hydrophobe Siliciumdioxid kann zu verschiedenen Arten von Beschichtungs- und Behandlungszusammensetzungen am Verwendungsort oder während der Herstellung des Beschichtungs- oder Behandlungssystems oder einer Komponente davon zugegeben werden. Es weist eine hervorragende Dispersionsgleichmäßigkeit, hohe Transparenz, Klarheit und Rezepturflexibilität in vielen Medien auf. Lange Beschichtungslebensdauer, minimale Feuchtigkeitsadsorption, gute Lagerfähigkeit und reduzierte VOC-Emissionen sind weitere vorteilhafte Eigenschaften. Insbesondere Aerogel kann eine extreme Hydrophobie, hohe Porosität und ausgezeichnete Lichtstreueigenschaften bewirken.
  • Bei Verwendung in Verbindung mit hydrophilem partikelförmigen Siliciumdioxid, wie z.B. pyrogenem Siliciumdioxid, hat das hier beschriebene hydrophobe Siliciumdioxid wenig oder keinen negativen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften und stellt z.B. Beschichtungen bereit, mit Eigenschaften wie König-Härte, Bleistifthärte und andere, die zumindest vergleichbar und manchmal sogar besser als ihre glänzenden Gegenstücke sind. Der erzielte abgeschwächte Glanz kann Glanz-, Blend- und Spiegeleffekte reduzieren oder eliminieren, wodurch die visuelle Ermüdung verringert und/oder eine gewünschte Ästhetik erzielt werden kann. Häufig sind matte Oberflächen weniger anfällig dafür, mit der Zeit unansehnlich zu werden, können kleine Kratzer oder andere Unvollkommenheiten besser kaschieren und können haptisch oder optisch ansprechende Effekte auf Holz, Leder und anderen glatten Oberflächen hervorrufen.
  • Matte Beschichtungen können in einigen Fällen eine hohe Abriebfestigkeit, Korrosions-, Chemikalien- und/oder Fleckenbeständigkeit, UV- und/oder Hochtemperaturstabilität und/oder Stabilität in Gegenwart von Wasser oder feuchten Bedingungen aufweisen. In vielen Fällen, insbesondere bei Formulierungen bzw. Rezepturen auf Wasserbasis, kann ihre Anwendung ohne anstößige VOC-Emissionen durchgeführt werden.
  • Während eine alternative Praxis zur Mattierung das Aufbringen eines Decklacks mit niedrigem Glanz auf eine glänzende Unterlage erfordert, vereinfacht ein Mattierungsmittel, das vor der Aushärtung leicht in das Beschichtungssystem eingearbeitet werden kann, dass Beschichtungsverfahren erheblich, reduziert die Arbeitskosten, eliminiert die zusätzliche Wartezeit und verringert die Möglichkeiten unbeabsichtigter Schäden, die mit dem Trocknen von mehr als einer Beschichtung verbunden sind.
  • Alternativ oder zusätzlich können die wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen gemäß jeder hier enthaltenen Ausführungsform zur Herstellung einer Behandlungszusammensetzung für eine Textilie oder eine Watte verwendet oder als ein Bad zur Unterwassergranulierung eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können solche wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Herstellung einer nassgelegten Decke verwendet werden.
  • Das obige und andere Merkmale der Erfindung, einschließlich verschiedener Konstruktionsdetails und Kombinationen von Teilen und andere Vorteile, werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben und in den Ansprüchen hervorgehoben. Es sollte deutlich werden, dass das besondere Verfahren und Vorrichtung, die die Erfindung verkörpert, zur Veranschaulichung und nicht als Beschränkung der Erfindung dargestellt werden. Die Prinzipien und Merkmale dieser Erfindung können in verschiedenen und zahlreichen Ausführungsformen verwendet werden, ohne sich vom Umfang der Erfindung zu entfernen.
  • Figurenliste
  • In den begleitenden Zeichnungen beziehen sich die Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; stattdessen wurde der Schwerpunkt auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt. In den Figuren:
    • 1 und 2 sind Balkendiagramme des Glanzes bei 20° bzw. bei 60° einer Kontrollbeschichtung auf Polyurethanbasis (A) und von Beschichtungen auf Polyurethanbasis, die unter Verwendung einer CAB-O-SPERSE® PG 022 Basisdispersion in Kombination mit einem hergestellt wurden, ausgewählt aus Aerogel (1,5 Gew.-% Aerogel (B) und 3,0 Gew.-% Aerogel (C); Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid (1,5 Gew.-% Aerogel (D) und 3,0 Gew.-% Aerogel (E); und Aerogel und Wachs (1,5 Gew.-% Aerogel (F) und 3,0 Gew.-% Aerogel (G)).
    • 3 zeigt ein Balkendiagramm der Trübung einer Kontrollbeschichtung auf Polyurethanbasis (A) und von Beschichtungen auf Polyurethanbasis, die unter Verwendung einer CAB-O-SPERSE® PG 022 Basisdispersion in Kombination einem hergestellt wurden, ausgewählt aus Aerogel (1,5 Gew.-% Aerogel (B) und 3,0 Gew.-% Aerogel (C); Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid (1,5 Gew.-% Aerogel (D) und 3,0 Gew.-% Aerogel (E); und Aerogel und Wachs (1,5 Gew.-% Aerogel (F) und 3,0 Gew.-% Aerogel (G)).
    • 4 zeigt ein Balkendiagramm der König-Härtedaten, die für eine Kontrollbeschichtung auf Polyurethanbasis (A) und für Beschichtungen auf Polyurethanbasis, die unter Verwendung einer CAB-O-SPERSE® PG 022 Basisdispersion in Kombination einem hergestellt wurden, ausgewählt aus Aerogel (1,5 Gew.-% Aerogel (B) und 3,0 Gew.-% Aerogel (C); Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid (1,5 Gew.-% Aerogel (D) und 3,0 Gew.-% Aerogel (E); und Aerogel und Wachs (1,5 Gew.-% Aerogel (F) und 3,0 Gew.-% Aerogel (G)).
    • 5 und 6 zeigen Balkendiagramme des Glanzes bei 20° bzw. 60° für eine Kontrollbeschichtung (A), Beschichtungen, hergestellt gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung (B-G) und Vergleichsbeschichtungen (H-M), hergestellt unter Verwendung herkömmlicher Mattierungsmittel, wie folgt:
  • B 1,9 % Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion P in Harzformulierung
  • C 3,7 % Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion P in Harzformulierung
  • D 7,4 % Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion P in Harzformulierung
  • E 1,8 % Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion Q in der Harzformulierung
  • F 3,7 % Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion Q in der Harzformulierung
  • G 7,4 % Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion Q in der Harzformulierung
  • H 5 % Vergleich-R in der Harzformulierung
  • I 10 % Vergleich-R in der Harzformulierung
  • J 20 % Vergleich-R in der Harzformulierung
  • K 5 % Vergleich-S in der Harzformulierung
  • L 10 % Vergleich-S in der Harzformulierung
  • M 20 % Vergleich-S in der Harzformulierung.
  • 7 zeigt ein Balkendiagramm der Trübung einer Kontroll-Polyurethanbeschichtung, von Beschichtungen, hergestellt gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung und von Vergleichsbeschichtungen, hergestellt mit herkömmlichen Mattierungsmitteln, wie in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
  • 8 und 9 zeigen Balkendiagramme der Flash-off König-Härte bzw. der Entwicklung der König-Härte einer Kontrollbeschichtung, von Beschichtungen, hergestellt gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung und von Vergleichsbeschichtungen, hergestellt mit herkömmlichen Mattierungsmitteln, wie in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
  • 10 zeigt eine Reihe von Balkendiagramm in der Entwicklung der König-Härte über die Zeit einer Kontrollbeschichtung auf Acrylbasis (AA), von Beschichtungen auf Acrylbasis, hergestellt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung (AB, AC, AD) und von Vergleichsbeschichtungen auf Acrylbasis, hergestellt mit einem konventionellen Mattierungsmittel (AE, AF, AG) (AB und AE: 1,84 Gew.-% festes Mattierungsmittel in Bezug auf Harz; AC und AF: 3,69 Gew.-%; AD und AG: 7,38 Gew.-%).
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • In einer Ausführungsform umfasst eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion mindestens 5 Gew.-%, beispielsweise mindestens 10 % oder mindestens 15 % eines ersten hydrophilen partikelförmigen Siliciumdioxids und hydrophoben partikelförmigen Siliciumdioxid. Das hydrophobe partikelförmige Siliciumdioxid weist eine Methanolzahl von mindestens 60, vorzugsweise mindestens 70, z.B. mindestens 80 oder mindestens 90 auf. Die Gesamtmenge an partikelförmigem Siliciumdioxid in der Dispersion beträgt mindestens 15 Gew.-%. Die Dispersion enthält ein Dispergiermittel mit mindestens einer kationischen oder kationisierbaren Gruppe und einem HLB-Verhältnis von 2 bis 20.
  • Das Lösungsmittel der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion besteht zu mindestens 70 % aus Wasser, beispielsweise zu mindestens 80 % aus Wasser, zu mindestens 90 % aus Wasser, zu mindestens 95 % aus Wasser oder zu mindestens 99 % aus Wasser. Die Verwendung zusätzlicher Lösungsmittel, insbesondere kürzerer Alkylalkohole, kann zur Verdunstung unerwünschter organischer Spezies führen, wenn die Dispersion oder damit hergestellte Formulierungen beim Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrat getrocknet oder gehärtet werden. Dennoch können Lösungsmittel mit höheren Siedepunkt bei der Dispersion von Harzen und anderen Bestandteilen von Formulierungen, mit denen die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion verwendet wird, hilfreich sein. Die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion kann außerdem einen Entschäumer enthalten.
  • Siliciumdioxid, ein anorganisches Material mit Siliciumdioxid (SiO2) als Grundstruktureinheit, existiert in einer Vielzahl von molekularen Formen, zu denen z.B. Monomere, Dimere, Oligomere, cyclische Formen und Polymere gehören. Darüber hinaus kann Siliciumdioxid amorph, kristallin, hydratisiert, solvatisiert oder trocken sein und kann in einer Vielzahl von partikelförmigen und aggregierten Zuständen vorliegen.
  • Von besonderem Interesse ist hier das „pyrogene“ oder „hochdisperse“ Siliziumdioxid, ein Material, das typischerweise eine Partikelgröße von 2-20 nm hat und aus der Dampfphase gebildet wird. Ein solches Siliciumdioxid kann hier als das hydrophile oder, mit geeigneter Oberflächenbehandlung, als das hydrophobe Siliciumdioxid in den wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen und anderen Zusammensetzungen verwendet werden. In einem Herstellungsverfahren wird Siliciumdioxid (normalerweise Sand) bei etwa 2000°C verdampft und abgekühlt, um wasserfreie amorphe Siliciumdioxidpartikel zu bilden. Alternativ kann Siliciumdioxid bei etwa 1500°C in Gegenwart eines Reduktionsmittels (z.B. Koks) sublimiert werden, um SiO zu bilden, das zu partikelförmigen Siliciumdioxid oxidiert werden kann. Andere Verfahren zur Herstellung von pyrogenem Siliciumdioxid sind z.B. die Oxidation von SiCl4 bei hohen Temperaturen oder das Verbrennen von SiCl4 in Gegenwart von Methan oder Wasserstoff.
  • Ein gut dokumentiertes Verfahren zur Herstellung von pyrogenem Metalloxiden umfasst die Hydrolyse von geeignetem Einsatzmaterialdampf (wie z.B. Aluminiumchlorid für ein pyrogenes Aluminiumoxid oder Siliziumtetrachlorid für pyrogenes Siliciumdioxid) in einer Flamme aus Wasserstoff und Sauerstoff. Bei dem Verbrennungsverfahren bilden sich geschmolzene Partikel von ungefähr kugelförmiger Form und die Partikeldurchmesser können durch die Steuerung der Verfahrensparameter variiert werden. Diese geschmolzenen Kugeln, die als Primärpartikel bezeichnet werden, verschmelzen miteinander, indem sie an ihren Kontaktstellen Zusammenstöße erfahren, um verzweigte, dreidimensionale, kettenartige Aggregate zu bilden. Die Bildung der Aggregate gilt durch die Verschmelzung der Primärpartikel als irreversibel. Während des Abkühlens und Sammelns erfahren die Aggregate weitere Kollisionen, die zu einigen mechanischen Verstrickungen führen können, um Agglomerate zu bilden. Man geht davon aus, dass diese Agglomerate durch van der Waals-Kräfte locker zusammengehalten werden und durch geeignete Dispersion in einem geeigneten Medium umgekehrt, d.h. deagglomeriert, werden können.
  • Es wurden alternative Verfahren zur Herstellung pyrogener Siliciumdioxid Partikel entwickelt, wie sie z.B. in den US-Patenten Nr. 4,755,368, 6,551,567 und 6,702,994, Patentveröffentlichungen Nr. 20110244387 , in Mueller, et al., „Nanoparticle synthesis at hoch production rates by flame spray pyrolysis", Chemical Engineering Science, 58: 1969 (2003), in Naito, et al, „New Submicron Silica Produced by the Fumed Process", veröffentlicht in NIP 28: International Conference on Digital Printing Technologies and Digital Fabrication 2012, 2012, S. 179-182, und in Kodas und Hampden-Smith, Aerosol Processing of Materials, Wiley-VCH, 1998, beschrieben sind, deren Inhalte alle durch Bezugnahme aufgenommen sind. Andere Verfahren zur Herstellung pyrogener Siliciumdioxid Partikel sind bekannt.
  • In einigen Ausführungsformen weisen pyrogene Siliciumdioxid zur Verwendung in den hier beschriebenen Dispersionen und Beschichtungen eine BET-Oberfläche von 50 bis 550 m2/g auf, wie z.B. von 75 bis 150, 150 bis 250, 250 bis 350 oder 350 bis 400 m2/g. Die massegemittelte Aggregatgröße kann von 130 Nanometer (nm) bis 240 nm betragen, wie z.B. 150 bis 210 nm, gemessen durch Photonenkorrelationsspektroskopie.
  • Nicht beschränkende Beispiele für pyrogene Siliciumdioxide sind CAB-O-SIL® pyrogene Siliciumdioxide bzw. Kieselsäuren von Cabot Corporation, HDK® pyrogene Siliciumdioxid bzw. Kieselsäuren Produkte von Wacker Chemie AG und AEROSIL® pyrogene Siliciumdioxid bzw. Kieselsäuren von Evonik Industries, Essen, Deutschland.
  • Partikelförmige Siliciumdioxide, die keine pyrogene Siliciumdioxide sind, können auch als das hydrophile oder, mit geeigneter Oberflächenbehandlung, als das hydrophobe Siliciumdioxid in den vorliegenden wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen und anderen vorliegender Zusammensetzungen verwendet werden. In einem Beispiel ist das hydrophile, partikelförmige Siliciumdioxid ein kolloidales Siliciumdioxid. Wie in der Technik bekannt, sind kolloidale Metalloxidpartikel wie Siliciumdioxidpartikel typischerweise nicht aggregierte, einzeln diskrete (primäre) Partikel, die typischerweise kugelförmig oder nahezu kugelförmig sind, aber auch andere Formen aufweisen können (z.B. Formen mit im Allgemeinen elliptischen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitten). Aggregierte kolloidale Siliciumdioxide können auch in den hier bereitgestellten Dispersionen und Beschichtungen verwendet werden. Kolloidale Siliciumdioxide sind kommerziell erhältlich oder können durch bekannte Verfahren aus verschiedenen Ausgangsmaterialien hergestellt werden (z.B. Siliciumdioxide im Nassverfahren). Kolloidale Siliciumdioxidpartikel werden typischerweise auf ähnliche Weise wie gefällte Metalloxidpartikel hergestellt (d.h. sie werden aus einem wässrigen Medium koaguliert), bleiben aber in einem flüssigen Medium (oft Wasser allein oder mit einem Co-Lösungsmittel und/oder Stabilisierungsmittel) dispergiert. Metalloxidpartikel können z.B. aus Siliciumdioxid hergestellt werden, die aus einer Alkalisilikatlösung mit einem pH-Wert von etwa 9 bis etwa 11 stammt, wobei die Silikatanionen polymerisiert werden, um diskrete Siliciumdioxidpartikel mit der gewünschten mittleren Partikelgröße in Form einer wässrigen Dispersion herzustellen. Typischerweise wird das kolloidale Siliciumdioxid-Ausgangsmaterial als Sol verfügbar sein, das eine Dispersion von kolloidalem Siliciumdioxid in einem geeigneten Lösungsmittel, meist Wasser allein oder mit einem Hilfslösungsmittel und/oder Stabilisierungsmittel, ist. Siehe z.B. Stoeber, et al., „Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range", Journal of Colloid and Interface Science, 26, 1968, S. 62-69, Akitoshi Yoshida, Silica Nucleation, Polymerisation, and Growth Preparation of Monodispersed Sols, in Colloidal Silica Fundamentals and Applications, S. 47-56 (H. E. Bergna & W. O. Roberts, eds., CRC Press: Boca Raton, Fla., 2006), und Iler, R. K., The Chemistry of Silica, S. 866 (John Wiley & Sons: New York, 1979). Zu den nicht einschränkenden Beispielen kommerziell erhältlicher kolloidaler Siliciumdioxide, die für die Verwendung in der Erfindung geeignet sind, gehören SNOWTEX@-Produkte von Nissan Chemical, LUDOX®-Produkte von W.R. Grace & Co., NexSil™ und NexSil™. Produkte einer Serie, die von Nyacol Nanotechnologies, Inc. erhältlich sind, Quartron™ Produkte, die von Fuso Chemical erhältlich sind, und Levasil®-Produkte, die von AkzoNobel erhältlich sind. Typische Primärpartikelgrößen von kolloidalen Siliciumdioxiden, die für die Verwendung mit den hierin vorgesehenen wässrigen Dispersionen geeignet sind, liegen im Bereich von 5 nm bis 300 nm, zum Beispiel 10 nm bis 100 nm, 20 nm bis 80 nm, 30 nm bis 250 nm, 60 nm bis 200 nm, 150 nm oder weniger, 130 nm oder weniger oder 100 nm oder weniger.
  • Gefälltes Siliciumdioxid kann auch als das hydrophile oder, mit geeigneter Oberflächenbehandlung, als das hydrophobe Siliciumdioxid in den wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion und anderen vorliegenden Zusammensetzungen verwendet werden. Gefällte Siliciumdioxidpartikel können unter Verwendung herkömmlicher Techniken hergestellt werden und werden oft durch Koagulation der gewünschten Partikel aus einem wässrigen Medium unter dem Einfluss hoher Salzkonzentrationen, Säuren oder anderer Koagulationsmittel gebildet. Die Siliciumdioxidpartikel werden mit konventionellen Techniken, die den Fachleuten bekannt sind, gefiltert, gewaschen, getrocknet und von Rückständen anderer Reaktionsprodukte getrennt. Ausgefällte Partikel werden oft in dem Sinne aggregiert, dass zahlreiche Primärpartikel zu einem etwas kugelförmigen, aggregierten Cluster koagulieren. Fachleute mit normalem Fachwissen werden leicht erkennen, dass sich solche aggregierten Cluster strukturell von hochdispersen oder pyrogen hergestellten Partikeln unterscheiden, bei denen es sich um kettenartige Strukturen aus aggregierten Primärpartikeln handelt, in denen die Primärpartikel miteinander verschmolzen sind. Nicht beschränkende Beispiele für kommerziell erhältliche gefällte Siliciumdioxide umfassen Hi-Sil®-Produkte von PPG Industries, Inc., Perkasil®-Produkte von WR Grace & Co., Zeosil®-Produkte von Solvay S.A., Hubersil®-Produkte von JM Huber Corp. und SIPERNAT®-Produkte von Evonik Industries. Gefällte Siliciumdioxide zur Verwendung in den hier beschriebenen wässrigen Dispersionen können eine Oberfläche (BET) von 20 m2/g bis 450 m2/g aufweisen, z.B. 30 m2/g bis 400 m2/g, 60 m2/g bis 250 m2/g oder 80 m2/g bis 200 m2/g.
  • Die hydrophile Siliciumdioxidkomponente oder ein Teil davon kann in einer Dispersion bereitgestellt werden, die hier allgemein als „Ausgangs-“ oder „Basis“-Dispersion, -Formulierung bzw.-Rezeptur oder -Zusammensetzung bezeichnet wird. Wie hier verwendet, bezieht sich eine „Dispersion“ auf ein System, in dem Partikel in einer kontinuierlichen Phase mit einer anderen Zusammensetzung (oder Zustand) mit wenig oder keinem Absetzen dispergiert werden. In vielen Fällen ist die hier verwendete Dispersion wässrig und enthält in spezifischen Beispielen Wasser in einer Menge von mindestens 50 Gew.-%, z.B. von 50 bis 95 Gew.-%, wie 55 bis 80, 85 oder 90 Gew.-%.
  • Die Menge an hydrophilem Siliciumdioxid in der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion kann variieren. In vielen Ausführungsformen ist Siliciumdioxid in der Dispersion in einer Menge von mindestens 5 Gew.-%, mindestens 10 Gew.-%, mindestens 15 Gew.-% oder mindestens 20 Gew.-% vorhanden, z.B. 5 bis 40 Gew.-%, 10 bis 30 Gew.-%, 15 bis 25 Gew.-% oder weniger, 5 bis 20 Gew.-%, 10 bis 17 Gew.-%, 5 bis 12 Gew.-% oder 5 bis 10 Gew.-%. Spezifische Beispiele verwenden eine hydrophile Siliciumdioxidbeladung von 10 bis 35 Gew.-%, z.B. von 12 bis 30 Gew.-%; von 10 bis 25 Gew.-%; oder von 15 bis 20 Gew.-%. Andere Beladungsstufen können ausgewählt werden.
  • Zusätzlich zu hydrophilem partikelförmigem Siliciumdioxid und Wasser kann die Ausgangsdispersion einen Entschäumer enthalten. Die Dispersion kann frei von zugegebenen Dispergiermitteln und Tensiden sein und kann z.B. mit einer Säure wie Salzsäure oder anderen oder einer Base wie Ammoniak oder Kalium- oder Ammoniumhydroxid oder anderen elektrostatisch stabilisiert werden. Es können auch Kombinationen von Säuren und Basen verwendet werden.
  • Hydrophile partikelförmige Siliciumdioxiddispersionen können sauer oder basisch sein, mit beispielhaften pH-Werten von 3,5 bis 10,5 oder 11. In einigen Anwendungen weist die gewählte Ausgangsdispersion einen pH-Wert von weniger als 7, z.B. 6 oder weniger auf, z.B. 4 oder weniger, wie z.B. von 3 bis 9 oder von 5 bis 8. In anderen Anwendungen weist die gewählte Ausgangsdispersion einen pH-Wert von 7 bis 11, z.B. von 8 bis 10,5 auf. Die Siliciumdioxid enthaltende Dispersion kann im Hinblick auf die Art des verwendeten hydrophilen Siliciumdioxid, die Beladung, den pH-Wert, die Viskosität, die Endverwendungen und/oder andere Parameter optimiert werden und kann pyrogenes Siliciumdioxid, kolloidales Siliciumdioxid oder gefälltes Siliciumdioxid enthalten. In weiteren Ausführungsformen enthält die Ausgangsdispersion zwei oder mehr Arten von Siliciumdioxid. Zu den gebrauchsfertigen, kommerziell erhältlichen Dispersionen, die pyrogenes Siliciumdioxid enthalten, gehören CAB-O-SPERSE®-Produkte, erhältlich von Cabot Corporation erhältlich, und AERODISP®-Produkte, erhältlich von Evonik Industries. Siliciumdioxid kann auch mit einem geeigneten Mischer oder einer Mühle, wie z.B. einer Rotor-Stator-Mühle, in Wasser dispergiert werden.
  • In einer Ausführungsform wird eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion durch Mischen einer Dispersion von hydrophilem partikelförmigen Siliciumdioxid, z.B. einer Basisdispersion, wie oben beschrieben, mit hydrophobem partikelförmigem Siliciumdioxid hergestellt. Die gesamte Menge an hydrophobem Siliciumdioxid kann auf einmal in die Basisdispersion oder, in einigen Ausführungsformen, in zwei oder mehr Stufen eingearbeitet werden.
  • In einer Ausführungsform können zur Bereitstellung von hydrophobe partikelförmigen Siliciumdioxid unbehandelte pyrogene, gefällte oder kolloidale Siliciumdioxidpartikel (die typischerweise hydrophil sind) mit einem Mittel behandelt werden, das sich mit der Siliciumdioxidoberfläche assoziiert oder kovalent an diese bindet, um z.B. einige hydrophobe Eigenschaften hinzuzufügen. Siliciumdioxid-Behandlungsmittel können jedes geeignete Siliciumdioxid-Behandlungsmittel sein und können kovalent an die Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel gebunden sein oder als nicht kovalent gebundener Überzug vorliegen. Typischerweise ist das Siliciumdioxid-Behandlungsmittel entweder kovalent oder nicht-kovalent an das Siliciumdioxid gebunden.
  • In vielen Fällen kann das Siliciumdioxid-Behandlungsmittel ein Silikonfluid sein, z.B. ein nicht funktionalisiertes Silikonfluid oder ein funktionalisiertes Silikonfluid, ein zyklisches Siloxan, hydrophobierende Silane, funktionalisierte Silane, Silazane oder andere Siliciumdioxid-Behandlungsmittel, wie sie z.B. in der Technik bekannt sind.
  • In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Siliciumdioxid-Behandlungsmittel ein hydrophobierendes Silan. Zum Beispiel kann das Siliciumdioxid-Behandlungsmittel eine Verbindung der Formel: R4-nSiXn sein, worin n 1-3 ist, jedes R unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Wasserstoff, einer C1-C18-Alkylgruppe, einer C3-C18-Halogenalkylgruppe und einer aromatischen C6-C14-Gruppe und jedes X unabhängig eine C1-C18-Alkoxygruppe oder Halogen ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Siliciumdioxid-Behandlungsmittel ein funktionalisiertes Silan. Das funktionalisierte Silan kann mindestens eine funktionelle Gruppe umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylat, Methacrylat, Amino, Anhydrid, Epoxy, Halogen, Hydroxyl, Schwefel, Vinyl, Isocyanat und Kombinationen davon. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Siliciumdioxid-Behandlungsmittel ein Silazan, z.B. kann das Siliciumdioxid-Behandlungsmittel Hexamethyldisilazan, Octamethyltrisilazan, ein cyclisches Silazan und dergleichen sein. Die Behandlung von pyrogenen Siliciumdioxiden kann auch eine Umkehrung der Ladung auf den Partikeln bewirken, z.B. von negativ auf positiv. Bevorzugte hydrophobe Behandlungsmittel für Siliciumdioxide zur Verwendung als hydrophobes Siliciumdioxid in verschiedenen Ausführungsformen umfassen Hexamethyldisilazan, Alkyltrialkoxysilane und Alkyldialkoxysilane wie Octamethyltrimethoxysilan, Hexamethyldisiloxan und Siloxanverbindungen einschließlich, aber nicht beschränkt auf zyklische Siloxane, Silikonflüssigkeiten und Siloxanpolymere einschließlich Polydimethylsiloxan und funktionalisierte Siloxanpolymere wie mono- und difunktionelle PDMS mit HydroxylEndgruppen und Dimethylsiloxan-Copolymere einschließlich Methylhydrosiloxan und/oder Methylhydroxylsiloxan-Mere.
  • Hydrophobe Siliciumdioxide sind kommerziell unter dem Namen CAB-O-SIL von Cabot Corporation, dem Namen HDK von Wacker Chemie AG und dem Namen Aerosil von Evonik Industries erhältlich. Beispiele für hydrophobe pyrogene Siliciumdioxide sind die Siliciumdioxide CAB-O-SIL TS-720, TS-382 und TS-530 von Cabot. Kommerzielle hydrophobe gefällte Siliciumdioxide sind unter dem Namen Agilon von PPG Industries, Inc. und dem Namen Coupsil von Evonik Industries erhältlich. Hydrophobe kolloidale Siliciumdioxide können wie in den US-Patenten Nr. 7811540, 8202502, 8435474, 8455165 und 8895145 sowie in der US-Veröffentlichung Nr. 2008/0070146 beschrieben hergestellt werden, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Alternativ oder zusätzlich ist das hydrophobe partikelförmige Siliciumdioxid ein hydrophobes Aerogel. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Aerogel“ auf ein Gel mit Luft als Dispersionsmedium. Geeignete Aerogele, die verwendet werden können, sind z.B. im U.S. Patent Nr. 7,470,725 beschrieben, dessen gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. Wie in diesem Patent gelehrt wird, kann das Aerogel durch Modifizieren der Oberfläche eines Hydrogels und Trocknen des modifizierten Gels hergestellt werden.
  • In vielen hier offenbarten Ausführungen ist das Aerogel vollständig (vollständig oder ganz) hydrophob. Ein solches Aerogel weist einen sehr hohen Bedeckungsgrad der inneren Oberfläche auf, der dem theoretisch möglichen Bedeckungsgrad nahekommt. Wie hier verwendet, ist der Bedeckungsgrad die Anzahl der organischen Oberflächengruppen pro Quadratnanometer der inneren Oberfläche der Aerogele. Die Bestimmung des Bedeckungsgrades kann wie im '725-Patent beschrieben durchgeführt werden.
  • Typischerweise weist das verwendete Aerogel eine hohe Porosität auf, z.B. mindestens 90 %, z.B. von 90 % bis 95 %, z.B. von 91 % bis 95 %; von 92 % bis 95 %; von 93 % bis 95 %; oder von 94 % bis 95 %. Aerogel mit einer Porosität von mehr als 95 % kann ebenfalls verwendet werden.
  • Vorzugsweise wird das hydrophobe Aerogel als partikelförmiges Material (Granulat) bereitgestellt. Beispielhafte Aerogele, die verwendet werden können, weisen die in Tabelle 1 unten aufgeführten Eigenschaften auf: Tabelle 1
    Partikelgröße Mikrometer bis Millimeter
    Oberflächenchemie Hydrophobie
    Porosität 90-95 %
    Oberfläche 700-800 m2/g
    Partikeldichte 120-150 kg/m3
    Optisch Durchsichtig oder undurchsichtig
    Thermische Leitfähigkeit 12 mW/m·K
    Kontaktwinkel 150°
    Ölabsorption 540-650 g DBP/100 g Partikel
    Betriebstemperatura -196°C bis 300°C
    a: zur Erhaltung der Hydrophobie
  • Wie bekannt, sind opake Materialien weder transparent noch transluzent. Vielmehr werden alle sichtbaren Lichtwellen, die auf eine opake Oberfläche gerichtet sind, absorbiert und/oder reflektiert, wobei keines durchgelassen wird. Im Gegensatz dazu lassen transparente und transluzente Materialien sichtbare Lichtwellen durch. Im Falle der Transluzenz wird das Licht jedoch gestreut und im Allgemeinen sind Objekte auf der anderen Seite eines transluzenten Materials nicht klar sichtbar.
  • Viele Aerogele sind kommerziell erhältlich. In speziellen Ausführungen sind geeignete Aerogelen in Partikelform von der Cabot Corporation unter Bezeichnungen wie Enova®-Aerogel erhältlich. Spezifische Beispiele umfassen ENOVA® MT 1100 Aerogel, ENOVA® MT 1200 Aerogel, ENOVA IC3130 Aerogel, ENOVA IC3110 Aerogel, ENOVA IC3120 Aerogel, ENOVA IC3100 Aerogel und ENOVA LA1000 Aerogel.
  • Die wässrige hydrophobe Siliciumdioxid umfasst sowohl ein hydrophiles partikelförmiges Siliciumdioxid als auch ein hydrophobes partikelförmige Siliciumdioxid mit einer Methanolzahl von mindestens 60, vorzugsweise mindestens 70, beispielsweise mindestens 80 oder mindestens 90. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass restliche hydrophobe Gruppen auf dem ansonsten hydrophilen Siliciumdioxid die Dispersion des hydrophoben partikelförmigen Siliciumdioxids erleichtern. Die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion kann ferner ein zusätzliches partikelförmiges Siliciumdioxid mit einer Methanolzahl von 50 oder weniger, z.B. höchstens 40 oder höchstens 30, enthalten. Dieses Siliciumdioxid kann, wie oben beschrieben, teilweise hydrophobiert sein.
  • Vorzugsweise enthält die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion weniger als 10 Gew.-% eines C1-C4-Alkylalkohols, zum Beispiel weniger als 5 %, weniger als 1 %, weniger als 0,1 Gew.-% Alkohol oder weniger als 0,01 Gew.-% Alkohol. Die Verwendung von Alkohol, z.B. Methanol, Ethanol und verschiedenen Isomeren von Alkoholen wie Butanol und Propanol führt zur Verdampfung unerwünschter flüchtiger Spezies, wenn die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion gegebenenfalls mit anderen Komponenten kombiniert und in Endanwendungsbereichen eingesetzt wird, in denen das Lösungsmittel verdampft oder getrocknet wird.
  • Unabhängig von der Anwesenheit von zusätzlichem partikelförmigen Siliciumdioxid oder Alkohol enthält die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion ein Dispergiermittel. Das hydrophile, partikelförmige Siliciumdioxid muss das hydrophobe Siliciumdioxid nicht vollständig dispergieren. Vorzugsweise enthält das Dispergiermittel eine kationische oder kationisierbare Gruppe, die mit etwaigen restlichen Silanolgruppen auf dem hydrophoben Siliciumdioxid wechselwirken kann und enthält außerdem sowohl hydrophile Gruppen, die mit dem wässrigen Medium wechselwirken können, als auch Gruppen, die zusätzlich zu der kationischen oder kationisierbaren Gruppe auch mit der Oberfläche des hydrophoben Siliciumdioxids wechselwirken können. Die kationische oder kationisierbare Gruppe kann ein primäres oder sekundäres Amin oder Phosphin sein. Vorzugsweise h weist at das Dispergiermittel einen HLB-Wert von 2 bis 20 auf, zum Beispiel von 2 bis 5, von 5 bis 10, von 10 bis 15 oder von 15 bis 20. Noch bevorzugter weist das Dispergiermittel oligomere Gruppen von Ethylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO) auf, am meisten bevorzugt in einem EO/PO-Verhältnis von 0,1 bis 11, zum Beispiel von 0,2 bis 7, von 0,5 bis 9, von 1 bis 8, von 2 bis 10,5 oder von 3 bis 6. Die Propylenoxidgruppen können die Dispersion durch Wechselwirkung mit der hydrophoben Siliciumdioxidoberfläche erleichtern, bleiben jedoch in dem wässrigen Lösungsmittel löslich, wodurch die Dispersion in Bezug auf zusätzliche Dispergiermittel weiter stabilisiert wird. Das Dispergiermittel kann ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 400 bis 4000 aufweisen, zum Beispiel von 500 bis 1200, von 800 bis 1500, von 1300 bis 2000, von 1500 bis 2200, von 1800 bis 3000 oder von 2500 bis 3500. Es wurde festgestellt, dass die kationischen Dispergiermittel das hydrophobe Siliciumdioxid erfolgreich dispergiert, ohne die hydrophile Siliciumdioxiddispersion zum Gelieren zu bringen und ohne zu Trübungen in Beschichtungen zu führen, die mit der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion hergestellt wurden. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, geht man davon aus, dass die Trübung durch die Trennung des hydrophilen und hydrophoben Siliciumdioxids in der Dispersion verursacht wird. Darüber nimmt man an, dass die hier genannten Dispergiermittel beispielhafter und bevorzugter Ausführungsformen zur Wasserbeständigkeit in Beschichtungen beitragen, die unter Verwendung der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion hergestellt wurden.
  • Darüber hinaus wurde entdeckt, dass hydrophobes partikelförmiges Siliciumdioxid, insbesondere hydrophobes pyrogenes Siliciumdioxid oder Aerogel, in Kombination mit einer Basisdispersion, die ein hydrophiles Siliciumdioxid wie ein pyrogenes Siliciumdioxid enthält, zu Lichtdiffusionseigenschaften führen kann, die gewünschte Mattierungseffekte und Klarheit und rheologische Eigenschaften ergeben, die eine erfolgreiche Einarbeitung ermöglichen, was zu stabilen Siliciumdioxiddispersionen und Beschichtungen führt, die hochtransparent sein können. Des Weiteren verringert die Beschränkung der Mengen an Alkohol in der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion die Menge an flüchtigen Spezies, die während der Aushärtung der Beschichtungszusammensetzung oder -dispersion an die Umwelt abgegeben wird. Dies macht Beschichtungszusammensetzungen und Dispersionen, die die darin vorgesehenen wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen verwenden, für die Verwendung in Innenräumen oder über große Oberflächenbereiche besser geeignet.
  • Andere Inhaltsstoffe, wie oben beschrieben, können ebenfalls vor, während oder nach der Zugabe des hydrophoben Siliciumdioxidgranulats in die Basisdispersion eingebracht werden. Beispiele sind unter anderem Lösungsmittel, Zusatzmittel, Stabilisatoren, Trübungsmittel, Pigmente und so weiter. Antiabsetzmittel können hinzugefügt werden, sind aber in vielen Fällen nicht erforderlich. In einigen Situationen ist/sind ein oder mehrere zusätzliche Bestandteile, z.B. Trübungsmittel, in z.B. Aerogel-Partikeln enthalten.
  • Typischerweise wird die hydrophobe Siliciumdioxid-Komponente und/oder andere verwendete Inhaltsstoffe der Ausgangsdispersion durch ein Mischverfahren unter Verwendung eines geeigneten Mischmittels, z.B. Hochgeschwindigkeitsmischern, wie sie z.B. von BYK-Chemie und Eiger erhältlich sind, zugegeben. Es kann mit geringer, mittlerer oder hoher Rührleistung gearbeitet werden. Je nach der für die Endanwendung gewünschten Partikelgröße kann es sinnvoll sein, die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion zu mahlen. Geeignete Mischvorrichtungen, Geschwindigkeiten, Dauer und/oder andere Bedingungen können durch Routineuntersuchungen bestimmt werden.
  • Für Beschichtungsanwendungen kann das hydrophobe Siliciumdioxid allein oder in Kombination mit mindestens einem anderen festen Material verwendet werden, typischerweise einem Material, das in Mattierungsanwendungen bekannt ist, wie z.B. Wachs oder zusätzliche partikelförmige Siliciumdioxide mit einer Methanolzahl von weniger als 50, z.B. weniger als 30, z.B. gefälltem Siliciumdioxid, kolloidalem oder pyrogenem Siliciumdioxid. Solche Siliciumdioxide können auch oberflächenbehandelt und dennoch weniger hydrophob sein als das hydrophobe Siliciumdioxid der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion.
  • Die Methanolzahl kann mit dem Rhesca Wet-101P-Pulverbenetzbarkeitstester (Rhesca Co. Ltd.) nach den Anweisungen des Herstellers unter Verwendung einer Ausgangslösung von 60 ml, einer Rührgeschwindigkeit von 300 U/min und einer Methanolflussrate von 2 ml/min gemessen werden. Die Ausgangslösung wird vor der Zugabe der Probe durch mindestens 5-minütiges Rühren bei 1000 U/min entgast. Die Messung wird typischerweise mit 0,1 g Probe in einer Ausgangslösung von 30 % Methanol durchgeführt. In Abhängigkeit von der Hydrophobie der Probe kann jedoch eine mehr oder weniger hydrophobe Ausgangslösung verwendet werden. Der Test wird durchgeführt, indem die Ausgangslösung mit Methanol titriert wird; die Methanolzahl ist die Methanolmenge in der Lösung, wenn die Probe, die anfangs auf der Ausgangslösung sitzt, anfängt, sich in der Lösung zu benetzen oder in die Lösung zu sinken. Alternativ kann eine Schwellenmethanolzahl eines Pulvers bestimmt werden, indem eine Probe vorsichtig auf die Oberfläche einer Methanol-Wasser-Lösung mit bekannter Methanolkonzentration gegossen wird. Wenn die Probe nicht in die Lösung nässt, ist ihre Methanolzahl höher als die Methanolkonzentration in der Lösung.
  • In der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion, die durch Kombinieren der hydrophoben Siliciumdioxid-Komponente mit der (hydrophiles Siliciumdioxid enthaltenden) Ausgangsdispersion erhalten wird, kann hydrophobes Siliciumdioxid in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion, vorhanden sein, z.B. in einer Menge von 1 bis 5; von 5 bis 20; von 10 bis 20; von 15 bis 20; von 5 bis 20; von 5 bis 10; von 5 bis 15; oder von 15 bis 20 Gew.-%. Gewichtsverhältnisse von hydrophobem Siliciumdioxid zu hydrophilem Siliciumdioxid (einschließlich zusätzlichem Siliciumdioxid mit einer Methanolzahl von weniger als 50), die in der Basisdispersion vorhanden sind, können von 5:95 bis 95:5 betragen, z.B. von 10:90 bis 90:10, von 15:85 bis 85:15, von 20:80 bis 80:20, von 30:70 bis 70:30, von 35:65 bis 65:35, von 40:60 bis 60:40 oder von 45:55 bis 55:45. Die Gesamtmenge an partikelförmigen Siliciumdioxid in der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion beträgt mindestens 15 Gew.-%, z.B. mindestens 16 %, mindestens 17 %, mindestens 18 %, mindestens 19 %, mindestens 20 %, mindestens 22 % oder mindestens 25 Gew.-%, z.B. von 15 bis 35 %, von 18 bis 30 % oder von 18 bis 28 Gew.-%. Das hydrophobe Siliciumdioxid kann in der wässrigen Dispersion des hydrophoben Siliciumdioxids in einem Massenverhältnis von mindestens 1:10, bezogen auf Wasser, z.B. mindestens 1:9, mindestens 1:8, mindestens 1:7 oder mindestens 1:6, z.B. von 1:10 bis 2:9 oder von 1:10 bis 1:5 oder 1:6, vorliegen.
  • Der Glanz ist eine Funktion der Lichtreflexion: Je mehr Licht reflektiert und gelenkt wird, desto glänzender erscheint die Oberfläche. Die Zugabe eines Mattierungsmittels, wie z.B. pyrogenem Siliciumdioxid in Mikrongröße, erzeugt eine Mikrorauhigkeit auf der Oberfläche, was zu einer Lichtstreuung in jedem Winkel und damit zu einer Abnahme des Glanzes führt. Einer der Nachteile der Einarbeitung solch großer Partikel in eine Beschichtungszusammensetzung ist, dass sie mit der Zeit hartes Absetzen in der Beschichtung zeigen. Es wurde festgestellt, dass mit der Zugabe von hydrophoben Siliciumdioxidpartikeln solche Absetzprobleme beseitigt werden können. Aufgrund der hohen Porosität, Hydrophobie und des Lufteinschlusses können die hydrophoben Siliciumdioxidpartikel jedoch dazu neigen, an die Oberseite der Dispersion zu flotieren und ein trübes oder durchscheinendes (statt klares) Erscheinungsbild der Phasentrennung zu erzeugen. Es wurde weiter festgestellt, dass durch Halten des Gesamtprozentsatzes an partikelförmigen Siliciumdioxid (hydrophob und hydrophil) der Dispersion bei 15 Gew.-% oder mehr, z.B. 20 Gew.-%, 25 Gew.-%, 30 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion, das Phasentrennungsverhalten reduziert oder eliminiert werden kann. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, bilden die Partikel, wenn die Feststoffe über diesem Schwellenwert liegen, Netzwerkstrukturen aus, die stark genug sind, um ein Ausflocken oder Gelieren der hydrophoben Partikel zu verhindern, jedoch schwach genug, um in beliebige Beschichtungsformulierungen gepumpt zu werden.
  • Die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion kann einen pH-Wert von 7 bis 9,5 aufweisen, wie zum Beispiel von 7,5 bis 9.
  • Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen können über Stunden, Tage oder Wochen stabil sein. In einem Beispiel ist die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion bei 50°C mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 Wochen stabil, wie z.B. 2 bis 8 Wochen oder 4 bis 8 Wochen oder länger. Die stabile Dispersion befindet sich vorzugsweise in flüssigem Zustand, kann aber auch Siliciumdioxidnetzwerke bilden, die die Viskosität der Dispersion in Ruhe erhöhen, aber durch Rühren oder Schütteln leicht gestört werden können, um die Dispersion in eine fließ- oder pumpfähige Flüssigkeit zurückzuführen. Die Stabilität kann durch die Zugabe einer geeigneten Menge eines Lösungsmittels, vorzugsweise eines üblicherweise in der gewünschten Endanwendungsformulierung verwendeten Lösungsmittels, erhöht werden; z.B. werden in Beschichtungsformulierungen üblicherweise Dimethylethanolamin- oder Glykolether-Lösungsmittel wie Dipropylenglykolalkylether wie Dipropylenglykol-n-butylether (DPnB), Propylenglykol-n-butylether (PnB) und Dipropylenglykolmethylether (DPM) verwendet.
  • In einer anderen Ausführungsform beziehen sich die hier gemachten Offenbarungen auf Beschichtungszusammensetzungen, matte Beschichtungen und Verfahren zu deren Herstellung. In vielen Ausführungsformen umfassen die Beschichtungszusammensetzungen eine Polymer-(Harz-)Komponente, eine hydrophile Siliciumdioxid-Komponente und eine hydrophobe Siliciumdioxid-Komponente.
  • Die Polymerkomponente kann eine oder mehrere in der Beschichtungs- und Lackindustrie bekannte oder entwickelte Formulierungen enthalten. Es können Ein- oder Mehrkomponentensysteme verwendet werden. In vielen Fällen ist das System wasserbasiert und/oder führt zu einer klaren Beschichtung. Wie hier verwendet, beziehen sich die Begriffe „auf Wasserbasis“, „Wasser basiert“ oder „wasserverdünnbar“, verwendet für ein Polymer, Harz, Beschichtungssystem usw., auf Zusammensetzungen, Dispersionen oder Formulierungen, in denen das Polymer, Harz, System usw. in einem wässrigen Medium vorliegt oder in einem wässrigen Medium dispergiert oder gelöst werden kann. Klare Beschichtungen sind transparent. In vielen Ausführungsformen führt die polymere Komponente beim Aushärten zu glänzenden Beschichtungen.
  • Polymersysteme werden oft für eine gewünschte Endanwendung formuliert, je nach Art der zu beschichtenden Oberfläche, Anwendungstechniken, Innen- oder Außenumgebung, Eigenschaften im ausgehärteten Produkt und/oder anderen Erwägungen. Polyurethane, Vinyle, Akrylate und Hybride, wie z.B. Polyurethan/Acryl-Hybride, sind nur einige der möglichen Beispiele, die zur Anwendung der verschiedenen hier vorgestellten Ausführungsformen verwendet werden können.
  • Zusätzlich zu den harzartigen Spezies kann die polymere Komponente andere Bestandteile enthalten, wie sie z.B. in Farb- und Beschichtungsformulierungen verwendet werden. Dementsprechend können Lösungsmittel, Tenside, Härter, Emulgatoren, Pigmente und/oder andere Zusatzmittel enthalten sein.
  • Die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion wird mit einer Polymerkomponente kombiniert, die z.B. in wasserbasierten Klarlackanwendungen verwendet wird, um eine „Lack“-Dispersion, -Formulierung oder -Zusammensetzung herzustellen. Beispiele für geeignete Polymerkomponenten für Beschichtungen auf Wasserbasis sind u.a. Polyurethan-, Acryl-, Vinyl-, Epoxidpolymere, Hybride, wie z.B. Polyurethan/Acryl-Hybride, und andere, die auf dem Gebiet bekannt sind. In einem Einkomponentensystem stellt die Polymerkomponente das gesamte System dar. In Mehrkomponentensystemen kann die Polymerkomponente einen, mehrere oder alle Bestandteile des Systems darstellen.
  • Die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion kann mit der Polymerkomponente in jeder gewünschten Reihenfolge kombiniert werden, wobei verfügbare Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden können, wie sie auf dem Gebiet bekannt sind oder wie sie für eine spezifische Situation entwickelt oder angepasst wurden. Beispielsweise kann die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion eine oder mehrere Polymerkomponente(n) zugesetzt werden, oder die Komponente(n) kann (können) der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion zugesetzt werden. Bei Mehrkomponentensystemen können einige oder alle Komponenten gleichzeitig zugegeben werden. In anderen Systemen wird zunächst eine Polymerkomponente mit der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion kombiniert, wobei die resultierende Zusammensetzung mit den übrigen Komponenten kombiniert wird.
  • Lösungsmittel, z.B. Wasser, auf Wasserbasis, auf Alkoholbasis, auf Glykolbasis, auf wasserlöslicher Acetatbasis, auf Ketonbasis oder andere, wie in der Technik bekannt, können verwendet werden, um einen oder mehrere Schritte des Mischverfahrens zu erleichtern. Andere Inhaltsstoffe, z.B. Härter, Rheologiemodifikatoren, Antiabsetzmittel, Stabilisatoren und/oder andere Zusatzmittel können ebenfalls vorhanden sein, z.B. als Teil der Polymerkomponente, oder können vor, während oder nach dem Mischvorgang eingebracht werden, der durchgeführt wird, um die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion und die Polymerkomponente zu kombinieren. In einigen Situationen können die hier beschriebenen Beschichtungszusammensetzungen andere feste Materialien als partikelförmiges Siliciumdioxid enthalten. Beispiele hierfür sind Farbpigmente, Trübungsmittel, zusätzliche Mattierungsmittel und so weiter.
  • Typischerweise werden die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen und die Polymerkomponente mit jeder geeigneten Vorrichtung gemischt, zum Beispiel mit Hochgeschwindigkeitsmischern, wie sie bei BYK-Chemie und Eiger erhältlich sind. Mischraten, Mischzeiten, Reihenfolge, in der die Komponenten kombiniert werden, ob die Gesamtmengen in einem einzigen Schritt oder in mehreren (zwei oder mehr) Schritten zugegeben werden und andere Parameter können variieren und können durch Routineexperimente fein abgestimmt werden.
  • In einigen Implementierungen beträgt der pH-Wert der Beschichtungszusammensetzung mindestens 7, z.B. von 7,5 bis 9,5, z.B. von 8 bis 9.
  • Typischerweise sind Beschichtungszusammensetzungen mit hydrophilem Siliciumdioxid, hydrophobem Siliciumdioxid und einer Polymerkomponente, wie oben beschrieben, oft bis zum Auftragen stabil. In einigen Ausführungsformen bleibt eine solche Dispersion mindestens 15 Minuten stabil, oft auch länger, z.B. 30 Minuten, 45 Minuten, eine Stunde oder länger, z.B. zwei, drei oder mehrere Stunden, manchmal sogar einen Tag oder länger. Gebrauchsfertige Dispersionen, die so hergestellt werden, dass die hydrophile und hydrophobe Siliciumdioxid-Komponente bereits bei der Herstellung und nicht erst bei der Anwendung eingearbeitet wird, können monatelang, in vielen Fällen sogar ein Jahr oder länger, stabil sein.
  • Die Menge an hydrophobem Siliciumdioxid und anderen Siliciumdioxid-Zusatzmitteln (hier auch als „Beladung“ bezeichnet) in der Beschichtungszusammensetzung kann variieren, abhängig von Faktoren wie Viskosität, gewünschtem Glanzgrad, Mischtechnik und/oder Ausrüstung, Stabilität oder Lebensdauer der Dispersion und/oder anderen Überlegungen. Gute Mattierungseffekte in Verbindung mit akzeptablen rheologischen Eigenschaften lassen sich mit Siliciumdioxidbeladungen erzielen, die insgesamt 0,1 bis 30 Gew.-% betragen, z.B. 0,5 bis 5, 1 bis 10, 5 bis 15, 15 bis 25 oder 25 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtfeststoffe. Die Gesamtfeststoffmengen umfassen typischerweise Feststoffe, die aus der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion stammen, sowie Feststoffe, die in der Polymerkomponente (z.B. Dispergiermittel oder Polymer) vorhanden sind. Bei der Bestimmung der Gesamtfeststoffmengen werden auch alle anderen festen Zusatzmittel berücksichtigt, die bei der Herstellung einer bestimmten Beschichtungszusammensetzung verwendet werden (z.B. zugesetztes Siliciumdioxid oder andere Mattierungsmittel). Da zusätzliche Siliciumdioxid-Mattierungsmittel in der Beschichtungszusammensetzung enthalten sein können, kann das Verhältnis von hydrophilem und hydrophobem Siliciumdioxid, die aus der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion stammt, zu anderen Siliciumdioxid-Mattierungsmitteln, wie z.B. pyrogenem Siliciumdioxid, bei 5:95 bis 95:5 liegen, zum Beispiel von 10:90 bis 90:10, von 15:85 bis 85:15, von 20:80 bis 80:20, von 30:70 bis 70:30, von 35:65 bis 65:35, von 40:60 bis 60:40 oder von 45:55 bis 55:45 betragen.
  • In bestimmten Ausführungsformen enthält die Beschichtungszusammensetzung hydrophiles Pyrogene Siliciumdioxid, hydrophobes Aerogel und ein anderes oder „zusätzliches“ Mattierungsmittel, wie z.B. Wachs, ein anderes Siliciumdioxid, z.B. gefälltes Siliciumdioxid, kolloidales Siliciumdioxid, pyrogenes Siliciumdioxid (z.B. ein pyrogenes Siliciumdioxid mit anderen Eigenschaften als das in der Ausgangsdispersion vorhandene pyrogene Siliciumdioxid), eine andere Art von Aerogel, andere Stoffe, die bekanntermaßen den Glanz verringern, Stoffkombinationen und so weiter. Das zusätzliche Mattierungsmittel kann in die Beschichtungszusammensetzung auf eine Art und Weise eingebracht werden, die gleich, ähnlich oder anders ist als diejenige, die in Bezug auf die hydrophobe Siliciumdioxid Komponente verwendet wird.
  • Die Beschichtungszusammensetzung kann zur Beschichtung von Substraten wie z.B. Metallen, Kunststoffen, Holz, Metallen, Vinyl, Beton, verschiedenen Baumaterialien, Leder, Kunstleder usw. verwendet werden.
  • Es können sowohl Substrate für den Innen- als auch für den Außenbereich beschichtet werden, z.B. durch Auswahl der geeigneten Polymerkomponente, wie sie auf dem Gebiet bekannt ist, vom Hersteller empfohlen oder durch Routineuntersuchungen ermittelt wurde. Zum Beispiel können einige Situationen von einer Beschichtung profitieren, die eine gewisse Flexibilität bietet und etwas weniger spröde sein kann, andere von einer sehr zähen Beschichtung.
  • Als optionaler erster Schritt kann die Oberfläche gereinigt oder anderweitig vorbereitet werden.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wird in einer oder mehreren Schichten aufgetragen, unter Verwendung von Verfahren und Vorrichtungen, die auf dem Gebiet bekannt sind oder durch Routineversuche, Richtlinien der Hersteller, vorherige Erfahrung usw. ermittelt wurden. Es können Rollen, Pinsel, Sprays, Spezialvorrichtungen oder andere Vorrichtungen und/oder Techniken verwendet werden, die bekannt sind oder für eine spezifische Situation entwickelt oder modifiziert wurden. Das Beschichtungsverfahren ist oft mit einem hohen Filmaufbau verbunden, der durch den Applikator gesteuert werden kann und die Anzahl der benötigten Schichten reduzieren oder minimieren kann. In vielen Situationen haben die hier beschriebenen Beschichtungszusammensetzungen gute Benetzungseigenschaften und bilden eine starke Bindung mit der zu beschichtenden Oberfläche. Ein hoher Feststoffgehalt und wenige VOC-Probleme sind weitere Merkmale des Applikationsverfahrens. In speziellen Anwendungen wird die Beschichtungszusammensetzung als ein (ein) Schichtsystem aufgetragen, d.h. ohne die Notwendigkeit einer Grund- und Deckschicht. Der Film kann aus einer einzigen Schicht oder durch Übereinanderlegen von zwei oder mehreren Schichten aufgebaut werden, wobei in diesem Fall eine Trocknungszeit erforderlich sein kann, bevor eine nächste Schicht aufgetragen wird. Da nun das Mattierungsmittel in die Beschichtungszusammensetzung eingearbeitet ist, ist eine zusätzliche Schicht, die aus einem anderen Material besteht und ein Mattierungsmittel enthält, nicht mehr erforderlich. Insgesamt wird das Warten auf das Trocknungsverfahren erheblich verkürzt.
  • Sobald der Film auf die Oberfläche aufgetragen ist, kann er aushärten. Das Aushärtungsverfahren kann nach den Empfehlungen der Hersteller durchgeführt werden, auf Erfahrungen basieren oder durch routinemäßige Experimente ermittelt werden. In vielen Fällen dauert die Aushärtung nicht länger als die Aushärtung eines Kontrollfilms, der kein hydrophiles und hydrophobes Siliciumdioxid enthält. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Kontrolle“ auf eine Beschichtungszusammensetzung oder einen resultierenden Trockenfilm, auf eine ohne Siliciumdioxid hergestellte Beschichtungszusammensetzung oder einen resultierenden Trockenfilm.
  • Typische Zeiten für die Aushärtung können von etwa 2 Minuten (bei erhöhten Temperaturen) bis zu etwa 7 Tagen bei Raumtemperatur reichen. In vielen Fällen ist die Aushärtung nach 2 bis etwa 8-10 Stunden bei Raumtemperatur abgeschlossen. Die in einigen Fällen möglichen schnellen Aushärtungsraten können die Blasenbildung verringern oder beseitigen. Wie auf dem Gebiet bekannt ist oder vom Hersteller empfohlen wird, kann die Auswahl eines bestimmten Polymersystems die Aushärtungsraten beeinflussen.
  • Die Aushärtung findet typischerweise bei Umgebungsbedingungen statt. Es können auch höhere oder niedrigere Temperaturen verwendet werden. Dabei ist es wichtig zu beachten, dass die hier beschriebene hydrophobe Siliciumdioxid-Komponente in einem breiten Temperaturbereich kompatibel ist, z.B. von Raumtemperatur bis 300°F, in einigen Fällen von Raumtemperatur bis 100, 150, 200 oder 250°F.
  • Es können Situationen auftreten, die zusätzliche Beschichtungen erfordern, die z.B. die Verwendung einer Grundbeschichtung (Basisbeschichtung), die in einer oder mehreren Schichten vor der Beschichtungszusammensetzung (die Pyrogene Silciumdioxid und Aerogel enthält) auf das Substrat aufgetragen wird und/oder einer Deck- oder Endbeschichtung, die über die ausgehärtete oder gehärtete Beschichtungszusammensetzung aufgetragen wird, erfordern. Obwohl dies zur Erzielung der hier beschriebenen Mattierungseffekte und/oder anderer Eigenschaften nicht erforderlich ist, kann eine Deckschicht zur weiteren Modifizierung der mechanischen Eigenschaften, zur Erhöhung der Abriebfestigkeit, der Ästhetik und/oder aus anderen Gründen hinzugefügt werden. Wenn mehr als eine Schicht aufgetragen wird, ist eine Trocknungszeit zwischen den einzelnen Anwendungen zulässig.
  • Während im Allgemeinen das hydrophile und/oder das hydrophobe Siliciumdioxid in einer Beschichtung oder einer Schicht davon vorhanden ist/sind, die aus der hier beschriebenen Beschichtungszusammensetzung besteht, im Wesentlichen aus dieser besteht oder diese enthält, kann das gleiche oder ein anderes hydrophobes Siliciumdioxid und/oder hydrophiles Siliciumdioxid auch in einer anderen Schicht der Beschichtung vorhanden sein, z.B. in einer Deckschicht oder einer Grundschicht, wenn eine solche Deckschicht oder Grundschicht verwendet wird.
  • Eine Schicht der Beschichtung, die hydrophiles Siliciumdioxid und hydrophobes Siliciumdioxid enthält, kann eine Dicke von 2 Mikron (µm) bis 20 mm aufweisen, z.B, von 2 bis 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 µm, von 10 µm bis 15 oder 20 µm, von 20 bis 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 µm; von 50 bis 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 oder 100 µm, von 100 µm bis 150, 200, 250 oder 300 µm; von 300 µm bis 400 oder 500 µm; von 500 bis 600, 700 oder 800 µm; von 800 bis 900 µm oder bis 1 mm; von 1 mm bis 1. 5 oder 2 mm; von 2 mm auf 3, 4 oder 5 mm; von 5 mm auf 6, 7, 8, 9 oder 10 mm; von 10 mm auf 12, 13 oder 15 mm; oder von 15 mm auf 17, 18 oder 20 mm. Es können eine, zwei oder mehrere Schichten der Beschichtung verwendet werden, was zu einem Gesamttrockenfilm (gemessen von der Grenzfläche mit dem Substrat bis zur obersten Oberfläche in Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre) mit einer Dicke, die auch als Gesamtschichtdicke bezeichnet wird, von mindestens 2 µm führt. Es können auch andere Schicht- und/oder Filmdicken verwendet werden.
  • Die Eigenschaften der hier beschriebenen Beschichtungen können nach dem Stand der Technik bewertet werden, indem man sich z.B. auf Standardverfahren, z.B. ASTM-Normen, Herstellerempfehlungen und/oder andere Prüfprodukte und/oder Protokolle stützt.
  • Eine wichtige Eigenschaft der hier offenbarten Beschichtungen betrifft ihr mattes Aussehen oder ihren reduzierten Glanz. Kommerzielle Vorrichtungen und/oder Verfahren zur Glanzmessung sind verfügbar und gut bekannt. Zum Beispiel können Glanz und Glanzeigenschaften mit Hilfe von Leneta-Diagrammen, die z. B. für die Prüfung von Farben und Beschichtungen verfügbar sind, nach Normen oder Protokollen wie z. B. ASTM D-3928 bewertet werden. In vielen Fällen wird der Glanz mit einer Glanzmessvorrichtung bewertet, einer Vorrichtung, die ein quantifizierbares Verfahren zur Messung der Glanzintensität bietet, bei der die genauen Beleuchtungs- und Betrachtungsbedingungen definiert werden. Bei Glanzmessvorrichtungen ermöglicht die Konfiguration sowohl des Beleuchtungsquellen- als auch des Beobachtungsempfangswinkels die Messung über einen kleinen Bereich des gesamten Reflexionswinkels. Die erhaltenen Messdaten beziehen sich auf die Menge des reflektierten Lichts von einem Schwarzglasstandard mit einem definierten Brechungsindex. Das Verhältnis von reflektiertem zu einfallendem Licht für die Probe, verglichen mit dem Verhältnis für den Glanzstandard, wird manchmal als Glanzeinheiten (GU) angegeben. Der Messwinkel bezieht sich auf den Winkel zwischen dem einfallenden Licht und der Senkrechten. Drei Messwinkel (20°, 60° und 85°) sind angegeben und decken viele Beschichtungsanwendungen ab. Der Winkel wird auf der Grundlage des erwarteten Glanzbereichs ausgewählt.
  • In vielen Anwendungen weisen die hier beschriebenen Beschichtungen nach dem Trocknen einen Glanz auf, der geringer ist als der Glanz einer Kontrollbeschichtung, die mit den gleichen Verfahren und der gleichen Zusammensetzung, jedoch ohne Verwendung von partikelförmigen Siliziumdioxid, hergestellt wurde. In einigen Fällen ist der Glanz, gemessen bei 60°, um mindestens 15 %, z.B. mindestens 20 %, mindestens 30 %, z.B. von 40 % auf 90 % oder mehr, von 50 % auf 80 % oder von 60 % auf 70 % im Vergleich zum Glanz des Kontrolllackes reduziert.
  • Der Glanz kann auf ein gewünschtes Niveau eingestellt werden, indem die Menge des zugegebenen Mattierungsmittels und/oder andere Zusammensetzungsparameter angepasst werden. Dies kann durch routinemäßige Versuche erreicht werden, indem man einfach den Empfehlungen des Herstellers, früheren Erfahrungen oder anderen Faktoren folgt. Bei einigen Anwendungen ist die Menge an hydrophobem Siliciumdioxid, z.B. hydrophobem Siliciumdioxid-Aerogel oder hydrophobem pyrogenen Siliciumdioxid, die notwendig ist, um einen gewünschten Glanzgrad zu erreichen, geringer als die Menge an hydrophilem Siliciumdioxid, z.B. hochdispersem Siliciumdioxid oder gefälltem Siliciumdioxid, die notwendig ist, um den gleichen gewünschten Glanzgrad zu erreichen.
  • Die Trübung wird üblicherweise mit einem Trübungs-Glanzreflektometer gemessen. Das Reflektometer ist für die Messung von Spiegelglanz und Reflexionsschleier auf Lackbeschichtungen, Kunststoffen, Bindemitteln, Pigmenten und Metalloberflächen (Spiegelreflexion) ausgebildet. Bei diesem Verfahren wird die Probenoberfläche unter einem definierten Winkel beleuchtet und das reflektierte Licht photoelektrisch gemessen. Die Wahl des geeigneten Beleuchtungswinkels (Geometrie) ist abhängig vom spezifischen Glanzgrad der gleichen Oberfläche: matt, mittel oder hochglänzend.
  • Beschichtungen, die, wie hier beschrieben, hydrophobes und hydrophiles Siliciumdioxid enthalten, weisen oft Trübungswerte auf, die höher sind als der Trübungswert einer Kontrollbeschichtung, die auf der gleichen polymeren Komponente basiert, diese Materialien jedoch nicht aufweist.
  • Verschiedene Verfahren und Vorrichtungen wurden oder werden entwickelt, um andere für Beschichtungen relevante Eigenschaften zu untersuchen und können zur Untersuchung der hier offengelegten Beschichtungen verwendet werden. Es hat sich z.B. herausgestellt, dass die König-Härte und/oder Bleistifthärte durch die Zugabe von hydrophilen und hydrophoben Siliciumdioxid wie pyrogenem Siliciumdioxid und Aerogel nicht signifikant negativ beeinflusst wird/werden. Die Verwendung von hydrophilem Siliciumdioxid und hydrophobem Siliciumdioxid in Beschichtungen gemäß den verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen muss die König-Härte nicht um mehr als 6 % zu verringern, z.B. um mehr als 5 %, mehr als 4 % oder mehr als 3 %, in Bezug auf eine auf die gleiche Weise hergestellte Kontrollbeschichtung, die kein partikelförmiges Siliciumdioxid aufweist. Das heißt, die Beschichtung darf eine König-Härte von mindestens 94 % aufweisen, z.B. mindestens 95 %, usw., wie die der Kontrollbeschichtung. Tatsächlich erhöht die Verwendung von partikelförmigem Siliziumdioxid in einigen Ausführungsformen die König-Härte.
  • In einigen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Beschichtungen relativ weiten Temperaturbereichen standhalten, ohne dass es zu Rissbildung, Ablösung oder anderen negativen Auswirkungen kommt. Die beispielhaften Temperaturen reichen von - 120°F bis 300°F, z.B. von -120, -100, -75, -50, -20°F bis Raumtemperatur oder von Raumtemperatur bis 100, 150, 200, 250 oder 300°F.
  • Viele der Beschichtungen weisen eine Wasser- und/oder Alkoholbeständigkeit auf, die z.B. mit den im U.S. Patent Nr. 6,478,864 beschriebenen Verfahren bewertet wurde. In anderen Ausführungsformen kann die Beschichtung Korrosionsbeständigkeit bereitstellen, die durch die kombinierte und möglicherweise synergistische Wirkung von hydrophoben und hydrophilen Siliciumdioxide hervorgerufen wird.
  • Andere attraktive Eigenschaften, die Beschichtungen gemäß der hier beschriebenen Ausführungsformen charakterisieren können, sind unter anderem UV-Stabilität, wobei keine Vergilbung zu erwarten ist, Klarheit und reduzierte Röte durch Feuchtigkeit im Beton, eine hohe Abrieb- und Kratzfestigkeit ähnlich wie bei Polyurethan, Dauerhaftigkeit, Toleranz gegenüber Hitze und Temperaturschwankungen, Flecken- und Schlagfestigkeit und andere.
  • In einigen Ausführungsformen werden wünschenswerte Beschichtungseigenschaften, z.B. geringer Glanz, hohe Klarheit oder geringe Trübung, mechanische Eigenschaften und andere Eigenschaften, durch die Optimierung des Verhältnisses der Inhaltsstoffe, spezifische Typen von hydrophilen und hydrophoben Siliciumdioxide, ausgewählte Basisdispersion, Mischbedingungen, Viskosität, Stabilität oder andere Eigenschaften von Vorläuferdispersionen und so weiter erzielt.
  • Die Zugabe anderer Feststoffe, Mattierungsmittel wie z.B. Wachs oder gefälltes Siliciumdioxid, kann die Eigenschaften einer resultierenden Beschichtung im Vergleich zu einer Vergleichsbeschichtung, die z.B. nur hydrophobes Aerogel und hydrophiles pyrogenes Siliciumdioxid enthält, beeinflussen. Es hat sich herausgestellt, dass die Einführung eines anderen Mattierungsmittels als das hydrophile partikelförmige Siliciumdioxid und das hydrophobe partikelförmige Siliciumdioxid der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion in einigen Fällen den Glanz verringern kann, ohne dass es zu einem unerwünschten Anstieg der Viskosität von Vorläuferdispersionen kommt.
  • In einigen Fällen weisen die hier beschriebenen Beschichtungen Wasser-/Feuchtigkeitsbeständigkeit, Alkoholbeständigkeit, Fleckenbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Staubaufnahmebeständigkeit und/oder andere Eigenschaften auf.
  • Die hier bereitgestellten wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen können auch zur Herstellung von Decken und anderen flexiblen isolierenden Strukturen verwendet werden, wie in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2017/0101773 von Doshi, et al. und dem US-Patent Nr. 7635411 von Rouanet, et al. beschrieben, deren gesamter Inhalt hier durch Verw Bezugnahme eis aufgenommen wird. Eine Behandlungsaufschlämmung kann durch die Kombination zusätzlicher Inhaltsstoffe wie Bindemittel, Fasern und anderer Zusatzmittel mit der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion hergestellt werden. Andere Zusatzmittel umfassen unter anderem Trübungsmittel, Viskositätsregler, Härter, Mittel, die die Aushärtungsgeschwindigkeit eines Bindemittels erhöhen oder verlangsamen, Mittel oder Materialien, die die mechanische Festigkeit fördern, Viskositätsregler, pH-Modifizierungsmittel, Weichmacher, Schmiermittel, Verstärkungen, Flammschutzmittel und andere. Es können auch Kombinationen aus anderen Inhaltsstoffen verwendet werden. Die zusätzlichen Inhaltsstoffe können dazu dienen, das partikelförmige Siliciumdioxid besser auf einer luftigen bzw. erhabenen faserigen Struktur, einer Watte oder einem anderen Substrat zu halten und andere erwünschte Eigenschaften, wie Farbe oder Feuerhemmung, zu verleihen.
  • Geeignete Bindemittel sind unter anderem Gips, Zemente oder Komponenten davon, Magnesiumsalze, Silikate, Polymere, Latexzusammensetzungen und andere organische oder anorganische Materialien oder Zusammensetzungen, die solche enthalten. Die Fasern können Mineralwollfasern, biolösliche Keramikfasern, Kohlenstofffasern, Fasern auf Polymerbasis, Metallfasern, Zellulosefasern, von Pflanzen abgeleitete Fasern oder gewebte, nicht gewebte oder geschnittene Formen von kontinuierlich hergestellten Glas- oder Steinfasern umfassen.
  • Die Fasern können jede Form aufweisen, z.B. rund, mehrgliedrig, in Form von Streifen oder mit Formen ähnlich wie Tannenbäume oder Hanteln. Die Fasern können hohl sein und können glatt oder gekräuselt sein. Typische Fasern haben längliche, z.B. zylindrische Formen mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mehr als 1, z.B. mehr als 5, 8 oder 20. die Fasern können gewebt, nicht gewebt, gehäckselt oder endlos sein. Fasern können eine oder mehr als eine Komponente aufweisen, z.B. einen Kern aus einem Material und eine Hülle aus einem zweiten Material. Die Fasern können lose, gehäckselt, gebündelt oder in einem Gewebe oder Gelege miteinander verbunden sein. Die Fasern können durch konventionelle Zusatzmittel modifiziert sein, z.B. Antistatikmittel, Farbstoffe, Pigmente oder IR-Trübungsmittel oder Mischungen aus zwei oder mehreren davon.
  • Die Mengen an zugesetzten Bindemitteln, Fasern und anderen Bestandteilen können von spezifischen Anwendungen und anderen Faktoren abhängen. So können andere Bestandteile in der Behandlungsaufschlämmung in Mengen von mehr als 0 Gew.-% des Gesamtgewichts der Mischung enthalten sein, z.B. mehr als 2 Gew.-%, z.B. mehr als 5 Gew.-%, mehr als 10 Gew.-%, mehr als 15 Gew.-%, mehr als 20 Gew.-% oder mehr als 25 Gew.-%. Sie können in der Behandlungsaufschlämmung in Mengen von weniger als 90 Gew.-% enthalten sein, z.B. weniger als 75 Gew.-% oder weniger als 50 Gew.-%.
  • Die Watte kann gewebt oder nicht gewebt sein und aus jedem geeigneten Material hergestellt werden, z.B. aus Metalloxidfasern wie Glasfasern, Mineralwollfasern, biolöslichen Keramikfasern, Kohlenstofffasern, Fasern auf Polymerbasis, Metallfasern, Zellulosefasern, Fasern pflanzlichen Ursprungs oder einer Kombination dieser Materialien. Die Watte kann flexibel sein und aus zwei oder mehr Schichten bestehen.
  • Die Watte kann durch verschiedene Verfahren mit der Behandlungsaufschlämmung beschichtet oder imprägniert werden. In vielen Ausführungsformen die Watteschicht(en) mit der Aufschlämmung imprägniert. In einem Beispiel wird die Aufschlämmung auf eine erste Watteschicht aufgebracht, die dann von einer zweiten Watteschicht bedeckt wird. Die Aufschlämmung wird dann auf die zweite Watteschicht aufgetragen und das Verfahren wird für die gewünschte Anzahl von Schichten fortgesetzt. In der weiteren Ausführungsform eignet sich das gewählte Verfahren für hochskalierte oder industrielle Verfahren wie z.B. luftgelegte Herstellung und/oder Rolle-zu-Rolle-Herstellung.
  • Zu den spezifischen Verfahren, die für das Aufbringen der Schlämme auf die Watte in Betracht gezogen werden, gehören unter anderem: Tauchen oder Eintauchen der Watte in die Aufschlämmung, z.B. mit oder ohne Rühren des Bades, Gießen der Aufschlämmung über die Watte, Aufguss, Besprühen oder Bemalen der Watte mit der Aufschlämmung und/oder andere Verfahren, wie sie z.B. auf dem Gebiet bekannt sind. Das Einweichen der Watte in der Aufschlämmung kann besonders nützlich sein, um mehrschichtige (zwei oder mehr) Watteschichten zu imprägnieren. In bestimmten Ausführungsformen kann das Einweichen in Gegenwart von Schütteln, Rühren oder einer anderen geeigneten Form des Rührens während der gesamten Einweichzeit oder in einem kürzeren Zeitintervall durchgeführt werden. Auch ein intermittierendes Rühren des Tauchbades kann eingesetzt werden.
  • Das Aufbringen der Aufschlämmung auf die Watte kann bei Umgebungsbedingungen, z.B. Raumtemperatur und/oder atmosphärischem Druck, oder unter anderen geeigneten Bedingungen erfolgen. Beispielsweise kann die Watte bei höheren Temperaturen als Raumtemperatur behandelt werden. Druckunterschiede können z.B. genutzt werden, um das Eindringen der Schlämme durch Öffnungen in der Watte zu fördern.
  • Die behandelten Vliese können z.B. bei Raumtemperatur oder bei einer höheren Temperatur als der Raumtemperatur unter Verwendung von Luft oder speziellen Atmosphären, z.B. Inertgas, getrocknet werden. Die Trocknung kann durch einfaches Trocknen der Aufschlämmung oder durch Verwendung eines Ofens, einer Trocknungskammer, eines Gasstroms, der auf die die Aufschlämmung enthaltende Watte gerichtet ist, durch Anlegen eines Vakuums durch die behandelte Watte oder eines anderen geeigneten Trocknungsapparats, z.B. wie auf dem Gebiet bekannt, erfolgen. In spezifischen Beispielen wird der Trocknungsschritt mit Vorrichtungen und/oder Verfahren durchgeführt, die für ein hochskalieres oder ein industrielles Herstellungsverfahren geeignet sind.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Behandlungsaufschlämmung durch Entwässerung unter Verwendung eines Siebes, Filters oder anderer, den Fachleuten bekannter Vorrichtungen oder Verfahren direkt und ohne Verwendung von Watte zu einer Decke geformt werden. Sanftes Rühren während der Entwässerung kann die Trennung der verschiedenen Komponenten aufgrund von Dichteunterschieden verringern. In einer Ausführung wird die Behandlungsaufschlämmung durch Filtern auf einem Drahtsieb entwässert, wobei jedes geeignetes Nassformverfahren verwendet wird, dass Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, wie z.B. die im U.S. Patent Nr. 5,399,422 offenbart ist. Mehrschichtige Strukturen können auch durch die Vorformung von Schichten und deren Zusammenlaminierung oder durch die aufeinanderfolgende Bildung mehrerer Schichten hergestellt werden. Die verschiedenen Schichten können die gleiche oder eine unterschiedliche Zusammensetzung haben.
  • Die resultierende gefilterte Mischung oder die resultierenden gefilterten Mischungen können dann gepresst werden, um Wasser zu entfernen und die Bahndichte zu erhöhen, bei einer vorbestimmten Temperatur und einem vorbestimmten Druck getrocknet und bei einer vorbestimmten Temperatur und/oder einem vorbestimmten Druck kalandriert werden, um die Decke der vorliegenden Erfindung zu bilden. Die gefilterte Mischung aus Aerogel-Partikeln und -Fasern kann bei einer vorbestimmten Temperatur durch jedes bekannte Verfahren und/oder Vorrichtung gepresst und getrocknet werden. Rotationspressen können zur Entwässerung und Kompression der Bahn verwendet werden. Die Trocknung kann durch dampfbeheizte Zylinder oder durch Hochgeschwindigkeitslufttrocknung oder durch Strahlungswärme erfolgen. Vorzugsweise wird die gefilterte Mischung bei einer Temperatur getrocknet, bei der sich das Netzmittel verflüchtigt oder zersetzt, so dass die Hydrophobie der hydrophoben Siliciumdioxidpartikel zufriedenstellend wiederhergestellt wird. Zusätzlich kann das Trocknungsverfahren auch dazu führen, dass sich einige oder alle Fasern miteinander und/oder mit dem Siliciumdioxid verbinden. Vorzugsweise wird die gefilterte Mischung bei einer Temperatur von mindestens 100°C und noch bevorzugter bei einer Temperatur von mindestens 120°C weiter getrocknet. Die getrocknete Mischung, die in Form einer Bahn vorliegen kann, kann dann zumindest teilweise mit einem heißen Kalander, vorzugsweise einer heißen Kalanderwalze, weiter thermisch gebunden werden, um ein starkes und relativ staubfreies Vlies oder Verbundmaterial zu bilden. Die getrocknete Mischung/Bahn kann auch auf eine vorbestimmte Dichte bei einer vorbestimmten Temperatur und Zeit kalandriert werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion zur Herstellung einer Beschichtung für eine Textilie verwendet werden. Die Textilie kann in jeder den Fachleuten bekannten Form vorliegen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Fasern, Garne, Fäden, Zwirne, Lagengarne, aus Fasern und/oder Garnen hergestellte Gewebe und die aus Fasern, Garnen und/oder Geweben hergestellten Fertigprodukte. Das textile Material kann eine Faser, ein Garn oder ein Gewebe sein. Das Textilmaterial kann gewebt, gestrickt, gehäkelt, gebunden und/oder nicht gewebt sein. Das Textilmaterial kann gewebt, gewirkt, gestrickt, gehäkelt, schmelzgeblasen, gebunden, vernadeltes Vlies und Polar-Terry-Vlies oder Schlingengewebe sein, entweder einseitig oder beidseitig. Das Textilmaterial kann gesponnen, elektrogesponnen, schmelzgeblasen, gezogen oder extrudiert sein. Das Textilmaterial kann ein Netz sein.
  • Die wässrige hydrophobe Siliciumdioxidedispersion kann zur Beschichtung von Textilien verwendet werden, die eines oder mehrere der folgenden Materialien enthalten: Rayon, Nylon, nichtacrylisches Olefin, Acrylpolyester, Polyethylen, Polyphenylenether, Polytetrafluorethylen, Polyester, Polypropylen, Viskose, Kohlefaser, Aramide, Polybenzimidazolfaser, Polymilchsäure, Acrylnitril, Wolle, Baumwolle, Zellulose, Seide, Leinen, Viskose, Hanf, Ramie und Jute. Alternativ oder zusätzlich kann das Textilmaterial ein Stretchgarn oder Vlies enthalten.
  • Das Textil kann mit der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion oder einer aus der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion hergestellten Behandlungsdispersion nach jedem den Fachleuten bekannten Verfahren behandelt werden. Beispielsweise kann das Textil, je nach seiner Konfiguration, getaucht, aufgerakelt, rollenbeschichtet, gepolstert, kalandriert, extrusionsbeschichtet oder schaumstoffveredelt beschichtet werden.
  • Verschiedene Zusatzmittel können mit der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion kombiniert werden, um eine Behandlungsdispersion für Textilien zu bilden. Zu den geeigneten Zusatzmitteln gehören die oben diskutierten Zusätze zur Verwendung mit Fliesen und Wattierungen, antimikrobielle Mittel, Harze und andere Zusätze, die den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind.
  • Das hydrophobe und hydrophile Siliciumdioxid in der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion kann dem Textil Hydrophobie, haptische Eigenschaften oder, im Falle von hydrophobem Aerogel, wärmeisolierende Eigenschaften verleihen. Alternativ oder zusätzlich kann das Siliciumdioxid den Reibungskoeffizienten des Textils in Bezug auf Verarbeitungsvorrichtungen wie Nähmaschinen oder in Bezug auf sich selbst verringern.
  • In einer anderen Ausführungsform können die wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen zur Unterwassergranulierung weisen von Polymeren verwendet werden. Bestimmte Polymere weisen das Problem auf, dass die aus dem Polymer hergestellten Pellets während des Transports und der Lagerung dazu neigen, aneinander zu haften. Dies führt häufig zu Problemen in nachgeschalteten Verfahrensschritten wie Mischen, Lagerung und Verpackung. Die Beschichtung oder Dimensionierung dieser Granulate mit einem Antihaft- oder Antiblockmittel kann diese Haftung verhindern oder mildern. Wegen der extremen Klebrigkeit der granulate werden diese oft im geschmolzenen Zustand durch eine Lochplatte mit einer Vielzahl von Löchern in ein Bad extrudiert. Als Bad kann die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion verwendet werden, ohne dass zusätzliche Bindemittel eingeführt werden müssen. Geeignete Polymere sind Polyolefine, Polyester und andere thermoplastische Polymere. Jedes Material, das granuliert werden kann, kann von der Verwendung der hier offenbarten wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen profitieren. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 8,303,871, das Boothe u.a. erteilt wurde, Granulatoren für Materialien wie Wachse, Asphalte, Klebstoffe, Gummibasisformulierungen, Polyolefine mit hohem Schmelzfluss und nicht-polymere organische und/oder anorganische Verbindungen. Die Verwendung von hydrophobem Siliciumdioxid kann die Arten von Polymeren, die unter Verwendung der Unterwassergranulierung verarbeitet werden können, erweitern, da die Oberflächenwechselwirkungen, die das hydrophobe Siliciumdioxid an der Oberfläche des Polymers haften, anders sind als bei hydrophilem Siliciumdioxid.
  • Die hier offenbarten wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen können auch verwendet werden, um Siliciumdioxid während der Suspensionspolymerisation in Polymere einzuarbeiten. Die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion kann mit Monomer formuliert werden, das dann polymerisiert werden kann.
  • Die hier offenbarten wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen können auch verwendet werden, um Siliciumdioxid durch Extrusion in ein Polymer einzuarbeiten. Beispielhafte Verfahren sind in der EP1401924 offenbart, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Die Erfindung wird durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele näher beschrieben.
  • Beispiele
  • Mehrere Experimente wurden durchgeführt, um die Eigenschaften von Beschichtungsformulierungen zu untersuchen, die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen enthalten. Im Allgemeinen wurde ein pyrogenes Siliciumdioxid in einer „Ausgangs“- oder „Basis“-Zusammensetzung, typischerweise einer Dispersion, bereitgestellt. Hydrophobe partikelförmige Siliciumdioxidmaterialien wurden der Basis zugesetzt, um wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen zu bilden. Ein für Beschichtungsanwendungen geeignetes Harzsystem wurde anschließend mit der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion kombiniert, um die „End-“ oder „Beschichtungs-“Formulierung herzustellen. Die Beschichtungsformulierung wurde vor und nach der Aushärtung bezüglich Eigenschaften wie Viskosität, Glanz, Härte und andere für die Entwicklung und Herstellung von Beschichtungsformulierungen relevante Eigenschaften untersucht.
  • Drei kommerzielle Basiszusammensetzungen wurden in den nachfolgenden Beispielen verwendet. Die erste, Cab-O-Sperse® PG 022-Dispersion, erhältlich von der Cabot Corporation, war eine Basendispersion, die sich durch einen pH-Wert von 3,8, eine Viskosität unter 100 Centipoise (cP), ein spezifisches Gewicht von 1,125 und einen Feststoffgehalt (Beladung) von 20 Gew.-% auszeichnet. Der Feststoff in der Basisdispersion war ein hydrophiles pyrogenes Siliciumdioxid, gekennzeichnet durch eine Oberfläche von etwa 200 m2/g, eine Partikelgröße im Submikronbereich, eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung mit einem Mittelwert von weniger als 0,2 Mikron und einer kationischen Oberflächenladung.
  • Die zweite Cab-O-Sperse® 1015A-Dispersion, erhältlich von der Cabot Corporation, zeichnete sich durch einen pH-Wert von 6,0, eine maximale Viskosität von 40 cP und eine spezifische Dichte von 1,089 auf. Sie enthielt ein pyrogenes Siliciumdioxid mit geringer Oberfläche (ca. 90 m2/g), dass durch negativ geladene Partikel (ungefähre durchschnittliche Partikelgröße von 20 Nanometern (nm)) in einem wässrigen, mit Ammoniumhydroxid stabilisierten Medium gekennzeichnet war. Die Beladung mit pyrogenem Siliciumdioxid betrug etwa 15 %.
  • Die dritte, Cab-O-Sperse 2017A-Dispersion, erhältlich von der Cabot Corporation, war durch eine maximale Viskosität von 150 cPs, einen pH-Wert von 9,8 und ein spezifisches Gewicht von 1,099 charakterisiert. Sie enthält ein pyrogenes Siliciumdioxid mit einer BET-Oberfläche von etwa 200 m2/g in einer Menge von 17 Gew.-% in einem mit Ammoniumhydroxid stabilisierten wässrigen Medium.
  • Basisdispersionen wurden auch direkt mit Cab-O-Sil EL-90 und M-5 pyrogenen Siliciumdioxiden hergestellt. L-90-Siliciumdioxid weist eine nominale BET-Oberfläche von 90 m2/g auf; M-5-Siliciumdioxid weist eine nominale BET-Oberfläche von 200 m2/g.
  • Die Mattierungsmittel in den Beispielen umfassen transluzentes Aerogel, erhältlich von der Cabot Corporation unter den Bezeichnungen ENOVA® MT1100, IC3120 und IC3130 Aerogel erhältlich ist, opakes Aerogel, das bei der Cabot Corporation unter der Bezeichnung ENOVA® MT1200 Aerogel, Cab-O-Sil TS-720 mit Polydimethylsiloxan behandeltes Siliciumdioxid und CAB-O-SIL TS-530 mit Hexamethyldisilazan behandeltes Siliciumdioxid. Die Aerogel-Materialien Weizen eine Methanolzahl von mehr als 80 auf. TS-720 Siliciumdioxid weist eine Methanolzahl von etwa 72 auf. TS-530 Siliciumdioxid weist eine Methanolzahl von etwa 63 auf.
  • Weitere Feststoffe, die bei der Herstellung von Mattierungszusammensetzungen zugesetzt wurden, umfassten ein mikronisiertes gefälltes Siliciumdioxid, dass z. B. von Evonik Industries AG unter der Bezeichnung ZEOTHIX® 95 Siliciumdioxid erhältlich ist. ZEOTHIX® 95 wird typischerweise als Rheologiemodifikator, Glättungsmittel und Mattierungsmittel verwendet und weist eine beschriebene durchschnittliche Partikelgröße von 8,5 Mikron und eine Oberfläche (BET) von 180 m2/g auf.
  • Ferner wurde als Mittel, das dem bereits in der Basis vorhandenen pyrogenen Siliciumdioxid zugesetzt wurde, ein hydrophobiertes pyrogenes Siliciumdioxid mit einer typischen Oberfläche von 125 m2/g verwendet, das unter der Bezeichnung CAB-O-SIL® TS-610 Silica von der Cabot Corporation erhältlich ist, und sowohl für polare als auch für unpolare Harzsysteme als geeignet erachtet wird, insbesondere wenn die einfache Dispergierbarkeit ein primärer Gesichtspunkt der Formulierung ist. Dieses Siliciumdioxid hat eine Methanolzahl von etwa 37 auf.
  • Ein weiteres Material, das in einigen Experimenten hinzugefügt wurde, war eine mikronisierte Polyethylen-Wachslegierung, mit Schmelzspitzen im Bereich von 92 -141 °C und das für flüssige Druckfarben oder andere Systeme auf Wasser- und Lösungsmittelbasis empfohlen wurde. Dieses Material ist kommerziell von Shamrock Technologies, Newark, NJ, unter der Bezeichnung S-363 erhältlich.
  • Für eine Polyurethan-Acryl-Beschichtungsformulierung wurde als System ein wasserbasiertes Urethan/Acryl-Copolymer mit hohem Feststoffgehalt für lufttrocknende Beschichtungen gewählt, das typischerweise für allgemeine und Automobilkunststoffe, Metallbeschichtungen, Bodenbeschichtungen und Streichlacke verwendet wird und kommerziell von DSM Coating Resins, LLC, PO Box 615 8000 AP Zwolle, Niederlande, unter der Bezeichnung Neo-Pac™ R-9699 wasserbasiertes Urethan/Acryl-Copolymer erhältlich ist.
  • Ein weiteres verwendetes Harzsystem war eine lufttrocknende, wasserbasierte Urethanformulierung, die unter der Bezeichnung NeoRez™ R-960 wasserbasiertes Urethan von DSM Coating Resins, LLC, PO Box 615 8000 AP Zwolle, Niederlande, erhältlich ist und für Hochleistungsanwendungen empfohlen wird, bei denen Härte, Flexibilität, Chemikalienfestigkeit und Abriebfestigkeit erforderlich sind. Es wird davon ausgegangen, dass das aliphatische Rückgrat von NeoRez™ R-960 wasserbasiertem Urethan zu UV-Beständigkeit führt, was seine Verwendung in Außenbeschichtungsanwendungen ermöglicht. Es wird berichtet, dass Klarlacke auf der Basis von NeoRez™ R-960 Harz im Vergleich zu hochleistungsfähigen konventionellen lösemittelhaltigen Urethanlacken vorteilhaft abschneiden.
  • Ebenfalls verwendet wurde eine modifizierte Acrylemulsion für Holzbeschichtungen, die unter der Bezeichnung Neocryl® A-6016 wasserbasiertes Acryl von DSM Coating Resins erhältlich ist. NeoCryl® A-6016 ist bekannt für seine Kratzfestigkeit und Zähigkeit und bildet wasserbeständige Filme, die sehr klar und glänzend sind. Aufgrund seiner UV-Stabilität, seines hohen Glanzes, seiner guten Nasshaftung und seiner Chemikalienbeständigkeit wird NeoCryl® A-6016 auf Wasserbasis häufig als Lack für industrielle Küchenschränke und Möbel verwendet.
  • Ebenfalls verwendet wurde ein Polyurethan-Polycarbonatharz unter der Bezeichnung Permutex EVO EX-RU-92-605, erhältlich von Stahl Holdings B.V., ein Acrylharz, Neocryl E-160, erhältlich von DSM Coating Resins, und Neocryl XK-98 Emulsion, eine anionische Acryl-Copolymer-Emulsion, erhältlich von DSM Coating Resins. NeoCryl XK-98 Emulsion wird sowohl für klare und pigmentierte Decklacke als auch für die Beschichtung von PVC empfohlen. Alle Harze wurden wie vom Hersteller vorgesehen verwendet.
  • Zusätzlich zu den Harzen und den oben erwähnten Feststoffpartikeln enthielten die wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen und/oder Beschichtungsformulierungen Lösungsmittel, Rheologiemodifikatoren, Tenside, Härter und/oder andere Inhaltsstoffe, die häufig beim Dispergieren von Feststoffen verwendet werden und die bei der Herstellung von Beschichtungsformulierungen üblich sind. In den nachstehenden Beispielen wurden spezifische Dispergiermittel verwendet: DisperBYK 190 Compound (BYK Chemie), ein nicht-ionisches Dispergiermittel mit Styrol-, Polyoxyethylen- und Polyoxypropylenblöcken mit einem EO/PO-Verhältnis von etwa 3, DisperBYK 192-Verbindung (BYK Chemie), Solsperse 46000-Verbindung (Lubrizol Corporation), ein nicht-ionisches Dispergiermittel, das Polyoxyethylen enthält, Jeffamin M-2070-Verbindung (Huntsman), ein monofunktionelles, primäres Amin mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von etwa 2000 und einem Molverhältnis von Propylenoxid/Ethylenoxid (EO/PO) von 31/10 und einem HLB-Wert von 13,8, Jeffamine M600-Verbindung (Huntsman), ein monofunktionelles, primäres Amin mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von etwa 600 und einem Propylenoxid/Ethylenoxid (EO/PO)-Molverhältnis von 1/9 und einem HLB-Wert von 2, Jeffamin ED900-Verbindung (Huntsman), ein difunktionelles primäres Amin mit einem EO/PO-Verhältnis von knapp über 2 und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von etwa 900, Surfonamin L-300-Verbindung (Huntsman), ein monofunktionelles, primäres Amin mit einem EO/PO-Verhältnis von etwa 58/8, einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von etwa 3000 und einem HLB-Wert von etwa 17,1, Surfonamin B-200-Verbindung, ein monofunktionelles, primäres Amin mit einem EO/PO-Verhältnis von etwa 6/29 und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von etwa 2000 und Petrolite D1038-Verbindung (Baker Hughes Inc.), ein nicht-ionischer Alkylpolyoxyethylenester. Weitere Verbindungen, die in den folgenden Beispielen verwendet wurden, waren Dimethylethanolamin (DMEA), das in der Beschichtungsindustrie und als Härter für Polyurethane und Epoxidharze verwendet wird; BYK-024 Entschäumer auf Silikonbasis (BYK Chemie), BYK-346 Additiv, ein Silikontensid, das häufig in wässrigen Beschichtungen verwendet wird (BYK Chemie); Butylcellosolve (Dow); Dehydran® 1293 Entschäumer (BASF), ein modifiziertes Polysiloxan; und Lösungsmittel wie: Dowanol DPM-Glykolether; Dowanol PnB-Glykolether und Dowanol DPnB-Glykolether.
  • Sofern nicht anders angegeben, sind die in den nachstehenden Tabellen angegebenen Mengen in Gramm (g) angegeben.
  • Die Inhaltsstoffe für wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen wurden, sofern nicht anders angegeben, mit einem Dispermat (CV, CV-3 oder D51580) Mischer gemischt. Im Allgemeinen wurden die Inhaltsstoffe für die Formulierungen auf Harzbasis mit einem Überkopf-Labormischer gemischt. In der Regel wurden Feststoffe schrittweise zugegeben, wobei auf jede Zugabe ein Mischschritt folgte und in vielen Fällen die Viskosität der Dispersion überprüft wurde, um sicherzustellen, dass sie noch gerührt werden konnte, bevor mit der nächsten Zugabe fortgefahren wurde.
  • Die Inhaltsstoffe für wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionsformulierungen mit Harz wurden mit einem Stir-Pak-Hochleistungsmischkopf (Modell #SSM36, Teil #50007-40) gemischt, der an einen Stir-Pak-Drehzahlregler (Modell #SSC30, Teil #50007-00) angeschlossen war. Die Einstellungen des Drehzahlreglers sind 1-10, wobei 1 der niedrigsten Drehzahl entspricht, die von der Mindestdrehzahl des Mischkopfes, in diesem Fall 60 U/min, vorgegeben wird und 10 der höchsten Drehzahl des Mischkopfes entspricht, in diesem Fall 6000 U/min. Beim Rühren wird ein kleiner Wirbel erzeugt. Abhängig von der Viskosität der Proben muss die Einstellung an dem Drehzahlregler bei niedrigerer Viskosität verringert und bei höherer Viskosität erhöht werden.
  • Die Auswertung des Mahlgrades in den nachfolgenden Beispielen gibt die Anwendung der Hegman-Mahlverfahrens an. Das verwendete Hegman-Grindometer wurde von Paul N. Gardner Co., Inc. geliefert und die Auswertungen wurden nach den Anweisungen des Herstellers durchgeführt. Geeignete Proben, die ENOVA-Aerogel MT1100 und MT1200 enthielten, wiesen einen Mahlgrad von mindestens 4 oder 5 auf. Geeignete Proben, die andere Aerogelen enthielten, wiesen einen Mahlgrad von mindestens 2 oder 3 auf. Wenn die Proben keine geeignete Hegman-Mahlung aufwiesen, wurde das Mischen unter denselben Bedingungen fortgesetzt, bis eine geeignete Hegman-Mahlung erreicht war.
  • Die Viskositätsmessungen wurden mit einem Brookfield-Viskosimeter, Modell DV-I +, unter Anwendung des folgenden Verfahrens durchgeführt. Nachdem die Vorrichtung hochgefahren ist, wird der Kühler eingeschaltet und die Temperatur auf 25°C eingestellt. Die Vorrichtung wird dann mit Hilfe des automatischen Nullabgleichs gemäß den Anweisungen auf dem Display der Vorrichtung genullt. Die Auswahl einer Spindel erfolgt durch Drücken der Funktion „Spindel einstellen“, bis die gewählte Spindel (RV Spindle set, RV-1 bis RV-7) markiert ist. Die Funktion „Spindel einstellen“ wird erneut gedrückt, um die Auswahl einzugeben. Ein kleiner Probenbecher wird teilweise mit der zu prüfenden Dispersion/Formulierung gefüllt. Wenn eine scheibenartige Geometrie verwendet wird, wird die Scheibe in die Dispersion/Formulierung gelegt und vorsichtig gedreht, um eventuell unter der Scheibe eingeschlossene Luft freizulassen. Kugelförmige Geometrien können direkt an der Spindel angebracht werden. Der Probenbecher wird dann in die ummantelte Halterung auf der Vorrichtung platziert und die Geometrie wird auf die Spindel geschraubt, sofern sie nicht bereits angebracht ist. Mit einer Pipette wird der Probenbecher bis etwa 2,5 mm von oben gefüllt und die Drehzahl auf 10 U/min eingestellt. Der Motor wird eingeschaltet und das System eine Minute lang bei 10 U/min ausbalancieren gelassen. Dies wird bei 20 U/min, 50 U/min und 100 U/min wiederholt. Nach einer Minute Äquilibrierung bei 100 U/min ist der Test abgeschlossen und der Motor wird abgeschaltet.
  • Bei der Durchführung der unten beschriebenen Experimente wurde die Viskosität als zufriedenstellend angesehen, wenn das resultierende Material zur Herstellung eines Films verwendet werden konnte, z.B. wenn es pipettiert werden konnte und Luftblasen aus dem Film entweichen konnten. Wenn die Viskosität nicht zufriedenstellend war, wurde das Mischen unter denselben Bedingungen fortgesetzt, bis das Material geeignet war.
  • Die Filme wurden auf ein geeignetes Substrat gegossen, wie z.B. Diagramme, kaltgewalzte Stahlplatten (CRS) oder andere im Stand der Technik bekannte Materialien. Im Allgemeinen erfolgte der Auftrag der Beschichtungsdispersion oder der Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat unter Verwendung eines von BYK hergestellten 3 mil-Abzugstabes.
  • Die Aushärtung wurde im Allgemeinen bei 150° F für 30 Minuten durchgeführt, nach einem 10-minütigen Ablüftzeit bei Raumtemperatur. Diese Vorgänge dienten dazu, organische Materialien wie Lösungsmittel und andere Zusätze zu entfernen und die Beschichtung auszuhärten. Die verwendete Ausrüstung war ein Grieve-Doppeltür-Lösungsmittelfester-Ofen.
  • Die Trübungs-Werte der verschiedenen Proben wurden mit einem Glanz- und Trübungs-Messvorrichtungt von BYK gemessen. Der Glanz wurde bei 20, 60 und 85° mit einem Glanz- und Trübungsmessvorrichtung von BYK an 3 mil dicken (nassen), abgezogenen Beschichtungen auf Stahlsubstraten gemessen, sofern nicht anders angegeben.
  • Die König-Härte wurde mit einer König-Härteprüfvorrichtung von BYK-Gardner nach den Anweisungen des Herstellers gemessen. Die Bleistifthärte wurde gemäß ASTM D3363, Testverfahren für Filmhärte durch Bleistifttest, bestimmt. Beide Tests wurden an Filmen durchgeführt, die auf Stahlsubstrate abgezogen wurden. Die Einpunkt-König-Härteprüfung wurde nach dem oben beschriebenen Einbrennverfahren durchgeführt. Die Entwicklung der König-Härte über die Zeit wurde an Beschichtungen gemessen, die bei Raumtemperatur getrocknet wurden.
  • Beispiel 1
  • Polyurethan-Acrylat-Dispersionen wurden hergestellt und im Hinblick auf Dispersionseigenschaften (z.B. Viskosität) sowie Glanz und andere Eigenschaften des ausgehärteten Produkts untersucht.
  • Mattierungsmittel wurden durch wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen I und II bereitgestellt. Das Ausgangsmaterial für beide wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen war Cab-O-Sperse® PG 022 Dispersion.
  • Beide wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen enthielten ENOVA® MT1100 transluzentes Aerogel mit den in Tabelle 1 gezeigten Eigenschaften. Zusätzlich zu diesem Aerogel enthielt die Dispersion II ferner ZEOTHIX® 95 mikronisiertes ausgefälltes Siliciumdioxid mit den in Tabelle 1 angegebenen Eigenschaften.
  • Einzelheiten zu dem bei der Herstellung der Dispersionen I und II befolgten Protokoll bzw. Ablauf sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
    Dispersion I Dispersion II
    Aerogel Aerogel + Zeothix 95 Siliciumdioxid
    Basis PG 022 Dispersion 1600 1600
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend Zugabe von:
    Wasser 80,00 80,00M
    Jeffamine M-2070 Dispergiermittel 80,00 80,00
    Unter Mischen bei 1000-3000 U/min Zugeben von:
    Aerogel 40 40
    Mischen für 5 Minuten bei 1000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    Aerogel 40 40
    Mischen für 5 Minuten bei 1000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    BYK-024 Entschäumer 2 2
    Mischen für 5 Minuten bei 1000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    Mattierungsmittel 60 (Aerogel) 80 (Zeothix 95 Siliciumdioxid)
    Mischen für 10 Minuten bei 2000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    10 g DMEA und 90 g Wasser 85 85
    Insgesamt 1987 2007
    Mischen für weitere 10 Minuten bei 2000 U/min
  • Die Dispersionen I und II wurden zu einer Polyurethan-Acryl-Zusammensetzung (NeoPac™ R-9699 wässriges Urethan/Acryl-Copolymer), wie in Tabelle 3 beschrieben, zugegeben, um die Zusammensetzungen I und II zu bilden: Tabelle 3
    Zusammensetzung I Zusammensetzung II
    (NeoPac™ Harz + Dispersion I) (NeoPac™ Harz + Dispersion II)
    Neo Pac™ R-9699 Harz 200,00 200,00
    Zugabe unter Rühren, Rühren bei Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Dispersion 13,8 13,8
    DMEA (als 20-%ige Lösung in Wasser) 1,38 1,38
    Mischen für 10 Minuten unter Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler
  • Zusätzliche Bestandteile wurden zu den Zusammensetzungen I und II aus Tabelle B (Beispiel 1) zugegeben, wie in Tabelle C (Beispiel 1) dargestellt, und die Viskosität der resultierenden Beschichtungsdispersionen I und II gemessen. Ferner ist in Tabelle 4 eine Kontrollzusammensetzung dargestellt, die unter Verwendung derselben Harzkomponente hergestellt wurde, jedoch ohne eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion. Tabelle 4
    Beschichtung Dispersion I Neopac™ Harz + Mattierungsmittel Beschichtung Dispersion II Neopac™ Harz + Mattierungsmittel Kontrolle nur Neo-Pac™ Harz
    NeoPac™ R-9699 Harz 106,90 106,90 100,00
    Rühren von Harz bei Einstellung 2 an dem Drehzahlregler. Vorwiegen der nachfolgenden Bestandteile und anschließend Zugabe zu dem Obigen:
    Butylcellosolve 8,00 8,00 8,00
    Dowanol DPM Glycolether 4,00 4,00 4,00
    Dehydran 1293 Entschäumer 0,60 0,60 0,60
    BYK 346 Zusatzmittel 0,40 0,40 0,40
    Wasser 4,60 4,60 4,60
    Viskosität (cP) 82,50 93,40 78,50
  • Eine deutlichere Zunahme der Viskosität wurde bei der Zugabe von gefälltem Siliciumdioxid beobachtet. Bezogen auf die Kontrollzusammensetzung lag die Steigerung der Viskosität, die bei Verwendung von Mattierungsmitteln in den Beschichtungsdispersionen I oder II beobachtet wurde, jedoch innerhalb annehmbarer Grenzen.
  • Die wie oben beschrieben hergestellten Beschichtungen I und II wurden bezüglich Trübung, Glanz und König-Härte bewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 5 und 6 dargestellt. Tabelle 5
    Beschichtung I Beschichtung II Kontrolle
    König-Härte
    2 Stunden 11,00 10,00 9,00
    4 Stunden 22,00 20,00 18,00
    8 Stunden 39,00 40,00 37,00
    24 Stunden 48,00 49,00 40,00
    7 Tage 56,00 57,00 46,00
    Tabelle 6
    Beschichtung I Beschichtung II Kontrolle
    Glanz 20 7,9 7,6 104,0
    Glanz 60 16,5 15,6 107,0
    Trübung 502 526 510
  • Die Werte zeigen, dass die Mattierungsmittel die Trübung oder die König-Härte im Vergleich zur Kontrolle nicht signifikant veränderten. Der Glanz reduzierte sich jedoch sowohl bei Beschichtung I als auch bei Beschichtung II erheblich.
  • Beispiel 2
  • Die folgenden wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen I, II und III, wurden ausgehend von der gleichen Basisdispersion wie in Beispiel 1, nämlich CAB-O-SPERSE PG 022-Dispersion, hergestellt. Die drei Zusammensetzungen umfassten jeweils: (I) ENOVA® MT1100 Aerogel; (II) eine Kombination aus demselben ENOVA® MT1100 Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid Zeothix 95; und (III) eine Kombination aus dem ENOVA® MT1100 Aerogel und mikronisiertem Wachsmaterial S363. Das verwendete Verfahren ist in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7
    I II III
    Basisdispersion (PG 022 Dispersion) 400,00 400,00 400,00
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend Zugabe des Folgenden
    Wasser 20,00 20,00 20,00
    Jeffamine M2070 Dispersionsmittel 20,00 20,00 20,00
    Zugeben des folgenden unter Mischen bei 1000 U/min
    Aerogel 10 10 10
    Mischen für 5 Minuten bei 1000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 10 10 10
    Mischen für 5 Minuten bei 1000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    BYK024 0,5 0,5 0,5
    Mischen für 10 Minuten bei 2000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Mengen des Mattierungsmittel: 5 5 5
    Art des Mattierungsmittel: Aerogel ZEOTHIX 95 Siliciumdioxid S363 Wachs
    Insgesamt: 465,50 465,50 465,50
    Feststoffe insgesamt, % 26,85 26,85 26,85
  • Die drei Dispersionen wurden, wie in dem nachfolgenden Beispiel 3 beschrieben, weiter bewertet.
  • Beispiel 3
  • Die in dem obigen Beispiel 2 hergestellten Dispersionen I, II und III wurden in Verbindung mit einem Polyurethansystem (NeoRez™ R-960 wasserbasiertes Urethan) zur Herstellung mehrerer Beschichtungszusammensetzungen verwendet. Die Bezeichnungen „niedrig“ und „hoch“ beziehen sich auf die gewählte relative Beladung.
  • Das zur Herstellung einer Kontrollzusammensetzung und von experimentellen Beschichtungszusammensetzungen auf Urethanbasis befolgte Protokoll bzw. Ablauf ist in Tabelle 8 detailliert aufgeführt. Der Mahlgrad bezieht sich auf die Anwendung des Hegman-Mahlverfahrens, wie oben beschrieben. Tabelle 8
    A B C D E F G
    Kontrolle I-niedrig I-hoch II-niedrig II-hoch III-niedrig III-hoch
    Harz 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00
    Rühren von Harz mit Einstellung 2 an dem Drehzahlregler. Vorwiegen der nachfolgenden Bestandteile und anschließend Zugabe zu dem Obigen.
    Wasser 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85
    BYK-346 Zusatzmittel 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10
    Dehydran 1293 Entschäumer 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15
    Dowanol DPM Glycolether 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
    Insgesamt 51,35 51,35 51,35 51,35 51,35 51,35
    Zugeben zu dem Obigen unter Rühren (Einstellung 2)
    Dispersion Keine I-niedrig I-hoch II-niedrig II-hoch III-niedrig III-hoch
    Dispersionsmenge 0,00 1,12 2,24 1,12 2,24 1,12 2,24
    Prozentanteil der festen Mattierungskomponente relativ zu dem verwendeten festen Harz 0 1,76 3,53 1,76 3,53 1,76 3,53
    Mischen für 20 Minuten bei hoher Geschwindigkeit (Einstellung 2), anschließend Überprüfen der Feinheit der Mahlung
    a: NeoRez™ R-960 wasserbasiertes Urethan bei einer festen Beladung von 34 %.
  • Die für die verschiedenen Beschichtungszusammensetzungen beobachteten pH-Werte und Viskositätswerte sind in der nachfolgenden Tabelle 9 angegeben. Tabelle 9
    A B C D E F G
    Kontrolle I-niedrig I-hoch II-niedrig II-hoch III-niedrig III-hoch
    pH 8,10 8,20 8,40 8,50 8,40 8,50 8,60
    Viskosität 125,00 118,00 129 128 136 132 136
  • Die Testpanels wurden durch Gießen der Beschichtungszusammensetzung auf Leneta-2C-Diagramme unter Verwendung eines 3 mil-Nass-Abzugstabes vorbereitet. Die Aushärtung erfolgte durch Ablüften bei Raumtemperatur für 10 Minuten und einen Einbrennvorgang bei 150° F für 30 Minuten. Die resultierenden Schichten wiesen die in Tabelle 10 und 1 bis 4 dargestellten Eigenschaften auf. Tabelle 10
    A B C D E F G
    Kontrolle I-niedrig I-hoch II-niedrig II-hoch III-niedrig III-hoch
    Glanz, 20 102,0 82,0 74,0 75 52,0 74 52
    Glanz, 60 106,0 86,0 78,0 78 60,0 82 59
    Trübung 478,0 504,0 506,0 540,0 550,0 557,0 565,0
    König-Härte 32,0 33,0 34,0 35,0 35,0 34,0 35,0
  • Im Allgemeinen zeigten alle experimentellen Proben im Vergleich zu der Kontrollprobe eine Verringerung des Glanzes. Bei dem in diesem Beispiel getesteten Polyurethansystem schien die Kombination aus transluzentem Aerogel und mikronisiertem Wachs, insbesondere bei Zugabe der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion auf hohem Niveau (Probe G), einen deutlichen Mattierungseffekt im Vergleich zu der Kontrollbeschichtung zu bewirken. Eine gute Verringerung des Glanzes wurde auch beobachtet, wenn Aerogel und gefälltes Siliciumdioxid in hoher Konzentration zugegeben wurden (Probe E). Die Werte scheinen auf einen möglichen Trend zu einem verstärkten Mattierungseffekt hinzuweisen, wenn bei der Herstellung der Beschichtungszusammensetzung ein drittes Mittel (gefälltes Siliciumdioxid oder Wachs) zugegeben wurde.
  • Die Zugabe von Mattierungsmittel schien zu einer gewissen Zunahme der Trübungswerte zu führen, wobei die größte Zunahme bei Probe G (III-hoch) auftrat.
  • Leichte Zunahmen der König-Härte wurden bei allen Versuchsproben beobachtet, wobei etwas höhere Werte bei den Proben D (II-niedrig), E (II-hoch) und G (III-hoch) beobachtet wurden.
  • Beispiel 4
  • Eine Basisdispersion, CAB-O-SPERSE 1015A Dispersion, wurde mit ENOVA MT1100 Aerogel und CAB-O-SIL TS-610 Siliciumdioxid gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 11 beschriebenen Verfahren kombiniert. Tabelle 11
    CAB-O-SPERSE 1015A Basisdispersion 400,00
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend Zugabe des Folgenden
    Wasser 6,00
    Surfonamin B-200 Dispergiermittel 6,00
    Unter Mischen @ 1000 U/min Zugabe des folgenden
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    BYK-024 Entschäumer 0,4
    Mischen für 5 Minuten bei 1000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    TS-610 pyrogenes Siliciumdioxid 4
    Insgesamt 440,40
  • Die resultierende wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion wird in einem Polyurethan-Acrylat-System (Polymere der Marke NeoPac® R-9699) bewertet. Das Verfahren zur Herstellung nicht gehärteter Beschichtungszusammensetzungen mit zwei unterschiedlichen Mengen an Siliciumdioxidbeladung und einer Kontrollzusammensetzung ohne Siliciumdioxid ist in Tabelle 12 angegeben. Tabelle 12
    A B C
    Control I-niedrig II-hoch
    Harz 50,00 50,00 50,00
    Rühren von Harz bei Einstellung 2 an dem Drehzahlregler. Vorwiegen der nachfolgenden Bestandteile und anschließend Zugabe zu dem Obigen:
    Butylcellosolve 4,00 4,00 4,00
    Dowanol DPM Glycolether 2,00 2,00 2,00
    Dehyran 1293 Entschäumer 0,30 0,30 0,30
    BYK 346 Zusatzmittel 0,20 0,20 0,20
    Wasser 2,30 2,30 2,30
    Insgesamt 58,80 58,80
    Zu dem Obigen unter Rühren (Einstellung 2),
    Dispersion Control I-niedrig I-hoch
    Menge an zugegebener Siliziumdioxiddispersion 0,00 1,12 2,24
    Mischen für 20 Minuten bei Einstellung 2, anschließend Überprüfen des Mahlgrades
    a: NeoPac® R-9699 wasserbasiertes Urethane-Acryl mit einer festen Beladung von 40 %
  • Die Beschichtungszusammensetzungen werden auf Leneta-2C-Diagramme mit einem 3 mil-Nass-Abzugstab gegossen und dann gehärtet. Zur Messung der optischen Eigenschaften wird die Abrüstung 10 Minuten lang bei Raumtemperatur und der Einbrennvorgang 30 Minuten lang bei 150°F durchgeführt. Es wird erwartet, dass die mit wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen hergestellten Beschichtungen mindestens 15 % weniger Glanz, gemessen bei 60°, aufweisen würden als die ohne Siliciumdioxid hergestellte Kontrollzusammensetzung.
  • Beispiel 5
  • Eine Basisdispersion, CAB-O-SPERSE 1015A Dispersion, wird mit ENOVA MT1100 Aerogel und CAB-O-SIL TS-610 Siliciumdioxid gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 13 beschriebenen Verfahren kombiniert. Tabelle 13
    CAB-O-SPERSE 1015A Basisdispersion 400,00
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend Zugabe des Folgenden
    Wasser 6,00
    Jeffamine ED-900 Dispergiermittel 6,00
    Zugabe des folgenden unter Mischen @ 1000 U/min
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    BYK-024 Entschäumer 0,4
    Mischen für 5 Minuten bei 1000 U/min, bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von
    Aerogel 4
    TS-610 pyrogenes Siliciumdioxid 4
    Insgesamt 440,40
  • Die resultierende wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion wird zu einem Polyurethan-Harzsystem (NeoRez® R-960 wasserbasiertes Urethan) hinzugefügt, um die Beschichtungsdispersionen B bis D herzustellen, wie in dem in Tabelle 14 dargestellten Verfahren gezeigt. Die Kontrollprobe A wird ohne Siliciumdioxid hergestellt. Probe D wird durch direkte Zugabe der Siliciumdioxiddispersion zum Harz hergestellt, gefolgt von dem vorgemischten Lösungsmittel. Die Proben B und C werden durch direkte Zugabe des vorgemischten Lösungsmittels zum Harz, gefolgt von der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion, hergestellt. Tabelle 14
    Dispersion: A B C D
    Harza 100,00 100.00 100.00 100.00
    Rühren von Harz mit Einstellung 2 an dem Drehzahlregler. Vorwiegen der nachfolgenden Bestandteile und anschließend Zugabe zu dem Obigen:
    Menge der Siliciumdioxiddispersion 0,00 0,00 0,00 16,20
    Vormischen des Folgenden, Zugabe zu dem Obigen unter Rühren (Einstellung 2)
    Wasser 1,70 1,70 1,70 1,70
    BYK-346 Zusatzmittel 0,20 0,20 0,20 0,20
    Dehydran 1293 Entschäumer 0,30 0,30 0,30 0,30
    DPM Glycolether 0,50 0,50 0,50 0,50
    Zugabe zu dem Obigen unter Rühren (Einstellung 2)
    Menge der Siliciumdioxiddispersion 0,00 8,09 16,20 0,00
    Mischen für 20 Minuten bei hoher Geschwindigkeit (Einstellung 2) anschließend Überprüfen des Mahlgrades
    a: NeoRez® R-960 wasserbasiertes Urethan
  • Eine Kontrollbeschichtung und drei experimentelle Beschichtungen (Filme) werden durch Gießen der oben beschriebenen Beschichtungsformulierungen auf das CRS-Panel der Marke ACT Bonderite® 1000, erhältlich von ACT Test Panel Technologies unter Verwendung des oben beschriebenen 3 mil-Nass-Abzugsstabes hergestellt. Bei Proben für die optische Charakterisierung beträgt die Ablüftung 10 Minuten bei Raumtemperatur; der Einbrennzyklus beträgt 30 Minuten bei 150°F. Es wird erwartet, dass die mit wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen hergestellten Beschichtungen einen geringeren Glanz aufweisen als ohne Siliciumdioxid hergestellte Beschichtungen und dass die Reihenfolge der Zugabe von Lösungsmittel und Siliciumdioxid wenig oder keinen Einfluss auf die optischen und Härteeigenschaften hat.
  • Beispiel 6
  • Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen werden mit CAB-O-SIL EL-90 hydrophiles pyrogenes Siliciumdioxid und TS-530 mit Hexamethyldisilazan behandelte hydrophobes pyrogenes Siliciumdioxid von Cabot Corporation gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 15 dargestellten Verfahren hergestellt. Tabelle 15
    Verfahrensschritt Dispersion 6A Dispersion 6B
    Menge (g) Menge (g)
    Wasser 28,2 32,0
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend Zugabe von:
    EL-90 Siliciumdioxid 5 2
    Zugabe unter Mischen bei 1000-3000 U/min:
    Surfonamin B200 Dispergiermittel 3,90 1,56
    Peregal-25 Dispergiermittel 1,56
    Wasser 52,7 52,7
    Zugabe unter Mischen bei 1000-3000 U/min
    TS-530 Siliciumdioxid 5 5
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von:
    TS-530 Siliciumdioxid 5 5
    BYK024 Entschäumer 0,2 0,2
    Mischen für weitere 20 Minuten bei 3000 U/min
  • Die resultierenden wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen werden gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 16 dargestellten Verfahren zu einer Acrylzusammensetzung zugegeben. Eine Kontrolldispersion ohne Siliciumdioxid wird ebenfalls hergestellt. Tabelle 16
    Kontrolldispersion Dispersion 11A Dispersion 11B
    Menge (g) Menge (g)
    Neocryl E160 Harz (34 %) 100 100 100
    Zugabe unter Rühren, Rühren bei Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wasser 8,7 8,7 8,7
    BYK346 Dispergiermittel 0,2 0,2 0,2
    Dehydran 1293 Zusatzmittel 0,3 0,3 0,3
    Butylcarbitol 4 4 4
    DPnB Glycolether 4 4 4
    DPM Glycolether 2,2 2,2 2,2
    Zugabe unter Rühren, Rühren bei Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Aqueous Hydrophobie Silica Dispersion - 8,9 11,0
    Mischen für 20 Minuten, Rühren bei hoher Geschwindigkeit am Drehzahlregler
  • Die Zusammensetzungen werden auf Leneta-2C-Diagramme mit einem 3 mil Drawdown-Balken nach dem zuvor beschriebenen Verfahren gegossen und 10 Minuten lang bei Umgebungstemperatur und 30 Minuten bei 150 °F trocknen gelassen. Es wird erwartet, dass die siliziumdioxidhaltigen Beschichtungen bei 60o einen um mindestens 15 % geringeren Glanz aufweisen als die ohne Kieselsäure hergestellte Beschichtung.
  • Beispiel 7
  • Das in Tabelle 1 beschriebene Aerogel kann sich in seinen optischen Eigenschaften unterscheiden. Dieses Beispiel wurde durchgeführt, um mögliche Unterschiede zwischen den transluzenten und opaken Varianten des Aerogels in einem Polyurethansystem zu bewerten.
  • Die Basisdispersion, Cab-O-Sperse® 1015A-Dispersion, wurde zur Herstellung zweier wässriger hydrophober Siliciumdioxiddispersionen P, die ein transluzentes Aerogel, ENOVA® MT1100-Aerogel, enthält, und Q, die ein opakes Aerogel, ENOVA® MT1200-Aerogel enthält, verwendet.) Beiden Dispersionen wurde CAB-O-SIL® TS-610 Siliciumdioxid zugesetzt. Einzelheiten zu dem bei der Herstellung der Dispersionen P und Q befolgten Protokoll sind in Tabelle 17 dargestellt. Tabelle 17
    P (Transluzentes Aerogel) Q (Opakes Aerogel)
    Cab-O-Sperse® 1015A Basisdispersion 600,00 600,00
    Vor Mischen der nachfolgenden Bestandteile, anschließend Zugabe zu dem Obigen bei, 1000 U/min
    Wasser 18,00 18,00
    Jeffamine M2070 Dispergiermittel 18,00 18,00
    Zugabe zu dem folgenden unter Mischen bei 1000 U/min
    Zusatzmittel 12 12
    Transluzentes Aerogel Opakes Aerogel
    Mischen bei 3000 U/min für 10 Minuten oder bis das Zusatzmittel vollständig eingearbeitet ist, anschließend Zugabe von
    Zusatzmittel 12 12
    Transluzentes Aerogel Opakes Aerogel
    Mischen bei 3000 U/min für 10 Minuten oder bis das Zusatzmittel vollständig eingearbeitet ist, anschließend Zugabe von
    Zusatzmittel 12 12
    Transluzentes Aerogel Opakes Aerogel
    Mischen bei 3000 U/min für 10 Minuten oder bis das Zusatzmittel vollständig eingearbeitet ist, anschließend Zugabe von
    Zusatzmittel 12 12
    Transluzentes Aerogel Opakes Aerogel
    Mischen bei 3000 U/min für 10 Minuten oder bis das Zusatzmittel vollständig eingearbeitet ist, anschließend Zugabe von
    Zusatzmittel 12 12
    Transluzentes Aerogel Opakes Aerogel
    Mischen bei 3000 U/min für 10 Minuten oder bis das Zusatzmittel vollständig eingearbeitet ist, anschließend Zugabe von
    BYK-024 Entschäumer 0.6 0.4
    Mischen bei 1000 U/min für 5 Minuten bei 1000 U/min, anschließend Zugabe von
    Zusatzmittel 12 8.2
    Transluzentes Aerogel Opakes Aerogel
    TS-610 silica 6 2,65
    Total (g) 714,60 707,45
    Mischen für 20 Minuten bei 3000 U/min
    Siliciumdioxiddispersionen P Q
    Gesamte Feststoffe (%) 26.78 26.13
  • Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen P und Q wurden einem Polyurethan-Harzsystem (NeoRez® R-960-Polymere) zugegeben, um die Beschichtungsformulierungen B bis G nach dem in Tabelle 18 dargestellten Verfahren herzustellen. Die Kontrollprobe A wurde ohne eine zugesetzte Mattierungszusammensetzung hergestellt. Tabelle 18
    Formulierung A B C D E F G
    Harza 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
    Rühren von Harz mit Einstellung 2 an dem Drehzahlregler. Vorwiegen der nachfolgenden Bestandteile und anschließend Zugabe zu dem Obigen:
    Wasser 1,70 1,70 1,70 1,70 1,70 1,70 1,70
    BYK-346 Zusatzmittel 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
    Dehydran 1293 Entschäumer 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30
    DPM Glycolether 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
    102,70 102,70 102,70 102,70 102,70 102,70 102,70
    Zugabe zu dem Obigen unter Rühren, Einstellung 2 an dem Drehzahlregler
    Siliciumdioxiddispersion Kontrolle P P P Q Q Q
    Menge 0,00 6,36 12,73 25,46 6,54 13,09 26,18
    Feste Mattierungskomponente relativ zum festen Harz (%) 0 1,9 3,7 7,4 1,8 3,7 7,4
    Mischen für 20 Minuten bei hoher Geschwindigkeit (Einstellung 2)
    Messen des pH-Wertes und der Viskosität
    pH-Wert 8,59 8,44 8,56 8,07 8,29 8,48 8,51
    Viskosität@ 100 U/min 146 192 360 509 184 208 252
    a: NeoRez® R-960 wasserbasiertes Urethan
  • Ein deutlicherer Anstieg der Viskosität wurde mit der Zugabe der Dispersion P beobachtet, während die Dispersion Q in einem annehmbaren Viskositätsbereich relativ zur Kontrolle blieb.
  • Die wie oben beschrieben hergestellten Beschichtungsformulierungen A bis G wurden auf Glanz, Trübung, König-Härte und Bleistifthärte untersucht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 19-21 dargestellt. Tabelle 19
    A B C D E F G
    Glanz 20 45,7 13,2 9,0 5,3 12,1 5,6 3,0
    Glanz 60 95,9 44,0 30,3 17,2 44,6 21,7 9,3
    Haze 687,0 464 394 293 429 291 195
    Table 20
    A B C D E F G
    König-Härte
    2 Stunden 33,0 39,0 44,0 41,0 36,0 37,0 43,0
    4 Stunden 50,0 48,0 46,0 42,0 49,0 48,0 43,0
    8 Stunden 57,0 46,0 45,0 44,0 51,0 49,0 49,0
    24 Stunden 49,0 51,0 50,0 46,0 45,0 45,0 48,0
    Table 21
    A B C D E F G
    Bleistifthärte 6H 7H 7H 7H 6H 6H 6H
  • Zwei Vergleichsprodukte, R (TS-100 Siliciumdioxid) und S (S363 Wachs) wurden einem Polyurethan-Harzsystem (NeoRez® R-960 Polymere) zugesetzt, um die Beschichtungsformulierungen H bis M nach dem in Tabelle 22 dargestellten Verfahren herzustellen. Tabelle 22
    Formulierung H I J K L M
    Harza 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
    Rühren von Harz mit Einstellung 2 an dem Drehzahlregler. Vorwiegen der nachfolgenden Bestandteile und anschließend Zugabe zu dem Obigen
    Wasser 1,70 1,70 1,70 1,70 1,70 1,70
    BYK-346 Zusatzmittel 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
    Dehydran 1293 Entschäumer 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30
    DPM Glycolether 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
    102,70 102,70 102,70 118,90 102,70 102,70
    Zugeben zu dem Obigen unter Rühren mit Einstellung 2
    Amt. Mattierungsmittel R R R S S S
    Menge 1,71 3,42 6,84 1,71 3,42 6,84
    Feste Mattierungskomponente (%) relativ zu festem Harz 5 10 20 5 10 20
    Mischen für 20 Minuten bei hoher Geschwindigkeit, Einstellung 4 für das Produkt R und Einstellung 2 für das Produkt S
    Messen des pH-Wertes
    pH-Wert 8,49 8,32 8,39 8,45 8,56 8,19
    a: NeoRez® R-960 wasserbasiertes Urethan
  • Bei der Zugabe der Verbindung R wurde ein stärkerer Anstieg der Viskosität beobachtet als bei der Zugabe der Verbindung S.
  • Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Beschichtungsformulierungen H bis M wurden auf Glanz, Trübung, König-Härte und Bleistifthärte bewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 23 bis 25 dargestellt. Tabelle 23
    H I J K L M
    Glanz, 20 6,5 3,7 2,7 14,5 8,5 4,6
    Glanz 60 16,5 8,1 5,5 44,9 27,6 21,5
    Trübung 354 245 225 524 382 245
    Table 24
    H I J K L M
    König-Härte
    2 Stunden 46,0 42,0 47,0 50,0 49,0 37,0
    4 Stunden 45,0 46,0 46,0 49,0 50,0 40,0
    8 Stunden 50,0 50,0 52,0 50,0 50,0 50,0
    24 Stunden 50,0 46,0 49,0 50,0 51,0 49,0
    Table 25
    H I J K L M
    Bleistifthärte 7H 7H 7H 6H 6H 6H
  • Die Daten sind in den 5 bis 9 dargestellt. Eine Beschreibung der Beispiele wird nachfolgend bereitgestellt:
    • A Kontrolle
    • B 1,9 % wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion P in Harzformulierung
    • C 3,7 % wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion P in Harzformulierung
    • D 7,4 % wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion P in Harzformulierung
    • E 1,8 % wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion Q in Harzformulierung
    • F 3,7 % wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion Q in der Harzformulierung
    • G 7,4 % wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion Q in Harzformulierung
    • H 5 % Vergleichsmattierungsmittel R (TS-100 Siliciumdioxid) in der Harzformulierung
    • I 10 % Vergleichsmattierungsmittel R in der Harzformulierung
    • J 20 % Vergleichsmattierungsmittel R in der Harzformulierung
    • K 5 % Vergleichsmattierungsmittel S (S363 mikronisiertes Wachs) in der Harzformulierung
    • L 10 % Vergleichsmattierungsmittel S in der Harzformulierung
    • M 20 % Vergleichsmattierungsmittel S in der Harzformulierung
  • Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Vergleichsmattierungsmittel S und R zwar die Trübung, nicht aber die König-Härte oder Bleistifthärte im Vergleich zur Kontrolle beeinflussten. Der Glanz wurde jedoch in allen Formulierungen im Vergleich zur Kontrolle erheblich reduziert.
  • Beispiel 8
  • Die Leistung des Aerogels wurde auch in einem klaren wasserbasierten Acrylsystem untersucht, das von DSM unter der Bezeichnung Neocryl® A-6016 wasserbasiertes Acryl erhältlich ist.
  • Die verwendete wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion war die gleiche wie die Dispersion Q in Beispiel 7; das Mattierungsmittel R (TS-100 Siliciumdioxid) wurde in den Vergleichsformulierungen AE-AG verwendet. Die Formulierungen wurden nach dem in der Tabelle 26 beschriebenen Verfahren hergestellt. Tabelle 26
    Formulierung AA AB AC AD AE AF AG
    Neocryl A-6016 wasserbasiertes Acryl 100,00 100,00 100,00 100,00 100 100 100
    Vormischen des Folgenden, Zugabe zu dem Obigen unter gutem Rühren (Einstellung 2
    Wasser 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70
    BYK-346 Zusatzmittel 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
    Dehydran 1293 Entschäumer 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30
    Dowanol PnB Glycolether 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00
    Dowanol DPnB Glycolether 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00
    Dowanol DPM Glycolether 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50
    100 122,70 122,70 122,70 122,70 122,70 122,70
    Zugabe zu dem Obigen unter gutem Rühren (Einstellung 2)
    Mattierungsmittel Keines Q Q Q R (Pulver) R (Pulver) R (Pulver)
    Zugegebene Siliciumdioxiddispersion/Pulver 0,00 8,61 17,22 34,44 0,830 1,66 3,32
    % aktives festes Mattierungsmittel relativ zu dem Harz 0,00 1,84% 3,69% 7,38% 1,84% 3,69% 7,38%
    Bewertung der Einarbeitung des Mattierungsmittel - Leicht Leicht Leicht Leicht Medium Hart
  • Die obige Tabelle 26 zeigt, dass eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion auf der Basis einer opaken Aerogel-Dispersion Q auf allen Ebenen (Formulierung AB, AC und AD) leicht in das Acrylsystem eingearbeitet werden konnte, während das in Pulverform verwendete Mattierungsmittel R immer schwieriger in die Beschichtungsdispersionen (AE, AF und AG) eingearbeitet werden konnte.
  • Die Formulierungen wurden mit einem 3 mil Abzugsstab nach dem zuvor beschriebenen Verfahren auf CRS-Platten der Marke ACT Bonderite® 1000, die bei ACT Test Panel Technologies erhältlich sind, aufgebracht und 10 Minuten lang bei Umgebungstemperatur und 30 Minuten bei 150 °F getrocknet. Tabelle 27 zeigt, dass der Glanzgrad durch die Einarbeitung sowohl von Dispersionen auf Aerogel-Basis als auch des pulverförmigen Mattierungsmittels R reduziert wurde. Die Bleistifthärte wurde von keinem der beiden Mattierungsmittel beeinflusst. Tabelle 27
    AA AB AC AD AE AF AG
    Glanz (20°) 36,1 13,3 8,6 7,3 13,9 7,3 4,1
    Glanz (60°) 82,8 49,6 35,8 33,4 49,0 30,2 15,7
    Trübung 667 564 485 460 552 423 323
    Bleistifthärte 3H 3H 3H 3H 3H 3H 3H
  • In einem anderen Experiment wurden, nachdem die Drawdown-Filme wie zuvor gezeigt vorbereitet worden waren, die Filme bei Umgebungstemperatur getrocknet und die Entwicklung der König-Härte wurde über die Zeit aufgezeichnet. Wie ebenfalls in 10 gezeigt, wiesen Vergleichsformulierungen (AE, AF und AG), die das Mattierungsmittel R verwendeten, vor allem in der Frühphase eine niedrigere König-Härte auf, während opake Mattierungsmittel auf Aerogel-Basis in den Formulierungen AB, AC und AD mit der Acrylkontrolle (AA) sehr vergleichbar waren. Dies weist auf eine gute Kompatibilität zwischen den Aerogel-Mattierungspartikeln und dem Acrylsystem hin.
  • Tabelle 28 zeigt die Ergebnisse der Wasserbeständigkeit der Filme. Im Vergleich zur Kontrolle wiesen alle Formulierungen eine bessere Wasserbeständigkeit auf: keine Blasenbildung des Films nach einstündigem Wasserkontakt und gute Wiederherstellung der Folienfestigkeit nach einstündiger Trocknung unter Umgebungsbedingungen. Insbesondere zeigte die Lackdispersion AB nach 24 Stunden bei Raumtemperatur keine Erweichung gegenüber Wasser. Tabelle 28
    frühe Wasserbeständigkeit AA AB AC AD AE AF AG
    2 Stunden
    Blasenbildung (J oder N) J N N N N N N
    Erweichung (J/N) J J J J J J J
    Wiederherstellung (J/N) N J J J J J J
    4 Stunden
    Blasenbildung (J oder N) J N N N N N N
    Erweichung (J/N) J J J J J J J
    Wiederherstellung (J/N) N J J J J J J
    8 Stunden
    Blasenbildung (J oder N) J N N N N N N
    Erweichung (J/N) J Etwas J J J J J
    Wiederherstellung (J/N) N J J J J J J
    24 Stunden
    Blasenbildung (J oder N) J N N N N N N
    Erweichung (J/N) J N J J J J J
    Wiederherstellung (J/N) N - J J J J J
  • Beispiel 9
  • Eine wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion wurde gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 29 dargestellten Verfahren unter Verwendung von CAB-O-SPERSE 2017A-Dispersion und Enova IC3120-Aerogel der Cabot Corporation hergestellt. Tabelle 29
    Verfahrensschritt Menge (g)
    Basis 2017A Dispersion 200
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend Zugabe von:
    Wasser 6
    PETROLITE D-1038 Dispersionsmittel 15
    Zugeben unter Mischen bei 1000-3000 U/min:
    Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugeben von Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugeben von Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugeben von Aerogel 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugeben von Aerogel 4
    Mischen für 5 Minuten bei 1000 U/min
    bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugeben von Aerogel 4
    Mischen für weitere 20 Minuten bei 3000 U/min
  • Die resultierende wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion wurde gemäß dem Verfahren in Tabelle 30 unten zu einer Polyesterzusammensetzung hinzugefügt: Tabelle 30
    Menge (g)
    NeoRez™ R-960 Harz 100
    Zugeben unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wasser 1,7
    BYK346 Dispergierenmittel 0,2
    Dehydran 1293 Zusatzmittel 0,3
    DOWANOL DPM Glycolether 0,5
    Zugeben unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion 13,6
    Mischen für 20 Minuten, Rühren mit hoher Geschwindigkeit am Drehzahlregler
  • Die resultierende Beschichtungszusammensetzung wurde mit dem Hegman-Grindometer bezüglich des Mahlgrades bewertet. Wenn der Mahlgrad zufriedenstellend war, wurde die Zusammensetzung mit dem zuvor beschriebenen Verfahren auf Bonderite 1000-Platten gegossen und 10 Minuten lang bei Umgebungstemperatur und 30 Minuten bei 150 °F getrocknet. Die resultierende Beschichtung wies eine König-Härte von 40,0 und einen Glanz von 5,4 und 19,8 bei 20° bzw. 60° auf. Während die Beschichtung ein mattes, nicht glänzendes Erscheinungsbild aufwies, war sie milchig und nicht klar. Das Dispergiermittel D1038 hat keine kationische Gruppe und kann möglicherweise nicht die ordnungsgemäße Dispersion sowohl des hydrophoben als auch des hydrophilen partikelförmigen Aerogels erleichtern, insbesondere da der Beschichtungszusammensetzung zusätzliche Komponenten hinzugefügt werden
  • Beispiel 10
  • Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen wurden mit der Siliciumdioxiddispersion CAB-O-SPERSE 2017A und den Aerogelen Enova IC3130 und IC3120 der Cabot Corporation gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 31 dargestellten Verfahren hergestellt. Tabelle 31
    Verfahrensschritt Dispersion mit IC3130 Aerogel Dispersion mit IC3120 Aerogel
    Menge (g) Menge (g)
    Basis 2017A Dispersion 200 200
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend:
    Wasser 6 6
    Jeffamine M600 Dispergiermittel 6 15
    Zugabe von Zugabe unter Mischen bei 1000-3000 U/min:
    Aerogel 4 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugabe von Aerogel 4 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugabe von Aerogel 4 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugabe von Aerogel 4 4
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugabe von Aerogel 4 4
    Mischen für 10 Minuten bei 1000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität:
    Zugabe von Aerogel 4 4
    Mischen für weitere 20 Minuten bei 3000 U/min
  • Die resultierende wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion wurde zu einer Polyurethan-Zusammensetzung hinzugefügt, wie in Tabelle 32 beschrieben: Tabelle 32
    IC3130 Dispersion IC3120 Dispersion
    Menge (g) Menge (g)
    NeoRez™ R-960 Harz 100 100
    Zugeben unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wasser 1,7 1,7
    BYK-346 Dispergiermittel 0,2 0,2
    Dehydran 1293 Zusatzmittel 0,3 0,3
    DOWANOL DPM Glycolether 0,5 0,5
    Zugeben unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion 12,6 13,6
    Mischen für 20 Minuten, Rühren mit hoher Geschwindigkeit am Drehzahlregler
  • Die resultierenden Beschichtungszusammensetzungen wurden mit dem Hegman-Grindometer bezüglich des Mahlgrades bewertet. Wenn der Mahlgrad zufriedenstellend war, wurde die Zusammensetzung mit dem zuvor beschriebenen Verfahren auf Bonderite 1000-Platten gegossen und 10 Minuten lang bei Umgebungstemperatur und 30 Minuten bei 150 °F getrocknet. Die resultierenden Beschichtungen waren klar, wiesen gute Mattierungs- und Härteeigenschaften auf und hatten die in der nachfolgenden Tabelle 33 aufgeführten Eigenschaften. Tabelle 33
    Eigenschaft IC3130 Aerogel-Beschichtung IC3120 Aerogel-Beschichtung
    Glanz, 20 8,7 7,7
    Glanz, 60 25,2 24,1
    König-Härte 46,0 47,0
    Bleistifthärte 2H 2H
  • Die wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen wurden ebenfalls einer Polyurethan-Polycarbonat-Zusammensetzung gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 34 beschriebenen Verfahren zugesetzt. Tabelle 34
    IC3130 Dispersion
    Menge (g)
    Stahl® RU-92-605 hart (30 %) 80
    Zugeben unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler
    Wasser 2,6
    BYK-346 Dispergiermittel 0,4
    Dehydran 1293 Zusatzmittel 0,4
    DPM Glycolether 1,8
    PnB Glycolether 1
    Zugeben unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion 12,6
    Mischen für 20 Minuten, Rühren mit hoher Geschwindigkeit am Drehzahlregler
  • Die resultierenden Beschichtungszusammensetzungen wurden mit dem Hegman-Grindometer bezüglich ihres Mahlgrades bewertet. Wenn der Mahlgrad zufriedenstellend war, wurde die Zusammensetzung mit dem zuvor beschriebenen Verfahren auf Bonderite 1000-Platten gegossen und 10 Minuten lang bei Umgebungstemperatur und 30 Minuten bei 150 °F getrocknet. Die resultierenden Beschichtungen waren klar, wiesen gute Mattierungs- und Härteeigenschaften auf und hatten die in Tabelle 35 aufgeführten Eigenschaften. Tabelle 35
    Eigenschaft IC3130 Aerogel-Beschichtung IC3120 Aerogel-Beschichtung
    Glanz, 85 56 59
    Glanz, 60 18 18
  • Beispiel 11
  • Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersionen wurden mit CAB-O-SIL EL-90 hydrophilem pyrogenen Siliciumdioxid und TS-720 siloxanbehandeltem hydrophoben pyrogenen Siliciumdioxid von Cabot Corporation gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 36 dargestellten Verfahren hergestellt. Tabelle 36
    Verfahrensschritt Dispersion 11A Dispersion 11B
    Menge (g) Menge (g)
    Wasser 28,2 32,0
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend Zugabe von:
    EL-90 Siliciumdioxid 5 2
    Unter Mischen bei 1000-3000 U/min Zugabe von:
    Jeffamine M2070 Dispergiermittel 3,90 1,56
    Peregal-25 Dispergiermittel 1,56
    Wasser 52,7 52,7
    Unter Mischen bei 1000-3000 U/min Zugabe von:
    TS-720 Siliciumdioxid 5 5
    Mischen für 10 Minuten bei 3000 U/min
    Bei zufriedenstellender Viskosität, Zugabe von:
    TS-720 Siliciumdioxid 5 5
    BYK024 Entschäumer 0,2 0,2
    Mischen für weitere 20 Minuten bei 3000 U/min
  • Die resultierenden wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen wurden gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle 37 dargestellten Verfahren zu einer Acryl/Polyurethan-Zusammensetzung hinzugefügt. Eine Kontrolldispersion ohne Siliciumdioxid wurde ebenfalls hergestellt. Tabelle 37
    Kontrolldispersion Dispersion 11A Menge (g) Dispersion 11B Menge (g)
    Neocryl XK98 Harz (44 %) 100 100 100
    Zugabe unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wasser 8,7 8,7 8,7
    BYK346 Dispergiermittel 0,2 0,2 0,2
    Dehydran 1293 Zusatzmittel 0,3 0,3 0,3
    Butylcarbitol 4 4 4
    DPnB Glycolether 4 4 4
    DPM Glycolether 2,2 2,2 2,2
    Zugabe unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion - 8,9 11,0
    Mischen für 20 Minuten unter Rühren mit hoher Geschwindigkeit am Drehzahlregler
  • Die resultierenden Beschichtungszusammensetzungen wurden mit dem Hegman-Grindometer bezüglich ihres Mahlgrades bewertet und wiesen Feinheiten von 25, 50 bzw. 45 Mikron (zwischen 6 und 4 Hegman-Einheiten) auf. Die Zusammensetzungen wurden unter Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens auf Leneta-2C-Diagramme mit einem 3-mil Abzugstab gegossen und 10 Minuten lang bei Umgebungstemperatur und 30 Minuten bei 150°F getrocknet. Die resultierenden Beschichtungen wiesen die in der nachfolgenden Tabelle 38 angeführten Eigenschaften auf. Tabelle 38
    Eigenschaft Kontrolle Dispersion 11A Dispersion 11B
    Glanz, 20 52,8 24,1 17,7
    Glanz, 60 92,9 62,4 55,6
    Glanz, 85 97,9 79,6 77,5
  • Die resultierenden wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersionen wurden gemäß dem in Tabelle 39 dargestellten Verfahren zu einer Acrylcopolymer-Zusammensetzung zugegeben. Eine Kontrolldispersion ohne Siliciumdioxid wurde ebenfalls hergestellt. Tabelle 39
    Kontrolldispersion Dispersion 11A Menge (g) Dispersion 11B Menge (g)
    Neocryl XK98 Harz (44 %) 100 100 100
    Zugabe unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wasser 8,7 8,7 8,7
    BYK346 Dispergiermittel 0,2 0,2 0,2
    Dehydran 1293 Zusatzmittel 0,3 0,3 0,3
    Butylcellosolve 2 2 2
    DPnB Glycolether 1,4 1,4 1,4
    DPM Glycolether 1 1 1
    Zugabe unter Rühren, Rühren mit Einstellung 2 am Drehzahlregler:
    Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion - 11,5 14,4
    Mischen für 20 Minuten unter Rühren mit hoher Geschwindigkeit am Drehzahlregler
  • Die resultierenden Beschichtungszusammensetzungen wurden mit dem Hegman-Grindometer bezüglich des Mahlgrades bewertet. Der Mahlgrad betrug 10, 50 und 40 Mikron (50,8 Mikron entspricht einem Hegman-Mahlgrad von 4) für die drei Dispersionen. Die Zusammensetzungen wurden nach dem zuvor beschriebenen Verfahren auf Leneta-2C-Diagramme mit einem 3-mil Abziehstab gegossen und 10 Minuten lang bei Umgebungstemperatur und 30 Minuten bei 150°F getrocknet. Die resultierenden Beschichtungen wiesen die in der nachfolgenden Tabelle 40 angeführten Eigenschaften auf. Tabelle 40
    Eigenschaft Kontrolle Dispersion 11A Dispersion 11B
    Glanz, 20 60,7 15,6 23,5
    Glanz, 60 86,2 55,7 64,7
    Glanz, 85 95,9 86,4 89,9
  • Beispiel 12
  • Eine Siliciumdioxid-Dispersion wurde gemäß dem Verfahren in Tabelle 41 mit CAB-O-SPERSE PG022-Dispersion hergestellt. Es wurden drei verschiedene Dispergiermittel, DisperBYK 190 (40 %), DisperBYK 192 (100 %) und Solsperse 46000 (50 %) Zusatzmittel verwendet. Tabelle 41
    DisperBYK 190 Dispergiermittel DisperBYK 192 Dispergiermittel Solsperse 46000 Dispergiermittel
    Basis PG 022 Dispersion 185 200 190
    Vormischen bei 1000-3000 U/min, anschließend Zugeben von:
    Wasser 10 10 10
    Dispergiermittel 25 10 20
  • Alle drei der oben genannten Dispersionen gelierten bei Zugabe des Dispergiermittels. Eine ähnliche Mischung aus 100 g CAB-O-SPERSE 1015A Dispersion und 3,8 g DisperBYK 192 Dispergiermittel gelierte ebenfalls bei manuellem Rühren. Das Fehlen kationischer Gruppen in den in diesem Beispiel verwendeten Dispergiermittel-Zusammensetzungen kann die Siliciumdioxiddispersion instabil machen.
  • Beispiel 13
  • Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion EN wurden mit Enova LA1000 Aerogel der Cabot Corporation gemäß dem Verfahren in Tabelle 42 hergestellt. Tabelle 42
    A B
    CABOSPERSE 2017A Dispersion 400,00 800,00
    Vormischen unter gutem Mischen bei 1000 U/min, anschließend Zugeben des Folgenden
    Wasser 1060,00 790,00
    Jeffamine M2070 Dispergiermittel 96,00 48,00
    Zugeben des Folgenden unter gutem Mischen 1000 U/min, Mischen für 20 Minuten
    Aerogel 60,00 60,00
    Zugeben des Folgenden unter gutem Mischen 1000 U/min, Mischen für 20 Minuten
    Aerogel 60,00 60,00
    Zugeben des Folgenden unter gutem Mischen 1000 U/min, Mischen für 20 Minuten
    Aerogel 60,00 60,00
    Zugeben des Folgenden unter gutem Mischen 1000 U/min, Mischen für 20 Minuten
    Aerogel 60,00 60,00
    Zugeben des Folgenden unter gutem Mischen 1000 U/min, Mischen für 20 Minuten
    Aerogel 0,00 60,00
    Mischen für weitere 20 Minuten unter gutem Rühren (1000 U/min)
  • Die resultierenden Dispersionen waren zur Zusammensetzung in eine Beschichtung für eine Watte oder ein Textil geeignet.
  • Beispiel 14
  • Eine wässrige Basis-Siliciumdioxiddispersion wurde in einem handelsüblichen Hochleistungsmischer mit 3¾ PS, ausgestattet mit einem Modell 3PN1010 Variac-Regeltransformator, unter Verwendung von Wasser, CAB-O-SIL L-90 pyrogenem Siliciumdioxid der Cabot Corporation und Kaliumhydroxid gemäß den in Tabelle 43 vorgeschriebenen Verhältnissen hergestellt. Nach dem Mischen bei Einstellung 20 auf dem Transformator wurde das Jeffamine M2070 Dispergiermittel gemäß dem unten angeführten vorgeschriebenen Verhältnis zugegeben. Anschließend wurde ENOVA IC3120-Aerogel in fünf gleichen Aliquoten zugegeben, die jeweils bei einer Einstellung von 30-50 am Transformator gemischt wurden, bis das Aerogel eingearbeitet war. Die Dispersion wurde weitere 60 Minuten lang bei einer Einstellung von 30-50 am Transformator gemischt und dann mit einer Eiger-Mühle und 1 mm Zirkoniumkugeln gemahlen. Die Dispersion war für die Verwendung in einer Beschichtungszusammensetzung geeignet, um eine matte Leistung zu erzielen Tabelle 43
    Komponente %
    Wasser 67,74
    Pyrogenes Siliciumdioxid 19,27
    KOH 2,61
    Dispergiermittel 2,89
    Aerogel 7,50
  • Beispiel 15
  • Eine wässrige Basis-Siliciumdioxiddispersion wurde unter Verwendung von Wasser und CAB-O-SIL M-5 pyrogenem Siliciumdioxid der Cabot Corporation gemäß den in der nachfolgenden Tabelle 44 vorgeschriebenen Anteilen hergestellt. Nach dem Mischen bei 1000 U/min wurde das Jeffamine M2070 Dispergiermittel gemäß dem nachfolgend angeführten vorgeschriebenen Verhältnis zugegeben, gefolgt von ENOVA LA1000 Aerogel, das in fünf gleichen Aliquoten zugegeben wurde. Die Dispersion wurden nach der Zugabe jedes Aliquots 20 Minuten lang bei 1000 U/min gemischt und anschließend für weitere 20 Minuten. Die Dispersion war zur Verwendung in einer Zusammensetzung zum Beschichten oder Infiltrieren einer Watte oder eines Textil geeignet. Tabelle 44
    Komponente %
    Wasser 75,03
    Pyrogenes Siliciumdioxid 7,02
    Dispergiermittel 2,48
    Aerogel 15,48
  • Obwohl diese Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen dieser gezeigt und beschrieben wurde, ist es für Fachleute auf dem Gebiet klar, dass verschiedene Änderungen in Form und Details darin vorgenommen werden können, ohne sich von dem Umfang der Erfindung, der von den beigefügten Ansprüchen umfasst wird, zu entfernen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (52)

  1. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion, umfassend eine Mischung aus: einer wässrigen Basisdispersion, umfassend mindestens 5 Gew.-% eines hydrophilen partikelförmigen Siliciumdioxids, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pyrogenem bzw. hochdispersem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid und gefälltem Siliciumdioxid; hydrophobem Siliciumdioxid, umfassend ein partikelförmiges Siliciumdioxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus pyrogenem bzw. hochdispersem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid, wobei das hydrophobe Siliciumdioxid eine Methanolzahl von mindestens 60 aufweist; und einem Dispergiermittel mit mindestens einer kationischen oder kationisierbaren Gruppe und einem HLB-Verhältnis von 2 bis 20, wobei die Gesamtmenge an partikelförmigem Siliciumdioxid in der Dispersion mindestens 15 Gew.-% beträgt.
  2. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach Anspruch 1, wobei die wässrige Basisdispersion ein saures oder basisches Stabilisierungsmittel enthält.
  3. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach Anspruch 2, wobei das Stabilisierungsmittel ausgewählt ist aus Ammoniak, Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Salzsäure.
  4. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion weniger als 10 % eines C1-C4-AI-kylalkohols umfasst.
  5. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-4, des Weiteren umfassend ein zusätzliches partikelförmiges Siliciumdioxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid und gefälltem Siliciumdioxid, wobei das zusätzliche partikelförmige Siliciumdioxid eine Methanolzahl von weniger als 50 aufweist.
  6. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Dispergiermittel Ethylenoxid- und Propylenoxid-Oligomere umfasst und wobei das Molverhältnis von Ethylenoxid-Meren und Propylenoxid-Meren 0,1 bis 11 beträgt.
  7. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das hydrophobe partikelförmige Siliciumdioxid ein hydrophobes pyrogenes Siliciumdioxid oder ein hydrophobes Siliciumdioxid-Aerogel in partikelförmiger Form umfasst.
  8. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach Anspruch 7, wobei das Aerogel eine Porosität von mindestens 90 %, eine Partikeldichte von 120 bis 150 kg/m3 und eine BET-Oberfläche von 700 bis 800 m2/g aufweist.
  9. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Gewichtsverhältnis von hydrophobem Siliciumdioxid zu hydrophilem Siliciumdioxid von 5:95 bis 95:5 beträgt.
  10. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das Gewichtsverhältnis von hydrophobem Siliciumdioxid zu Wasser in der Dispersion mindestens 1:10 beträgt.
  11. Textilie, behandelt mit einer Behandlungszusammensetzung, umfassend die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-10.
  12. Watte, behandelt mit einer Behandlungszusammensetzung, umfassend die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-10.
  13. Bad zur Unterwassergranulierung, umfassend die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-10.
  14. Wässrige Beschichtungszusammensetzung, umfassend eine Mischung aus: einer Polymerkomponente; und der wässrigen hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-10.
  15. Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 14, wobei der Gesamtgehalt an partikelförmigem Siliciumdioxid von 0,1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Feststoffe, beträgt.
  16. Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 14-15, des Weiteren umfassend mindestens ein zusätzliches Mattierungsmittel.
  17. Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 14-16, wobei die Polymerkomponente klar ist.
  18. Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 14-17, wobei die Polymerkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Acrylzusammensetzung, einer Polyurethanzusammensetzung und einer Acryl/Polyurethan-Hybridzusammensetzung.
  19. Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 14-18, wobei die Beschichtungszusammensetzung, wenn sie getrocknet ist, eine König-Härte aufweist, die mindestens 94 % so hoch ist wie die einer getrockneten Kontrollzusammensetzung, die kein partikelförmiges Siliciumdioxid enthält.
  20. Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 14-19, wobei die Beschichtungszusammensetzung, wenn sie getrocknet ist, einen Glanz, gemessen bei 60°, aufweist, der mindestens 15 % niedriger ist als der einer getrockneten Kontrollzusammensetzung, die kein partikelförmiges Siliciumdioxid enthält.
  21. Substrat beschichtet mit einer wässrigen Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 14-20.
  22. Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche, wobei das Verfahren umfasst: Zusammenführen der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion nach einem der Ansprüche 1-10 mit einer Polymerkomponente zur Bildung einer Beschichtungszusammensetzung; Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche unter Verwendung eines vorbestimmten Verfahrens; und Aushärtenlassen der aufgetragenen Beschichtungszusammensetzung, wodurch eine beschichtete Oberfläche erzeugt wird, wobei ein Glanz, gemessen bei 60°, der beschichteten Oberfläche mindestens 15 % niedriger ist als der einer Kontrollbeschichtung, die mit einer Kontrollbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde, die kein partikelförmiges Siliciumdioxid enthält, aber unter Verwendung des vorbestimmten Verfahrens aufgebracht wurde.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das vorbestimmte Verfahren das Auftragen der Beschichtungszusammensetzung in einer oder mehreren Schichten umfasst.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22-23, wobei die Polymerkomponente klar ist.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22-24, wobei die Polymerkomponente in der Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion vorliegt.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22-25, wobei die Polymerkomponente aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus einer Acrylzusammensetzung, einer Polyurethanzusammensetzung und einer Acryl/Polyurethan-Hybridzusammensetzung.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22-26, wobei die beschichtete Oberfläche eine König-Härte aufweist, die mindestens 94 % so hoch ist wie die einer Kontrollbeschichtung, die mit einer Kontrollbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde, die kein partikelförmiges Siliciumdioxid enthält, aber nach dem vorgegebenen Verfahren aufgebracht wurde.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22-27, ferner umfassend das Zusammenführen des Dispergiermittels und des hydrophoben Siliciumdioxids mit einer wässrigen Basisdispersion, die das hydrophile partikelförmige Siliciumdioxid enthält, um die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion zu bilden.
  29. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend: Zusammenführen der wässrigen hydrophoben Kieselsäuredispersion nach einem der Ansprüche 1-10 mit einer Polymerkomponente zur Bildung der Beschichtungszusammensetzung.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Polymer klar ist.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 29-30, wobei die Polymerkomponente in der Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion vorliegt.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 29-31, wobei die Polymerkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Acrylzusammensetzung, einer Polyurethanzusammensetzung und einer Acryl/Polyurethan-Hybridzusammensetzung.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29-32, wobei die Beschichtungszusammensetzung, wenn sie gehärtet ist, eine König-Härte aufweist, die mindestens 94 % so hoch ist wie die einer gehärteten Kontrollzusammensetzung, die kein partikelförmiges Siliciumdioxid aufweist.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 29-33, wobei die Beschichtungszusammensetzung mindestens ein zusätzliches Mattierungsmittel enthält.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 29-34, wobei die Beschichtungszusammensetzung, wenn sie gehärtet ist, einen Glanz, gemessen bei 60°, aufweist, der mindestens 15 % niedriger ist als der einer gehärteten Kontrollzusammensetzung, die kein partikelförmiges Siliciumdioxid aufweist.
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 29-35, wobei das Bereitstellen einer wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion das Zusammenführen des hydrophoben Siliciumdioxids und des Dispergiermittels mit einer wässrigen Dispersion umfasst, die mindestens 5 Gew.-% des hydrophilen partikelförmigen Siliciumdioxids umfasst, um die wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion herzustellen.
  37. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen hydrophobe Siliciumdioxiddispersion, umfassend: Mischen a) eines hydrophoben Siliciumdioxids, umfassend ein partikelförmiges Siliciumdioxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid, b) eines Dispergiermittels mit mindestens einer kationischen oder kationisierbaren Gruppe und einem HLB-Verhältnis von 2 bis 20 und c) einer wässrigen Basisdispersion, die mindestens 5 % hydrophiles partikelförmiges Siliciumdioxid umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid und gefälltem Siliciumdioxid, um eine Mischung zu bilden, wobei das hydrophobe Siliciumdioxid eine Methanolzahl von mindestens 60 hat, und der gesamte Siliciumdioxidgehalt der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion mindestens 15 Gew.-% beträgt.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Mischen des Weiteren das Mischen eines zusätzlichen partikelförmigen Siliciumdioxids mit der Mischung umfasst, wobei das zusätzliche partikelförmige Siliciumdioxid aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid und gefälltem Siliciumdioxid, wobei das zusätzliche partikelförmige Siliciumdioxid eine Methanolzahl von weniger als 50 aufweist.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 37-38, wobei hydrophobes Siliciumdioxid in der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion in einem Verhältnis von mindestens 1:10, bezogen auf Wasser, vorhanden ist.
  40. Verfahren nach einem der Ansprüche 37-39, wobei das Dispergiermittel Ethylenoxid- und Propylenoxid-Oligomere umfaßt und wobei das Molverhältnis von Ethylenoxid-Meren und Propylenoxid-Meren von 0,1 bis 11 beträgt.
  41. Verfahren nach einem der Ansprüche 37-40, wobei das hydrophobe partikelförmige Siliciumdioxid ein hydrophobes pyrogenes Siliciumdioxid oder ein hydrophobes Siliciumdioxid-Aerogel in partikelförmiger Form umfasst.
  42. Verfahren nach Anspruch 41, wobei das Aerogel eine Porosität von mindestens 90 %, eine Partikeldichte von 120 bis 150 kg/m3 und eine BET-Oberfläche von 700 bis 800 m2/g aufweist.
  43. Verfahren nach einem der Ansprüche 37-42, wobei das Gewichtsverhältnis von hydrophobem Siliciumdioxid zu hydrophilem partikelförmigem Siliciumdioxid von 5:95 bis 95:5 beträgt.
  44. Verfahren nach einem der Ansprüche 37-43, wobei die wässrige Basisdispersion ein saures oder basisches Stabilisierungsmittel umfasst.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, wobei das Stabilisierungsmittel ausgewählt ist aus Ammoniak, Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Salzsäure.
  46. Verfahren nach einem der Ansprüche 37-45, wobei die wässrige hydrophobe Siliziumdioxiddispersion weniger als 10 % eines C1-C4-Alkylalkohols umfasst.
  47. Verfahren nach einem der Ansprüche 37-46, wobei die Komponenten a), b) und c) nicht gleichzeitig miteinander vermischt werden.
  48. Verfahren nach einem der Ansprüche 37-47, des Weiteren umfassend das Mahlen der Mischung.
  49. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Beschichtungszusammensetzung, umfassend: Herstellen einer wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 37-48; und zusammenführen der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion mit einer Polymerkomponente.
  50. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion, umfassend: mindestens 5 Gew.-% eines hydrophilen partikelförmigen Siliciumdioxids, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid und gefälltem Siliciumdioxid; hydrophobes Siliciumdioxid, umfassend ein partikelförmiges Siliciumdioxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aerogel und gefälltem Siliciumdioxid, wobei das hydrophobe Siliciumdioxid eine Methanolzahl von mindestens 60 aufweist; und ein Dispergiermittel mit mindestens einer kationischen oder kationisierbaren Gruppe und einem HLB-Verhältnis von 2 bis 20, wobei die Gesamtmenge an Siliciumdioxid in der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion mindestens 15 Gew.-% beträgt.
  51. Wässrige hydrophobe Siliciumdioxiddispersion nach Anspruch 48, wobei das hydrophobe Siliciumdioxid in der wässrigen Dispersion in einem Verhältnis von mindestens 1:10, bezogen auf Wasser, vorhanden ist.
  52. Wässrige Beschichtungszusammensetzung, umfassend eine Mischung aus: einer Polymerkomponente und der wässrigen hydrophoben Siliciumdioxiddispersion nach Anspruch 50 oder 51, wobei die wässrige Beschichtungszusammensetzung, wenn sie getrocknet ist, einen Glanz, gemessen bei 60°, aufweist, der mindestens 15 % niedriger ist als der einer getrockneten Kontrollzusammensetzung, die kein partikelförmiges Siliciumdioxid enthält.
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