DE1284005C2 - Ueberzugsmittel fuer das elektrostatische aufbringen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft Überzugsmittel für das elektrostatische Aufbringen aus Lösungsmittel und gegebenenfalls Pigment enthaltendem filmbildendem Material, die Zusatzstoffe enthalten, urn so die elektrostatische Versprühbarkeit zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Zusammensetzung der Farbe so gewählt, daß dieselbe wenigstens teilweise ionisierbare chemische Komplexe enthält, was unter dem Einfluß eines Feldes elektrostatischer Kräfte eine geladene Komponente ergibt, deren elektrophoretische Beweglichkeit beschränkter ist als diejenige ihrer Gegenionen. Die Gegenwart dieser geladenen Teilchen modifiziert die gegenseitige Einwirkung ' zwischen der Farbmasse und einem elektrostatischen Richtfeld, um ein wirksameres Verspritzen der Farbmasse unter dem Einfluß der elektrostatischen Kräfte herbeizuführen.

Die Erfindung verbessert die elektrostatische Versprühbarkeit von Farbmass^n, welche früher nur schlecht versprüht werden konnten, was sich in der Bildung eines oder mehrerer übermäßig großer Farbklumpen, schmalen Spritzbändern oder in schlechtem »Umhüllen« zeigte; diese Ausdrücke werden nachstehend genauer definiert werden.

Weiterhin gestattet die vorliegende Erfindung das wirksame elektrostatische Spritzen von Anstrichfarben und anderen Überzugsmassen bei höherer Viskosität, als sie gegenwärtig im Gewerbe für die elektrostatische Zerstäubung zur Anwendung gelangt, ja sogar bei höherer Viskosität, als sie normalerweise im Gewerbe für die üblichen machanischen Spritzgeräte zulässig ist.

Gegenwärtig wird das elektrostatische Spritzen ausgeführt, indem man entweder die Farbe mechanisch zerstäubt und dann die zerstäubten Teilchen in einem elektrostati hen Feld aufträgt, um den Anteil der Teilchen, e. r auf dem zu überziehenden Gegenstand abgelagert wird, zu erhöhen, oder aber indem man die Farbe unter dem Einfluß eines elektrostatischen Feldes zerstäubt, worauf die Teilchen in dem gleichen Feld auf dem zu überziehenden Gegenstand abgelagert werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf das letztere System.

Beim elektrostatischen Farbspritzen, wie es gegenwärtig in der Praxis ausgeführt wird, insbesondere, wenn die Farbe auch elektrostatisch zerstäubt wird, konnte man feststellen, daß eine Anzahl von Farbmassen, welche in großen Mengen verkauft werden, und zwar gewöhnliche Hausanstrichfarben und stark pigmentierte Farben für Innendekoration, sich nicht mit genügender Wirkung verspritzen lassen, um den Anforderungen des Gewerbes zu entsprechen.

Bei der bisherigen elektrostatischen Zerstäubung verwendete man normalerweise eine niedrige Lösungsviskosität von etwa 15 bis 30 Sekunden, gemessen in einem Fordbecher Nr. 4 bei 25⁰C. Infolgedessen mußte man große Anteilsmengen flüchtiger Streckmittel verwenden, um das flüssige Medium der Farbe zu verdünnen. Anstrichfarben niedriger Viskosität haben eine Neigung zum Verlaufen und zum Ablaufen, wenn sie in der wünschenswert erhöhten Schichtdicke aufgetragen werden; daher beschränkt sich das übliche Farbspritzen (und zwar sowohl das mechanische als auch das elektrostatische) auf die Erzeugung von Überzügen begrenzter Schichtdicke.

Es wurde früher bei einer begrenzten Anzahl von flüssigen Stoffen beobachtet, daß Massen mit zu hoher oder zu niedriger Leitfähigkeit uurch elektrostatische Mittel weniger gut zu zerstäuben waren als diejenigen von mittlerer Leitfähigkeit, ferner daß Harzlösungen von höherer Dielektrizitätskonstante durch elektrostatische MittelMeichter zu versprühen waren als sehr unpolare Flüssigkeiten.

Die Forschungsarbeiten, die zu der vorliegenden Erfindung führten, haben bestätigt, daß die elektrische Leitfähigkeit und die Dielektrizitätskonstante einige der Faktoren sind, welche zu den Bedingungen, die die elektrostatische Versprühbarkeit bestimmen, in Beziehung stehen oder notwendige Folgen derselben sind. So z. B. kann man den Farben viele Zusatzstoffe, beispielsweise polare Lösungsmittel, hinzufügen, um die Kennzeichen des Farbkontinuums einzustellen; auf diese Weise kann die elektrostatische Versprühbarkeit manchmal verbessert werden. In vielen Fällen beeinträchtigen die zu verwendenden Zusatzstoffe die Qualität des Farbfilms und die Kennwerte der aufgetragenen Farbe in verschiedener Weise, oder der Anteil, in welchem diese Zusatzstoffe verwendet werden müssen, um eine bedeutende Verbesserung der elektrostatischen Versprühbarkeit zu erreichen, ist ungebührlich groß und übermäßig teuer.

Der vorliegenden Erfindung zufolge besitzt eine Farbe mit einem gegebenen Gehalt an einem polaren Lösungsmittel, einschließlich ionisierbarer Komplexe nach den vorliegenden Lehren, eine sehr viel bessere elektrostatische Versprühbarkeit im Vergleich zu der gleichen Farbe ohne einen Gehalt an diesen Komplexen. Überdies erreicht man dabei auch schon mit kleineren Anteilsmengen des polaren Lösungsmittels eine Verbesserung der elektrostatischen Versprühbarkeit. >-

Man hat im allgemeinen gefunden, daß die Art eines zerkleinerten bzw. feinverteilten Stoffes, welcher als Komponente in dem flüssigen Kontinuum der Farbe dispergiert wird, selten einen Einfluß auf das elektrostatische Spritzen ausübt. Wo Effekte zu beobachten sind, verschlechtern sie eher die Spritzfähigkeit des flüssigen Kontinuums durch elektrostatische Mittel, als daß sie es verbessern.

Überraschenderweise hat man der vorliegenden Erfindung zufolge festgestellt, daß ein einzigartiges »o Zusammenwirken zwischen den flüssigen Komponenten der Farbe und der dispergierten, feinverteilten Komponente der Farbe stattfindet, wobei elektrostatisch beeinflußte Komplexe gebildet werden, welche

> verteilt sind, daß sie durch das ganze Volumen der Farbe hindurch e'ektrische Diskontinuitäten oder örtliche Stellen bilden, welche mit dem Zerstäubungseffekt eines elektrostatischen Felues zusammenwirken und denselben vergrößern, wodurch das elektrostatische Spritzen verbessert wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Uberzugsmittels, das neben Lösungsmittel, filmbildendem Material und gegebenenfalls Pigment, einen Anlagerungsprodukte bildenden Zusatz aus

a) kolloidalen Teilchen mit über 1000 A Durchmesser aus sauren Tonen, Chelat- und Clathratverbindungen und Aldehydkondensationsprodukten mit Phenol, Harnstoff, Melamin, Di- ₊₀ cyandiamid und Benzoguanamin, als mit Elektronendonatoren Wasserstoffbrückenbindungen ausbildenden Stoffen und

b) Elektronendonatoren einer Gordy-Zahl von über 125 sowie einem Zusatz aus ₊₅

c) wenigstens 3°/o, bezogen auf das Gesamtlösungsmittel, polares Lösungsmittel einer DK von über 8 und einer Gordy-Zahl von unter 100,

und die kolloidalen Teilchen in einer Menge von nicht mehr als 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Überzugsmittel, vorliegen, enthält, für das elektrostatische Sprühverfahren.

Die erfindungsgemäßen Zusätze schließen Komplexe ein, die in dem Farbkontinuum ionisieren, zum mindesten bei Anlegen eines elektrostatischen Riehtpotentials, um große geladene Teilchen von begrenzter elektrophoretischer Beweglichkeit mit einer Vielzahl von Ladungen eines Vorzeichens je Teilchen zu bekommen, ferner kleinere neutralisierende Gegenionen von entgegengesetzter Ladung und einer Valenz von βο in der Regel unter 4, welche — wenigstens teilweise — in dem flüssigen Kontinuum in der Nähe der größeren, entgegengesetzt geladenen Teilchen verteilt sind. Die Erfindung richtet sich in erster Linie auf Massen, welche durch elektrostatische Mittel sowohl bei gewohnlicher als auch bei höherer Viskosität schlecht zu verspritzen sind, also hauptsächlich auf Massen, bei welchen die filmbildende Komponente eine Dielektrizitätskonstante von unter 10, insbesondere unter 7, hat, da diese Massen besonders vorteilhaftverändert werden. Das elektrostatische Richtfeld wirkt sowohl auf die trägen al? auch auf die beweglichen geladenen Teilchen und erzeugt dabei zwischen denselben örtl'she Spannungen bzw. Beanspruchungen, wodurch Teile des flüssigen Kontinuums physikalisch an eine in dem letzteren dispergierte, feinverteilte Komponente gebunden werden. Auf diese Weise wird die Wirkung des elektrostatischen Feldes konzentriert und die elektro-3tatische Zerstäubung gefördert.

Es war bereits bekannt, Farben zur Erhöhung der Viskosität und zur Erzielung einer »butterartigen« Gelstruktur Amin-Bentonite zuzusetzen. Durch die Zugabe von Amin-Bentoniten wurde also die physikalische Festigkeit erhöht. Hieraus konnte in keiner Weise geschlossen werden, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Überzugsmittel, die neben polaren Lösungsmitteln ganz bestimmter Art ebenfalls Amin-Bentonite enthalten können, sich ganz hervorragend für das elektrostatische Versprühen eignen, diese Zusätze also unter elektrostatischen Sprühbedingungen den physikalischen Zusammenhalt selbst höherer Viskosen-Massen herabsetzen und damit deren Versprühbarkeit verbessern.

Die erste Komponente

Diese erste Komponente besteht aus kolloidalen Teilchen oder Mizellen mit einem Durchmesser von mindestens etwa 1000 Ä, welche in dem Farbkontinuum dispergiert sind.

Da die Anlagerung an die zweite Komponente durch Wasserstoffbindung erfolgt, muß die feinverteilte Komponente eine genügend grofie Anzahl von Wasserstoffatomen besitzen. Die bevorzugten kolloidalen Teilchen des betreffenden Typs fallen unter die Klasse der sauren Tone vom Typ des Montmorillonits. Ganz allgemein gesprochen handelt es sich bei diesen sauren Tonen um feinverteilte Stoffe, welche Hydroxyde amphoterer Metalle, z. B. Aluminium, Silicium oder Eisen, enthalten. Der Farbmasse kann man einen oder mehrere dieser sauren Tone hinzusetzen, um das Dispergieren der Pigmentteilchen zu unterstützen, insbesondere dann, wenn sich in der Zusammensetzung der Anstrichfarbe solche Pigmente, wie Titandioxyd oder Eisenoxyd, in großer Menge befinden.

Die bevorzugten sauren Tone sind diejenigen, welche verhältnismäßig hohe Basenaustauscheigenschaften zeigen. Dazu gehören die Montmorillonite, wie Natrium-, Kalium-, Lithium- und andere Bentonite, beispielsweise Wyomingbentonit, Magnesiumbentonit und Saponit. Andere hierher gehörige Tone sind Montronit, Attapulgit, Illit, Zeolithe und Fullererden.

Die Basenaustauscheigenschaften der verschiedenen Tone, wie sie oben angeführt wurden, belaufen sich auf etwa 15 bis zu etwa 100 Milliäquivalenten austauschbarer Ionen je 100 g Ton.

Die erwähnten sauren Tone enthalten verdrängbare Protonen in genügend großer Anzahl, um mit Indikatorfarben eine saure Reaktion zu zeigen, und zwar entweder in einem wäßrigen oder in einem nichtwäßrigen Medium, in welchem der Ton dispergiert ist. Die Azidität, d. h. der Gehalt der verdrängbaren Protonen, wird gemessen durchfrieren von Gemischen aus Ton und dem dispergierenden flüssigen Medium mit Alkali in Gegenwart eines Indikators, wie z. B. Kristallviolett.

Außer den obenerwähnten sauren Tonen kann man

iuch noch andere feinverteilte Stoffe verwenden, welche eine Valenz zur Wasserstoffbindung mit Elektronendonatoren haben. Dazu gehören Chelatiind Clathratverbindungen mit mehrwertigen Metallen, beispielsweise Titanchelate, wie das Triäthanolamintitanat, odoi· Clathratkomplexe, erzeugt durch die Reaktion zwischen Harnstoff und pflanzlichen Fettsäuren. Ebenso können Harzkomponenten von hohem Molekulargewicht, welche kolloidale Mizellen bilden und zur Wasserstoffbindung fähig sind, verwendet werden. Dazu gehören Aldehydkondensationsprodukte mit Phenol, Harnstoff, Melamin, Dicyandiamid und Benzoguanamin, welche mit trocknenden Ölen gekocht werden, so daß sie in dem Farbmedium nur teilweise löslich sind und in der Farbe kolloidale Fragmente oder Mizellen ergeben.

Die zweite Komponente

Die zweite Komponente bindet sich mit den die erste Komponente bildenden kolloidalen Teilchen *° mittels einer Wasserstoffbindung, wobei die zweite Komponente das Elektronenpaar hergibt, welches zu der Brücke erforderlich ist.

Diese Fähigkeit verschiedener Komponenten ist von W. G ο r d y u. a. gemessen worden (s. J. Chem. Physics, Bd. 9, S. 207 bis 214). Gordy verglich die Wasserstoffbindungs-Aufnahmefähigkeit verschiedener Stoffe mit Bezug auf Methanol in Benzollösung durch Beobachtung des Grades der Störung der gewöhnlichen Schwingungsfrequenz der O-D-Bindung von CH₃OD, wenn Benzol als das Lösungsmittel durch das andere zu bewertende Material ersetzt wurde. (An Stelle von CH₃OH wurde ein Methanol mit schwerem Wasserstoff — CH₃OD — verwendet, weil die O-D-Bindung zur spelftroskopischen Isolierung zweckmäßiger ist als die O-H-Bindung, welche zu Verwechselungen mit vorhandenen, nicht hierher gehörigen Wasserstoffatomen führen kann.) Gordy steilte eine Lösung von 1 Mol Methanol in 1000 ml Benzol her, um im Infrarotspektrum eine Bezugsspitze der Wellenlänge zu bekommen. Wurde das Benzol durch andere Flüssigkeiten von größerer Wasserstoffaufnahmefähigkeit (bzw. größerer Elektronenabgabe) ersetzt, dann verschob sich die Wellenlängenspitze nach einer niedrigeren Frequenz (bzw. einer größeren Wellenlänge), als sie für die Benzollösung kennzeichnend war. Man konnte feststellen, daß die Änderung in der Frequenz, ausgedrückt als Av in reziproken Zentimetern, ein empfindlicheres Maß war als die meisteii anderen Methoden der Bewertung der Wasserstoffbindungsaufnahmefähigkeit der Stoffe für das Deuteriumatom in der Bezugsverbindung Deutero—Methanol.

Nach dieser Gordy-Skala zeigen die starken wasserstoffbindenden Stoffe, welche gemäß der vorliegenden Erfindung ais die zweite Komponente verwendet werden, eine Zunahme der Wellenzahl, ausgedrückt in reziproken Zentimetern, von mehr als 125, vorzugsweise über 200. Zu den bevorzugten stark wasserstoffbindenden Stoffen, welche unter diese Definition fallen, geboren diequaternären Ammoniumhydroxyde, wie Dimethyldiociadecylammoniumhydroxyd, Amine, wie Octadecylamin, sowie Oximverbindungen, wie Athylmethylketox'm, Acetoxim, 2-Butanonoxim, Trimethoxyboroxim, Dimethylglyoxim und \-Picolin. Die primären Amine werden bevorzugt, obwohl die sekundären und die tertiären Amine sowie die Hyclroxvlaminc, heisnielsweisc Octadecylhydroxylamin, wenn auch mit weniger Wirksamkeit, ebenfalls verwendet wtrden können. Auch Amide, wie Octadecylamid, können verwendet werden. Polyamine, wie die aliphatischen Diaminderivate von Talgfetten, sowie Polyamide, beispielsweise die Reaktionsprodukte zweibasischer Fettsäuren mit aliphatischen Diaminen, sind ebenfalls verwendbar.

Ferner können als die zweite Komponente aliphatische, cyclische, aromatische und heterocyclische Amine und Polyamine sowie quaternäre Ammoniumverbindungen verwendet werden; dazu gehören Octadecylamin, Cyclohexylamin, Octylphenylamin, Pyrrol, Tetraäthylenpentamin und Octadecylammoniumchlorid.

Verbindungen mit einem Molekulargewicht von übe; 300 werden bevorzugt.

Infolge der Wechselwirk' -g zwischen den kolloidalen Teilchen der ersten komponente, welche die Wasserstoffionen beistellt, und der starken wasserstoffbindenden zweiten Komponente lagern sich diese Komponenten aneinander an. Die Reaktion ist erkannt als eine Säure-Basen-Kombination zwischen Proton-Donator und -Akzeptor bzw. zwischen Elektron-Donator und -Akzeptor. Der resultierende Komplex kann ionisiert werden oder nicht.

Das Anlagerungsprodukt aus der ersten und der zweiten Komponente kann an Ort und Stelle oder auch schon vorher erzeugt werden. So z. B. können die sauren Tone als typisch für die erste Komponente mit basischen »Oniume-Verbindungen, weiche Isologe von Ammonium sind, umgesetzt werden. Phosphonium-, Arsonium-, Stibonium-, Oxonium-, Sulfonium-, Selenonium-, Stannonium- und Jodoniumverbindungen in der Form basischer Salze vom Typ des Octylphosphoniumjodids und freier Salze vom Typ des Octylphosphoniums können mit sauren Tonen umgesetzt werden, um Komplexe zu bilden, welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar sind.

Die dritte Komponente

Die dritte Komponente ist ein polares Material von hoher Dielektrizitätskonstante, welches in dem Überzugsmittel aufgelöst wird und die Funktion hat, die Dissoziation des zwischen den ersten beiden Komponenten gebildeten Komplexes in Ionen zu erleichtern, ohne die .wischen diesen beiden Komponenten bestehende Verbindung zu unterbrechen. Die dritte Komponente hat ferner den Zweck, ein flüssiges Medium von hoher Dielektrizitätskonstante in der Nähe der großen geladenen Teilchen gleichen Vorzeichens, welche durch die erwähnte Dissoziation gebildet werden, herzugeben. Das ermöglicht den elektrischen Kräften eine wechselseitige Einwirkung zwischen diesen ge'adenen Teilchen beschränkter elektrophoretischer Beweglichkeit und ihren entgegengesetzt geladenen Gegenionen, welche durch elektrische Anziehungskräfte in weitem Maße auf die Teile des Uberzugsmittels neben den großen geladenen Teilchen begrenzt sind. Auf diese Weise erhalten die großen geladenen Teilchen an der Oberfläche Ladungen eines Vorzeichens und werden umgeben von beweglichen Teilchen entgegengesetzten Zeichens, wodurch es zu einer sogenannten »Doppelschicht« kommt.

Die polaren Stoffe, welche der Erfindung gemäß als die dritte Komponente verwendet werden, sollen eine Dielektrizitätskonstante von über etwa 8 haben, vorzugsweise eine solche von 20 bis 40.

Da die Anlagerung zwischen der ersten und der

zweiten Komponente infolge einer WasserstofFbrückcnbindung erfolgt, ist es wesentlich, daß die Fähigkeit der dritten Komponente zu einer solchen Bindung geringer ist als diejenige der zweiten Komponente, angezeigt durch eine Gordy-Zahl von unter 100, vorzugsweise unter 50. Der Grund difür ist leicht einzuselien, wenn man in Erwägung zieht, daß die Funktion der dritten Komponente in der Erleichterung eier Dissoziation des zwischen der ersten und der zweiten Komponente gebildeten Komplexes in entgegengesetzt geladene Ionen und nicht in dem Verdrängen bzw. Abdrängen der zweiten Komponente von der ersten durch die dritte Komponente beruht.

Es ist auch deshalb vorzuziehen, eine dritte Komponente mit einer Gordy-Zahl von unter 100, vorzugsweise unter 50, zu verwenden, weil solche Stoffe weniger dazu neigen, sich selbst aneinanderzulagcrn oder sich an andere Komponenten, z. B. an solche eines Lösungsmittels im Überzugsmittel, anzulagern. Zu den polaren Lösungsmitteln der dritten Komponente gehören Nitroparaffine, Ester, wie z. B. Butylacetat, und Ketone. Typische bevorzugte Lösungsmittel, welche gemäß der vorliegenden Erfindung bei niedriger Konzentration eines polaren Lösungsmittels gut arbeiten, sind Acetylaceton. Methylethylketon, Nitroparaffine, wie Nitromethan und Nitropropan, monomercs Acrylnitril sowie Acetonitril.

Anteilsrncngcn

Der Anteil der Komponenten, die sich aneinanderbindcn, um ladungskonzentrierte Komplexe zu bilden, kann erheblich schwanken. Man zieht vor, möglichst wenig von diesen Komponenten zu verwenden, um die Veränderung der grundlegenden Eigenschaften des zu verbessernden Überzugsmittel auf ein Mindestmaß zu beschränken.

Die kolloidalen Teilchen, insbesondere die sauren Tone, sind in einer Menge von nicht über 10°/₀, auf das Gewicht des Überzugsmittels bezogen, vertreten. Das Gewicht der Farbmasse besteht möglichst zu weniger als 2°'_o, vorzugsweise zu etwa 1 °/„, aus saurem Ton. Mindestens muß jedoch etwa 0,1 ⁰Z₀ des Gewichtes des Überzugsmittels aus dem sauren Ton bestehen, um eine angemessene Anzahl ionisierbarer Komplexe zu bekommen.

Die zweite Komponente kann in einer Menge von 0,1 bis 5°/o, auf das Gewicht der Überzugsmittel bezogen, vertreten sein. Man verwendet möglichst einen Gewichtsanteil von 1 °/₀ der zweiten Komponente, da dieser normalerweise für die Zwecke der Erfindung ausreicht. Vorzugsweise soll der Anteil der zweiten Komponente nicht um mehr als 50% die Menge überschreiten, weiche stöchiometrisch aus der Basenaustauschgeschwindigkeit der ersten Komponente ermittelt wird; dabei wird die Gesamtzahl der Wasserstoffbindungen gemessen, welche zwischen der feinverteilten ersten Komponente und einem stöchiometrischen Überschuß der zweiten Komponente gebildet werden können.

Die dritte Komponente muß in dem flüssigen Medium des Antriebsmittels aufgelöst werden, und zwar in einer Menge, die ausreicht, um eine wenigstens teilweise Ionisierung des aus den ersten beiden Korn-, ponenten gebildeten Komplexes herbeizuführen. Ein Anteil von wenigstens etwa 3°'_o, auf das Gewicht des Überzugsmittels bezogen, ist erforderlich. Vorzugsweise muß diese Flüssigkeit ein Lösungsmittel für die iarnfiimbildenden harzigen Bestandteile der Farhe sein. Möglichst sollte die polare organische Flüssigkeit in einer Menge von mindestens 300°/₀, auf das Gesamtgewicht der ersten beiden Komponenten bezogen, vertreten sein.

Von dem polaren Lösungsmittel können bis zu etwa 25 Gewichtsprozent vorhanden sein, aber selbst bei den weniger bevorzugten Lösungsmitteln mit einer Gordy-Zahl um 90 ist ein Anteil von 10 bis 15 Gewichtsprozent für den Erfindungszweck noch reichlich.

ίο Bei Verwendung der bevorzugten Stoffe, die durch eine Gordy-Zahl von unter 50 gekennzeichnet sind, sollte man vorzugsweise nicht mehr als 8 Gewichtsprozent verwenden. Je größer Polarität und Dielektrizitätskonstante sind und je niedriger die Gordy-Zahl der

>5 dritten Komponente ist, desto weniger ist von der letzteren erforderlich, um eine wirksame Verbesserung der elektrostatischen Zerstäubung herbeizuführen.

_ao Leitfähigkeit

Das Überzugsmittel muß einen elektrischen Strom leiten, was es mit Hilfe beweglicher Ionen tut. Es besitzt also eine Leitfähigkeit, welche zu messen ist, ganz p'eich, ob es sich um Wechselstrom oder um

as Gleichstrom handelt. Für die Erfindung hat die Leitfähigkeit für Gleichstrom größere Bedeutung, weil die geladenen Teilchen nach der Erfindung durch den Gleichstrom so verschoben werden, daß sie den Strom durch das Fafbmedrarn hindurch übertrager., wohingegen diese geladenen Teilchen wenig oder gar keine Leitfähigkeit für Wechselstrom zeigen, welcher keine Richtwirkung hat. Dagegen wird der Wechselstrom in erster Linie mittels der beweglichen Ionen, welche im ganzen Farbkontinmim gleichmäßig verteilt sind, übertragen.

Die Leitfähigkeit für Gleichstrom wird gemessen, indem man an das Überzugsmittel in einer Säule von 9,525 mm Durchmesser und rund 305 mm Höhe unter Verwendung von Messingelektroden mit einer Oberfläche von rund 71 mm² ein Gleichstrompotential von 100 Kilovolt legt und die durch die Säule fließende Stromstärke in Mikroampere bestimmt.

Die Leitfähigkeit für Gleichstrom wird dabei im wesentlichen unmittelbar nach Anlegen der Test-

spannung gemessen. Das steht in Übereinstimmung mit der Praxis des elektrostatischen Spritzern, wobei der Farbfilm dauernd erneuert wird, so dad in dei Praxis keine Gelegenheit für eine ausgedehnte Bewegung und die elektrophoretische Ablagerung vor Komplexen begrenzter Beweglichkeit gegeben ist.

Überzugsmittel, welche erfindungsgemäß ladungs konzentrierende Komplexe enthalten, müssen Vorzugs weise eine Leitfähigkeit für Gleichstrom, wie vor stehend angegeben gemessen, von mindestens 5 Mikro ampere besitzen.

Die Leitfähigkeit für Wechselstrom wird bestimm

unter Verwendung eines Polyäthylenrohres von run< 62 mm Länge und einem Innendurchmesser voi , 19,05 mm, mit einem Paar von Messingelektroden ai

(jedem Ende, von denen jede eine Oberfläche von runi 284 mm² hat. Das vertikal aufgestellte Rohr wird m

dem Überzugsmittel zu einer Säule von 19 mm Durcr _t messer und 44,45 mm Höhe gefüllt, worauf man a

dasselbe ein Wechselstrompotential von 2 Kilovolt b< einer Frequenz von 1000 Hz legt. Die Leitfähigke der Farbe wird gemessen durch Beobachtung de durch die Farbsäule fließenden Wechselstrom;» i Mikroampere.

Die neuartigen physikalischen Vorgänge

Bei dein üblichen mechanischen Spritzen mit Handspritzgeräten verwendet man im allgemeinen Flüssigkeiten mit Viskositäten von 18 bis 25 Sekunden oder höchstens bis zu 30 Sekunden, gemessen in einem Fordbechcr Nr. 4 bei Zimmertemperatur, denn nur bei diesen dünnflüssigen Flüssigkeiten ist die kinetische Energie für die Viskosität des ausgestoßenen Stroms genügend groß, um denselben in angemessener Weise zu zerteilen. In seltenen Fällen sind auch schon Farben mit Viskositäten bis zu 60 Sekunden mechanisch verspritzt worden, aber die übliche beim Spritzen angewandte Viskosität ist viel niedriger als angegeben trotz der offensichtlichen Vorteile, die mit der Ver- »s wendung einer maximal zulässigen Lösungsviskosität verbunden sind. Wenn die Farblösungen übermäßig zähflüssig sind, bilden sich beim Spritzen übermäßig große Teilchen oder Klumpen von Farbe; bei Harzen hoher Kohäsion kann sich daraus eine »Spinngewebs- ao bildung« ergeben. Die Lösungen müssen also, um verspritzt werden zu können, zunächst dünnflüssiger gemacht werden, wodurch aber die Wirtschaftlichkeit mit Bezug auf das verwendete Lösungsmittel herabgesetzt wird; nur dünne Farbfilme können ohne Verlaufen oder Ablaufen erzeugt werden.

Die vorliegende Erfindung erreicht eine zufriedenstellende Zerstäubung bei einer höheren Lösungsviskosität, als sie bisher beim elektrostatischen Farbspritzen in gewerblichem Maßstab verwendet wurde.

Der Erfindung zufolge ist das polare Lösungsmittel im Kontinuum der Farbe ungleichmäßig verteilt, wobei die höchsten Ebenen der mikroskopischen Konzentrationsgradienten um die geladenen kolloidalen Teilchen gelegen sind, welch letztere aus der Dissoziation der Komplexe resultieren. Bei Anlegen eines elektrostatischen Richtfeldes schaffen die großen unbeweglichen geladenen Teilchen einen Zustand, wo die Ladungsdichte eines Vorzeichens an einem Teilchen hoch ist und das Teilchen mit einer Vielzahl gleicher Ladungen sich nur langsam auf eine Elektrode zu bewegen kann, während die kleinen und diffusen entgegengesetzten Ladungen freier beweglich sind, aber hierbei verzögert werden durch ihre Anziehung an den fei η verteilten Kern entgegengesetzter Ladung. Man nimmt an, daß in dem dünnflüssigen Medium infolge des auf die Doppelschicht in der Nähe der geladenen kolloidalen Teilchen wirkenden elektrischen Richtfeldes Spannungen entstehen. Die Trennung der feinverteilten Ladung von ihrem Schwarm von Gegenionen wird erhöht, wenn die Dielektrizitätskonstante des Kontimrums für irgendein beträchtliches Volumen um den feinverteilten Ladungsträger herum hoch ist. Diese Faktoren können sich bis zu einem gewissen Maße in den Messungen der Leitfähigkeit oder der Dielektrizitätskonstante der Farbe widerspiegeln. Infoige dieser elektrischen Beanspruchung kann sich das dünnflüssige Material in unmittelbarer Nähe des Komplexes versteifen, was zu einer örtlichen Zunahme der Viskosität führt, die man als zwangläufigen elektroviskosen Effekt bezeichnen kann.

Die elektrostatischen Vorschubkräfte werden also in den hochviskosen Bereichen konzentriert, wobei dieser Vorschub anfänglich einen höheren Widerstand findet. Die Vorschubkräfte müssen sich also aufbauen, um einen kräftigeren Vorschub zu ergeben, wodurch man Flüssigkeitsfäden feineren Durchmessers erhält, welche ein mit höherer Geschwindigkeit fließendes Fluidum enthalten können. Bei einem kritischen Gleichgewicht zwischen Fadendurchmesser, Geschwindigkeit und Oberilächenladung hört die Strömung des Fluidums im Faden auf laminar zu sein und wird turbulent, was zum Zerstäuben der Fäden beiträgt, Die Bruchstücke der Fäden vermindern ihre Oberfläche, indem sie sich zu Kugeln von Minimalvolumen zusammenziehen. Die Gegenwart der geladenen Teilchen fördert die Entwickelung der Fäden, in denen diese Bruchstückbildung erfolgt, in solcher Weise, daß eine optimale Zerstäubung zustande kommt.

Der von den anfänglichen Vorschubkräften gebildete Flüssigkeitsfaden enthält die elektrisch geladenen Teilchen, und diese letzteren können nun auf sekundäre mechanische und elektrische Vortriebskräfte ansprechen, welche verschiedene Richtungen haben können, weil ja die physikalische Ausrichtung der geladenen Teilchen gestört worden sein kann, als diese Teilchen in den Faden hineingezogen worden sind. Da sich nun der Faden von der Vorderkante des geladenen Farbfilms aus erstreckt, können Teile davon beschleunigt und andere Teile seitlich abgelenkt werden, so daß der Faden zwischen den Teilen, auf welche die sekundären Vortriebskräfte einwirken, umhergepettscht und dünner wird. Die physikalischen Ergebnisse des sekundären Vortriebes sind zu beobachten. Bei der üblichen elektrostatischen Zerstäubung sieht man leicht, daß die gebildeten Fäden geradlinig sind, was dip Abwesenheit punktförmigen Vortriebes und seitlicher Abstoßung beweist.

Wellenförmige oder gekräuselte Fäden können gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, wenn die elektrischen Ladungen genügend konzentriert sind. Die vielen Punkte von Fadenvorsprüngen und seitlicher Abstoßung sind leicht zu beobachten, wenn die Fäden photographiert werden, ebenso die dabei erreichte feine Zerstäubung. Wenn auch tvellenförmige oder gekräuselte Fäden für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich sind, so sind sie doch gewöhnlich vorhanden, wenn die bevorzugten erfindungsgemäßen Farbmassen elektrostatisch verspritzt werden.

Der elektrostatische Sprilzmechanismus bei den Uberzugsmitteln nach der Erfindung führt zu vielen bedeutenden und wertvollen Ergebnissen. Die elektrostatische Zerstäubung wird verbessert, wodurch man, schlecht verspritzbare Farben gut und an und für sich bereits verspritzbare Farben noch besser verspritzen kann. Es können Farben von höherer Viskosität verspritzt werden, und Bindemittel, die früher Schwierigkeiten verursachten, sind besser zu handhaben. Eine höhere Belastung mit Pigmenten ist zulässig. Die feinere Teilchengröße führt zu gleichmäßigeren Farbablagerungen und erhöhtem Umgriff, d. h. die Fähigkeit der geladenen Teilchen, sich um den zu überziehenden Gegenstand herum zu bewegen und auet die Rückseite desselben zu bedecken. Auch zäh flüssigere Lösungen können verspritzt werden (bis zi einer Viskosität von etwa 60 bis 120 Sekunden, ge messen in einem Fordbecher Nr. 4 bei 25° C); da führt zu einer Ersparnis an Lösungsmittel und eben« zu der Erzeugung dickerer Filme infolge der geringerei Neigung der viskoseren Farben zum Verlaufen um Ablaufen. Da die Fäden wirksam zerteilt werdet können auch Harze, welche vorher nicht in praktische Konzentrationen verspritzt werden konnten, nunmet in wirtschaftlicher Weise und ohne die Bildung vo »Spinngeweben« verspritzt werden.

Die Zusammensetzung der Farben

Die Erfindung umfaßt verschiedene Typen von Überzugsmassen. So z. B. können die üblichen Überzugsmittel auf der Grundlage lösungsmittelfreier, gelöster oder dispergierter Bindemittel, ferner des Plastisol- oder Organosoltyps zur Herstellung von lufttrocknenden und einzubrennenden Überzügen der vorliegenden Erfindung zufolge modifiziert werden, um die Spritzfähigkeit durch elektrostatische Kräfte zu verbessern..

In die Beispiele sind sehr verschiedene typische Anstrichfarben und sonstige Überzugsmassen aufgenommen worden, welche gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert werden können, um die elektro- *5 statische Spritzfähigkeit zu verbessern.

Bewertung des elektrostatischen Farbspritzens

Diese Bewertung ist keine einfache Aufgabe. Ein Grund dafür ist der, daß Zerstäubung und Ablagerung nicht voneinander getrennt und unabhängig voneinander gemessen werden können. Die Bemühungen, ein einfaches Maß zu finden, welches in direkter und genauer Beziehung zu der Wertziffer einer Farbe für ²E das elektrostatische Spritzen steht, blieben ohne Erfolg. Andererseits konnte man mehrere Faktoren feststellen, die sowohl für die Zerstäubung als auch für die Ablagerung von Bedeutung sind.

In Beziehung zu der Zerstäubung steht hauptsächlieh der durchschnittliche Durchmesser der erzeugten Teilchen. Dieser Durchmesser wird bestimmt durch Photographieren der fliegenden Teilchen und Messen des Durchmessers einer Anzahl solcher Teilchen, um einen Durchschnitt zu erhalten. Im allgemeinen kann man sagen, daß je feiner die Teilchen sind, desto besser die elektrostatische Gesamtspritzfähigkeit sein wird.

Jedoch auch die Ablagerung der Teilchen ist von Wichtigkeit. Der Teilchendurchmesscr allein gibt jedoch keine genügend genaue Bewertungsgrundlage für das Urteil erfahrener Beobachter.

Die ausgeschleuderten Teilchen müssen sich bei ihrer Bewegung zu dem geerdeten Ziel ausbreiten, um ein Band zu bilden. Bei Verwendung eines glockenförmigen Spritzkopfes ist das Band im Querschnitt kreis- oder kreisringförmig und kann an der Breite längs eines Kreissegments gemessen werden. Im allgemeinen wird die elektrostatische Gesamtspritzfähigkeit um so besser sein, je breiter das Band ist. Aber auch das ist kein ausreichendes Kriterium für das Urteil der Fachleute.

Ein wichtiges Kennzeichen des elektrostatischen Farbspritzens ist die Fähigkeit der Teilchen, abgelenkt zu werden und sich dennoch auf dem Objekt abzulagern, trotzdem die anfängliche Bahn der Teilchen so beschaffen ist, daß dieselben eigentlich ihr Ziel verfehlen müßten. Dieses verbesserte Ablagern wird ir ausgedehntem Maße bewiesen durch die Tatsache, daC einige der Teilchen, welche am Ziel vorbeigehen, um dasselbe herum abgelenkt werden und sich nun an dei Rückseite des Objekts absetzen. Diese Eigenschaft welche als Umgriff bezeichnet wird, ist von besonderen Wert beim Farbspritzen von solchen Gegenständer wie z. B. Stuhlbeinen und Drahtzäunen. Ein Maß füi den Umgriff kann man erhalten, wenn man an den Spritzkopf bei genau geregelter Geschwindigkeit zwe gleiche Streifen vorbeiführt, von denen der eine den Spritzkopf nur eine Seite freigibt, während der anden in einer Öffnung angeordnet ist, welche die Teilcher hindurchläßt, wobei sich die Teilchen um den Streifer herumbewegen, um sich auf der Rückseite desselber abzulagern. Der Überzug der Streifen wird dann ir geeigneter Weise eingebrannt, worauf das Umgreifer nach der folgenden Formel berechnet wird:

Umgriff in °/₀

Gewicht des Überzugs auf der Rückseite
Gewicht des Überzugs auf der Vorderseite

100.

Im allgemeinen kann man sagen, daß je höher der Man hat festgestellt, daß man eine ausgezeichnete

Umgriff ist, desto besser die elektrostatische Gesamt- 45 Bewertungsunterlage für die Fachleute bekommt, spritzfähigkeit sein wird, jedoch ist auch das noch kein genügend zuverlässiges Kriterium für die Bewertung durch die Fachleute.

wenn alle drei der oben besprochenen Faktoren zu einer einzigen Kennzahl vereinigt werden, und zwar nach der folgenden Formel:

Kennzahl = —

Bandbreite (cm) · Umgriff (°/₀)

Teilchengröße (Durchmesser in Tausendstel Zentimeter)

Eine Diskussion dieser Formel zeigt, daß die Kennzahl sowohl bei einer Zunahme der Bandbreite oder des Umgriffs als auch bei einer Abnahme der Teilchengröße zunehmen bzw. größer werden muß. Die Kennzahl bewegt sich dabei in einem Bereich von etwa 1 für die schlecht zu verspritzbaren bis zu etwa 60 oder darüber für ausgezeichnet verwendbare überzugsmittel, und zwar mit einem Spielraum von etwa ±5°/₀; das ist also ein ausgezeichnetes Kriterium für die Bewertung.durch die Fachleute. Kurzum, eine Zunahme der Kennzahl um etwa 10 bis IS bedeutet eine beträchtliche Verbesserung der elektrostatischen Spritzfähigkeit, was von den Fachleuten leicht festzustellen ist.

und dieser Zahlenwert selbst ist ein zuverlässige Führer bei der Klassifizierung eines Mittels als schlech mittel, gut oder ausgezeichnet für die Zwecke de elektrostatischen Spritzens. Die Kennzahl ist also ei Maß für die Fähigkeit des Überzugsmittels, zerstäub und als ein Film bzw. ein Häutchen abgelagert ζ werden.

Beispiel 1

Die Erfindung wird gut erläutert an Hand der Vei Wendung eines Langöl-Alkydharz-Lackes mit einer unpolaren Lösungsmittel; es uandelt sich hierbei ui einen typisch schlecht verspritzbaren Lack.

Er hatte die folgende Zusammensetzung:

31,7 Teile Titandioxyd, Rutil,

50.7 Teile reines Langöl-Sojaalkydharz (60°/₀ feste

Harzbestandteile in Lackbenzin),

0,8 Teile Trockner (0,2 Kobaltnaphthenat + 0,6 Bleinaphthenat),

16.8 Teile Lackbenzin.

Alle in den Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile.

Das Sojaalkydharz wurde in üblicher Weise durch Veresterung eines Gemisches aus 60°/₀ Sojaiettsäuren, 22,2°/o Phthalsäureanhydrid und 17,8 °/₀ Pentaerythritol bei 224° C bis zu einer Säurezahl von 3 bis 6 hergestellt. "5

Die obige Harzlösung wurde in einer Walzenmühle zusammen mit Titandioxyd als Pigment im Verhältnis von 1:1 auf eine Feinheit von 7, gemessen auf dem Hegmann-Feinheitsmeßgerät, verrieben. Die resultierende Grundfarbe wurde mit den anderen Bestand- *»> teilen der obigen Formel auf Spritzkonsistenz verdünnt.

Wollte man der Farbe nach Beispiel I polare Losungsmittel einverleiben, dann wurde eine solche Komponente während des letzten Arbeitsganges bei der ^a5 Herstellung der rarbe hinzugesetzt, beispielsweise bei der Verdünnung auf Spritzviskosität. Falls gewünscht wurde, sauren Ton, stark wasserstofTbindende Komponenten ücier Komplexe derselben, wie z. B. cm Bentonitsalz, einzuverleiben, dann wurden diese Stoffe dem Pigment hinzugesetzt und zusammen mit diesem letzteren in das filmbildende Harz eingerieben.

Der Lack dieses Beispiels, mit Lackbenzin auf eine Viskosität von 20 Sekunden verdünnt, gemessen in einem Fordbecher Nr. 4 bei 25°C,| konnte unter Verwcndung von elektrostatischer Zerstäubung nicht in zufriedenstellender Weise verspritzt werden (Kennzahl 9).

Zu Zwecken der Erläuterung wählte man als die wasserstofTbindende Komponente kolloidaler Teilchen 4« einen Montmorillonitton (Bentonit), der mit einer Alkylammoniumbase umgesetzt wurde, um ein Alkylammoniumbentonitanlagerungspunkt zu erhalten. In dem vorliegenden Beispiel wurde ein Dimethyldioctadecylammoniumbentonitanlagerungskomplext verwendet. ,

Die obige Auswahl wurde getroffen, um den einzig-, artigen Charakter der Erfindung hervorzuheben, denn diese Bentonitkomplexe sind als Eindickmittel bekannt, insbesondere dafür, daß sie die Fähigkeit be-|5<> sitzen, die mechanische Auflösung der Farben in feine Teilchen zu verhindern. So z. B. verhindern sie die Nebelbildung bei Druckfarben auf schnellaufenden Rotationsdruckmaschinen.

Es ist bereits bekannt, derartige Bentonitderivate zusammen mit kleinen Mengen polarer Lösungsmittel (20 bis 60 ⁰Zo, auf das Gewicht des Bentonite bezogen) in Anstrichfarben aufzunehmen, und zwar als Eindickmittel, um die Streichbarkeit zu verbessern. Man bekommt dabei eine thixotrope Farbe, deren Viskosität während des Streichens abnimmt und nach dem Streichen wieder zunimmt, wodurch ein Verlaufen oder Ablaufen verhindert wird. Die bisherigen Bentonite enthaltenden Anstrichfarben sind für das mechanische Spritzen nicht geeignet, da die Eindickwirkung *5 die mechanische Auflösung der Farbe in einen feinzerstäubten Sprühnebel verhindert. Bei der vorliegenden frfwdung wird ein größerer Anteil eines polaren Lösungsmittels verwendet, unter Vermeidung der normalerweise gewünschten Eindickwirkung, so daß die Gcsamlfließfähigkeit der Farbe nicht sehr verändert wird, obwohl ein örtliches Versteifen infolge des elektroviskosen Effekts immer noch eintreten kann.

Die Ergebnisse, welche erreicht werden unter Verwendung von Methylisobutylketon als polares Lösungsmittel, mit einem Anteil von 2,6 °/₀ Dimethyldioctadecylammoniumbentonitanlagerungsprodukt.auf das Gewicht des Pigments bezogen, demonstrieren den Wert der Erfindung.

Tabelle 1

Verwendung von Methylisobutylketon

im Ölalkydlack nach Beispiel 1, mit Lackbenzin verdünnt auf eine Viskosität von 20 Sekunden

im Fordbecher Nr. 4 bei 25°C

Methyliso	Ucntonit-	Leitfähigkeit r>p»»\ ; αγ**ι	2 kV	Kennzahl
butylketon	komplcx	IJKs J 10OkV	μΑ
7.*)	7.*)	μΑ	12,5	16
4	0	0,5	11	15
4	2,6	1,5	12,5	20
7,5	0	0,8	12,2	25
7,5	2,6	3,0	13	13
11,5	0	1,3	14	29
11,5	ζ.,υ	6,9	15	16
14,5	0	2,0	18,5	59
14,5	2,6	19,1

*) Die Prozentsätze beziehen sich in Spalte 1 auf das Gewicht des Lackes, in Spalte 2 auf das Gewicht des Pigments. *·) DC =■= Gleichstrom; AC = Wechselstrom.

Die Vorteile der Erfindung gehen aus dieser Tabelle deutlich hervor. Interessanterweise belief sich die Wechselstromleitfähigkeit, bei 2 kV gemessen, auf 11 bis 18,5 Mikroampere, ■» as nicht sehr verschieden ist von der Wechselstromleitfähigkeit vor dem Zusatz des Bentonitkomplexes. Die Leitfähigkeit für Gleichstrom erhöhte sich von 0,5 bei 4°/₀ Keton bis zu 19,1 Mikroampere bei 14,5 °/₀ Keton. Das erhellt die Tatsache, daß die Leitfähigkeit für Gleichstrom, wozu auch die Leitfähigkeit der gerichteter ;nd verzerrten Komplexe gehört, ein Kriterium für die zu erwartenden Ergebnisse der Erfindung abgibt, das von der Leitfähigkeit für Wechselstrom völlig unabhängig ist. Die letztere ist ein Maß für die elektrischen Kennwerte des Kontinuums als von entgegengesetzter Wirkung, einschließlich der Kennwerte der dispergierten Teilchen welche normalerweise die elektrostatische Spritzfähigkeit nicht fördern, sondern diese Wirkung gemäi der vorliegenden Erfindung mir in Kombination be sitzen.

Ähnliche Ergebnisse erhält man bei Verwendung voi Butylacetat an Stelle von Methylisobutylketon als dl· dritte Komponente bei Farben auf der Basis der Färb nach Beispiel 1, wobei das Butylacetat eine Gordy Zahl von etwa 88 hat und auch ein weniger bevorzugte Material ist. Bei 12°/₀ Butylacetat nahm die Kennzar auf etwa 12 zu. In Gegenwart des Bentonitanlagerung: , produktes hatte sich die Kennzahl bei 12 °/₀ Butylaceti auf 20 erhöht.

In ähnlicher Weise war Methylglykoläther mit eini Gordy-Zahl von etwa 110 nur dann wirksam, wenn ι in einer Menge von 4°/₀ vertreten war, wobei die Kern

zahl auf 11 anstieg, im Vergleich zu einer solchen von 9 bei einer von Methylglykoläther freien Farbe. Andererseits ging die Kennzahl in Gegenwa t von 4% Methylglykoläther und 2,6% Bentonitkomplex, auf das Gewicht des Pigments bezogen, auf 27 hinauf.

Obwohl Methylisobutylketon, Bütylacetat und Methylglykoläther, wenn auch weniger bevorzugt, in der Lage sind, die elektrostatische Spritzfähigkeit merklich zu verbessern, so müssen diese Lösungsmittel doch im allgemeinen in größeren Anteilsmengen verwendet werden, als es bei bevorzugten polaren Lösungsmitteln mit einer Gordy-Zahl von unter 50 notwendig ist. Dies zeigt sich bei der Verwendung von Nitroparaffinen mit einer Gordy-Zahl von unter 50.

Mit Nitromethan bei 4,3 und 9,4% in Abwesenheit von Bentonitderivat belief sich die Kennzahl auf 15 bis 35. In Gegenwart von 2,6% Bentonitkomplex, auf das Gewicht des Pigments bezogen, und 6,4% Nitromethan erhöhte sich die Kennzahl auf 64.

Die bei der Verwendung von Nitropropan erzielten Ergebnisse sind aus der nachstehenden Tabelle Il ersichtlich:

Tabelle II

Verwendung von 2-Nitropropan

in der Ölalkydfarbe nach Beispiel 1,

mit Lackbenzin verdünnt auf eine Viskosität

von 20 Sekunden im Fordbecher Nr. 4

bei einer Temperatur von 25°C

2-Nitro- propan	Bentonit komplex	Leitfähigkeit DC**) : AC**) 100 kV 2 kV	μΑ	Kennzahl
/I) )	V)	μΑ	12,5 12
3,7 3,1	0 0,5	0,75 1,2 i	13 13	17 22
6,0 5,2	0 0,5	1,0 j 3,9	15 17	25 38
9,2 7,8	0 0,5	3,5 ' 10,5	27 44

15

35

·) Die Prozentsätze beziehen sich in Spalte \ auf das Gewicht der Farbe, in Spalte 2 auf das Gewicht des Pigments. **) DC = Gleichstrom; AC — Wechselstrom.

Bei der Verwendung von Nitromethan mit Xyiol als der Hauptlösungsmittelkomponente des Lackes an Stelle von Lackbenzin in der Farbe nach Beispiel 1 belief sich die Kennzahl bei 4°/₀ Nitromethan auf 27 und bei 8°/₀ Nitromethan auf 43. Bei Gegenwart von 2,6 °/₀ Bentonitkomplex, auf das Gewicht des Pigments bezogen, erhöhte sich die Kennzahl bei 4% Nitromethan von 27 auf 64 und bei 8°/o Nitromethan von 43 auf 73.

Die durch eine hohe Lösungsviskosität erreichte verbesserte elektrostatische Spritzfähigkeit wird durch das nachfolgende Beispiel 2 dargelegt:

Beispiel 2
Farbtyp:

Bindemittel Sojaalkyd wie im Beispiel 1,

mit Lackbenzin auf 60% verdünnt

Pigment Titandioxyd, Rutil

Zusammensetzung der Farbe in Gewichtsteilen

Titandioxyd 38,0

Alkydlösung 61,0

K obaltnaphthenattrock ner (4%ige

Lösung) 0,10

Bleinaphthenattrockner (24%ige

Lösung) 0,80

Calciumnaphthenattrockner

(Aktivator — 8%ige Lösung) 0,10

Die Viskosität des fertigen Lackes wurde in einem Fordbecher Nr. 4 bei 25⁰C zu 90 Sekunden gemessen; dieser Lack läßt sich nicht verspritzen.

Bei Zusatz von Xylol zur Verdünnung in Mengen, die ausreichen, um die Viskosität der betreffenden Muster auf 60 bzw. 20 Sekunden herabzusetzen, lassen sich die Lacke immer noch schlecht verspritzen. Die Kennzahlen für die Lacke mit Viskositäten von 80, 60 und 20 Sekunden belaufen sich auf 0 bzw. 0 bzw. 9. Die Herabsetzung der Viskosität mit Xylol verbesserte die Spritzfähigkeit nur ganz am Rande und in unangemessener Weise.

Bei Verwendung des gleichen Lackes mit einer Viskosität von 90 Sekunden und bei Zusatz von Dimethyldioctadecylammoniumbentonitkomplex zusammen mit einem Anteil einer polaren Lösungsmittelkomponente von hoher Dielektrizitätskonstante war eine bedeutende Verbesserung zu verzeichnen, wie sie aus der Tabelle III ersichtlich ist, wo die Zusätze in Gevvichtsteilen je 100 Teile des Lackes von 90 Sekunden Viskosität ausgedrückt sind.

Tabelle

	Bütylacetat	Nitromelhan	1 Xylol zum Verdün	Viskosität	Kennzahl
Sentonilderivat*)			nen auf die angege	Fordbecher Nr. 4
	,6,4	6,4	bene Viskosität	bei 25" C	39
2,6	6,4	6,4	11,4	20	20
0	>,2	3,2		20	21
2,6	3,2	3.3	8,5	55	I
0	2,5	2.5		55	11
2,6	2.4	2.4	«.7	80	1
0		—	SO

*) DimclhvUlioctadeeylaminoniiimbehtonil.

Beispiel 3

Dieses Beispiel zeigt die Verbesserung, welche bei einem Überzugsmittel erreicht werden kann, in welchem die feinverteilte Komponente aus Bruchstücken eines Harzes von hohem Molekulargewicht besteht. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle IV dargelegt, in welcher die Verbesserung aus der Zunahme in Umgriff und Bandbreite hervorgeht. In diesem Beispiel konnte man wegen der Transparenz der fliegenden Teilchen keine geeigneten Lichtbilder erhalten, aus denen das Maß der Teilchengröße zu entnehmen gewesen wäre. Demzufolge konnte auch keine Kennzahl errechnet werden. Um das Ausmaß der Verbesserung bewerten zu können, hat man an Stelle des Begriffes der »Teilchengröße« den Begriff der »Fleckgröße« eingeführt. Die »Fleckgröße« wird definiert als der durchschnittliche Durchmesser der zehn größten einzelnen Flecken des Spritzmusters auf einem ebenen glatten Blech von 101,6· 152,4 mm², welches durch den Sprühnebel hindurchbewegt wird. Die »Teilchengröße·« wird definiert als der durchschnittliche Durchmesser der photographierten fliegenden Teilchen des Sprühnvbels.

als Verkochungsprodukt.

Zusammensetzung eines Bootslackes

(1) 183 Teile eines öllöslichen
Phenoplasts
(2) 360 Teile Holzöl

87 Teile Lackbenzin.
340 Teile Benzin,
20 Teile Bleinaphthenat U⁴⁰Z₀). 10 Teile Kobaltnaphthenat (6⁰O).

I_-I) Das Phciioplast wurde hergestellt durch Kondensation von 2 Mol Formaldehyd mit 1 Mol p-tert.-Butylphenol 1 wäßrigem Medium und in Gegenwart eines Phos|- orsäurekataiysators. Wasser wurde mit Jer FormalJchydkomponente zugeführt, da diese als eine 37"'„ige wäßrige Losung eingeführt wurde. Die Kondensation erfolgte am Rückfluß, bis eine Topftetnperatur von 140 C erhalten wurde. Das Reaktionsprodukt wird neutral gemacht und mit Wasser gewaschen.

(2) Das Phenoplast wurde mit dem Holzöl bei rund 246" C gekocht, bis ein dem Gemisch entnommenes Muster eine klare unterkühlte Perle bildete. In diesem Punkt wurde das Gemisch auf unter rund 149 "C gekühlt, worauf die Lösungsmittel und die Trockner

^a5 unter Rühren hinzuetsetzt wurden.

Tabelle IV

Verwendung eines polaren Lösungsmittels und eines Amins in dem beschriebenen Bootslack, mit Lackbenzin verdünnt auf eine Viskosität von 20 Sekunden, gemessen im Fordbecher Nr. 4 bei 25⁰C

100 kV DC μΑ	2 kV AC μΑ	Bandbreite mm	Umgriff ·/.	Polares Lösungsmittel Art	Polares Lösungs mittel	Komponente Il	Fleckgröße mm
1,2 1,5 27	11.5 12,5 26	146,1 152,4 228,6	1 4,7 10,1	Keines Butylacetat Nitromethan 3: 1 desgl.	10 10	Keine Keine 1 °/0 Triäthylamin	1,04 1,04 0,37

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung in ihrer Anwendung auf verschiedene Typen von Farben und Überzugsmassen, wobei alle Messungen an Flüssigkeiten erfolgten, die auf eine Viskosität von 20 Sekunden verdünnt worden waren, gemessen in einem Fordbecher Nr. 4 bei 25° C.

Beispiel 4

Polyacrylesterharz-Überzugsmasse 15 Teile Titandioxyd,

75 Teile Polymethacrylsäureoctadecylester (30⁰/oige Lösung in Toluol),

2 Teile Butylbenzylphthalat, 8 Teile Toluol.

Diese mit Toluol verdünnte Überzugsmasse hatte eine Kennzahl von 17. Die gleiche Farbe mit einem Gehalt von 0,5 ·/„ Triäthylamin und 5°/₀ Äthylglykolacetat hatte eine Kennzahl von 35.

SS

60 Beispiel 5 Organosol

9,5 Teile Vinylchlorid-Vinylacetat-Mischpolymer (95 : 5), Brookfield-Viskosität 3600/3240 cP,

22 Teile Polyvinylchlorid, Brookfield-Viskosität 53000/12500 cP,

6.5 Teile Dioctylphthalat,

19 Teile chloriertes Diphenyl (54% Cl-Gehalt),

1.6 Teile Calciumcarbonat (ausgefällt, Teilchen

größe: 10 Mikron),

14 Teile Glimmer (Teilchendurchmesser: 15 Mikron),

0,6 Teile zweibasisches Bleiphosphat, 1,0 Teile zweibasisches Bleiphthalat, 16 Teile Benzol, 9,8 Teile Diisobutylketon.

Das ursprüngliche Organosol besaß eine Kennzahl von 16. Bei Zusatz von 0,25 % Dimethyldioctadecylammoniumbentonit und 6 °/₀ Butylacetat, auf das Gewicht der Farbe bezogen, als teilweiser Ersatz für die B^nzolkomponente stieg die Kennzahl auf 28 an.

Beispiel 6

Vinylpolymerisatharzlack

26 Teile Vinylchlorid-Vinylacetat-Mischpolymer (87 :13), Molekulargewicht: 15000,

8,7 Teile Vinylchlorid-Vinylacetat-Maleinsäure-Mischpolymer (86 : 13 : 1), Molekulargewicht: 15000,

7,7 Teile Äüiylglykolacetat,
54 Teile Toluol,
3,6 Teile Aceton.

Bei Zusatz von 0,25 °/„ Triäthylamin und 5% Methyläthylketon als teilweiser Ersatz für die Toluolkomponente wurde die Spritzfähigkeit erheblich verbessert; die Kennzahl stieg von 11 auf 35 an.

Beispiel 7

Alkyd-Melaminharz-Einbrennemaille 17,0 Teile Titandioxyd, Rutil,

56,4 Teile mittellanges Sojaalk./dharz (Glycerin und Phthalsäureanhydrid im Molverhältnis von 1,5:1) [50⁰/oige Lösung in Xylol],

9,2 Teile butyliertes Melaminharz (55°/„ige Lösung

in Xylol und Butanol), 17,4 Teile Xylol.

35

Die ursprüngliche Alkyd-Melaminharz-Farbe zeigte eine Kennzahl von 11. Bei Zusatz von ¹I₂ ⁰I₀ Dimethyldioctadecylammoniumbentonit und eines Gemisches zu gleichen Teilen aus Butylacetat und Methyläthylketon, um davon eine Konzentration von 6%, auf das Gewicht der Farbe bezogen, zu bekommen, erhielt man eine Kennzahl von 43.

Beispiel 8
Chlorkautschukfarbe'
24,2 Teile Titandioxyd,
1,4 Teile zweibastsches Bleiphosphat,

12,0 Teile Chlorkautschuk mit 67 Gewichtsprozent Cl-Gehait,

12,0 Teile mit Leinöl modifiziertes mittellanges

Alkydharz (Viskosität: Z₁ bis Z₄; Säurezahl 4 bis 8),

0,1 Teil Epichlorhydrin,
50 Teile Xylol,

0,2 Teile Bleinaphthenat (24°/₀ige Lösung),
0,1 Teil Kobaltnaphthenat (6⁰/„ige Lösung).

Diese Farbe ließ sich schlecht verspritzen (Kennzahl 6). Bei Änderung der Zusammensetzung unter Einverleibung von 2,6 °/„ Dimethyldioctadecylammoniurnbentonit, auf das Gewicht des Pigments bezogen, und 6°'_o Äthyiglykolacetat als teilweiser Ersatz des Xylols erhöhte sich die Kennzahl auf 28.

Beispiel 9

Asphaltfarbe (für Metalloberflächen)
20 Teile Gilsonit,

35 Teile Leinöl (mit Alkali raffiniert — Viskosität: A₁ bis A nach Gardner — Holdt),

12Teile Leinöl (dickflüssig — Viskosität: Q nach Gardnei— Holdt),

20 Teile Lackbenzin,
3 Teile Terpentin.

Diese Asphaltfarbe hatte eine Kennzahl von 4. Bei Änderung der Zusammensetzung unter Einverleibung von 2,6°/o Dimethyldioctadecylammoniumbentonit, auf den Harzgehalt bezogen, sowie Methyläthylketon in einer Konzentration von 6% zum teilweisen Ersatz des Lackbenzins erhält man eine Kennzahl von 23.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Überzugsmittels, das neben Lösungsmittel, {umbildendem Material und gegebenenfalls Pigment, einen Anlagerungsprodukte bildenden Zusatz aus

a) kolloidalen Teilchen mit über 1000 A Durchmesser aus sauren Tonen, Chelat- und CIathratverbindungen und Aldehydkondensationsprodukten mit Phenol, Harnstoff, MeI-amin, Dicyandiamid und Benzoguanamin, als mit Elektronendonatoren Wasserstoffbrückenbindungen ausbildenden Stoffen und

b) Elektronendonatoren einer Gordy-ZahJ von über 125 sowie einem Zusatz aus

c) wenigstens 3 ⁰Zo, bezogen auf das Gesamtlösungsmittel, polares Lösungsmittel einer DK von über 8 und einer Gordy-Zahl von unter 100,

und die kolloidalen Teilchen in einer Menge von " nicht mehr als 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Überzugsmittel, vorliegen, enthält, für das elektrostatische Sprühverfahren.

2. Verwendungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kolloidale Teil- »5 chen ein saurer Ton mit einer Basenaustauscherkapazität von 15 bis 100 Milliäquivalent austauschbaren Ionen pro 100 g Ton verwendet wird.

3. Verwendungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Überzugsmittel der Elektronendonator in einer Menge von nicht mehr als 50 ⁰Zo der stöchiometrischen Menge, bezogen auf die Gesamtzahl der Wasserstoffverbindungen, die mit dem sauren Ton gebildet werden können, vorliegt.

4. Verwendungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronendonator in einer Menge von 0,1 bis 5%>, bezogen auf das Gewicht des Überzugsmittels, vorliegt.