DE2134103C3 - Verfahren zur Herstellung filmbildender Kondensationsprodukte und deren Verwendung als Bindemittel in Druckfarben - Google Patents

Verfahren zur Herstellung filmbildender Kondensationsprodukte und deren Verwendung als Bindemittel in Druckfarben

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DE2134103C3 DE19712134103 DE2134103A DE2134103C3 DE 2134103 C3 DE2134103 C3 DE 2134103C3 DE 19712134103 DE19712134103 DE 19712134103 DE 2134103 A DE2134103 A DE 2134103A DE 2134103 C3 DE2134103 C3 DE 2134103C3
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Description

Har/massen auf Basis von Kolophonium finden /ahlreiche Verwendung für Oberflächenbeschichtung sowie als Klebemittel, Harzlacke und insbesondere als Bindemittel bei der Druckfarbenherstellung. Besonders die Har/massen. die durch eine Reaktion von Kolophonium, Phenolen und Formaldehyd in Gegenwart saurer Katalysatoren erhalten werden, sind wegen ihrer guten Mischbarkeit mit anderen Komponenten bei der Herstellung von Druckfarbenmassen sowie wegen ihrer guten Löslichkeit in gebräuchlichen I ösungsmitteln aus aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen und ihrer Verträglichkeit mit trocknenden Ölen vielseitig verwendbar. Diese modifizierten Kolophoniumhar/e sind auch relativ rasch auftrocknend, da sie die Lösungsmittel schnell verdunsten lassen. Darüberhinaus bilden sie zusammen mit der ölkomponentc unlöslich werdende, glänzende und abriebfe-Phenol und dann mit einem Gemisch aus Formaldehyd und wäßriger Ammoniaklösung unter Bildung neuartiger Kondensationsharze. Auch hat man bereits Petrol- oder Kohlenwasserstoffharze, die im wescntlichen durch Polymerisation von Inden od. dgl. ungesättigten Kohlenwasserstoffen erhalten werden, durch Modifizierung in Harzmassen übergeführt, die ähnliche Eigenschaften besitzen wie die Kolophoniumhar-.-e. Soist in der DT-AS I 225 478 ein emulgierbares ίο Petrolharz beschrieben, das durch Umsetzung von Tallöl und einem Reaktionsprodukt aus Petrolharz mit einer a, /i-ungesättigten Carbonsäure bei etwa 200° C erhalten wurde. Darüberhinaus sind aus der US-PS 3 468 829 und der DT-AS 1 546 771 auch Bindemittel für Tiefdruckfarben bekannt, die durch Umsetzung des Petrolharzes in geschmolzenem Zustand mit einer ti,/i-ungesättigten Dicarbonsäure und Umsetzen des erhaltenen Adduk'es mit einer reaktionsfähigen Verbindung eines Metalls der 2. Gruppe
des Periodischen Systems hergestellt worden sind.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß alle diese bisher bekannt gewordenen modifizierten Kohlenwasserstoffharze doch nicht so vielseitig \erwendbar sind wie die Kolophoniumharze, da sie mit den anderen
a5 üblichen Komponenten weniger verträglich sind als diese. Insbesondere bei der Herstellung von Druckfarbenmassen ist eine gute Verträglichkeit mit allen anderen hierbei in Frage kommenden Komponenten wie trocknenden Ölen, Lösungsmitteln und Pigmenten eine Notwendigkeit. Auch müssen die Kondensationsharze eine gute Reaktionsbereitschaft mit den irocknenden Ölen aufweisen.
Es ist ferner aus der US-PS 2 163 637 bekannt, Alkylphenol, Formaldehyd und ein Kohlenwasserstoffharz in Gegenwart eines sauren Katalysators, z. B. Phosphorsäure. Schwefelsäure und Friedel-Crafts-Katalysatoren zu Lackrohstoffen umzusetzen. Hierbei werden jedoch keine organischen Säuren als Katalysatoren verwendet, ebensowenig luden enthaltende I iarze.
Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß man bei einem Verfahren zur Herstellung von filmbil-Jenden Kondensationsprodukten durch Kondensation von Alkylphenolen, deren Alkylrest 4 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist, und/oder Bisphenol, Formaldehyd oder Paraformaldehyd und ungesättigten Kohlenwasserstoffpolymerisationsprodukten in Gegenwart von sauren Katalysatoren in der Hitze dann zu sehr gut verträglichen filmbildenden Kondensations
-VVtgllVI -!VIII.
-te Oberflächenüberzüge. Die aus Kolophonium, p-
( ymolphenol. Formaldehyd in f iegenwart von Salzen 50 produkten auf Basis von Kohlenwasserstoffharzen ge-
des Zink-Calciums. Magnesiums odor Mangans einer langt, wenn als saurer Katalysator Oxalsäure und als
.inorganischen oder organis^nen Säure gemäß der ungesättigte Kohlenwasserstoffpolymerisationspro-
I)T-OS 1965 403 erhaltenen Kondensalionspio- dukte Inden-, Inden/Cumaron oder Inden/Cyclopen-
dukte sollen als Druckfarben-Bindemittel besonders tadienhar/e mit Jodzahlen /wischen 30 und 200 und
^/•hm^liniinlli'n /tuitfhi'n fiO lin/i I KO° C iMnupcnt /I
werden.
Die Reaktion verlauft im wesentlichen in einem stö-.hiomct 1 i^chen Verhältnis, be/ogen auf die Phenole. t ormaldehyii und ungesättigte Bindung in dem Kohlcnwasserstoffharz. Als Alkylphenole eignen sich bconders Biitylphenol. sowie Nonylphenol oder Alkylnhenolgeinische, die diese Verbindungen enthalten.
.obei von Vorteil ist, wenn die Alkylkette verzweigt ist Als Bisphenol kommt in erster Linie das I )ipheny lolpropan in frage. Der Formaldehyd kann in I or in von Paraformaldchyd oder Trioxan eingesetzt werden
Die als saurer Kon<lens,itionskatalysatoi /u ver-
werden Polyolc. wie Glycerin oder Pentaerythrit, mit dnkondensiert. Diese Veresterung des Kolophoniums bewirkt eine starke Molekülvergrößerung, wodurch das Produkt etwas spröde wird.
Kolophonium ist jedoch ein relativ teures und als Naturprodukt nicht in unbegrenzter Menge zur Vei-1.1(.-UHg stehendes Ausgangsm.ilerial Hs wurde dahei •.Ium seit längerem versucht, diese Kolophonium h.iize durch Harzmassen auf Basis anderer Komponenten zu ersetzen Die I)I-AS I 25l> O1JK beschreibt die Umsetzung carboxylierter, trocknender öle, die durch Umsetzung von ungesättigten Dicarbonsäuren mit trocknenden Ölen erhalten wurden, zunächst mit
wendende Oxaisaurc spaltet sich im Laufe der Kondensationsreaktion vermutlich aufgrund eines Redoxvorgangs in Kohlensäure bzw. Kohlendioxyd, welches dann zusammen mit dem Reaktionswasser aus dem Reaktionsgemisch entweicht. Die Oxalsäure läßt sich daher nicht durch andere organische Säuren ersetzen. Vergleichsversuche zeigen, daß die mit Ameisen- oder Essigsäure erhaltenen Produkte nicht die gewünschten Eigenschaften besitzen. Das erfindungsgemäß erhaltene Harz ist hell und klar und weist eine neutrale Reaktion auf. im Gegensatz zu den bekannten unter Verwendung von ungesättigten Säuren insbesondere Maleinsäure erhaltenen Kondensationsharzen, die carboxylierte Harze mit saurem Charakter sind. Die neutrale Reaktion dererfindungsgemäßen Ktind *nsationsharze ist für viele Zwecke von großem Vorteil.
Die Umsetzung beginnt in der Regel bereits bei Temperaturen nur wenig oberhalb der Schmelztemperatur des erfindungsgemäß verwendeten Kohlenwasserstnffharzes. wobei durch eine langsame Temperaturerhc.iung die Reaktion weitergeführt wird, bis die theoretische Wassermenge entstanden und aus Jem Reaktionsgemisch, gegebenenfalls nach Zugabe eines inerten Lösungsmittels, mit dem das Wasser .izeotrop destilliert, entfern» worden ist.
Durch die Wahl der einzelnen Reaktionspartner, insbesondere hinsichtlich der Länge der Alkylgruppe in der Phenolkomponente gelingt es, Kondensationsprodukte herzustellen, deren Verträglichkeit mit anderen Komponenten für die Überzugsmassen und insbesondere bei den Bindemitteln für die Druckfarbeninassen in einer großen Breite variiert werden kann.
Von besonderem Vorteil ist die Eigenschaft der erfindungsgemäß hergestellten Kondensationsharze, daß letztere mit Aluminiumseifen gut verträglich sind. Sie zeigen einen relativ hohen Schmelzpunkt, wobei sie aber dennoch elastisch sind, auch ohne Weichmacher7usatz, so daß sie eine sehr gute Abriebfestigkeit besitzen. Von besonderem Vorteil ist die Fähigkeit, Lösungsmittel schnell und vollständig abzugeben, so daß z. B. daraus hergestellte Lacke oder Druckfarben sehr schnell auftrocknen. Die gute Chemü.alienbeständigkeit, insbesondere gegen hydrolytische Ein- !lusse, beruht auf dem Fehlen verseifbarer Bindungen, wie sie z. B. bei den bekannten Kondensationsprodukten, die unter Einkondensieren von Polyolen erhalten werden, vorliegen. Mit basischen Pigmenten sind sie sehr gut verträglich, da Carboxylgruppen fehlen.
Im folgenden sei anhand von Beispielen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert, wobei auch die besondere Eignung für die Herstellung von Druckfarbenmassen für eines der erhaltenen Kondeusaiiuiispn.Jükic aufgezeigt ist Es se; jedoch ermähnt, daß das erfindungsgemäß erhaltene Kondensationsharz nicht für diesen Zweck allein verwendbar ist Wegen seiner guten Verträglichkeit und insbesondere klaren Löslichkeit in den meisten Lösungsmitteln sind auch andere Verwendungsmöglichkeiten gegeben. Die Vergleichsbeispiele unter Verwendung von Ameisensäure, Essigsäure und Schwefelsäure als Ka talysator, wovon die letztere sonst bei der Herstellung von Kondensationsharzen besonders wirksam ist, zeigen, daß beim eriindungsgemäßen Verfahren die ka talytische Wirkung der Oxalsäure offensichtlich nicht allein auf der Anwesenheit der Wasserstoffionen beruht. Es dürfte vielmehr dieser organischen Säure eine eigene spezifische Wirkung zukommen
Beispiel 1
In einem i 1-Dreihalskolben wurden 140 g eines Polyinden-Harzes mit einer Jodzahl von 90 und einem Schmelzpunkt von 78° C zusammen mit 1 Mol Formaldehyd (30 g), 1 Mol p-tert.-Butylphenol und 2 g Oxalsäure unter Rühren geschmolzen. Bei Erreichung von 1150C trat lebhafte Reaktion unter Wasserabspnltung ein. Innerhalb von 30 Min. wurde die Tempe-
raturauf 160 bis 165° C erhöht, wobei gegen Ende der Reaktion geringes Wasserstrahlvakuum angelegt wurde, um das Reaktionswasser quantitativ zu erhalten.
Aus dem Molansatz wurden 18 ml Wasser erhalten.
H5 was der theoretischen Menge entspricht. Das erhaltene Harz weist ein mittleres Molekulargewicht von 700 (osmometrisch bestimmt) und einen Schmelzpunkt von 86° C auf, und ist in Toluol, Testbenzin und Leinöl löslich.
Beispiel 2
In einem 1 1-Dreihalskolben wurden 140 g Polyinden-Harz (Jodzahl 90, Schmelzpunkt 78° C) zusammen mit ί Mol Formaldehyd (30 g), 0,5 Mo! p-tert.-Butvlnhk.no! (75,1 g) und 0,25 Mol Bisphenol A (3 /, 1 gj und 1,8 g Oxalsäure anter Rühren geschmolzen. Bei Erreichung von 115° C trat lebhafte Reaktion unter Wasserabspaltung ein. Innerhalb von 30 Min.
wurde die Temperatur bis 200° C erhöht, wobei gegen Ende der Reaktion geringes Wasserstrahlvakuum angelegt wurde, um das Reaktionswasser quantitativ zu erhalten. Aus dem Molansatz wurden 18 m\ Wasser erhalten, was der berechneten Menge entspricht.
Es wurde ein klares, in Toluol und trocknenden Ölen leicht lösliches, in aliphatischen Lösungsmitteln Jagegen nur wenig lösliches Harz mit einem Schmelzpunkt von Il 1°C erhalten. Eine 50%ige Lösung in Toluol besaß eine ViskeHtät von 92 cp/2()° C.
Beispiel 3
In einem 1 1-Dreihalskolben wurden 140 g Polyinden-Harz (Schmelzpunkt 78° C, Jodzahl 90) zusammen mit 1 Mol Nonylphenol (Isomerengemisch). 1 Mol Formaldehyd und 2 g Oxalsäure unter Rühren geschmolzen. Nach Erreichung von 118° C trat lebhafte Reaktion unter Wasserabspaltung ein. Innerhalb von 30 Min. wurde die Temperatur auf 160° C erhöht. Gegen Ende der Reaktion wurde geringes Wasserstrahlvakuum angelegt. Aus dem Molansatz wurden 18 ml Wasser erhalten, was der theoretischen Menge entspricht.
Hs wurde ein klares, plastisch klebriges Produkt mit 1 öslichkeiten in aliphatischen und aromatischen Lösungsmitteln sowie pfla.izlichen Ölen enthalten. Fine 50r'i ige Lösung in Toluol besaß eine Viskosilit um 8,6 cp/20°C.
Beispiel 4
In einem 1 I-Dreihalskolben wurden 140 g Polyinden-Harz (Schmelzpunkt 78°C, Jodzahl 90) zusammen mit I Mol Formaldehyd (30 g), 0,5 Mol Ni.nyl-6g phenol (Isomerengemisch) und 0,25 Moi Bisphenol A und 2 g Oxalsäure unter Rühren geschmolzen.
Nach Erreichen von 118° C trat lebhafte Reaktion unter W.isserabspaltung ein. Das Wasser wurde abde-
siillierl und gemessen. Innerhalb von 30 Mm wurde die ! emperatur auf 180° ('erhöht, wobei gegen l-.nde der Reaktion leichtes Wasscr.strahlvakuum angelegt wurde, um das Reaktionswasser quantitativ zu erhalten. Aus dem Molansatz wurden 18 ml Wasser crlialten, was der theoretischen Menge entspricht.
Als Harz wurde ein klares, in aromatischen und aliphatischen Lösungsmitteln sowie in trocknenden Ölen lösliches Produkt mit einem Schmelzpunkt von 93' C erhalten. Viskosität der 50fvig(.-n Toluollösiing 57 ep/20 C".
B e i , π ; e i 5
In einem I 1-Dre; ■ · -'urden 290 g Polyin-
den-Cumaronh;ir it iodzahl von 42 und ei-
nein Schmelzpun. ' ·.-■■ i. i\ dessen 50%ige Lösung in Toluol ein-.· Viskosität von 43 cp/20° C" zeigt, zusammen mit I Mol Formaldehyd (30 g). 0,5 Mol p-tert.-B Jlylphenol. 0.25 Mol Bisphenol A, 1,8 g Oxalsäure und (i4 g Toluol geschmolzen. jo
Bei I 10 C trat lehhafte Reaktion unter Wasserabspaltung ein Das Wasser wurde azeotrop abdestilheii und gemessen. Innerhalb der folgenden M) Min. wurde die Temperatur aul 200 C erhöht, wobei gegen I-.ndc der Reaktion leichtes Wasserstrahlvakuun. angelegt wurde, um das Reaklionswasscr einerseits ui.J das Resttoluol andererseits auszutreiben.
Als Harz wurde ein klares, in aiomalisdicn Lösungsmitteln und trocknenden Ölen (Leinöl) losli dies, in aliphatischen Lösungsmitteln wenig lösliches Produkt mit einem Schmelzpunkt von 128 C erhalten. Die Viskosität der 50'Hgen Lösung in 1 oluol betrug 72 cp/20' C.
FJ e i s ρ i e I fi
35
In einem I I-Dreihalskolben wurden 160gPolym den-Har/ (Schmelzpunkt 78" C. Jodzahl 1JO) zusani men mit 50 g Paraformaldchyd. 75.9 g p-tert.-Butylphenol. 57,1 g Bisphenol A in Gegenwart von 5 g Oxalsäure unter Rühren geschmolzen.
Nach Hrreichung von 120' C" trat lebhafte Reaktion unter Wasserabspaltung ein. Das Wasser wurde abdestilliert und gemessen. Innerhalb weiterer 30 Min. wurde die Temperatur auf 225" Cerhöht, wobei gegen hnde der Reaktion leichtes Wasserstmhlvakuum angelegt wurde, um das Reaktionswasser und überschüssigen Paruftirniiildchydzii entfernen. Aus dem Ansatz wurden 25 ml Wasser und ca. K) ml Paraformaldchyd erhalten.
Als Harz wurde ein klares, in aromatischen Losungsmitteln lösliches Produkt mit einem Schmelzpunkt von 129"C erhalten, das in aliphatischen Lösungsmitteln und trocknenden ölen nur wenig löslich war. Viskosität Hör 5n%jor>n I ösun" in To!u:?!: 640
Φ/20''C. '" "" "
Anwendungsbeispiel
Zur Herstellung einer Druckfarbe wurden 47 g des gemäß Heispiel 6 erhaltenen Harzes in 53 g Toluol ^ löst, wobei ein Firnis mit 300 cp/20" C resultierte. 85 g s0 dieses Firnisses wurden dann zusammen mit 10 geines Farbstoffs, Colour Index Nr. 74 160 und 5 g Aluminiumsilikat in einer Laborkugelmühlc angerieben. Die nach dieser Rezeptur hergestellte Tiefdruckfarbe zeigte bei Druck auf gestrichenem Bedruckstoff eine Hißerordcnti'.ch schnelle Losungsmittelabgabe bei guter (ilanzhaltüng.
/ur HLiMellung einer Offsel-Druckfarbe wurden 4.i y des gemaH Beispiel d erhaltenen Harzes bei ISO Cm 42 g Leinöl gelöst und anschließend mit \(< j,-eines aliphatischen Mineralöls (.Siedegrenze 240 In^ 270' C) verdünnt. 8h g dieses Bindemittels wurden dann mit 12 μ eines Farbstoffs. Colour Index Nr 74 160. 1 g Polyälhylenwachs und I g Sikkaliv (Co OcUuii X'r in Mineralöl) im i.aborwal/cnstuhl zu einer Offsetfarbe angerieben. Die Prüfung dieser Färb paste zeigte, daß Andrucke auf bestrichenem Bedruckstoß rasche, klebfrcie Verfilmung bei gutem Glanz mil ausgezeichneter Scheuerlesligkeit ergaben
Vergleichs versuche
A) In einem 1 I-Dreihalskolben wurden IW) g Polyinden-Harz (Schmelzpunkt 78 C. .lod.'uhl 90) zu samnien mit 50 gParalormaldehyd, /.">.9 g p-tert.-Butylphenol. 57.1 g Bisphenol A und 4,ft g hisessig unter Rühren geschmolzen.
Nach Frrcicluing von 1IK C trat Hcakfion untei Wasseiabspaltung ein. Das W.tssci wurde abilestillieii und gemessen, liinc· -all· von 30 Mm. wurde die i cm· peraluraul IM5 C erhö'it. Ciegen finde der Reaktion wurde leichtes W'asserstrahlv.:kuiim .iiigelegt, i:m d.i' Reaktionsw.issei und überschüssigen Paralormaldclivil zu eihalten. Isoliert wurden ca. I / ml Wasser unil 5 .nl Paraformaldchyd.
Als Reaktionspiodukl wurde ein iiubes, plastische
I larz ei halten, nut nur partiel'er Löslichkeit in 1 oluoi und Leinöl. Die Viskosität der 5()'z/igen Lösung in I ο luol bet 1 ng nur I I Lp/20 C, was zeigt, daß im \ ei gleich zu Beispiel f> nur eine geringe Molekulvergro ßerung ciniral.
B) In einem 1 I-Drcihalskolbcn winden HiO g Po lyinden-Har/ (Schmelzpunkt 78" C, Jod/ah! 90· zu samnien mit 50 g Paraformaldehyd, 75.9 gp-tert.-Bu lylplient)!. 57,1 μ Bisphenol A zusammen mit l,fsg Ameisensäure (in F-orm einer 35%igen wäßrigen Losung) unter Rühren geschmolzen.
Nach hrreichung von 124° C trat Reaktit)n untci W asserabspaltung ein. Das Wasser wurde abdestillier und gemessen. Innerhalb weiterer 30 Min. wurde dii. Temperatur auf 197 ( erhöht. Gegen hnde der Reaktion wurde geringes Wasserstrahlvakuum angelegt Aus dem Ansatz wurde die Ameisensäure quantitativ plus 7 ml Wasser erhalten, wovon ca. 50% aus dei Ameisensäurelösung stammten. Als Rcaktionsprodukt wurde ein trübes, plastisches Harz mit nur genn ger Löslichkeit in Toluol und Leinöl erhalten.
C) Die gleichen Komponenten wie in Vcrgleichsversu-jh B mit der Ausnahme, daß anstelle der 1.8 μ Ameisensäure 9,2 g Adipinsäure eingesetzt wurden, wurden zusammengeschmolzen. Bei 123° C.trat Reaktion unter Wasserabspaltung ein, welches abdestil- ::crt WUiGC. namuiuuci IWi^.:iucii-iu iviiii. wurue uie Temperatur auf 185° C erhöht. Gegen Ende der Reaktion wurde leichtes Wasserstrahlvakuum angelegt, in.1 da Reaktionswasser abzutreiben. Es wurden ca.
I1 ml Nasser erhalten. Als Reaktionsprodukt resultierte ein trübes, in Toluol und Leinöl unlösliches Harz.
D) Der gleiche Ansaiz wie in den Vergleichsversuchen B und C mit der Abänderung, daß 1,6 g Schwefelsäure verwendet wurde, ergab beim Erhitzen eine unkontrollierbare Reaktion, wobei sich das Produkt sehr dunkel färbte und bei J 50° C im Kolben erstarrte. Das so erhaltene Produkt war in aromatischen um) aliphatischen Lösungsmitteln und in trocknenden ölen unlöslich.

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    I. Verfahren zur Herstellung von filmbildenden Kondensationsprodukten durch Kondensation von Alkylphenolen, deren Aikylrcst 4 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist, und/oder Bisphenol, Formaldehyd oder Paraformaldehyd und ungesättigten Kohlenwasserstoffpoiymerisationsprodukten in Gegenwart von sauren Katalysatoren in der Hitze, dadurch gekennzeichne t, daß als saurer Katalysator Oxalsäure und als ungesättigte Kohlenwasserstoffpolymerisationsprodukte Inden-, Inden/Cumaron- oder Inden/Cyclopentadienharze mit Jodzahlen zwischen 30 und 200 und Schmelzpunkten zwischen 60 und 180'3 C eingesetzt werden.
  2. 2. Verwendung der nach Anspruch 1 erhal- !enen Kondensationsprodukte als Bindemittel in Druckfarben.
DE19712134103 1971-07-08 1971-07-08 Verfahren zur Herstellung filmbildender Kondensationsprodukte und deren Verwendung als Bindemittel in Druckfarben Expired DE2134103C3 (de)

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