DE19743841A1 - Dispersionsfarbe auf Wasserbasis sowie eine neue Dispergiermittelmischung zu deren Herstellung - Google Patents
Dispersionsfarbe auf Wasserbasis sowie eine neue Dispergiermittelmischung zu deren HerstellungInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine besonders wasch- und abrieb
beständige und lagerstabile Dispersionsfarbe auf Wasserbasis für den Innen- und
Außenbereich, sowie eine neue Dispergiermittelmischung zur Herstellung dieser
Farbe.
Je nach Anforderung und Verwendung dient eine Dispersionsfarbe als Korrosi
onsschutz und zur Oberflächenveredelung, wird aber auch als Anstrichstoff für
Wände und Decken im Innen- und Außenbereich eingesetzt. Aus ökologischen
und wirtschaftlichen Gründen werden heute vorzugsweise auf Wasser als Löse
mittel basierende Dispersionsfarben eingesetzt. Die wasserhaltigen Systeme sind
besonders im Innenbereich sehr gefragt, wo die Verarbeitung von organischen
Lösemitteln Probleme bereitet. Entsprechende Dispersionsfarben sind daher
bereits in großer Anzahl im Handel erhältlich.
Dispersionsfarben auf Wasserbasis enthalten als Bindemittel Dispersionen von
Kunststoffpolymeren oder Copolymeren, wobei als Monomere Acrylsäure, Acryl
säureester, Acrylsäureanhydrid, Acrylnitril, Methacrylsäure, Maleinsäure, Malein
säureester, Maleinsäureanhydrid, Styrol, Olefine, Vinylchlorid oder Vinylacetat am
häufigsten verwendet werden.
Die verwendeten Bindemittel enthalten üblicherweise aus der Herstellung bereits
ein oder mehrere Dispergiermittel, Weichmacher, Emulgatoren und Netzmittel.
Als weitere wichtige Komponente enthalten die Dispersionsfarben Pigmente in
Form von wasserunlöslichen, anorganischen oder organischen Substanzen, die
zu dispergierbaren Pulvern von <5 µm Korndurchmesser vermahlen sind.
Beispielhaft seien Chromgelb, Preußischblau, Titandioxid, sowie gefärbte Titanate
genannt.
Zur Erhöhung der Deckkraft enthalten die Dispersionen zusätzlich noch geeignete
Füllstoffe, insbesondere Aluminiumoxid, Calciumcarbonat, Kieselgel etc.
In geringeren Mengen enthalten die Dispersionsfarben noch weitere Hilfsmittel wie
Licht- und Oxidationsstabilisierungsmittel, Emulgatoren, Netzmittel, wasserlösliche
Salze etc.
Die prozentualen Anteile der vorstehenden Komponenten können in weitem
Bereich schwanken, je nach dem Verwendungszweck, jedoch hat eine normale
Dispersionsfarbe etwa folgende Zusammensetzung:
50 bis 60% Pigmente und Füllstoffe,
8 bis 25% Bindemittel,
0,2 bis 1% Dispergiermittel,
0,5 bis 1% Hilfsstoffe.
50 bis 60% Pigmente und Füllstoffe,
8 bis 25% Bindemittel,
0,2 bis 1% Dispergiermittel,
0,5 bis 1% Hilfsstoffe.
Da die Dispersionsfarben möglichst wenig zu trocknendes Lösemittel, normaler
weise zwischen 15 und 30% Wasser, enthalten sollen, damit der fertige Anstrich
möglichst rasch abtrocknet, muß dafür gesorgt werden, daß der Überschuß an
Feststoffen - Pigmente, Füllstoffe, Bindemittel - sehr gut dispergiert wird, damit die
Viskosität der Mischung für eine entsprechende Verarbeitung ausreichend niedrig
ist und eine Entmischung, insbesondere durch Sedimentation auch bei langer
Lagerung nicht störend bemerkbar wird. Den Dispergiermitteln kommt deshalb in
modernen Dispersionsfarben eine ausschlaggebende Bedeutung zu.
"Dispergiermittel" wird als allgemeine Bezeichnung für Substanzen verwendet, die
das Dispergieren von Teilchen in einem Dispersionsmittel (Lösemittel) erleichtern,
in dem sie die Grenzflächenspannung zwischen festen Teilchen und Disper
sionsmittel erniedrigen. Beim Dispergiervorgang lagern sich die Dispergiermittel
an die Oberfläche der Feststoffteilchen an, wodurch üblicherweise eine elektrische
Aufladung oder Umladung der Oberfläche erfolgt, durch die Teilchen sich
gegenseitig abstoßen, wodurch eine Zerlegung von Agglomeraten in Primärteil
chen bzw. eine Verhinderung einer Agglomeration bewirkt wird. Damit wird das
dispergierte System stabilisiert und die Viskosität herabgesetzt. Es ist in diesem
Zusammenhang sehr wichtig, die richtige Menge und Art des Dispergiermittels für
das jeweilige Anwendungsgebiet zu finden.
Weiterhin ist es für wasserhaltige Dispersionsfarben sehr wichtig, daß sie wasch-
und abriebbeständig sind, sowohl bei einer Verwendung der Anstriche im Innen-
als auch im Außenbereich. Die Wasch- und Scheuerbeständigkeit, auch
Abriebbeständigkeit genannt, wird nach DIN 53778 gemessen. Gemäß der
Definition ist die Wasch- und Scheuerbeständigkeit die Eigenschaft eines
Dispersionsfarbanstriches sich durch kürzere bzw. längere, zeitlich begrenzte
Beanspruchung in einem festgelegten Scheuerprüfgerät nicht um mehr als ein
bestimmtes Maß durchscheuern zu lassen.
In der Literatur sind zahlreiche Dispersionsfarben beschrieben. So wird z. B. in der
GB 1,511,652 eine Dispersionsfarbe beschrieben, die unter Verwendung eines
Dispergiermittels aus einem Copolymer aus Maleinsäureanhydrid und Diisobuty
len hergestellt wird. Dieses Dispergiermittel ist insbesondere geeignet, um die in
der Farbformulierung enthaltenen Pigmente und Füllstoffe zu dispergieren. Wei
terhin wird beschrieben, daß dieses Dispergiermittel vorteilhaft zusammen mit
Netzmitteln wie Nonylphenylethoxylaten, Fettalkoholethoxylaten und Dioctylsulfo
succinaten verarbeitet werden kann und gegenüber anderen Dispergiermitteln
verträglich ist.
In der EP 0 737 728 A2 wird die Verwendung eines Terpolymeren aus Styrol,
Acrylsäure und einem Alkylacrylat als Dispergiermittel beschrieben, welches für
pigmenthaltige, wäßrige Dispersionsfarben, Verputze und Spachtelkitte verwendet
werden kann und zur Erhöhung der Wasserfestigkeit der getrockneten Beschich
tungen beiträgt. In dieser Literaturstelle wird darauf hingewiesen, daß die Ver
wendung von Copolymeren gemäß GB 1,511,652 zwar die Wasch- und Scheuer
beständigkeit gemäß DIN 53778 verbessert, jedoch die rheologische Stabilität der
Dispersionen nur mittelmäßig ist.
Es stellte sich somit die Aufgabe, Dispergiermittel zu finden, mit denen sich die
Wasch- und Scheuerbeständigkeit von Dispersionsfarben auf Wasserbasis bei
gleichzeitiger Erhaltung der rheologischen Eigenschaften, insbesondere der Vis
kosität und Stabilität der Farbformulierungen verbessern läßt.
Die Lösung dieser Aufgabe wurde überraschenderweise dadurch erreicht, daß als
Dispergiermittel ein Copolymer aus Maleinsäureanhydrid und Diisobutylen
zusammen mit einem Polyphosphat und einem Polyacrylat eingesetzt wird.
Das Maleinsäureanhydrid-Diisobutylen-Copolymerisat hat ein Molekulargewicht
von 5000 bis 11000, wobei Maleinsäureanhydrid und Diisobutylen im Verhältnis
30 : 70 bis 70 : 30 miteinander copolymerisiert sind, unter statistischer Verteilung
über die Polymerkette. Das Produkt ist ganz oder überwiegend durch Alkali, ins
besondere Natriumhydroxid und/oder Ammoniak neutralisiert.
Als Polyphosphat wird vorzugsweise ein Natriumpolyphosphat mittlerer Ketten
länge (3 bis 10 Phosphateinheiten) verwendet, welches beim Lösen in Wasser
ebenfalls einen annähernd neutralen pH-Wert aufweist.
Als Polyacrylate werden solche eingesetzt, die ein mittleres Molekulargewicht von
2000 bis 20 000, vorzugsweise von 4000 bis 8000 aufweisen und ebenfalls mit
Natrium- oder Ammoniumionen weitgehend neutralisiert sind.
Die drei Bestandteile des Dispergiermittels werden in Mengen von
0,05 bis 10%, vorzugsweise 0,1 bis 5% Maleinsäure-Copolymerisat,
0,01 bis 0,5%, vorzugsweise 0,02 bis 0,2% Polyphosphat und
0,05 bis 2%, vorzugsweise 0,05 bis 0,5% Polyacrylat,
bezogen auf die Gesamtmenge der Dispersionsfarbe, eingesetzt (alle Prozentangaben im Rahmen dieser Beschreibung beziehen sich auf Gewichtsprozent, soweit dies nicht anderweitig angegeben ist).
0,05 bis 10%, vorzugsweise 0,1 bis 5% Maleinsäure-Copolymerisat,
0,01 bis 0,5%, vorzugsweise 0,02 bis 0,2% Polyphosphat und
0,05 bis 2%, vorzugsweise 0,05 bis 0,5% Polyacrylat,
bezogen auf die Gesamtmenge der Dispersionsfarbe, eingesetzt (alle Prozentangaben im Rahmen dieser Beschreibung beziehen sich auf Gewichtsprozent, soweit dies nicht anderweitig angegeben ist).
Die Herstellung der Dispersionsfarbe erfolgt in üblicher Weise und ist dem
Fachmann bekannt. So wird z. B. vorteilhaft das Wasser in einem Rührgefäß
vorgelegt und unter leichtem Rühren die Dispergiermittel und Hilfsstoffe zugefügt.
In der Regel werden danach Pigmente und Füllstoffe zugegeben und
beispielsweise 1 bis 10 Minuten bei etwa 2000-3000 U/min dispergiert.
Anschließend fügt man im allgemeinen bei verringerter Drehzahl das Bindemittel
langsam zu und rührt kurze Zeit, z. B. 5 Minuten weiter.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert, ohne daß
sie dadurch beschränkt sein soll.
Man stellt Dispersionsfarben für den Innenbereich mit folgender
Zusammensetzung der Farbe in Gew.-Teile her:
| Wasser | 317 |
| Bindemittel | 85 |
| Pigment (TiO2) | 50 |
| Füllstoff (CaCO3) | 540 |
| Dispergiermittel | 3,5-4,5 |
| Hilfsstoffe (Konservierungsmittel, Entschäumer, Verdicker) | 5-9 |
| Summe | 1000,5-1005,5 |
Zur Herstellung der Dispersionsfarbe wird das Wasser in einem Rührgefäß vorge
legt und unter leichtem Rühren die Dispergiermittel und Hilfsstoffe zugefügt.
Danach werden Pigmente und Füllstoffe zugegeben und 5 Minuten bei 2000-3000
U/min dispergiert. Danach wird bei verringerter Drehzahl das Bindemittel
langsam zugefügt und weitere 5 Minuten gerührt, wobei eine zu starke Blasenbil
dung und eine Temperaturerhöhung über 50°C zu vermeiden ist.
Die Lagerstabilität wird über die Viskosität gemäß DIN 53019 bestimmt. Hierzu
läßt man ein Rotationsviskosimeter in die Flüssigkeit eintauchen und mit konstan
ter Geschwindigkeit rotieren. Der Widerstand, welcher der Bewegung entgegen
gebracht wird, wird als Maß für die Viskosität der Dispersionsfarbe benutzt. Für
die folgenden Versuche wird mit einem Brookfield-Viskosimeter und einer Spindel
RV6 bei einer Geschwindigkeit von 20 U/min gemessen.
Die Lagerstabilität der Farbe sollte möglichst über einen Zeitraum von einem Jahr
erhalten bleiben. Die 14 bzw. 28-tägige Lagerung der Probe bei 50°C entspricht
in etwa einer Lagerung von einem halben bzw. einem ganzen Jahr bei Zimmer
temperatur. Die Farbe soll unter diesen Bedingungen nicht eindicken, koagulieren,
zu stark sedimentieren oder ihre Rheologie wesentlich ändern. Der Viskositätsver
lauf über 28 Tage sollte nicht mehr als ca. 25% vom 7-Tage-Wert abweichen.
Hierbei bleibt die Anfangsviskosität unberücksichtigt, da sich ein stabiler Zustand
erst nach einigen Stunden einstellt.
Die Naßabriebfestigkeit der Farbe wird durch die Ermittlung der Scheuerwerte
nach DIN 53778 bestimmt. Die zu untersuchende Dispersionsfarbe wird auf eine
spezielle Folie (Leneta®-Folie) aufgezogen. Nach einer definierten Trocken- und
Lagerzeit wird mittels einer Bürste unter Zutropfen einer definierten
Waschflüssigkeit die Filmoberfläche solange gescheuert, bis eine vorgegebene
Fläche durchgescheuert ist. Die Anzahl der hierfür benötigten Zyklen ist das Maß
für die Wasch- und Scheuerbeständigkeit der Farben.
Innenfarben werden gemäß DIN 53778 in die Güteklassen "waschbeständig" bzw.
"scheuerbeständig" eingeordnet, wenn sie mindesten 1000 bzw. 5000 Scheuer
zyklen durchlaufen. Entscheidend ist dabei das Ergebnis der 28-Tage-Messung,
da hier die Farben vollständig trocken und ausgehärtet sind. Ein Abbröckeln des
Farbfilms läßt auf einen zu geringen Bindemittelanteil schließen.
Die Farbe wird nach 2 Tagen Lagerung in einem geschlossenen Behälter gut auf
gerührt und auf Leneta®-Folie in einer Länge von mindestens 40 cm und einer
getrockneten Farbdicke von 250 µm aufgerakelt. Der Film wird danach zwei
Stunden angetrocknet und die Folie frei hängend bei Raumtemperatur gelagert.
Gescheuert wird nach jeweils 7 bzw. 28 Tagen, wobei ein ca. 8 cm breiter Streifen
mit Waschflüssigkeit (0,25%ige Na-n-dodecylbenzolsulfonat-Lösung in Wasser)
mittels eines Schwammes benetzt wird, so daß ein dünner Flüssigkeitsfilm auf der
Probe verbleibt. Nach einer Minute wird der Streifen mit einem trockenen
Schwamm abgewischt und in das Scheuergerät eingespannt. Eine genormte, mit
Waschflüssigkeit getränkte Bürste wird mit einem Auflagegewicht von 0,25 g in
einem Schlitten parallel zur Scheuerebene bewegt. Der Scheuervorgang ist been
det, sobald 2 der 3 Spuren auf einer Länge von 8 cm durchgescheuert sind.
Gemäß der oben angegebenen allgemeinen Rezeptur und Herstellweise wird eine
Dispersionsinnenfarbe hergestellt. Man verwendet als Bindemittel ein
Vinylacetat/Ethylen-Copolymer und als Dispergiermittel 0,5 Teile Polyphosphat
(Calgon N®), 1,5 Teile K-Polyacrylat (Lopon 895®) und 2 Teile
Na-Polycarboxylat (Lopon PO®).
Man verfährt wie in Beispiel 1, außer daß als Dispergiermittel 1,5 Teile
Polyphosphat und 2 Teile Na-Polyacrylat (Lopon 890®) verwendet werden.
Man verfährt wie in Beispiel 1, außer daß als Dispergiermittel 0,5 Teile
Polyphosphat und 3 Teile Polycarboxylat verwendet werden.
Man verfährt wie in Beispiel 1, außer daß als Dispergiermittel 1 Teil K-Polyacrylat
und 3 Teile Polycarboxylat verwendet werden.
Gemäß der oben angegebenen allgemeinen Rezeptur wird eine
Dispersionsinnenfarbe hergestellt. Man verwendet als Bindemittel ein
Styrol/Acrylat-Copolymer und als Dispergiermittel 0,5 Teile Polyphosphat,
1 Teil K-Polyacrylat und 2 Teile Polycarboxylat.
Man verfährt wie in Beispiel 2, außer daß als Dispergiermittel 0,5 Teile
Polyphosphat und 3 Teile K-Polyacrylat verwendet werden.
Man verfährt wie in Beispiel 2, außer daß als Dispergiermittel 0,5 Teile
Polyphosphat und 4 Teile Polycarboxylat verwendet werden.
Die Ergebnisse der Beurteilung von Lagerstabilität und Scheuerbeständigkeit für
die Dispersionsfarben sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt.
Die Ergebnisse zeigen, daß man durch die Verwendung der erfindungsgemäßen
Dispergiermittel, die ein Polyphosphat, ein Polyacrylat und ein Polycarboxylat
(Maleinsäureanhydrid-Diisobutylen-Copolymer) umfassen, lagerstabile und
zugleich scheuerfeste Dispersionsfarben erhält.
Dispersionsfarben, die eine der Komponenten des Dispergiermittels nicht
enthalten, zeigen entweder keine ausreichende Scheuerbeständigkeit (ohne
Polycarboxylat, 1a und 2a) oder keine ausreichende Lagerstabilität (ohne
Polyacrylat bzw. Polyphosphat, 1b, 1c und 2b).
Claims (5)
1. Dispersionsfarbe bestehend aus einer wäßrigen Dispersion von polymeren
Bindemitteln, Pigmenten, Füllstoffen, Dispergiermitteln und Hilfsstoffen, sowie
Wasser als Lösemittel, dadurch gekennzeichnet, daß als Dispergiermittel eine
Mischung aus Maleinsäureanhydrid-Diisobutylen-Copolymer, Polyphosphat
und Polyacrylat in Form ihrer Alkali- oder Ammoniumsalze eingesetzt wird,
wobei die Komponenten im Verhältnis 0,05-10 Gew.-% : 0,01-0,5 Gew.-% : 0,05-
2 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Dispersionsfarbe enthalten
sind.
2. Dispersionsfarbe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponenten des Dispergiermittels im Verhältnis von 0,1-5 Gew.-% : 0,02-0,2
Gew.-% : 0,05-0,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der
Dispersionsfarbe enthalten sind.
3. Dispersionsfarbe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
als Bindemittel Styrolacrylat, Acrylat oder Vinylacetat-Copolymerisate in einer
Menge von 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 25 Gew.-%, eingesetzt
werden.
4. Dispergiermittel für Dispersionsfarben auf wäßriger Basis bestehend aus einer
Mischung von Maleinsäureanhydrid-Diisobutylen-Copolymerisat, Polyphosphat
und Polyacrylat, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Gew.-Teil
Maleinsäureanhydrid-Diisobutylen-Copolymerisat 0,1 bis 1 Gew.-Teil
Polyphosphat und 0,1 bis 1 Gew.-Teil Polyacrylat enthalten sind, wobei die
Produkte als Alkali- oder Ammoniumsalze in teil- oder vollständig neutralisierter
Form vorliegen.
5. Dispergiermittel gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mischung als wäßrige Lösung vorliegt.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19743841A DE19743841C2 (de) | 1997-10-04 | 1997-10-04 | Neue Dispergiermittelmischung, ein Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung |
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Publications (2)
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Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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