DE19620811A1 - Wässrige Silanemulsionszusammensetzung - Google Patents
Wässrige SilanemulsionszusammensetzungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine wäßrige Silanemulsionszusam
mensetzung, in der feine Partikel eines hydrolysierbaren Alkyl
alkoxysilans oder Alkylhalogensilans emulgiert und in Wasser
dispergiert werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser
Zusammensetzung. Die erfindungsgemäß herstellbare Emulsion be
sitzt ausgezeichnete Lagerungsstabilität und ist für verschie
denste Zwecke geeignet, insbesondere als wasserabstoßendes Mit
tel oder als wasserabdichtendes Mittel für Strukturen aus Stein
oder Beton auf bautechnischem Gebiet.
Lösungen, erhältlich durch Lösen eines Alkylalkoxysilans,
wie Ethyltriethoxysilan, Propyltriethoxysilan und/oder Hexyl
triethoxysilan in einem Medium, werden als wasserabstoßendes
Mittel oder wasserdicht machendes Mittel verwendet. Wird das
Alkylalkoxysilan auf ein Basismaterial, wie auf Strukturen aus
Beton oder Mörtel, aufgeschichtet, dringt es zusammen mit dem
Medium in das Innere des Basismaterials. Das Alkylalkoxysilan
wird dann auf der Oberfläche des Basismaterials gebunden, wobei
Alkohol freigesetzt wird, wobei ebenfalls Eigenkondensation
stattfindet, wobei die Oberfläche des Basismaterials mit hydro
phoben Alkylgruppen bedeckt wird. Dadurch, daß man die Oberflä
che hydrophob macht, erniedrigt sich im allgemeinen die Wasser
absorption des Basismaterials, wie Beton oder Mörtelstrukturen,
auf 1/5 bis 1/10 des nicht mit Alkylalkoxysilan beschichteten
Basismaterials.
Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensilan (im folgenden
manchmal als "hydrolysierbare siliciumorganische Verbindung"
bezeichnet) wurden bisher in Form einer Lösung in einem organi
schen Lösungsmittel verwendet. Die Verwendung solcher wasser
abstoßender oder wasserdicht machender Zusammensetzungen vom
Lösungsmitteltyp ist jedoch wegen der Toxizität und Entflamm
barkeit des Lösungsmittels sowie der möglichen Umweltverschmut
zungen begrenzt. Deshalb haben wäßrige Emulsionen mit wäßrigem
Medium, in dem feine Partikel einer hydrolysierbaren siliciumor
ganischen Verbindung dispergiert sind, in letzter Zeit gegenüber
Silanzusammensetzungen vom Lösungsmitteltyp zunehmend an Inter
esse gewonnen. (Dieser Emulsionstyp wird im folgenden als "wäß
rige Silanemulsion" bezeichnet.)
Da hydrolysierbare siliciumorganische Verbindungen leicht
Hydrolyse bei Kontakt mit Wasser unterliegen, besitzen wäßrige
Emulsionen davon schlechte Lagerungsstabilität. Um dieses Pro
blem zu überwinden, wurde vorgeschlagen, ein spezifisches
nichtionisches oberflächenaktives Mittel mit einer HLB von 4 bis
15 (siehe JP-A-62-197369, wobei "JP-A" eine ungeprüfte Veröf
fentlichung einer japanischen Patentanmeldung bedeutet) oder
Zugabe von sowohl nichtionischem oberflächenaktivem Mittel und
anionischem oberflächenaktivem Mittel (siehe JP-A-3-232527) als
ein Emulgator vorgeschlagen. Dennoch konnte bisher eine wäßrige
Silanemulsion, die über einen langen Zeitraum stabil ist, nicht
entwickelt werden.
Wenn eine wäßrige Silanemulsion mit einem Emulgator auf
Beton als wasserdicht machendes Mittel aufgebracht wird, neigt
darüber hinaus der Beschichtungsfilm durch rückständigen Emulga
tor dazu, hydrophil zu werden, so daß als Ergebnis der ganze
Effekt der Wasserabstoßung nicht eintritt, sondern ggf. eine
Verminderung der Wasserdichtigkeit stattfindet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wäßrige
Silanemulsionszusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die
ausgezeichnete Lagerstabilität aufweist, sowie ein Verfahren zur
Herstellung dieser Emulsionszusammensetzung.
Andere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine wäßrige
Silanemulsionszusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die
neben ausgezeichneter Lagerstabilität einen Beschichtungsfilm
ausbildet, der ausgezeichnete Wasserabstoßung und Wasserdichtig
keit besitzt, der deshalb besonders als eindringendes, wäßriges,
wasserabstoßendes Mittel geeignet ist, sowie ein Verfahren zur
Herstellung dieser Emulsionszusammensetzung.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch die Zusammen
setzungen bzw. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 17 gelöst.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung näher
erläutert.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einer ersten Ausfüh
rungsform ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Silan
emulsionszusammensetzung mit den Stufen:
- (a) Hydrolysieren eines Alkylalkoxysilans oder Alkylhalo gensilans (hydrolysierbare siliciumorganische Verbindung) durch Erhitzen in Gegenwart eines sauren Katalysators und geringer Mengen Wasser zu einer Mischung des Alkylalkoxysilans oder Al kylhalogensilans und ihres Oligomeren;
- (b) Zugabe von Wasser und Emulgator zur Mischung aus Stufe (a); und
- (c) Rühren der Mischung aus Stufe (b).
Hierbei wird bevorzugt als Emulgator ein polymerer Emulga
tor, enthaltend ein Siliconpfropfpolymer und einen polymeren
Emulgator mit Gehalt an einem fluorhaltigen Pfropfpolymer ge
wählt.
Es ist ebenfalls bevorzugt, daß der Emulgator mindestens
ein polymerer Emulgator (2a) und (2b) gemäß zweiter und dritter
Ausführungsform der Erfindung ist.
Das Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensilan gemäß erster
erfindungsgemäßer Ausführungsform ist bevorzugt eine Verbindung
der Formel (I):
RnSi (R¹)4-n (I),
in der R für eine Alkylgruppe, eine substituierte Alkylgruppe
oder eine Arylgruppe mit jeweils 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, R¹
für eine Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder ein
Halogenatom und n für 1 oder 2 stehen, wobei eine Mehrzahl der
Gruppen gemäß R oder R¹ gleich oder verschieden sind.
Die Stufe (a) gemäß Verfahren der ersten Ausführungsform
umfaßt vorzugsweise Hydrolysieren des Alkylalkoxysilans oder
Alkylhalogensilans durch Erhitzen einer Mischung mit 100 Ge
wichtsteilen des Alkylalkoxysilans oder Alkylhalogensilans von
0,01 bis 2,0 Gewichtsteilen des sauren Katalysators und von 0,2
bis 4,0 Gewichtsteilen Wasser.
Die Erfindung betrifft in ihrer zweiten Ausführungsform
eine wäßrige Silanemulsionszusammensetzung enthaltend:
- (1) mindestens ein Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensilan und deren Oligomeren;
- (2a) einen polymeren Emulgator, enthaltend ein neutrali siertes wäßriges Pfropfcopolymer aus der Copolymerisation eines radikalisch polymerisierbaren Makromolekülmonomeren, enthaltend eine Polysiloxaneinheit als ein Skelett, einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und eines anderen radikalisch poly merisierbaren Monomeren; und
- (3) Wasser.
Die Erfindung betrifft in ihrer dritten Ausführungsform
eine wäßrige Silanemulsionszusammensetzung enthaltend:
- (1) mindestens ein Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensilan und deren Oligomeren;
- (2b) einen polymeren Emulgator, enthaltend ein neutrali siertes wäßriges Pfropfcopolymer, erhalten aus der Copolymeri sation eines radikalisch polymerisierbaren Makromolekülmonome ren, enthaltend eine perfluoralkylgruppenhaltige Polymereinheit als ein Skelett, einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und eines anderen radikalisch polymerisierbaren Monomeren; und
- (3) Wasser.
Gemäß zweiter und dritter Ausführungsform der Erfindung ist
das Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensilan (1) vorzugsweise
eine Verbindung gemäß Formel (I).
Die erfindungsgemäße wäßrige Silanemulsionszusammensetzung
gemäß zweiter und dritter Ausführungsform wird bevorzugt nach
dem Verfahren der ersten Ausführungsform hergestellt.
Die Erfindung betrifft in ihrer vierten Ausführungsform ein
auf Wasser basierendes eindringendes wasserabstoßendes Mittel
mit Gehalt an der wäßrigen Silanemulsionszusammensetzung gemäß
zweiter oder dritter Ausführungsform der Erfindung.
Die erfindungsgemäße erste Ausführungsform wird im folgen
den beschrieben.
Zu typischen Beispielen der siliciumorganischen Verbindung
zählen solche gemäß Formel (I):
RnSi (R¹)4-n (I)
In Formel (I) steht R für eine hydrophobe Gruppe, die ge
genüber Hydrolyse stabil ist, wie beispielsweise substituierte
oder unsubstituierte Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen
oder Arylgruppen.
Beispiele für Alkylgruppen gemäß R sind Methyl-, Ethyl-,
Propyl-, Butyl-, Hexyl-, Cyclohexyl-, Octyl-, Decyl-, Dodecyl-,
Tetradecyl-, Hexadecyl-, Octadecyl- und Eicosylgruppen. Beispie
le für substituierte Alkylgruppen gemäß R sind halogenierte
Alkylgruppen und am aromatischen Kern substituierte Alkylgrup
pen. Zu den halogenierten Alkylgruppen zählen Fluoride, Chloride
oder Bromide der zuvor erwähnten Alkylgruppen, beispielsweise
die 3-Chlorpropyl-, 6-Chlorhexyl- und 6,6,6-Trifluorhexylgrup
pen. Beispiele für die am aromatischen Kern substituierten Al
kylgruppen sind die Benzylgruppe oder eine halogensubstituierte
Benzylgruppe, beispielsweise 4-Chlorbenzylgruppe oder 4-Bromben
zylgruppe. Beispiele für Arylgruppen gemäß R sind Phenyl-, To
lyl-, Mesityl- und Naphthylgruppen.
R¹ repräsentiert eine hydrolysierbare funktionale Gruppe
einschließlich einer Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen
und einem Halogenatom. Beispiele für die Alkoxygruppe sind
Methoxy-, Ethoxy und Propoxygruppen. Die Halogenatome sind be
vorzugt Chlor und Brom.
Wenn die hydrolysierbare siliciumorganische Verbindung eine
Anzahl R- oder R¹-Gruppen aufweist, können diese Gruppen gleich
oder verschieden sein. n steht für eine ganze Zahl von 0 bis 3.
Bei den hydrolysierbaren siliciumorganischen Verbindungen
gemäß Formel (I) sind solche bevorzugt, bei denen n 1 oder 2
ist; eine hieraus hergestellte wäßrige Emulsionszusammensetzung
ergibt einen Beschichtungsfilm, der besonders ausgezeichnete
Wasserabstoßung und Wasserdichtigkeit im Vergleich zur Emulsion
aufweist, die unter Verwendung von hydrolysierbaren siliciumor
ganischen Verbindungen hergestellt wurde, bei denen n 0 oder 3
ist.
Beispiele für geeignete hydrolysierbare siliciumorganische
Verbindungen werden im folgenden angegeben.
- (1) Verbindungen der Formel (I) in der R eine Alkylgruppe,
eine halogenierte Alkylgruppe oder eine am aromatischen Kern
substituierte Alkylgruppe, R¹ eine Alkoxygruppe und n 1 sind:
Beispiele bei denen R eine Alkylgruppe ist sind:
Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Methyl-tri-n- propoxysilan, Ethyltrimethoxysilan, Ethyltriethoxysilan, Ethyl- tri-n-propoxysilan, Propyltriethoxysilan, Propyl-tri-n-prop oxysilan, Butyltrimethoxysilan, Butyltriethoxysilan, Isobutyl trimethoxysilan, Isobutyltriethoxysilan, n-Hexyltrimethoxysilan, Cyclohexyltrimethoxysilan, Octyltrimethoxysilan, Octyltrieth oxysilan, Octyltriisopropoxysilan, 2-Ethylhexyltrimethoxysilan, Decyltrimethoxysilan, Dodecyltrimethoxysilan, Tetradecyltri ethoxysilan, Hexadecyltriethoxysilan, Octadecyltriethoxysilan und Eicosyltrimethoxysilan.
Beispiele, bei denen R eine halogenierte Alkylgruppe ist,
sind:
6-Chlorhexyltrimethoxysilan und 6,6,6-Trifluorhexyltri methoxysilan.
6-Chlorhexyltrimethoxysilan und 6,6,6-Trifluorhexyltri methoxysilan.
Beispiele, bei denen R eine am aromatischen Kern substitu
ierte Alkylgruppe ist, sind:
Benzyltrimethoxysilan, 4-Chlorbenzyltrimethoxysilan, 4- Chlorbenzyltriethoxysilan und 4-Brombenzyltri-n-propoxysilan.
Benzyltrimethoxysilan, 4-Chlorbenzyltrimethoxysilan, 4- Chlorbenzyltriethoxysilan und 4-Brombenzyltri-n-propoxysilan.
- (2) Verbindungen gemäß Formel (I), wobei R eine Alkylgrup
pe; R¹ ein Halogenatom und n 1 sind:
Dodecyltrichlorsilan und Dodecyltribromsilan. - (3) Verbindungen gemäß Formel (I), wobei R eine Arylgruppe,
R¹ eine Alkoxygruppe und n 1 sind:
Phenyltrimethoxysilan und Phenyltriethoxysilan. - (4) Verbindungen gemäß Formel (I), wobei R eine Alkylgrup
pe, R¹ eine Alkoxygruppe und n 2 sind:
Dimethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Dibutyldi methoxysilan und Diisobutyldimethoxysilan.
Bei den erwähnten siliciumorganischen Verbindungen gemäß
Formel (I) sind solche, bei denen R eine Alkylgruppe, R¹ eine
Alkoxygruppe und n 1 sind, beispielsweise Alkyltrialkoxysilane
bevorzugt; sie ergeben eine Emulsion mit besonders ausgezeichne
ter Lagerungsstabilität und geringer Partikelgröße.
Die zuvor erwähnten siliciumorganischen Verbindungen können
entweder alleine oder in Kombinationen von zwei oder mehreren
verwendet werden.
Zu sauren Katalysatoren, die gemäß erster Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden können, zählen Brønstedsäuren,
Lewissäuren und verschiedene andere. Geeignete Brønstedsäuren
sind anorganische Säuren, wie Salz-, Schwefel-, Phosphor- und
Chlorgoldsäure; Monocarbonsäuren, wie Benzoesäure; Polycarbon
säuren, wie Phthal-, Tetrahydrophthal-, Hexahydrophthal-, Me
thyltetrahydrophthal-, Methylnudic-, Dodecylsuccin-, Chlorendic-,
Pyromellit- und Benzophenontetracarbonsäure; Anhydride dieser
Polycarbonsäuren und organische Säuren, wie p-Toluolsulfonsäure.
Zu geeigneten Lewissäuren zählen anorganische Halogenide wie
Borfluorid, Aluminiumchlorid, Zinnchlorid sowie solche, die bei
Photolyse eine Säure bilden, wie aromatische Diazonium-, aroma
tische Iod- und aromatische Sulfonsalze. Zu anderen sauren Kata
lysatoren zählen ultrastarke Säuren, wie Perchlor-, Fluorschwe
felsäure und Magic acid (Königswasser); feste Säuren, wie Pro
ton- oder polyvalente Kationaustauscher Zeolithe; Silica-Alumi
niumoxid, Silica-Magnesiumoxid, Aluminiumoxid-Boroxid, aktive
Tone, Antimonsäure und Zirkonphosphat; und Protonionenaustau
scherharze, wie Polystyrolsulfonsäure-Ionenaustauscherharze. Aus
wirtschaftlichen Gründen sind Schwefelsäure oder p-Toluolsulfon
säure bevorzugt.
Der saure Katalysator wird bevorzugt in Mengen von 0,01 bis
2,0 Gewichtsteilen, insbesondere 0,05 bis 1,0 Gewichtsteile, je
100 Gewichtsteile hydrolysierbarer siliciumorganische Verbindung
verwendet. Beträgt die Menge an saurem Katalysator weniger als
0,01 Gew.-% neigt die gebildete Emulsion zu geringer Stabilität.
Bei Anteilen von mehr als 2,0 Teilen können in bedeutsamen Um
fang Seitenreaktionen auftreten.
Der Emulgator, der gemäß erster Ausführungsform verwendet
werden kann, umfaßt nichtionische Emulgatoren, anionische Emul
gatoren und kationische Emulgatoren. Nichtionische oder anioni
sche Emulgatoren sind wegen ihrer Emulgierfähigkeit und der
Stabilität der emulgierten siliciumorganischen Verbindung bevor
zugt.
Zu geeigneten nicht ionischen Emulgatoren zählen Glycerolmo
nooleat, Glycerolmonostearat, Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmono
palmitat, Sorbitanmonostearat, Sorbitantristearat, Sorbitanmo
nooleat, Sorbitantrioleat, Sorbitanmonosesquioleat, Polyoxyethy
lensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylensorbitanmonopalmitat, Poly
oxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylensorbitantristearat,
Polyoxyethylensorbitanmonooleat, Polyoxyethylensorbitantrioleat,
Polyoxyethylensorbitoltetraoleat, Polyoxyethylenlauryläther,
Polyoxyethylencetyläther, Polyoxyethylenstearyläther, Polyoxy
ethylenoleyläther, Polyoxyethylenäther höherer Alkohole, Poly
oxyethylenoctylphenyläther und Polyoxyethylennonylphenyläther.
Fluorhaltige oder Siliconemulgatoren sind ebenfalls geeignet.
Zu geeigneten anionischen Emulgatoren zählen Natriumlauryl
sulfat, Triethanolaminlaurylsulfat, Ammoniumlaurylsulfat, Natri
umdodecylbenzosulfonat, ein Natriumalkylnaphthalensulfonat, ein
Natriumdialkylsulfosuccinat, ein Natriumalkyldiphenylätherdi
sulfonat, ein Alkylphosphorsäurediethanolaminsalz, Kaliumalkyl
phosphat, Natriumpolyoxyethylenlauryläthersulfat, ein Natrium
polyoxyethylenalkyläthersulfat, ein Polyoxyethylenalkyläther
schwefelsäuretriethanolaminsalz, ein Natriumpolyoxyethylenal
kylphenyläthersulfat, ein Natriumalkansulfonat, Natriumstearat,
Kaliumoleat, Kaliumsalz des Castoröl, ein Natriumsulfat höherer
Alkohole, ein Natriumsalz des β-Naphthalensulfonsäure-Formalin
kondensats und ein aromatisches Sulfonsäure-Formalinkondensat.
Zu geeigneten kationischen Emulgatoren zählen Ammoniumsal
ze, wie Trimethyloctadecylammoniumchlorid, Trimethyldodecylammo
niumchlorid, Trimethylhexadecylammoniumchlorid, ein Alkyldime
thylammoniumchlorid, Distearylammoniumchlorid und Trimethylstea
rylammoniumchlorid.
Besonders bevorzugte Emulgatoren sind polymere Emulgatoren,
die in der zweiten und dritten Ausführungsform der Erfindung,
wie im folgenden beschrieben, verwendet werden.
Der Emulgator wird bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 30
Gew.-%, insbesondere von 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die hydro
lysierbare siliciumorganische Verbindung, verwendet.
Die obigen Emulgatoren können entweder einzeln oder in
Kombination von zweien oder mehreren verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise umfaßt die Stufen
Erhitzen der oben beschriebenen hydrolysierbaren siliciumorgan
ischen Verbindung in Gegenwart eines sauren Katalysators und
einer geringen Menge Wasser zu einem Reaktionsprodukt, das die
siliciumorganische Verbindung als Hauptkomponente und ein Oligo
mer der siliciumorganischen Verbindung als Nebenkomponente (im
folgenden als erste Stufe bezeichnet) enthält, und Zugabe eines
Emulgators und Wasser zum Reaktionsprodukt aus der ersten Stufe,
gefolgt von Rühren zu einer wäßrigen Silanemulsionszusammenset
zung (im folgenden als zweite Stufe bezeichnet).
Die in der ersten Stufe verwendete Wassermenge beträgt
vorzugsweise 0,2 bis 4,0 Gewichtsteile, insbesondere 0,5 bis 2,0
Gewichtsteile, je 100 Gewichtsteile der hydrolysierbaren silici
umorganischen Verbindung. Bei Anteilen von weniger als 0,2 Tei
len besitzen einige der gebildeten Emulsionszusammensetzungen
unbefriedigende Stabilität. Bei mehr als 4,0 Teilen kann eine
große Anzahl von Nebenprodukten zusätzlich zum Oligomer der
siliciumorganischen Verbindung gebildet werden, wodurch der An
teil an aktiven Komponenten vermindert wird.
Die Erhitzungstemperatur der Mischung aus hydrolysierbarer
siliciumorganischer Verbindung, saurem Katalysator und Wasser
beträgt vorzugsweise 40 bis 150°C, insbesondere 40 bis 100°C.
Bei Temperaturen unterhalb 40°C verläuft die Reaktion langsam
und die erfindungsgemäße Herstellung ist langwierig. Bei Tempe
raturen oberhalb 150°C neigt die Reaktion zur Entstehung von
Verfärbungen oder dem Auftreten von Nebenreaktionen. Die Erhit
zungsdauer wird entsprechend der Art und Menge der siliciumor
ganischen Verbindung und des sauren Katalysators bestimmt, eben
so wie in Abhängigkeit von der Wassermenge, der Heiztemperatur
o. ä.; sie liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 Std., ins
besondere von 2 bis 6 Std. Das Oligomer der siliciumorganischen
Verbindung im Reaktionsprodukt gemäß Stufe 1 ist eine Mischung
von Dimer, Trimer und höheren Polymeren.
Bevorzugt wird die eine Base dem Reaktionsprodukt der er
sten Stufe zugesetzt, um einen Teil oder die Gesamtmenge des
sauren Katalysators zu neutralisieren, und um die siliciumorgan
ische Verbindung in der gebildeten Emulsion gegenüber Hydroly
sierung zu inhibieren. Die Neutralisierung kann nach dem Emul
gieren der im folgenden beschriebenen zweiten Stufe erfolgen. Zu
den zur Neutralisierung zu verwendenden Basen zählen Alkalime
tallbasen, wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid; primäre,
sekundäre und tertiäre Amine, wie Triethylamin, Trimethylamin,
Diisopropylamin, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin
und Dimethylethanolamin; heterocyclische Amine, wie Pyridin und
Piperidin; Ionenaustauscherharze vom Ammoniumtyp; und Ammoniak.
Diese Basen können entweder alleine oder in Kombination von
zweien oder mehreren verwendet werden. Wenn die Neutralisation
zur Bildung eines festen neutralisierten Produkts führt, ist zu
empfehlen, das Festprodukt beispielsweise durch Filtrieren ab
zutrennen.
Die zweite Stufe umfaßt die Zugabe eines Emulgators und
Wasser zum Reaktionsprodukt aus der ersten Stufe, gefolgt von
Rühren, um die siliciumorganische Verbindung zu emulgieren. Das
Wasser wird bevorzugt in einer Menge von 35-99 Gew.-%, bevor
zugter von 50-90 Gew.-%, bezogen auf die gebildete Emulsion
zugegeben. Wenn der Wasseranteil weniger als 35 Gew.-% beträgt,
ist die Emulgierung der siliciumorganischen Verbindung schwi
erig, oder die gebildete Emulsion ist instabil und unterliegt
leicht Phasentrennung. Wenn er 99 Gew.-% übersteigt, ist der
Anteil der siliciumorganischen Verbindung in der gebildeten
Emulsion so gering, daß ein Beschichtungsfilm der Emulsion kaum
ausreichende Wasserabstoßung und Wasserdichtigkeit bei Verwen
dung als Beschichtungs- oder Imprägniermittel aufweisen kann.
Die dispergierte Partikelgröße der gebildeten Emulsion
beträgt bevorzugt 1 µm oder weniger, bevorzugter 0,5 µm oder
weniger. Emulsionen mit einer dispergierten Partikelgröße über
1 µm neigen zur Instabilität und unterliegen leicht Phasentren
nung.
Die wäßrige Silanemulsionszusammensetzung gemäß der zwei
ten und dritten Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden
erklärt:
Die hydrolysierbare siliciumorganische Verbindung (1), welche in der zweiten und dritten Ausführungsform verwendet werden kann, beinhaltet die oben beschriebenen Verbindungen, welche durch Formel (I) dargestellt sind.
Die hydrolysierbare siliciumorganische Verbindung (1), welche in der zweiten und dritten Ausführungsform verwendet werden kann, beinhaltet die oben beschriebenen Verbindungen, welche durch Formel (I) dargestellt sind.
Der polymere Emulgator (2a), welcher in der zweiten Aus
führungsform verwendet wird, beinhaltet ein basenneutralisiertes
carboxylhaltiges Pfropfcopolymer (im folgenden einfach als Pfro
pfcopolymer (2a) bezeichnet), welches durch Copolymerisation
eines radikalisch polymerisierbaren makromolekularen Monomeren
(im folgenden als Makromonomer bezeichnet) mit einer Polysilox
aneinheit als ein Skelett (bevorzugt eine Siliconverbindung mit
einer (Meth)acryloylgruppe an einem ihrer Enden), einer α,β-
ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und eines anderen radika
lisch polymerisierbaren Monomeren erhalten wird.
Der hier verwendete Ausdruck "(Meth)acryl" u.ä. bedeutet
"Acryl oder Methacryl" u. a.
Die Siliconverbindung mit einer (Meth)acryloylgruppe an
einem ihrer Enden (im folgenden als Siliconmakromonomer bezeich
net) umfaßt verschiedene Arten. Bevorzugt sind Siliconmakromono
mere mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von
1000-50 000. Wenn das mittlere Molekulargewicht (Zahlenmi
ttel) des Siliconmakromonomeren weniger als 1000 beträgt, neigt
das gebildete Pfropfcopolymer dazu, die Eigenschaften, die Poly
siloxan zugeschrieben werden, wie Wasserbeständigkeit, nicht zu
manifestieren und weist in manchen Fällen ungenügende Emulsions
fähigkeit auf. Auf der anderen Seite besitzen Siliconmakromono
mere, deren Molekulargewicht 50 000 übersteigt, geringe Polyme
risierbarkeit und neigen dazu, unpolymerisiert zu bleiben. Wenn
eine Emulsionszusammensetzung enthaltend einen polymeren Emulga
tor, der aus solchen Makromonomeren hergestellt ist, auf ein
Substrat als wasserdicht machendes Mittel aufgetragen wird,
neigt die unpolymerisierte Siliconverbindung dazu, auf der Ober
fläche des Beschichtungsfilmes auszubluten.
Das hierin verwendete mittlere Molekulargewicht (Zahlen
mittel) wird durch ein Gelpermeations-Chromatographie-Flachwin
kel-Lichtstreuungsverfahren (GPC-LALS) bestimmt.
Die zu verwendenden Siliconmakromonomere beinhalten sol
che, die durch anionische Polymerisation hergestellt werden, wie
solche, die durch Polymerisation eines cyclischen Trisiloxans
oder eines cyclischen Tetrasiloxans in Anwesenheit eines Polyme
risationsstarters (z. B. Lithiumtrialkylsilanolat) zum Erhalt
eines lebenden Siliconpolymeren, welches dann mit γ-Methacryl
oyloxypropylmonochlordimethylsilan usw. reagiert wird, herge
stellt wird (siehe z. B. JP-A-59-78236); solche, die durch Kon
densation von z. B. einer silanolterminierten Siliconverbindung
und γ-Methacryloyloxypropyltrimethoxysilan usw., wie in JP-A-58-
167606 und JP-A-60-123518 offenbart, hergestellt werden; solche,
die durch Reaktion eines polyfunktionalen Alkoxysilans (oder
Silanols) mit einem (Meth)acryloylalkylalkoxysilan, wie in JP-A-
1-123814 offenbart, hergestellt werden; und solche, die durch
Reaktion eines cyclischen Siloxans mit 1,3-bis-(Methacryloyl
propyl)tetramethyldisiloxan in Anwesenheit eines Trifluormethan
sulfonsäurekatalysators, wie in Han-nosei Polymer no Gosei to
Ohyo (Supervisor Tsuyoshi Endo), CMC Co. beschrieben,
hergestellt werden.
Das Propfcopolymer, welches durch Copolymerisation des
oben erwähnten Siliconmakromonomeren, einer α,β-ethylenisch
ungesättigten Carbonsäure und eines anderen radikalisch poly
merisierbaren Monomeren erhalten wird, beinhaltet ein carbox
ylhaltiges Vinylpolymer als ein Rückgrat (Hauptkette), an wel
ches Silicon gepfropft ist. Der Anteil der gepfropften Komponen
te, d. h., der Siliconeinheit, beträgt 0,5-60 Gew.-%, bevorzug
ter 2-50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten,
welche das Pfropfcopolymer bilden. Wenn der Anteil der Silicon
einheit weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, besteht die Tendenz, daß
Eigenschaften, welche dem Silicon zugeschrieben werden, wie
Wasserbeständigkeit, nicht vollständig manifestiert werden kön
nen und die Emulgierfähigkeit nicht ausreichend ist. Wenn der
Anteil der Siliconeinheit 60 Gew.-% übersteigt, ist es schwierig,
das Pfropfcopolymer (2a) wasserlöslich zu machen, oder das Poly
merisationssystem oder das Pfropfcopolymer neigen zu Phasentren
nung.
Die α,β-ethylenisch ungesättigte Carbonsäure umfaßt
(Meth)acrylsäure, Krotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itakon
säure, Zitrakonsäure und Maleinanhydrid. Die α,β-ethylenisch
ungesättigte Carbonsäure wird vorzugsweise in einer solchen
Menge verwendet, daß das gebildete Pfropfcopolymer einen Säure
grad von 30-260 mg KOH/g-Harz besitzt. Eine derartige Menge
der α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure entspricht im
allgemeinen etwa 3-40 Gew.-%, bezogen auf die gesamten radika
lisch polymerisierbaren Komponenten, die der Polymerisation
unterzogen werden, obwohl die Menge in Abhängigkeit von der Art
der verwendeten α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure etwas
variiert. Wenn der Säuregrad des Pfropfcopolymeren weniger als
30 mg KOH/g-Harz beträgt, treten manchmal Fälle auf, in denen
das Pfropfcopolymer sogar bei Neutralisation mit einer Base
nicht in Wasser gelöst werden kann. Wenn der Säuregrad 260 mg
KOH/g-Harz übersteigt, neigt auf der anderen Seite das Pfropfco
polymer dazu, mangelhafte Wasserbeständigkeit aufzuweisen.
Verschiedene andere Arten von radikalisch polymerisier
baren Monomeren können zur Herstellung des Pfropfcopolymeren
(2a) verwendet werden. Bestimmte Beispiele anderer geeigneter
Monomere sind Alkyl(meth)acrylate, wie Methyl(meth)acrylat,
Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat,
Isobutyl(meth)acrylat, t-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acry
lat, Hexyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl
(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat, Behe
nyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, Benzyl(meth)acrylat,
Phenyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxybu
tyl(meth)acrylat, Polyalkylenglykol(meth)acrylat, Glycidyl
(meth)acrylat, Dimethylaminomethyl(meth)acrylat und Perfluoral
kyl(meth)acrylat; aromatische Vinylverbindungen, wie Styrol,
Vinyltoluol und α-Methylstyrol; (Meth)acrylnitril, Vinylacetat,
Vinylpropionat, n-Methylol(meth)acrylamid, Vinylchlorid, Vinyl
fluorid, Vinylidenchlorid, Vinylidenfluorid und Trichlorethylen.
Diese Monomere können entweder einzeln oder in Kombinationen von
zweien oder mehreren verwendet werden. Bevorzugt sind Monomere,
welche hauptsächlich ein Alkyl(meth)acrylat enthalten. Ein be
vorzugter Anteil der radikalisch polymerisierbaren Monomerein
heit(en) in dem Pfropfcopolymer (2a) beträgt 10-96 Gew.-%.
Die Copolymerisation der oben beschriebenen Monomeren zur
Herstellung des Pfropfcopolymeren (2a) wird z. B. durch Bestrah
lung oder Verwendung eines Radikalpolymerisationsstarters auf
konventionelle Art durchgeführt. Das letztere Verfahren wird
aufgrund der Einfachheit des Verfahrens und der Einfachheit der
Molekulargewichtskontrolle bevorzugt. Noch bevorzugter ist Lö
sungspolymerisation unter Verwendung eines organischen Lösungs
mittels.
Für die Lösungspolymerisation verwendete Lösungsmittel
umfassen Ketone, wie Aceton, Methylethylketon und Methylisobu
tylketon; Essigsäureester, wie Ethylacetat und Butylacetat;
aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol und Xylol;
aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan, Hexan und Hep
tan; Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Isopropylalkohol, Methyl
cellosolve, Ethylcellosolve, n-Butylcellosolve, Ethylenglykol,
Propylenglykol, Trimethylolpropan und Glycerol; Tetrahydrofuran,
Dioxan, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und Hexamethylphos
phoramid. Bevorzugt sind Alkohole, Aceton, Tetrahydrofuran und
Dioxan, welche in einem arbiträren Verhältnis mit Wasser misch
bar sind und darum nicht entfernt werden müssen, wenn das gebil
dete Pfropfcopolymer (2a) in Wasser dispergiert wird.
Zur Radikalpolymerisation können jegliche allgemein ver
wendeten Starter verwendet werden, solange die Wahl dem ange
wandten Polymerisationsverfahren angemessen ist. Anorganische
Radikalstarter beinhalten z. B. Ammoniumpersulfat und Wasser
stoffperoxid; organische Radikalstarter beinhalten Peroxyketale,
wie 2,2-bis(t-Butylperoxy)octan; Hydroperoxide, wie Cumolhydro
peroxid; Dialkylperoxide, wie t-Butylkumylperoxid; Dialkylper
oxide, wie Benzoylperoxid; Peroxidicarbonate, Peroxyester und
Azoverbindungen, wie 2,2′-Azobisisobutyronitril.
Organische Peroxide und Azoverbindungen mit niedriger
Zersetzungstemperatur werden empfohlen, da sie eine relativ
niedrige Polymerisationstemperatur erlauben und Nebenreaktionen
unterdrücken und damit ein strukturell ausgeprägtes Pfropfcopo
lymer mit hoher Reinheit liefern. Azoverbindungen sind besonders
bevorzugt. Spezifische Beispiele für geeignete Azoverbindungen
sind 2,2′-Azobisisobutyronitril, 2,2′-Azobis(2-methylbutyroni
tril), Azobis-4-cyanvalerinsäure, Azobis(2,4-dimethylvaleroni
tril), Azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitril), Dimethyl-
2,2′-azobisisobutyrat und Azobis-1-cyclohexacarbonitril.
Wenn gewünscht, kann eine angemessene Menge einer Ketten
transferagenz verwendet werden, um das Molekulargewicht und die
Viskosität des Pfropfcopolymeren (2a) zu regulieren. Geeignete
Kettentransferagenzien beinhalten Merkaptoessigsäure, Merkapto
propionsäure, 2-Propanthiol, 1-Butanthiol, 2-Methyl-2-propan
thiol, 2-Mekaptoethanol, Ethylmerkaptoacetat, Thiophenol, 2-
Naphthalenthiol, Dodecylmerkaptan und Thioglycerol.
Die Radikalpolymerisation wird bevorzugt bei einer Tempe
ratur von etwa 50-150°C durchgeführt, bevorzugter bei 60-100°C,
für einen Zeitraum von 3-100 Stunden, bevorzugter
5-10 Stunden.
Der polymere Emulgator (2a) kann durch Zugabe einer Base
zu einer organischen Lösungsmittellösung des obigen carboxylhal
tigen Pfropfcopolymeren zur Neutralisierung wenigstens eines
Teiles der Carboxylgruppen des Pfropfcopolymeren zum Erhalt
eines wasserlöslichen oder dispergierbaren Pfropfcopolymeren
(2a) hergestellt werden.
Die für die Neutralisierung verwendete Base umfaßt Alkali
metallbasen, wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid; primäre,
sekundäre oder tertiäre Amine, wie Triethylamin, Trimethylamin,
Diisopropylamin, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin
und Dimethylethanolamin; heterocyclische Amine, wie Pyridin und
Piperidin; und Ammoniak. Diese Basen können entweder einzeln
oder in Kombinationen von zweien oder mehreren verwendet werden.
Ein bevorzugter Neutralisationsgrad des Pfropfcopolymeren
(2a) ist derart, daß wenigstens 0,5 Mol-% der Carboxylgruppe in
dem Pfropfcopolymer neutralisiert wird. Wenn der Neutralisa
tionsgrad weniger als 0,5 Mol-% beträgt, kann das Pfropfcopolymer
(2a) kaum wasserlöslich oder dispergierbar gemacht werden und
neigt dazu, in Wasser auszufallen.
Der polymere Emulgator (2a) wird bevorzugt in einer Menge
von 0,1-30 Gew.-%, bevorzugter 0,5-20 Gew.-%, bezogen auf die
hydrolysierbare siliciumorganische Verbindung oder ihr Oligomer
verwendet. Wenn er in geringeren Mengen verwendet wird, kann der
polymere Emulgator (2a) manchmal nicht die siliciumorganische
Verbindung ausreichend emulgieren. Wenn er in Mengen über 30
Gew.-% verwendet wird, neigt der Beschichtungsfilm der gebildeten
Emulsion zu ungenügender Eindringungsfähigkeit in ein Substrat
oder mangelhafter Wasserabstoßung.
Die wäßrige Silanemulsionszusammensetzung gemäß der zwei
ten Ausführungsform enthält die obige hydrolysierbare silicium
organische Verbindung, polymeren Emulgator (2a) und Wasser. Der
Wasseranteil in der Emulsionszusammensetzung beträgt bevorzugt
35-99 Gew.-%, bevorzugter 50-95 Gew.-%. Wenn der Wasseranteil
weniger als 35 Gew.-% beträgt, ist das Emulgieren der silicium
organischen Verbindung schwierig, oder die gebildete Emulsion
ist instabil und unterliegt leicht Phasentrennung. Wenn es 99
Gew.-% übersteigt, ist der Anteil der siliciumorganischen Verbin
dung in der gebildeten Emulsion so gering, daß ein Beschich
tungsfilm der Emulsion kaum ausreichende Wasserabstoßung und
Wasserdichtigkeit aufweisen kann.
Der in der dritten Ausführungsform der Erfindung verwende
te polymere Emulgator (2b) enthält ein basenneutralisiertes
carboxylhaltiges Pfropfcopolymer (im folgenden einfach als Pfro
pfcopolymer (2b) bezeichnet), welches durch Copolymerisation
eines Makromeren, welches eine Perfluoralkylgruppe enthält und
an einem seiner Enden eine radikalisch polymerisierbare Gruppe
besitzt, einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und
eines anderen radikalisch polymerisierbaren Monomeren erhalten
wird.
Das Makromonomer mit einer Perfluoralkylgruppe und außer
dem einer radikalisch polymerisierbaren Gruppe an einem seiner
Enden (im folgenden als perfluoralkylhaltiges Makromonomer be
zeichnet) umfaßt verschiedene Arten. Im besonderen sind perfluo
ralkylhaltige Makromonomere von Copolymeren, die durch Copolyme
risation von 20-80 Gew.-% eines perfluoralkylsubstituierten Al
kyl(meth)acrylats und 20-80 Gew.-% eines radikalisch polymeri
sierbaren, nichtfluorhaltigen Monomeren erhalten werden, auf
grund ihrer ausgezeichneten Löslichkeit, geringen Färbung und
geringen Schaumbildung bevorzugt.
Es können verschiedene perfluoralkylsubstituierte Al
kyl(meth)acrylate verwendet werden. Im folgenden sind einige
Beispiele wiedergegeben.
CH₃CH₂OCOC(CH₃ =CH₂,
CF₃CF₂CH₂OCOCH-CH₂,
CF₃(CF₂)₄CH₂OCOC(CH₃)=CH₂,
CF₃(CH₃)₅(CH₂)₂OCOC(CH₃)=CH₂,
CF₃(CH₂)₆(CH₂)₂OCOC(CH₃)=CH₂,
CF₃(CH₂)₇(CH₂)₂OCOCH=CN₂,
CF₃(CH₂)₇(CH₂)₂OCOC(CH₃)=CH₂,
CF₃(CH₂)₇(CH₂)₄OCOC(CH₃)=CH₂,
(CF₃)₂CF(CF₂)₅(CH₂)₂OCOCH=CH₂,
(CF₃) ₂CF(CF₂)₆(CH₂)₃OCOCH=CH₂,
(CF₃)₂CF(CF₂)₈(CH₂)₃OCOCH=CH₂,
(CF₃)₂CF(CF₂)₁₀(CH₂)₃OCOCH=CH₂, und
(CP₃)₂CF(CF₂)₆CH₂CH(OH)CH₂OCOCH=CH₂.
CH₃CH₂OCOC(CH₃ =CH₂,
CF₃CF₂CH₂OCOCH-CH₂,
CF₃(CF₂)₄CH₂OCOC(CH₃)=CH₂,
CF₃(CH₃)₅(CH₂)₂OCOC(CH₃)=CH₂,
CF₃(CH₂)₆(CH₂)₂OCOC(CH₃)=CH₂,
CF₃(CH₂)₇(CH₂)₂OCOCH=CN₂,
CF₃(CH₂)₇(CH₂)₂OCOC(CH₃)=CH₂,
CF₃(CH₂)₇(CH₂)₄OCOC(CH₃)=CH₂,
(CF₃)₂CF(CF₂)₅(CH₂)₂OCOCH=CH₂,
(CF₃) ₂CF(CF₂)₆(CH₂)₃OCOCH=CH₂,
(CF₃)₂CF(CF₂)₈(CH₂)₃OCOCH=CH₂,
(CF₃)₂CF(CF₂)₁₀(CH₂)₃OCOCH=CH₂, und
(CP₃)₂CF(CF₂)₆CH₂CH(OH)CH₂OCOCH=CH₂.
Die radikalisch polymerisierbaren, nicht fluorhaltigen
Monomere umfassen verschiedene Arten. Spezifische Beispiele sind
nicht fluorhaltige Alkyl(meth)acrylate, wie Methyl(meth)acrylat,
Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat,
Isobutyl(meth)acrylat, t-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acry
lat, Hexyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat, 2-Ethylhex
yl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat,
Behenyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, Benzyl(meth)acry
lat, Phenyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hy
droxybutyl(meth)acrylat, Polyalkylenglycol(meth)acrylat, Glyci
dyl(meth)acrylat und Dimethylaminoethyl(meth)acrylat; aromati
sche Vinylverbindungen, wie Styrol, Vinyltoluol und α-Methyl
styrol;(Meth)acrylnitril, Vinylacetat, Vinylpropionat, N-Methy
lol(meth)acrylamid, Vinylchlorid und Trichlorethylen. Diese
Monomere können entweder einzeln oder in Kombinationen von zwei
oder mehreren verwendet werden. Unter ihnen sind Monomere bevor
zugt, welche hauptsächlich ein nicht fluorhaltiges Al
kyl(meth)acrylat enthalten.
Die perfluoralkylhaltigen Makromonomere können durch ver
schiedene Verfahren hergestellt werden, wie z. B. in Yuya Yamas
hita (ed.), Macromonomer no Kagaku to Kogyo, Ch. 2 "Macromonomer
no Geosei", ICP Shuppan (1989) offenbart.
Ein typisches Syntheseverfahren ist das folgende. Ein per
fluoralkylsubstituiertes Alkyl(meth)acrylat und ein radikalisch
polymerisierbares, nicht fluorhaltiges Monomer werden in Gegen
wart eines carboxylgruppenhaltigen Kettentransferagenz des Mer
captotyps, wie Mercaptoessigsäure oder Mercaptopropionsäure,
radikalpolymerisiert, um ein Polymer mit einer Carboxylgruppe an
einem seiner Enden zu erhalten; das gebildete Polymer wird mit
einem Monomer mit einer radikalisch polymerisierbaren Gruppe und
einer mit einer Carboxylgruppe reaktiven Gruppe (bevorzugt eine
Epoxygruppe) reagiert. Zu dem Monomer mit einer radikalisch po
lymerisierbaren Gruppe und einer Epoxygruppe gehört Glycidyl
(meth)acrylat.
Das perfluoralkylhaltige Makromonomer besitzt bevorzugt ein
mittleres Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 1000 bis
50 000. Pfropfcopolymere, die aus perfluoralkylhaltigen Makromo
nomeren erhalten werden, deren mittleres Molekulargewicht (Zah
lenmittel) weniger als 1000 beträgt, neigen dazu, nicht die
Eigenschaften zu manifestieren, die einer Perfluoralkylgruppe
zugeschrieben werden, wie Öl- und Wasserabstoßung und zeigen in
manchen Fällen ungenügende Emulgierfähigkeit. Perfluoralkylhal
tige Makromonomere, deren Molekulargewicht 50 000 übersteigt,
besitzen geringe Polymerisierbarkeit und neigen dazu, unpolyme
risiert zu bleiben. Wenn eine Emulsionszusammensetzung, die
einen polymeren Emulgator enthält, der aus derartigen Makromono
meren hergestellt ist, auf ein Substrat als wasserabstoßendes
Mittel angewendet wird, neigt das unpolymerisierte Makromonomer
dazu, auf der Oberfläche des Beschichtungsfilmes auszubluten.
Die hierin verwendete Terminologie "mittleres Molekularge
wicht (Zahlenmittel)" meint ein Molekulargewicht basierend auf
dem Standardpolystyrol, wie durch GPC-LALS bestimmt.
Das in der dritten Ausführungsform verwendete Pfropfcopoly
mer (2b) wird durch Copolymerisation des obigen perfluoralkyl
haltigen Makromonomeren, einer α,β-ethylenisch ungesättigten
Carbonsäure und eines anderen radikalisch polymerisierbaren
Monomeren und Neutralisierung des gebildeten Copolymeren mit
einer Base erhalten. Das Pfropfcopolymer (2b) enthält ein car
boxylhaltiges Vinylpolymer als ein Rückgrat (Hauptkette), an
welches eine Seitenkette mit einer Perfluoralkylgruppe an einem
ihrer Enden gepfropft ist. Der Anteil der gepfropften Komponen
te, d. h., der Perfluoralkyleinheit, beträgt 0,5 bis 60 Gew.-%,
bevorzugt 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Komponenten, die das Pfropfcopolymer (2b) bilden. Wenn der An
teil der Perfluoralkyleinheit weniger als 0,5 Gew.-% beträgt,
besteht eine Tendenz, daß Eigenschaften, die einer Perfluoral
kylgruppe zugeschrieben werden, wie Öl- und Wasserabstoßung,
nicht vollständig manifestiert werden können und die Emulgier
fähigkeit nicht ausreichend ist. Wenn der Anteil der Perfluoral
kyleinheit 60 Gew.-% übersteigt, ist das Pfropfcopolymer (2b)
schwer in Wasser zu lösen, schäumt stark und ist kaum als Emul
gator zu verwenden. Außerdem neigen das Polymerisationssystem
oder das gebildete Pfropfcopolymer zu Phasentrennung.
Die α,β-ethylenisch ungesättigte Carbonsäure und andere
radikalisch polymerisierbare Monomere, die bei der Herstellung
des polymeren Emulgators (2b) verwendet werden können, werden
unter denen ausgewählt, die bei dem polymeren Emulgator (2a)
genannt sind.
Das Pfropfcopolymer, welches zur Herstellung des polymeren
Emulgators (2b) verwendet wird, und der polymere Emulgator (2b)
können auf die gleiche Weise wie bei dem polymeren Emulgator
(2a) beschrieben, hergestellt werden.
Der polymere Emulgator (2b) wird bevorzugt mit einem Gehalt
von 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugter von 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen
auf die hydrolysierbare siliciumorganische Verbindung oder ihr
Oligomer, verwendet. Wenn er in geringeren Mengen verwendet
wird, emulgiert der polymere Emulgator (2b) manchmal die silici
umorganische Verbindung nicht ausreichend. Wenn er in Mengen
über 20 Gew.-% verwendet wird, neigt der Beschichtungsfilm der
gebildeten Emulsion zu ungenügender Eindringbarkeit in ein Sub
strat oder mangelhafter Wasserabstoßung.
Die wäßrige Silanemulsionszusammensetzung gemäß der dritten
Ausführungsform enthält die oben genannte hydrolysierbare sili
ciumorganische Verbindung, polymeren Emulgator (2b) und Wasser.
Der Gesamtanteil einer Mischung aus der siliciumorganischen Ver
bindung und dem polymeren Emulgator in der Emulsionszusammen
setzung beträgt bevorzugt 1 bis 65 Gew.-% (d. h., der Anteil von
Wasser beträgt bevorzugt 99 bis 35 Gew.-%), bevorzugter 5 bis 50
Gew.-%. Wenn er mehr als 65 Gew.-% beträgt, ist die Emulgierung
der siliciumorganischen Verbindung schwierig, oder die gebildete
Emulsion ist instabil und unterliegt einer Phasentrennung. Wenn
er weniger als 1 Gew.-% beträgt, ist der Anteil der siliciumor
ganischen Verbindung in der gebildeten Emulsion so niedrig, daß
ein Beschichtungsfilm aus der Emulsion kaum ausreichende Wasser
abstoßung und Wasserdichtigkeit aufweist.
Wenn gewünscht, können die gemäß erster Ausführungsform
hergestellte wäßrige Silanemulsionszusammensetzung und die wäß
rigen Silanemulsionszusammensetzungen gemäß zweiter und dritter
Ausführungsformen allgemein verwendete Mengen anderer Emulgato
ren, Schutzkolloide u.ä. enthalten.
Die Emulsionszusammensetzungen können ebenso Pufferungs
agenzien zur Inhibierung der Hydrolyse der hydrolysierbaren
siliciumorganischen Verbindung in der Emulsion enthalten. Der
artige Pufferungsagenzien beinhalten organische Säuren, anorga
nische Säuren, Basen und Salze der Säuren. Beispiele für anorga
nische Säuren sind Kohlen-, Phosphor-, Schwefel- und Hydroschwe
felsäure. Beispiele für die organischen Säuren sind Organo- und
Mono- oder Polycarbonsäuren mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Bei
spiele für Salze organischer Säuren sind Mono- oder Polyalka
limetallsalze, Alkalierdmetallsalze oder Aminsalze von Alkylen
iminopolycarbonsäuren mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen. Beispiele
für Basen sind Ammoniak und organische Basen mit 1 bis 30 Koh
lenstoffatomen.
Salze anorganischer Säuren werden bevorzugt als Pufferungs
agenz verwendet. Geeignete Salze anorganischer Säuren umfassen
Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, Ammoniumcarbonat,
Natriumborat, primäres, sekundäres oder tertiäres Natrium
phosphat, primäres, sekundäres oder tertiäres Kaliumphosphat,
Natriumammoniumphosphat, Natriumhydrogensulfat, Natriumsulfat,
Natriumacetat, Kaliumacetat, Ammoniumacetat, Calciumacetat,
Natriumformat, Natriumhydrogensulfid, Natriumsulfid, Ammoniak,
Mono-, Di- oder Triethylamin, Mono-, Di- oder Triethanolamin,
Natriumethylendinitriltetraacetat (EDTA-Na), Pyridin, Anilin und
Natriumsilicat. Diese Pufferungsagenzien können entweder einzeln
oder in Kombinationen von zweien oder mehreren verwendet werden.
Die Pufferungsagenz wird in Mengen verwendet, die allgemein in
gewöhnlichen wäßrigen Silanemulsionenen verwendet werden, bevor
zugt 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Emulsionszusammensetzung.
Die Emulsionszusammensetzung kann außerdem andere Zusatz
stoffe, wie antifungale Agenzien, bakterizide Agenzien, Parfüme,
Farbstoffe, Verdickungsmittel, Schaummittel, Antischaummittel
u. a. enthalten, solange die Wirkung als wasserabstoßendes Mittel
nicht beeinträchtigt wird.
Die wäßrigen Silanemulsionenen der zweiten und dritten Aus
führungsformen der Erfindung können auf verschiedene Weisen
hergestellt werden. Z.B. wird eine hydrolysierbare siliciumor
ganische Verbindung zu einer wäßrigen Lösung eines polymeren
Emulgators, die wie oben beschrieben erhalten wird, gegeben,
wenn gewünscht, in weiterem Wasser gelöst und zur Emulgierung
der Mischung bei hoher Geschwindigkeit gerührt.
Die dispergierte Partikelgröße der gebildeten Emulsion
beträgt bevorzugt 1 µm oder weniger, bevorzugter 0,5 µm oder
weniger. Emulsionen mit einer dispergierten Partikelgröße über
1 µm neigen zur Instabilität und Phasentrennung.
Die erfindungsgemäßen wäßrigen Silanemulsionenszusammen
setzungen sind für verschiedene Anwendungen geeignet. Im beson
deren können sie als eindringende wasserabstoßende Mittel bei
Substraten aus verschiedenen Materialien, beispielsweise Beton,
angewendet werden, um die Substrate ölabweisend, wasserabweisend
und wasserdicht zu machen.
Substrate, auf die ein eindringendes wasserabstoßendes
Mittel, welches die erfindungsgemäße wäßrige Silanemulsion ent
hält, angewendet wird, beinhalten verschiedene Materialien und
Konstruktionen oder Strukturen, die aus den Materialien gefer
tigt sind. Die wäßrige Silanemulsion ist im besonderen geeignet
für anorganische konstruktive oder strukturelle Materialien mit
einer Silanolgruppe, z. B. Materialien auf Zementbasis, wie Mör
tel, Beton, ALC und Luftporenbeton; Materialien, welche Zement
als Bindemittel verwenden, wie Bauplatten und -pfannen; Kerami
ken, wie Fliesen, Ziegelsteine und Dachpfannen; Calciumsilicat
platten und Bausteine. Es ist ebenso auf Holz, Plastik usw.
anwendbar.
Das erfindungsgemäße eindringende wasserabstoßende Mittel
wird auf konventionelle Weise verwendet. Es wird z. B. auf ein
Substrat durch Bürstenbeschichtung, Walzenbeschichtung, Aufsprü
hen mit oder ohne Luft, Imprägnierung oder Streichen im Stein
bergstreicher auf ein Substrat aufgetragen und dann getrocknet.
Die Menge des aufzutragenden eindringenden wasserabstoßenden
Mittels ist abhängig von seinem Feststoffgehalt und der Porosi
tät und der Oberflächenbeschaffenheit eines Substrates, liegt
aber im allgemeinen zwischen 0,05 und 2,0 kg/m².
Die wäßrige Silanemulsionszusammensetzung, die durch das
Verfahren der ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten
wird, weist eine extrem hohe Lagerungsstabilität über einen
verlängerten Zeitraum auf. Die Emulsionszusammensetzung ist
allgemein anwendbar, im besonderen als wasserabstoßendes Mittel
im bautechnischen Bereich.
Die wäßrigen Silanemulsionszusammensetzungen gemäß zweiter
Ausführungsform der Erfindung bilden einen Beschichtungsfilm,
welcher frei von ungünstigen Einflüssen durch den verwendeten
Emulgator und ausgezeichnet in seiner wasserabstoßenden Eigen
schaft und Wasserdichtigkeit ist. Diese Vorteile werden dem
darin verwendeten polymeren Emulgator zugeschrieben. Der ver
wendete polymere Emulgator enthält ein Siliconpfropfcopolymer
(2a) mit einem hydrophoben Silicon als eine gepfropfte Komponen
te. Da der polymere Emulgator mit einer hydrolysierbaren silici
umorganischen Verbindung kompatibel ist und ebenso wasserabsto
ßende Eigenschaft aufweist, zeigt ein Beschichtungsfilm der
gebildeten wäßrigen Silanemulsionszusammensetzung keine hydro
philen Eigenschaften, die sich aufgrund der Anwesenheit rück
ständigen Emulgators manifestieren könnten und weist im Ergebnis
eine ausgezeichnete Wasserabstoßung auf.
Die wäßrigen Silanemulsionszusammensetzungen gemäß dritter
Ausführungsform der Erfindung bilden einen Beschichtungsfilm,
der frei von ungünstigen Einflüssen durch den verwendeten Emul
gator ist und eine ausgezeichnete Öl- und Wasserabstoßung und
Wasserdichtigkeit aufweist. Diese Eigenschaften werden dem darin
verwendeten polymeren Emulgator zugeschrieben. Der verwendete
polymere Emulgator enthält ein fluorhaltiges Pfropfcopolymer
(2b) mit einer öl- und wasserabstoßenden Perfluoralkylgruppe als
gepfropfte Komponente. Da der polymere Emulgator mit einer hy
drolysierbaren siliciumorganischen Verbindung kompatibel ist und
ebenso wasser- und ölabstoßende Eigenschaft aufweist, zeigt ein
Beschichtungsfilm der gebildeten wäßrigen Silanemulsionszusam
mensetzungen keine hydrophilen Eigenschaften, die sich aufgrund
der Anwesenheit rückständigen Emulgators manifestieren könnten,
und weist im Ergebnis eine ausgezeichnete Wasserabstoßung und
Ölabstoßung auf.
Wenn die Emulsionen gemäß zweiter und dritter Ausführungs
form der Erfindung durch das Verfahren gemäß erster Ausführungs
form der Erfindung hergestellt werden, weisen die Emulsionszu
sammensetzungen ausgezeichnete Lagerungsstabilität auf, wobei
sie keiner offensichtlichen Phasentrennung unterliegen.
Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter mit Bezug
auf Beispiele dargestellt, wobei die Erfindung jedoch nicht auf
diese beschränkt ist. Wenn nicht anders angegeben, sind alle
Teile und Prozente Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente.
In eine mit einem Rührer, einem Kondensator und einem Ther
mometer ausgestattete Flasche wurden 100 Teile Hexyltrieth
oxysilan (von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 0.1 Teile p-Toluol
sulfonsäure und 1,0 Teile Wasser geladen und die Mischung unter
Rühren 4 Std. auf 80°C erhitzt. Die Mischung wurde auf Raumtem
peratur abgekühlt und 10%iges wäßriges Ammoniak zugegeben, um
den sauren Katalysator zu neutralisieren. Bei der Neutralisie
rung gebildetes Präzipitat wurde durch Filtration entfernt und
eine Zusammensetzung erhalten, welche etwa 8% eines Organosili
conoligomeren enthält.
40 Teile der gebildeten Zusammensetzung wurden zu einer
Mischung aus 50 Teilen Wasser, 4 Teilen eines nichtionisierenden
Emulgators, Octylphenolpolyethylenoxyethanol (eine 7 : 3 (Ge
wicht)-Mischung von TRITON X-100 und TRITON X-305, beide von
Rohm & Haas Co.), und 0,2 Teilen Natriumhydrogencarbonat gege
ben, und zur Herstellung einer wäßrigen Silanemulsion mit hoher
Geschwindigkeit gerührt.
Die gebildete Emulsion war stabil und unterlag keiner Pha
sentrennung, wenn sie bei Raumtemperatur 6 Monate gelagert wur
de. Die durchschnittliche Partikelgröße der dispergierten Emul
sionspartikel betrug 0,31 µm mit enger Größenverteilung.
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde eine wäßrige
Silanemulsion hergestellt, mit dem Unterschied, daß 40 Teile
Hexyltriethoxysilan nicht zusammen mit einem sauren Katalysator
und Wasser erhitzt und als solche emulgiert wurden.
Die gebildete Emulsion besaß mangelhafte Stabilität und
unterlag Phasentrennung innerhalb von 24 Std. nach der Herstel
lung. Die durchschnittliche Partikelgröße betrug 3,0 µm.
In einem Lösungsmittelgemisch aus 60 Teilen Methylmethacry
lat, 20 Teilen Methacrylsäure und 100 Teilen Isopropylalkohol
wurden 20 Teile eines Siliconmakromonomers mit einer Methacryl
gruppe an einem Ende (FM0725 von Chisso Corp.; mittleres Moleku
largewicht (Zahlenmittel) : etwa 10.000), 1,0 Teile n-Dodecylmer
captan und 1,0 Teile 2,2′-Azobisisobutyronitril (nachfolgend als
AIBN abgekürzt) gelöst und die Lösung in eine mit einem Rührer,
einem Kondensator, einem Thermometer und einer Röhre zur Ein
leitung von Stickstoff ausgestatteten Flasche geladen. Die Lö
sung wurde bei 80°C 4 Std. in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt
und 0,5 Teile AIBN zugegeben und weitere 4 Std. bei der gleichen
Temperatur erhitzt, um ein Siliconpfropfcopolymer mit einem
nicht flüchtigen Gehalt von 49.7% und einem Säuregrad von 130
mgKOH/g-Harz zu erhalten.
Zu der gebildeten Reaktionsmischung wurden langsam unter
Rühren 200 g 2,0%iges wäßriges Ammoniak gegeben, was eine klare
wäßrige Lösung mit einem pH von 8,0 ergab.
20 Teile der gebildeten, einen polymeren Emulgator enthal
tenden wäßrigen Lösung wurden in 50 Teilen Wasser gelöst. Auf
die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde eine wäßrige Silane
mulsion hergestellt, indem eine wäßrige Lösung verwendet wurde,
die einen polymeren Emulgator, 0,2 Teile Natriumhydrogencarbonat
und 40 Teile des Hexyltriethoxysilans aus Beispiel 1, Organosi
liconmonomere enthaltend, enthält.
Die gebildete Emulsion war stabil und unterlag keiner Pha
sentrennung, wenn sie bei Raumtemperatur 6 Monate aufbewahrt
wurde. Die durchschnittliche Partikelgröße der dispergierten
Emulsionspartikel betrug 0,31 µm mit enger Größenverteilung.
In den folgenden Beispielen handelt es sich bei den Hex
yltriethoxysilanen um jene, die in Beispiel 1 erhalten wurden
und Organosiliconoligomere enthalten.
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 wurde eine wäßrige
Lösung eines polymeren Emulgator hergestellt, mit dem Unter
schied, daß 10 Teile eines Makromonomeren mit einer Methacry
loylgruppe an einem seiner molekularen Enden (AK-32, von Toago
sei Chemical Industry Co., Ltd.; mittleres Molekulargewicht
(Zahlenmittel): 20 000) und, als Comonomer, 75 Teile Octylmetha
crylat und 15 Teile Acrylsäure verwendet wurden, und daß die
Lösung aus dem gebildeten Pfropfcopolymer (nicht flüchtiger
Bestandteil: 49,8%; Säuregrad: 194 mgKOH/g-Harz) mit Triethyla
min in Wasser gelöst wurde.
40 Teile Hexyltriethoxysilan wurden unter Verwendung der
gebildeten polymeren wäßrigen Emulgatorlösung auf gleiche Weise
wie in Beispiel 2 emulgiert, um eine wäßrige Silanemulsion zu
erhalten.
Die gebildete Emulsion war stabil und unterlag keiner Pha
sentrennung wenn sie bei Raumtemperatur 6 Monate gelagert wurde.
Die durchschnittliche Partikelgröße der dispergierten Partikel
betrug 0,29 µm mit enger Größenverteilung.
Jeder der in Beispiel 2 und 3 hergestellten Emulsionen
wurde mit 300 g/m² auf eine 4 Monate gealterte 70 mm × 70 mm × 20
mm Mörtelunterschicht (JISR 5201) aufgetragen und bei 20 °C und
60% RH (Luftfeuchtigkeit) für eine vorbeschriebene Zeit gela
gert. Auf den beschichteten Mörtel wurde Wasser gesprüht, um die
Wasserabstoßung zu beobachten.
Außerdem wurde die in Beispiel 1 erhaltene Emulsion, in der
der obige polymere Emulgator nicht verwendet wurde, auf die
gleiche Weise wie oben zum Vergleich beurteilt.
Es wurde bestätigt, daß der Beschichtungsfilm der Emulsio
nen von Beispiel 2 und 3 drei Stunden nach der Auftragung Was
serabstoßung manifestierten, während der Beschichtungsfilm aus
der Emulsion von Beispiel 1 auch eine Woche nach dem Auftragen
keine Wasserabstoßung aufwies.
Die Ergebnisse der obigen Bewertungen sind in folgender
Tabelle 1 wiedergegeben.
In eine mit einem Rührer, zwei Tropftrichtern, einer Röhre
zur Gaseinleitung und einem Thermometer ausgestattete Glasfla
sche wurden 30 g einer Monomermischung bestehend aus 43 Teilen
Perfluoroctylethylmethacrylat und 57 Teilen 2-Ethylhexylmetha
crylat, 1,8 g Mercaptopropionsäure als Kettentransferagenz und
30 g Methylisobutylketon als Lösungsmittel geladen und die Mi
schung auf 90°C erhitzt.
Zu der Mischung wurden aus einem der Tropftrichter tropfen
weise 70 g derselben Monomermixtur über einen Zeitraum von 2
Std. zugegeben. Gleichzeitig wurde über den anderen Tropftrich
ter 0,8 g Azobis-2-methylbutyronitril (im folgenden mit ABN-E
abgekürzt), gelöst in 54 g Methylisobutylketon, tropfenweise
über einen Zeitraum von 5 Std. zugegeben. Nach der Zugabe wurde
die Mischung zur weiteren Reaktion für einen weiteren Zeitraum
von 1 Std. stehen gelassen, um ein Polymer mit einer Carboxyl
gruppe an einem seiner Enden zu erhalten. Das mittlere Moleku
largewicht (Zahlenmittel) des Polymeren betrug 7000.
Zu der gebildeten Polymerlösung wurden 0,04 g Hydroquinon
monomethyläther, 1 g Tetrabutylammoniumbromid, 10 g Methylisobu
tylketon und 2,7 g Glycidylmethacrylat gegeben und die Mischung
unter Durchblasen von Luft bei 90°C 6 Std. reagiert, wobei ein
Makromonomer mit einer Methacryloylendgruppenreinheit von 99.7%
erhalten wurde.
In eine mit einem Rührer, einem Tropftrichter, einer Röhre
zur Gaseinleitung und einem Thermometer ausgestattete Glasfla
sche wurden 22 g des oben hergestellten Makromonomeren, 14 g
Methacrylsäure, 46 g 2-Ethylhexylmethacrylat, 10 g 2-Hydroxy
ethylmethacrylat, 44 g Methylethylketon als ein Lösungsmittel
und 1,5 g Mercaptopropionsäure als ein Kettentransferagenz ge
laden und die Mischung auf 75°C in einer Stickstoffatmosphäre
erhitzt. Dazu wurde eine Lösung aus 1,0 g ABN-E in 50 g Methy
lethylketon tropfenweise über einen Zeitraum von 3 Std. gegeben.
30 Minuten nach Beendigung der tropfenweisen Zugabe wurde außer
dem eine Lösung aus 0,5 g ABN-E in 4 g Methylethylketon zugege
ben und auf 85°C erhitzt; bei dieser Temperatur wurde die Reak
tion 4 Std. fortgeführt, um ein Pfropfcopolymer zu erhalten.
Zu der Reaktionsmischung wurden 380 g Wasser und 11 g 25%iges
wäßriges Ammoniak unter Rühren gegeben, um das Pfropfcopo
lymer zu neutralisieren.
Das Lösungsmittel wurde bei 50°C unter reduziertem Druck
(200 mmHg) entfernt, um eine wäßrige Lösung enthaltend einen
polymeren Emulgator (nicht flüchtiger Bestandteil: 31.3%; pH:
7,3) zu erhalten.
7,7 Teile der wäßrigen polymeren Emulgatorlösung wurden in
50,4 Teilen Wasser gelöst. Unter Verwendung der gebildeten wäß
rigen polymeren Emulgatorlösung und 0,1 Teilen Natriumhydrogen
carbonat wurden 41 Teile Hexyltriethoxysilan auf die gleiche
Weise wie in Beispiel 1 emulgiert.
Die gebildete wäßrige Silanemulsion war stabil und unterlag
keiner Phasentrennung, wenn sie bei Raumtemperatur 6 Monate
gelagert wurde. Die durchschnittliche Partikelgröße der disper
gierten Partikel betrug 0,31 µm mit enger Größenverteilung.
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 wurde eine wäßrige
Silanemulsion hergestellt, mit dem Unterschied, daß 15,6 Teile
der synthetisierten wäßrigen polymeren Emulgatorlösung in 45
Teilen Wasser gelöst wurden.
Die gebildete wäßrige Silanemulsion war stabil und unterlag
keiner Phasentrennung, wenn sie bei Raumtemperatur 6 Monate
gelagert wurde. Die durchschnittliche Partikelgröße der disper
gierten Partikel betrug 0,29 µm mit enger Größenverteilung.
Jede der in den Beispielen 4 und 5 hergestellten Emulsionen
wurde mit 300 g/m² auf eine 4 Monate gealterte 70 mm × 70 mm × 20
mm Mörtelunterschicht (JISR 5201) getragen und bei 20°C und 60%
RH für eine vorbeschriebene Zeit gelagert. Auf den beschich
teten Mörtel wurden n-Hexadecan oder n-Decan gesprüht, um die
ölabstoßende Eigenschaft zu beobachten.
Zum Vergleich wurde außerdem die in Beispiel 1 erhaltene
Emulsion, in der der obige polymere Emulgator nicht verwendet
wurde, auf die gleiche Weise wie oben bewertet.
Es wurde bestätigt, daß der Beschichtungsfilm der Emulsio
nen aus Beispiel 4 und 5 drei Stunden nach Auftragen Ölabstoßung
manifestierte, während der Film aus der Emulsion aus Beispiel 1
sogar eine Woche nach dem Auftragen diese Eigenschaft nicht auf
wies.
Der auf die gleiche Weise wie oben beschrieben mit jeder
Emulsion beschichtete Mörtel wurde mit Wasser besprüht und die
Wasserabstoßung des beschichteten Films mit dem bloßen Auge
beobachtet. Im Ergebnis wurde in den Beispielen 4 und 5 drei
Stunden nach Auftragen Wasserabstoßung beobachtet, während sich
in Beispiel 1 keine Wasserabstoßung manifestierte.
Gemäß des Verfahrens der ersten Ausführungsform der Erfin
dung weist die erhaltene wäßrige Silanemulsionszusammensetzung
extrem hohe Stabilität über einen verlängerten Zeitraum auf. Die
Emulsionszusammensetzung ist allgemein anwendbar, im besonderen
als wasserabstoßendes Mittel im bautechnischen Bereich.
Die wäßrige Silanemulsionszusammensetzung gemäß zweiter
Ausführungsform der Erfindung weist eine ausgezeichnete Stabili
tät auf. Wenn sie als ein eindringendes wasserabstoßendes Mittel
auf ein Substrat aufgetragen wird, verleiht die Emulsion dem
Substrat ausgezeichnete Wasserabstoßung und unterliegt keiner
Verminderung in ihrer wasserabstoßenden Wirkung.
Die wäßrige Silanemulsionszusammensetzung gemäß der dritten
Ausführungsform der Erfindung weist eine ausgezeichnete Stabili
tät auf. Wenn sie als eindringendes wasserabstoßendes Mittel auf
ein Substrat aufgetragen wird, verleiht die Emulsion dem Sub
strat ausgezeichnete Ölabstoßung und Wasserabstoßung und schützt
das Substrat vor Haftung chemischer Substanzen, was einen ver
besserten Widerstand gegen Konterminationen mit sich bringt.
Außerdem unterliegt die wasserabstoßende Wirkung der Emulsion
keiner Verminderung.
Die erste, zweite und dritte Ausführungsformen der Erfin
dung können entsprechend kombiniert werden, um einer wäßrigen
Silanemulsion noch bessere Wirksamkeit zu verleihen.
Obwohl die Erfindung im Detail mit Bezug auf bestimmte
Beispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann
offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen
darin vorgenommen werden können, ohne von ihrem Inhalt und Um
fang abzuweichen.
Claims (19)
1. Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Silanemulsions
zusammensetzung mit den Stufen:
- (a) Hydrolysieren eines Alkylalkoxysilans oder Alkylhalo gensilans durch Erhitzen in Gegenwart eines sauren Katalysators und geringer Mengen Wasser zu einer Mischung des Alkylalkoxysi lans oder Alkylhalogensilans und ihres Oligomeren;
- (b) Zugabe von Wasser und eines Emulgators zur Mischung gemäß Stufe (a); und
- (c) Rühren der in Stufe (b) erhaltenen Mischung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Emulgator ein Poly
meremulgator mit Gehalt an einem Siliconpfropfpolymeren ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Emulgator ein poly
merer Emulgator ist, der ein neutralisiertes, wäßriges Pfropf
copolymer aus der Copolymerisation eines radikalisch polymeri
sierbaren Makromolekülmonomeren, enthaltend eine Polysiloxanein
heit als Skelett, einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbon
säure und eines anderen radikalisch polymerisierbaren Monomeren
enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das radikalisch polyme
risierbare Makromolekülmonomer eine Siliconverbindung ist, die
an einem Ende eine Acryloylgruppe oder eine Methacryloylgruppe
besitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Emulgator ein poly
merer Emulgator ist, der ein fluorhaltiges Pfropfpolymer ent
hält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Emulgator ein poly
merer Emulgator ist, der ein neutralisiertes, wäßriges Pfropfco
polymer, erhalten durch Copolymerisation eines radikalisch poly
merisierbaren Makromolekülmonomeren mit einer perfluoralkylgrup
penhaltigen Polymereinheit als ein Skelett, einer α,β-ethyle
nisch ungesättigten Carbonsäure und eines anderen radikalisch
polymerisierbaren Monomer enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das radikalisch polyme
risierbare Makromolekülmonomer aus einem Copolymeren, erhältlich
aus der Copolymerisation eines perfluoralkylgruppenhaltigen
Alkylacrylats oder eines perfluoralkylgruppenhaltigen Alkylme
thacrylats und eines radikalisch polymerisierbaren, nicht flu
orhaltigen Monomeren, abgeleitet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Alkylalkoxysilan
oder Alkylhalogensilan der Formel (I):
RnSi (R¹)4-n (I)entspricht, in der R eine Alkylgruppe, eine substituierte Alkyl
gruppe oder eine Arylgruppe mit jeweils 1 bis 30 Kohlenstoff
atomen, R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder
ein Halogenatom und n 1 oder 2 sind, vorausgesetzt, daß eine
Mehrzahl von Gruppen gemäß R oder R¹ gleich oder verschieden
sind.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stufe (a) Hydroly
sieren des Alkylalkoxysilans oder Alkylhalogensilans umfaßt,
indem eine Mischung erhitzt wird, die 100 Gewichtsteile des
Alkylalkoxysilans oder Alkylhalogensilans, von 0.01 bis 2.0 Ge
wichtsteile des sauren Katalysators und von 0.2 bis 4.0 Ge
wichtsteile Wasser enthält.
10. Wäßrige Silanemulsionszusammensetzung mit Gehalt an:
- (1) mindestens einem Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensi lan und dessen Oligomer;
- (2a) einem polymeren Emulgator, der ein neutralisiertes wäßriges Pfropfcopolymer, erhältlich durch Copolymerisation eines radikalisch polymerisierbaren Makromolekülmonomeren, ent haltend eine Polysiloxaneinheit als ein Skelett, einer α,β-ethy lenisch ungesättigten Carbonsäure und eines anderen radikalisch polymerisierbaren Monomeren, enthält; und
- (3) Wasser.
11. Wäßrige Silanemulsionszusammensetzung gemäß Anspruch
10, wobei das radikalisch polymerisierbare Makromolekülmonomer
eine Siliconverbindung mit einer Acryloylgruppe oder einer Me
thacryloylgruppe an einem ihrer Enden ist.
12. Wäßrige Silanemulsionszusammensetzung gemäß Anspruch
10, wobei das Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensilan (1) der
Formel (I):
RnSi (R¹)4-n (I)entspricht, in der R eine Alkylgruppe, eine substituierte Alkyl
gruppe oder eine Arylgruppe mit jeweils 1 bis 30 Kohlenstoff
atomen, R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder
ein Halogenatom und n 1 oder 2 sind, vorausgesetzt, daß eine
Mehrzahl von Gruppen gemäß R oder R¹ gleich oder verschieden
sind.
13. Wäßrige Silanemulsionzusammensetzung nach Anspruch 10,
wobei die wäßrige Silanemulsionszusammensetzung nach einem Ver
fahren mit folgenden Stufen hergestellt ist:
- (a) Hydrolysieren des Alkylalkoxysilans oder Alkylhalogen silans (1) durch Erhitzen in Gegenwart eines sauren Katalysators und geringer Mengen Wasser zu einer Mischung des Alkylalkoxysi lans oder Alkylhalogensilans und ihres Oligomeren;
- (b) Zugabe von Wasser (3) und polymerem Emulgator (2a) zur Mischung aus Stufe (a); und
- (c) Rühren der Mischung aus Stufe (b).
14. Wäßrige Silanemulsionszusammensetzung, enthaltend
- (1) mindestens ein Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensilan und ihres Oligomeren;
- (2b) einen polymeren Emulgator, enthaltend ein neutrali siertes wäßriges Pfropfcopolymer, erhältlich durch Copolymeri sation eines radikalisch polymerisierbaren Makromolekülmonome ren, enthaltend eine perfluoralkylgruppenhaltige Polymereinheit als ein Skelett, einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und eines anderen radikalisch polymerisierbaren Monomeren; und
- (3) Wasser.
15. Wäßrige Silanemulsionszusammensetzung gemäß Anspruch
14, wobei das radikalisch polymerisierbare Makromolekülmonomer
aus einem Copolymeren, erhältlich aus der Copolymerisation eines
perfluoralkylgruppenhaltigen Alkylacrylats oder eines per
fluoralkylgruppenhaltigen Alkylmethacrylats und eines radika
lisch polymerisierbaren, nicht fluorhaltigen Monomeren, erhalten
wird.
16. Wäßrige Silanemulsionszusammensetzungen gemäß Anspruch
14, wobei das Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensilan (1) der
Formel (I):
RnSi (R¹)4-n (I)entspricht, in der R eine Alkylgruppe, eine substituierte Alkyl
gruppe oder eine Arylgruppe mit jeweils 1 bis 30 Kohlenstoff
atomen, R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder
ein Halogenatom und n 1 oder 2 sind, vorausgesetzt, daß eine
Mehrzahl von Gruppen gemäß R oder R¹ gleich oder verschieden
sind.
17. Wäßrige Silanemulsionzusammensetzung nach Anspruch 14,
wobei die wäßrige Silanemulsionszusammensetzung nach einem Ver
fahren mit folgenden Stufen hergestellt ist:
- (a) Hydrolysieren des Alkylalkoxysilans oder Alkylhalogen silans (1) durch Erhitzen in Gegenwart eines sauren Katalysators und geringer Mengen Wasser zu einer Mischung des Alkylalkoxysi lans oder Alkylhalogensilans und ihres Oligomeren;
- (b) Zugabe von Wasser (3) und polymerem Emulgator (2b) zur Mischung aus Stufe (a); und
- (c) Rühren der Mischung aus Stufe (b).
18. Auf Wasser basierendes penetrierendes und wasserabsto
ßendes Mittel, enthaltend mindestens eines der Materialien:
- (I) eine wäßrige Silanemulsionszusammensetzung mit Gehalt an:
- (1) mindestens einem Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensi lan und ihres Oligomeren;
- (2a) einem polymeren Emulgator, enthaltend ein neutrali siertes wäßriges Pfropfcopolymer aus der Copolymerisation eines radikalisch polymerisierbaren Makromolekülmonomeren mit einer Polysiloxaneinheit als ein Skelett, einer α,β-ethylenisch unge sättigten Carbonsäure und eines anderen radikalisch polymeri sierbaren Monomeren; und
- (3) Wasser,
und
- (II) eine wäßrige Silanemulsionszusammensetzung mit Gehalt an:
- (1) mindestens einem Alkylalkoxysilan oder Alkylhalogensi lan und ihres Oligomeren;
- (2b) einem polymeren Emulgator, enthaltend ein neutrali siertes wäßriges Pfropfcopolymer aus der Copolymerisation eines radikalisch polymerisierbaren Makromolekülmonomeren, enthaltend eine perfluoralkylgruppenhaltige Polymereinheit als ein Skelett, einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und einem ande ren radikalisch polymerisierbaren Monomeren; und
- (3) Wasser.
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