DE2407301A1 - Haertbare beschichtungszusammensetzung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Haertbare beschichtungszusammensetzung und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2407301A1 DE19742407301 DE2407301A DE2407301A1 DE 2407301 A1 DE2407301 A1 DE 2407301A1 DE 19742407301 DE19742407301 DE 19742407301 DE 2407301 A DE2407301 A DE 2407301A DE 2407301 A1 DE2407301 A1 DE 2407301A1
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Description

Dr.-1^. 'ν. ί-Γί-,Λ- :!■:/
.Or—:?. ■"-■■·■■·' t 15. Februar 1974
P 7849
DR. K. SCMV,»■' WN - D-PL-**©. P JAKOS 2407301
NIPPON OIL CO., LTD. .
3-12, i-chome, Nishi Shimbashi, Minato-ku, Tokyo, Japan
TOYO INK MANUi1ACTUEING CO., LTD.
6-67ί 2-chome, Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo, Japan
Härtbare BeschiclitunasZUsa^LTiensefcZung und
Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft "eine durch V/ärrna- oder Strahlungseinwirkung härtbare Beschichtungszusammensetzung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Bei in bekannter '.»'eise erhaltenen Polyol-Acrylsäureestern, die noch äthylenisch ungesättigt sind bzw. Doppelbindungen enthalten, wird stets eine Neigung zur Gelbildung beobachtet, da die Acrylsäure oder deren Derivate durch blosse Wärmeeinwirkung leicht polymerisierbar sind.
Zur Überwindung dieses Nachteils sind bereits Verfahren zur Herstellung modifizierter Acrylsäureharze, die diese Neigung zur Gelbildung nicht zeigen, beschrieben worden. So ist aus der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung 15202/72 ein Verfahren bekannt, nach dem man Spoxygruppen
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mit der Acrylsäure reagieren lässt und die erhaltenen OH-Gruppea mit einem Polyisocyanat zu einem Harz vernetzt. In der DT-P3 2 157 115 ist weiterhin ein 'Verfahren beschrieben, nach dem man Glycidylacrylat mit einar anderen Säure, beispielsweise mit Tungölfettsäure, die durch Verseifen von Tungöl erhältlich ist, umsetzt und dann die erhaltenen OH-Gruppen mit einem Polyisocyanat zu einem Harz vernetzt.
Selbst bei diesen Verfahren ist es jedoch erforderlich, dass die so erhaltenen Harze mit einer höheren Fettsäure versetzt werden, um sie mit oleophilen Eigenschaften auszustatten (Übertragbarkeit auf den Bildbereich einer Druckplatte) und ihre Verträglichkeit mit Lösungsmitteln oder V/aschölen für Druckfarben zu verbessern.
Der 3rfindung liert bei diesem Stand dar Technik die Aufgabe zugrunde, die bekannten Produkte zu verbessern, insbesondere eine Beschichtunciszusanüiensatzung zu schaffen., die trotz der Verwendung von Acrylsäure oder deren Derivaten nicht zur Gelbildung neigt, gute oTccphile Eigenschaften aufweist und rr,.it Lösungsmitteln oder Waschölen gut verträglich ist.
Sur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss eine Zusammensetzung vorgeschlagen, enthaltend (A) ein durch Umsetzung eines Dicyclopentadien-Allylalkohol-Copolymerisats mit Acrylsäure oder Methacrylsäure erhaltenes Harz und gegebenenfalls (B) mindestens ein ungesättigtes, mit deia Harz (A) polymerisierbares Monomer.
Die Erfindung stellt also Seschichtungszusammansetzungan zur Verfügung, dia unter der Einwirkung von Wärme, UV-Strahlen, Slektronenstrahlen oder anderer geeigneter Strahlung härtbar eind und die ein mit Acrylsäure oder
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Methacrylsäure modifiziertes Dieyclopentadien-Allylalkohol-Copolymerisat eatlialten und gegebenenfalls mindestens ein ungesättigtes Monomer, das mit diesem Copolymer is at polymerisierbar ist, beispielsweise Trimethylolpropantriacrylat, Pentaerythrittetraacrylat oder Äthylenglykoldiacrylat.
Die härtbare Beschichtunc'szusainmensetzung enthält also ein Harz, das durch Reaktion von Acrylsäure oder Methacrylsäure mit einem Gopolymerisat von Dicyclopentadien und Allylalkohol erhalten wurde, wobei das Harz für sich allein oder, falls gewünscht, in Gegenwart mindestens eines reaktionsfähig ungesättigten oder polymerisierbaren Monomers durch Anwendung von Vvärise oder strahlung härtbar ist.
Wie die Erfinder festgestellt haben ,führt die Reaktion eines Copolymerisats von Dicyclcpentadien und Allylalkohol mit Acrylsäure oder Methacrylsäure erfolgreich zu einem mit Acrylsäure oder Methacrylsäure modifizierten ungesättigten Harz, das für Druckfarben geeignet ist, ausgezeichnet in seinem Löslichkeitsverhalten und .in seiner Vernetzungsfähigkeit ist, und zwar selbst ohne gemeinsame Verwendung mit einem giftigen Isocyanat und weiterhin mit einer teuren höheren Fettsäure.
Das Polyolharz, das eines der Charakteristika der vorliegenden Erfindung ist, wird als Harz mit einem Hydroxyläquivalent von nicht mehr als 200 erhalten, da 1 mol Dicyclopentadien (liolekulargewicht: 132) theoretisch durch Additionsreaktion mit ca. 1,1 mol Allylalkohol (Molekulargewicht: 53} umgesetzt v/erden kann. Dadurch können Polyolharze erhalten, warden, in denen ein Acrylsäuremodifizierungs— verhältnis von nicht weniger als 20 % erhalten wird. Die Polyolharze können daher durch Vernetzung leicht gehärtet ; , v/erden. Ausserdea sind die mit Acrylsäure verestert en Di-
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cyclopentadien-Allylalkohol-Copolymerisatharze zufriedenstellend verträglich mit sich aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen ableitenden Lösungsmitteln, wie beispielsweise Magie Oils 535, 520, 5OO und 47O, hergestellt von Magie Bros. Oil Co., und mit hellem Kerosin.
r*
Bei der Herstellung eines Dicyclopentadien-Allylalkohol-Copolymerisate, das in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden kann, können die Monomeren in jedem beliebigen Mischungsverhältnis verwendet werden, vorzugsweise in molaren Verhältnissen von nicht weniger als 1.
Es wurden einige Proben in der Weise hergestellt, dass man Dicyclopentadien (im folgenden DCPD) mit Allylalkohol zwei Stunden lang unter Druck bei 270 °C in den in der Tabelle 1 gezeigten Molverhältnissen umsetzte. Anschlies— send wurden die nicht umgesetzten Monomeren vom Reaktionsgerciisch durch Destillation abgetrennt. Die Ausbeute, der Erweichungspunkt und das Molekulargewicht der so erhaltenen Harze sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1
4
DCPD-Allylalkohol
(Molverhältnis)
Ausbeute
(%)
Brweichungs- Molekular
punkt ( C) gewicht N
800 - 850
3:1 72r5 114,5 It -
2 ι 1 67r9 112,5 750 - soo
111 53r8 96Γ5 700 - 750
1:2 28.2 77fo
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Die in der Tabelle 1 gezeigten Daten lassen erkennen, dass die Verwendung von DCPD und Allylalkohol in Molverhältnis3en von weniger als 1 unvorteilhafterweise zu ausserordentlich cferingen Ausbauten rait nicht umgesetzten Monomeren, die in zunehmenden Mengen zurückbleiben, führt.
Das DCPD-Allylalkohol-Copolynierisat gemäss der Erfindung kann durch Erwärmen von DGPD und Allylalkohol in Gegenwart oder Abwesenheit eines geeigneten Katalysators hergestellt werden, wobei in diesem Fall vorzugsweise Reaktionstem— peratüren im 3ereich von 170 - 300 C bei einer Reaktions— dauer im Bereich von vorzugsweise 30 irän bis 10 h eingehalten v/erden.
Srfindungsgemäss wird das vorgenannte Copolymerisat dann mit Acrylsäure oder Methacrylsäure zur Verstärkung seiner Vernetzungsfähigkeit umgesetzt, wobei in diesem Fall die Veresterung unter üblichen Veresterungsbedingungen glatt'durchgeführt v/erden kann. So kann die Veresterung beispielsweise bei 30 - 130 C, vorzugsweise bei 90 - 120 C, im Verlauf von 5 bis 10 h in Gegenwart eines Säurekatalysators durchgeführt werden. Die Acrylsäure oder die Methacrylsäure kann in der gleichen Menge verwendet werden, wie die OH-Gruppen-Aquivalente im DCPD-Allylalkohol-Copolymeri: sat, also in .einer Menge, dass die Anzahl der Carboxylgruppen genau so gross ist wie die Anzahl der OH-Gruppen; jedoch sollten die Säuren vorzugsx-zeise im Überschuss verwendet werden, beispielsweise in ca. 20 % grösseren Mengen als den OH-Gruppen-Äquivalenten entspricht. Ein solcher Überschuss ist im Hinblick auf die Reaktionsgeschwindigkeit der Veresterung und andere Parameter erapfehlensv/ert.
Die so erhaltenen säuremodifisierten Harze sind gut löslich, in Lösungsmitteln vom Typ aliphatischer Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Magie Oils 535, 520, 500 und 470, her-
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— ο —
gestellt von der Magie 3ros. Oil Co., und in hellem Kerosin.
Das so erhaltene rrdt Acrylsäure oder Methacrylsäure modifizierte Harz kann gemeinsam mit einer höheren Fettsäure oder einerr. Itfaturharz verwendet werden, wenn es erforderlich ist, dass insbesondere sein oleophiles Verhalten als Grundmasse für Druckfarben verstärkt werden soll. Die mit Acrylsäure (oder Methacrylsäure) modifizierten Harze gemäss der Erfindung können leicht durch Einwirken la s s en von Wärme oder Einstrahlen von.UV-Strahlan gehärtet werden. Zusätzlich können die Harze zusammen mit einem ungesättigten Monomer gehärtet werden, das zur Quervernetzung in der Lage ist, um die Härtung der Harze noch leichter zu ermöglichen. Beispiele für die quervernetzenden ungesättigten Monomeren sind Trxrnethylolpropantriacrylat (im folgenden ATIIPT), Pahtaarythrittetraaerylat (im folgenden ΡΞΤΑ) und Athylenglykoidiacrylat. Härtungsbeschleuniger können vorzugsweise bei der thermischen Härtung des Harzes oder der Grundmasse gemäss der Erfindung verwendet werden. Selche Härtungsbeschleunigar umfassen eine Kombination eines organischen Peroxids und eines Zersetzungsbeschleunigers für dieses und ein bestimmtes ketonisches Harz, beispielsweise Cyclohexanonharz. Härtungsbeschleuniger, die bei der Härtung des Harzes gemäes der Erfindung unter Einwirkung eingestrahlter UV-Strahlen verwendet werden können, umfassen Photosensxbilxsatoren, wie beispielsweise verschiedene Benzoinäther, Benzophenon, Acetophenon und iilCHLSR-Keton. In einigen speziellen Fällen können die Harze -jeinäss der Erfindung auch wirkungsvoll durch Bestrahlung mit elektronischen Strahlen statt mit UV-Strahlen gehärtet v/erden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Alle Mengenangaben sind, wenn
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nicht ausdrücklich anders angegeben, gewichtsbezogen. Beispiel 1 - - -
In einen Dreihalskolben wurden 75 Teile eines aus DGPD und Allylalkohol im Holverhältnis 1:1 hergestelltes Harz, 25 Teile Acrylsäure, 0,1 Teile Hydrochinon und l,o"Teile p-Toluolsulfonsäure gegeben. Das Gemisch wurde unter Benzolrückfluss etwa 15 h lang bei 100 0C umgesetzt. Das so erhaltene Reaktionsgemisch wurde dann zur Abtrennung des Benzols destilliert, wobei ein Harz A mit einem Säurewert von 2O und einer Viskosität von 1200 P bei 25 °C erhalten wurde. Das so erhaltene Harz A war vollkommen verträglich mit Magie Oil 470.
80 Teile des Harzas A wurden in 2O Teilen ATMPT gelöst, wobei eine Grundiaasse A erhalten wurde. Mit dieser Grundmasse A wurden die Farben A bzw. B hergestellt, die die in der Tabelle 2 zusammengestellten Zusammensetzungen hatten·.
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Tabelle 2
Farbe A
(härtbar durch UV-Strahlen)
Farbe B
(Wärmehärter)
Lionol Blue SM (Warenzeichen; Phthalocyaninpigment, hergestellt von Toyo Ink Mfg.Co.)
18 Teile Brilliant Carmin 6B (T) (Pigment vom Monoazotyp,hergestellt von Toyo Ink Mfg. Co.)
16 Teile
Grundmasse A 62 Il Grundraassa A 63 Il
Vaseline 2 Il Wachsvarbindung* 5 Il
ATIiPT 3 Il Magie Oil No. 470 6 II
Benzophenon 15 Il Cyclonox**· 5 Il
(Peroxid,hergestelIt
von der Kayaku Noury
Summe 100 il Corp.)
Co-Tcoclaaer
(Co: 5 %) r*
Il
Summe
100
Ink-0-me t er-Wer t
8,O Ink-O-meter-Wert
(400 Upia, 3O 0C)"
6,5 (4OO Upm,3O °
Ausbreitungsmesser- Ausbreitungsmesser-
Wert 17,8 mm/min Wert 18 , 3 mm/min
(25 °C) (25 °C)
* Eine Dispersion von 27 Teilen nixxokristallinem Wachs in 73 Teilen Magie Öl.
** Der Zusatz des Peroxids erfolgte unmittelbar vor der Verwendung der so formulierten Druckfarbe. Das gleiche gilt auch für die folgenden Beispiele.
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Mit Hilfe eines Druckfähigkeitsprüfgarätes (RI-Tester, hergestellt von Akira Mfg. Co.) wurde die Farbe A zum Bedrucken von Glanzpapier in einer Menge verwendet, dass
ο
25 mg Farbe auf jeweils.100 cm" Papier aufgetragen wurden. Das so bedruckte Papier wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 18 m/niin in einer Entfernung von 5 cm an einer UV-Hochdrucklarape (hergestellt unter dem Handelsseichen H 2000 L von Toshiba, Japan) vorbeigeführt, wobei die Farbbeschichtung auf dem Papier vollständig getrocknet wurde.
in der gleichen VJeise, wie vorstehend beschrieben, wurde Glanzpapier auch mit der Farbe 3 bedruckt. Das so bedruckte Papier wurde dann 4 s lang bai 230 C in einen elektrischen. Ofen gelegt, wobei die aufgetragene Farbe vollständig durchgehärtet wurde.
Beispiel 2
Nadi der ira Baispiel 1 beschriebenen Weise wurde eine Veresterung unter Verblendung von 3O Teilen eines Harzes, das aus DGPD und Allylalkohol im Iuolverhältnis 1 : 0,8 erhalten worden war, 20 Teilen Acrylsäure, 0,1 Teilen Hydrochinon und 1 Teil p-Toluolsulfonsäure durchgeführt. Dabei wurde ein Harz 3 mit einem Säurewert von 18 und einer Viskosität von 2600 P bei 25 C erhalten. Das so erhaltene Harz 3 war vollkommen verbräglich mit einem Gemisch eines Älkylbenzols (beispielsweise Dodecylbenzol) und Magie Oil 530 im Verhältnis nach Teilen von 1:1.
73 Teile vom Harz 3 warden in 27 Teilen ATMPT gelöst, wobei äne Grundmasse B erhalten wurde.
Weiterhin wurde eine Grundmasse C durch Auflösen von
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Teilen eines Cyclohexanonharzes (hergestellt unter dem Handelsnamen Hilac STo. 222 von der Hitachi Chemical Co., Ltd., Japan) in 5O Teilen ATMPT erhalten. Unter Verwendung· der Grundmassen B" und C wurde eine Farbe C der folgenden Zusammensetzung hergestellt:
Farbe C
Regal 33OR (hergestellt von der Columbia Carbon Co.) Grundiriasse B Grundmasse C Dodecylbenzol Summe
23 Teile
52 It
2O Il
5 Il
1OO
Ink-O-meter-Wert Äusbraitungsmesser-viert
16 (400 Upm, 3O C) 17 mm/min (25 C)
Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren vmrde die farbe C zum Drucken auf einer Zinnplatte in einer Menge
2
von 3O nig/lOO cm verwendet. Die so bedruckte Blechplatte wurde ca. 3 min lang bei 150 C in einen Ofen gelegt, wobei eine vollkommen durchgetrocknete Farbschicht auf der Platte erhalten wurde.
Beispiel 3
Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde in der Abänderung wiederholt, dass statt der Acrylsäure Methacrylsäure verwandet wurde. Dabei wurde ein Harz C mit einem Säurewert
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von 15. und einer Viskosität von lOOO P bei 25 C erhalten. Durch Auflösen von 5O Teilen des so erhaltenen Harzes in 50 Teilen Diäthylenglykoldiacrylat v/urde eine Grundmasse hergestellt. Die so erhaltene Grundmasse vrarde'zur Herstellung einer Farbe D als eine der Komponenten in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise verwendet.
Unter den im Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen wurde Glanzpapier mit der Farbe D bedrucket. Das so bedruckte Papier wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 18 m/rnin unter der UV-Lampe hindurchgeführt, wobei die Farbschicht auf dsm Papier antrocknete. Wenn das solcherart bedruckte Papier mit einer Geschwindigkeit; von 12 m/min unter der Lampe hindurchgeführt wurde, v.nirda die farbschicht vollständig durchgetrocknet.
Beispiel 4
7O Teile eines Harzes, das durch Umsetzen von DGPD mit Allylalkohol im Molverhältnis von 1:1 erhalten worden war, wurden mit IO Teilen Leinsamanölfettsäure bei 230 0G umgesetzt, wobei ein Harz mit einem Säurewert von nicht mehr als 5 erhalten wurde. Dieses Harz wurde dann unter Verwendung von 20 Teilen Acrylsäure, 1,5 Teilen p-Toluolsulfonsäure und 0,1 Teil Hydrochinon in der im Beispiel 1 · beschriebenen Weise verestert, -wobei ein Harz D mit einem Säurewert von 13 und einer.,Viskosität von 750 P bei 25 °C erhalten v/urde. Das so erhaltene Harz D war ein Harz, das ir.it Magie Oil Nr. 530 vollständig verträglich" war.
65 Teile des Harzes D wurden in 35 Teilen ATMPT gelöst, wobei eine Grundmasse erhalten wurde, die dann zur Herstellung einer Farbe E in der im Beispiel 1 bei der Herstellung der Farlae A beschriebenen Weise verwendet wurde. Eine Probe der so hergestellten Farbe E wurde unter
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den gleichen Druekbedingungen, wie im 13eispiel 1 beschrieben, auf ein Glanzpapier auf getragen- Das bedruckte Papier v/urde einer Bestrahlung mit UV-Strahlen ausgesetzt. Die Farbschicht auf dam Papier wurde getrocknet, wenn das Papier mit einer Geschwindigkeit von 15 πι/πιίη. unter der UV-La.xipe hindurchgeführt v.-urde. Getrennt davon wurde eine andere Probe von 100 Teilen der Farbe in einer Menge von 3 Gev/.-;i der Farbprobe mit MICHLER-Keton verknetet und in gleicher v/eise untersucht. Die entsprechende Farbschicht trocknete beim Durchlaufen unter der Lampe mit einer Geschwindigkeit von 25 m/rain.
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Claims (11)

Patentansprüche
1. Durch T/ärrne- oder Strahlungseimvirkung härtbare BeschicntungszusaxrLnens ätzung, enthaltend (A) ein durch Umsetzung eines Dicyclopentadien-Aliylaikchoi-Gopolyüierisats rai£ Acrylsäure oder Methacrylsäure erhaltenes Harz und gegebenenfalls (B) mindestens ein ungesättigtes, mit dem Hars
(A) polymerisierbares Monomer.
2. Zusammensetzung 'nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, dass das ungesättigte Monomer (B) Trimethylolpropantriacrylat, Pentaerythrittetraacrylat und bzw. oder Äthylenglykoldiacrylat ist.
3. ZusammenSetzung nach einen1, der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich als Boschleuniger für die thermische Härtung eine Kombination eines organischen Peroxids nib einem 2ersetzungs?oeschieuniger für dieses Peroxid oder Gyclohexanonharze enthält.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie als photoempfindliches Mittel Senzoinäther, Benzophenon,. Acetophenon oder liXCHLER-Keton enthält.
5. Verfahren zur Herstellung einer durch Einv/irkenlassen von Wärme oder Strahlung härtbaren Beschichtungsmasse, dadurch gekennzeichnet, dass man Dicylopentadien und Allylalkohol zur Bildung eines Dicyclopentadien-Allylalkohol-Copolyrr.erisats erhitzt und das so gebildete Copoiynerisat anschliessend mit Acrylsäure oder Methacrylsäure zu einem säuremodiJrizierten Copolymerisat reagieren lässt.
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6. Verfahren. nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man 0,5 - 10 h lang auf 170 bis 300 C erwärmt.
7. Verfahren nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man im Bereich von Zimmertemperatur bis 150 C in Gegenwart eines Säurekatalysators reagieren lässt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in Gegenwart eines Säurekatalysators 5 - 10 h lang bei 80 bis 130 C.durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das Dicyclopentadien uad den Allylalkohol im. Mol— verhältnis von über 1 verwendet.
10. Verfahren nach, einem der Ansprüche 5 -oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure in Mengen grosser als die OH-Gruppen-Aquivalente in dem Dicyclopentadien-Allylalkohol-Ccpolynierisat verwendet wird.
11. Verfahren nach. Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kengen der verwendeten Säure um ca. 20 % grosser als die OH-Gruppen-i-iquivalente sind.
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