DE2018622A1

DE2018622A1 - Bindemittel für Überzugs- und Anstrichmassen

Info

Publication number: DE2018622A1
Application number: DE19702018622
Authority: DE
Inventors: Werner 7889 Herten; Lenz Arnold Dr. 5000 Köln Dittrich
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1970-04-18
Filing date: 1970-04-18
Publication date: 1971-11-04
Also published as: NL171462C; FR2089432A5; CA940139A; NO774011L; SE359310B; NO138177B; NO140273C; BE765890A; NL7105143A; CH564595A5; US3821003A; NL171462B; JPS5617392B1; GB1347899A; DE2018622B2; NO140273B; NO138177C

Description

Troisdorfy den 17. April 1970 70 037 (1730) Dr.Sk/Ko

DYNAMIT NOBEL AKTIENGESELLSCHAFT Troisdorf, Bez. Köln

"Bindemittel für Überzugs- und Anstrichmassen" ——— ■ - - —— — ■

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Bindemittel für Überzugs- und Anstrichmassen für metallische und nichtmetallische Oberflächen, vorzugsweise für Stahl- und Eisenoberflächen. Die damit hergestellten Überzugs- und Anstrichmassen enthalten neben Lösungsmitteln und/oder Streckmitteln überwiegend metallische und mineralische Pigmente in feiner Verteilung.

Als Bindemittel für Überzugs-, und Anstrichmassen sind bereits eine große Anzahl von organischen Harzen, wie z.B. Chlorkautschuke, Alkydharze, Epoxidharze usw. bekannt. Infolge der isolierenden Wirkung dieser Harze bieten die damit hergestell ten Überzugs- und Anstrichmittel nur einen geringen kathodi-. sehen Schütz. Andere bekannte Bindemittel, wie z.B. solche, die auf anorganischen' oder organischen Silikaten aufgebaut sind, ergeben wegen ihrer geringen Flexibilität oder Elastizität Anlaß zu unerwünschten Rißbildungen in den damit hergestellten Filmen, so daß ein wirksamer Oberflächenschutz nicht immer gewährleistet ist.

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Auch die thermische Belastbarkeit von mit organischen Harzen als Bindemittel hergestellten Überzugs- und Anstrichmassen ist oft unzureichend. Beispielsweise haben bekannte harzgebundene Zinkstaubfarben eine thermische Beständigkeit nur bis 150 ⁰C.

Es wurden nun Bindemittel für Überzugs- und Anstrichmittel ge funden, die im wesentlichen aus teilhydroiisierten Alkoxisila nen der allgemeinen Formel

OR²^

O - Si

OR

- OR

bestehen, bei denen R gleiche oder verschiedene Alkyl-, Aryl-,

2 Alkenyl- oder Aralkylgruppe ist, und in denen R gleiche oder verschiedene gesättigte Alkylreste mit 2 bis 10 C-Atomen sind, und m Werte zwischen 0 und TO annehmen und η gleich 1, 2 oder 3 sein kann.

Der direkt am C-Atom gebundene Alkylrest kann bis zu 10 C-Atome, vorzugsweise 1 bis 4 C-Atome, enthalten; der bevorzugte Alkenylrest ist eine Vinylgruppe. Als Arylrest sei der, gegebenenfalls alkylsubstituierte, Phenylrest und als Aralkylrest der Benzylrest genannt.

Es ist zweckmäßig, als Bindemittel nicht das Teilhydrolysat einer definierten Verbindung der obengenannten Formel zu verwenden, sondern/das Teilhydrolysat eines Gemisches mehrerer

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- —· j —

Verbindungen zu verwenden, die der genannten allgemeinen Formel entsprechen. Ein solches Gemisch fällt im allgemeinen "bei der üblichen Herstellung dieser Bindemittel an, die auf folgende Weise *durchgeführt werden kann.: « ** ,

Man läßt ein Alkyl- ("bzw. Aryl- oder Aralkyl-) halogensilan

mit der zur umsetzung notwendigen Menge eines Alkohols R OH,

ο
wobei R- die obengenannte Bedeutung hat, in bekannter Weise . reagieren^ wobei sich alkyl-(bzw. Aryl- oder Aralkyl-) alk-. oxysilane mit der, entsprechend dem eingesetzten Silan, gewünschten Zahl von Alkyl- (bzw. Aryl- oder Aralkyl-)resten bildet. Dieses Alkoxysilan wird mit Wasser in einem Yerdünnungs- ä mittel (z.B. niedere Alkohole oder Ketone ) in bekannter Weise zu Polysiloxanen mit bis zu.10 Si-Atomen in der Kette umgesetzt. Anschließend wird der bei dieser Kondensation angespaltene Alkohol abdestilliert.

Das gebildete Polysiloxan wird daraufhin, ggf. in Anwesenheit von Ithylaeetat und/oder Äthylen- (bzw. Hexylen-) glycolmonoalkyläther und/oder Isopröpanol mit soviel Wasser unter Zusatz eines bekannten Hydrolisierungskatalysators,vorzugsweise SaIz^ säure>versetzt, daß ein Teil der Alkoxygruppen ( 10-60$ , vorzugsweise 25-45 $ ) hydrolisiert wird. Dabei soll die Reaktionstemperatur nach Möglichkeit 25⁰C nicht überschreiten. Diese Teilhydrolyse kann auch mit einem Silan der allgemeinen ' Formel R¹-Si-(OR²J₃ oder (R¹)₂-Si-(0R²)₂ ( wobei R¹und R² die obengenannte Bedeutung haben ) durchgeführt werden,.ohne daß es zu einem Siloxan kondensiert wurde.

Als Ausgangsprodukt für die Teilhydrolysate läßt sich auch ein Gemisch verschiedener Chlorsilane einsetzen, so daß man gemischt substituierte, teilhydrolisierte Siloxane erhält.

Als Alkoxygruppe wird vorzugsweise die Xthoxygruppe verwendet. Höhere Alkoxygruppen■bis zu 4 C-Atomen können dann verwendet

.■■■ - ;.-■ .- ."■■■. ■"" ;^; - - 4 -■■ .- .

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werden, wenn sie bei der Alkoxylierung der Chlorsilane im Gemisch eingesetzt werden, so daß das als Bindemittel entstehende Silöxan gemischt alkoxysubstituiert ist oder aus einem Gemisch verschiedener Alkyl- (bzw. Aryl- oder Aralkyl-) alkoxysilanen mit unterschiedlichen Alkoxygruppen besteht.

Allgemein kann gesagt werden, daß bei zunehmender Kettenlänge der Alkoxygruppe die Lagerbeständigkeit der Teilhydrolysate zunimmt, wenn gleichzeitig auch kurzkettige Alkoxygruppen im Molekül vorhanden sind. Gleichzeitig erfolgt aber auch die Trocknung der damit hergestellten Anstrich- und Überzugsmassen langsamer. Dies ist besonders bei Einsatz in tropischen Klimazonen oder bei heißem Wetter von Vorteil.

Der Alkoxyrest kann auch ein Rest mit 4 bis 10 C-Atomen sein, wenn er eine Äthersauerstoffbrücke enthält und wenn in dem gleichen Molekül oder dem Siiangemisch auch noch soviel Alkoxy reste mit 2 bis 3 C-Atomen enthalten sind, daß mindestens 60 % der insgesamt vorhandenen Alkoxygruppen des teilhydroly-. sierten Silans oder Silangemisches aus C₂ - C, - Alkoxygruppen besteht, und der verbleibende Rest der Alkoxygruppen aus Oxy-alkyl-äther-resten besteht. Typische Verbindungen dieser Art sind beispielsweise solche der Durchschnitts-Summenformel

C₂H₅-Si (OC₂H₅)₂ (OCH₂CH₂OCH₂CH₅) oder i (OC₂H₅J₂ -O]₄-Si (OC₂H₅)[OCH₂-CH₂-O-(CH₂)₂CH^l ₂-

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Der Ausdruck "Durchschnitts-Summenformel" soll hier bedeuten, daß die Alkoxygruppen in dem Molekül nicht an einen festen Platz gebunden sind und innerhalb des Moleküls austauschbar sind.

Überzugs- und Anstrichmittel, die mit diesen, erfindungsgemäßen Bindemitteln hergestellt sind, ergeben rißfreie Filme', die, bei Verwendung von z.B. Zinkstaub als Pigment!erungsmittel infolge des metallischen Kontaktes der Zinkstaubpartikelchen untereinander und mit einer zu schützenden Metall- ä oberfläche letztere auch kathodisch schützen. Die thermische Belastbarkeit solcher Überzüge ist erheblich höher als diejenige von bekannten harzgebundenen Zinkstaubfarben; sie sind bis 400 ⁰C beständig.

Das neue Bindemittel ist, im Gegensatz zu den bekannten Bindemitteln, in nahezu allen üblichen organischen Lösungsmitteln, wie Alkoholen, Ketonen, Ithern, aromatischen, cycloaliphatischen und heterocyclischen Lösungsmitteln löslich.

Die damit hergestellten Überzugsmassen sind dagegen nach dem Auftragen und Aushärten gegenüber den bekannten Lösungsmitteln beständig.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bindemittel ist ihre große Lagerbeständigkeit bei Raumtemperatur, selbst wenn < es mit einem Pigment bereits vermischt ist. Die damit hergestellten Anstrich- und Überzugsmittel haben eine Topfzeit von mindestens 8 Stunden und haften, als Überzug aufgetragen, fest auf der zu schützenden metallischen/Oberfläche.

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Beispiel 1 ι

Man lässt 6oo Gewichtsteile Äthyltriäthoxisilan mit einer Mischung aus loo Gewichtsteilen Hexylenglycolmonobutyläther, Io Gewichtsteil enÄthylacetat, loo Gewichtsteilen Hexylenglykolmonoäthyläther und loo Gewichtsteilen Isopropanol mit 9o Gewichtsteilen Wasser, das o,5 Gewichtsprozent HCl enthält, reagieren. Durch entsprechendes Kühlen lässt man die Reaktionstemperatur nicht über 25 ⁰C steigen.

Man erhält ein partiell hydrolysiertes Produkt mit 19,2 # SiOg. Die lagerfähigkeit wurde bei erhöhter Temperatur geprüft, sie betrug bei 7ο ⁰C mehr als 45 Tage, d.h. das partiell hydrolysierte Produkt liess sich auch nach dieser Zeit ohne Schwierigkeit als Bindemittel in einer Zinkstaubfarbe verwenden.

Hierzu wurde ein Gewichtsteil des Bindemittels mit 4,5 Gewichtsteilen Farbenzinkstaub unter ständigem Rühren vermischt. Der Earbenzinkstaub setzte sich zusammen aus 94 Gewichtsprozenten feinteiligem Zinkstaub mit einer Korngrösse von 0 - 5o micron, wobei die mittlere Korngrösse 6 micron betrug und je 2 Gewichtsprozenten feinteiligem Chromoxid, Mikrotalkum und Mikroglimmer.

In einer Schichtstärke von 75 micron aufgetragen, war die Farbe nach 15 Stunden so weit ausgehärtet, dass mit dem Härteprüfstab ¹¹ERICHSEN" mit 2oo g Belastung kein wesentlicher Eindruck festzustellen war.

Die Beschichtung war nach dem Aushärten völlig rissfrei und haftete fest auf dem Untergrund.

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■.".",: . ν . .2018822

Seispiel 2 ;

Ein Gemisch aus 1 Mol Methyltrichlorsilan und 4 Molen SiIiciumtetrachlorid wird zunächst mit*2 Molen HexylenglykoImonoäthyläther zur Reaktion gebracht und danach mit 17 Molen Äthylalkohol vollkommen verestert, Nachdem der entstehende Chlorwasserstoff zum grössten Teil abgezogen worden war, setzt man dem Reaktionsgemisch 4 Mole Wasser in 2oo ml Äthanol zu. Daran anschliessend wird erwärmt und der zugesetzte Alkohol mit dem hydrolytisch abgespaltenen Alkohol abdestilliert· Dabei konden- (( siert das Produkt unter Bildung eines Siloxane mit der Durchschnitt sformel

CH₃Si₅O₄ (OC₂H₅)₉ (GGH₂CH₂OCH₂CH₃)₂.

54o Gewichtsteile dieses Siloxans werden mit 282 Gewichtsteilen Hexylenglykolmonoäthyläther, 116 Gewichtsteilen Isopropanol, 2 Gewichtsteilen Äthylacetat und 60 Gewichtsteilen 1 #iger Salzsäure umgesetzt, wobei die Reaktionstemperatur nicht über 25⁰C steigen soll. Man erhält ein partiell hydrolysiertes Produkt mit 2o,2 f> SiO₂ und einer Lagerfähigkeit bei ä Raumtemperatur von 18 Monaten. Ein Gewichtsteil dieses partiell'hydrolysieren Produkts mit 4_f5 Gewichtsteilen Zinkstaubpigment, wie unter I)- beschrieben, ergibt eine Anstrich- und Überzugsmasse, die in Schichten von 75 micron rissfrei aushärtet und fest auf dem Untergrund haftet.

"Beispiel 3 :

Entsprechend Beispiel 2 wurde anstelle von Methyltrichlorsilan 1 Mol' Phenyltrichlorsilan zur Reaktion gebracht und

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kondensiert. Nach der partiellen Hydrolyse erhält man ein Bindemittel für Anstrich- und Überzugsmassen, das dem in Beispiel 2 beschriebenen Bindemitteln äquivalent ist.

Beispiel 4 :

Von Vinyltrichlorsilan ausgehend, erhält man analog Beispiel 2 nach Veresterung, Kondensation und partieller Hydrolyse ein Bindemittel, das analoge Eigenschaften, wie dasjenige von Beispiel 2 besitzt.

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Claims

Pat e η t a η s ρ r ü c h e

J. Bindemittel für Überzugs- und Anstrichmassen, im wesentlichen bestehend aus teilhydrolysierten Alkoxysilanen der ** allgemeinen Formel

OR²

- Si

¹ 2

-OR*

in der R für gleiche oder verschiedene Aryl-, Alkenyl-, Alkyl-* .■■-■■■· ο

oder Aralkylgruppen steht, und in der R gleiche oder verschiedene gesättigte Alkylreste mit 2 bis 10 C-Atomen sind und m Werte zwischen 0 und 10 annehmen und η gleich 1, 2 oder 3 sein kann.
2. Bindemittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß '* >.

2
R für gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 2 bis 4

C-Atomen steht. ' ' ί
3. Bindemittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste R zu 60 bis 95 % aus Alkylresten mit 2 bis 3 C-Atomen und zu 5 bis 40 % aus Alkyl-äther-resten mit 4 bis 10 C-Atomen bestehen.
4. Bindemittel gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkylrest, der direkt am Si-Atom gebunden ist, ein gesättigter Alkylrest mit 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 4, C-Atomen ist.

Dr.Sk/Ko

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