DE2710993A1 - Verfahren zur herstellung von waessrigen ueberzugsmitteln bzw. lacken - Google Patents
Verfahren zur herstellung von waessrigen ueberzugsmitteln bzw. lackenInfo
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Description
4ft_.. Henkel &Cie GmbH
•a·
Patentanmeldung D 5502
Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Überzugsmitteln
bzw. Lacken
Die vorliegende Erfindung betrifft wäßrige Dispersionen von als überzugsmittel bzw. Lackbindemittel geeigneten
Harzen, die durch eine Wärmebehandlung in den vernetzten Zustand überführt werden können und sich durch vorteilhafte physikalische und chemische Eigenschaften auszeichnen.
Es ist bekannt, zur Herstellung wäßriger Lackbindemittel Alkydharze mit hohen Säurezahlen zu verwenden, die in
Form ihrer Aminsalze gute Wasserlöslichkeit aufweisen. Die Nachteile derartiger Systeme sind, abgesehen von noch
unbefriedigender Wasserbeständigkeit, Im meist erheblichen Gehalt an flüchtigen Aminen und gegebenenfalls toxischen
Hilfslösemittein zu sehen. Beim Einbrennen der Lackschicht
müssen diese Stoffe durch geeignete Absorptionsanlagen aufgefangen werden.
Es ist ferner bekannt, die Lackbindemittel durch den Einbau hydrophiler Ketten, insbesondere Polyäthylenglykolketten, so zu modifizieren, daß selbstemulgierende Alkydharze oder Melaminharze resultieren. Außerdem kann man
809838/0069
Statt * zur atentnmeldng O 5502 Patente und Utawter
auch ohne Einbau in das Harzmolekül selbst Polyglykolätherderivate,wie etwa die Addukte von Xthylenoxid an
Fettalkohole » als niedermolekulare, nichtionische Emulgatoren einsetzen. In beiden Fällen verbleibt aber der
hydrophile Rest aktiv in der eingebrannten Lackschicht und verursacht aufgrund seiner Hydrophilie Anfälligkeit gegenüber Wasser. Zudem tritt häufig auch eine deutliche Erniedrigung der Filmhärte ein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher,solche
wäßrigen Lacksysteme zu finden, die sich gegenüber dem bekannten Stand der Technik durch verbesserte Eigenschaften, Insbesondere hinsichtlich der Wasseranfälligkeit und
Härte, auszeichnen.
Die erfindungsgemäßen wäßrigen Dispersionen sind nun gekennzeichnet durch einen Gehalt an noch vernetzbaren Alkydharzen und/oder Aminoplastharzen sowie solchen reaktiven
oberflächenaktiven Verbindungen, die durch Addition von Glycid und/oder Xthylenoxid an gegebenenfalls auch einen Arylrest enthaltenden hydrophoben Alkylrest mit wenigstens einer
gegenüber Epoxlden reaktionsfähigen Gruppe herstellbar sind, wobei die Zahl der Hydroxylgruppen zwischen 2 und 30 liegen
soll. Bevorzugt werden solche Additionsprodukte des GIycids
oder Gemische aus Glycid und Xthylenoxid an Alkohole oder
Esteralkohole oder Alkylphenole oder Fettsäuren, Fettamine der
Fettsäureamlde mit 26 bis 12 Kohlenstoffatomen im hydrophoben
Molekülteil, wobei aber 2 bis 22 Hydroxylgruppen pro Gesamtmolekül vorliegen sollen.
Die Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden oberflächenaktiven Verbindungen durch Addition der erwähnten
Epoxide ist an sich bekannt bzw. wird nach bekannten Verfahren vorgenommen. Als Ausgangsmaterial für die Glycid-
bzw. Äthylenoxidaddition können demnach beispielsweise verwendet werden Fettalkohole mit einem durchschnittlichen Gehalt an Kohlenstoffatomen von etwa 12 bis 22. Aus ökonomischen
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/ Henkel &Cie GmbH
Blatt Tl zur Patentanmeldunc D 0Ö02. Patente und Literatur
Gründen verwendet man meistens Gemische von Fettalkoholen,
die gegebenenfalls auch Doppelbindungen enthalten können. Weiterhin sind als Ausgangsmaterial geeignet Alkylphenole,
die 1 oder auch 2 phenolische OH-Gruppen im Molekül enthalten. Weiterhin sind als Ausgangsmaterialien Amine geeignet, wie etwa die sogn. Pettamine sowie Hydroxylgruppen
enthaltende Pettamine. Weiterhin sind als Basis für die oberflächenaktiven Substanzen auch Fettsäuren geeignet,
deren Kettenlänge in dem vorstehend angegebenen Bereich etwa zwischen 12 bis 22 liegen soll. Die Fettsäuren können
auch Doppelbindungen oder Hydroxylgruppen enthalten.
Neben den erwähnten Ausgangsmaterlallen können auch deren Umsetzungsprodukte, insbesondere die Veresterungsprodukte
von Fettsäuren mit mehrwertigen Alkoholen, wie Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit und Mannit eingesetzt werden.
Diese Ausgangsmaterialien weisen dann von vornherein eine größere Zahl von Hydroxylgruppen auf, die für die Vernetzungsreaktion mit den Alkyd- bzw. Aminoharzen gebraucht werden
kann.
Durch die Addition von Äthylenoxid wird eine Hydroxylgruppe gebildet. Bringt man mehr Äthylenoxid zur Reaktion als reaktionsfähiger Wasserstoff zur Verfügung steht, wird eine Kettenverlängerung bewirkt. Durch Anwendung von überschüssigem Glycid dagegen wird eine zusätzliche OH-Gruppe pro Mol Glycid
in das Molekül eingeführt.
Im übrigen bemißt man die Menge der Epoxide so, daß die Zahl
von etwa 30 Hydroxylgruppen, insbesondere 22, im Molekül nicht überschritten wird. Der Gehalt an freien Hydroxylgruppen
sollte auf die noch mit diesen reaktionsfähigen Gruppen der vernetzungsfähigen Anteile der oberflächenaktiven Substanzen
abgestimmt sein. Dies geschieht mehr nach empirischen Überlegungen als nach stöchiometrischen Gesichtspunkten.
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j Henke! ÄCie GmbH
Als Lackbindemittel können solche Alkydharze eingesetzt werden, die durch Aminneutrailsation nicht in wasserlösliche oder wasserverdünnbare Form überführt werden können,
also solche, die üblicherweise in organischen Lösungsmitteln
eingesetzt werden. Diese Alkydharze sollen eine Säurezahl von etwa 5 bis 10, vorzugsweise eine Säurezahl von 10 bis 25 aufweisen. Ihr Fett Säuregehalt soll etwa zwischen 20 und 115 %, bezogen
auf das Festharz, betragen. Als Aminoplastharze kommen solche bekannten Harzvorkondensate infrage, die in üblicher Weise
in Lösungsmittel enthaltenden Systemen Verwendung finden, wie beispielsweise die Alkylather des Hexamethylolmelamlns.
Im einzelnen selen erwähnt der Hexamethylather und der Hexabutylather. Besonders günstige Ergebnisse werden erhalten,
wenn man Alkydharze und Aminoplastharze miteinander kombiniert. In der Praxis haben sich Harzkombinationen aus 60 bis 85 Gewichtsprozent Alkydharz mit 40 bis 15 Gewichtsprozent Aminoharz bewährt. Im allgemeinen wird Insgesamt so viel an Harz
eingesetzt, daß die fertige Dispersion einen Harzfeststoffgehalt von etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent aufweist.
Die Herstellung der Dispersionen erfolgt nach konventionellen Dispergier- bzw. Emulgierverfahren bei Temperaturen zwischen
etwa 20° C und 100° C, gegebenenfalls unter Druck bei Temperaturen über 100° C. Dabei können auch in untergeordneter
Menge bestimmte wassermischbare bzw. zumindest teilweise in Wasser lösliche organische Lösungsmittel wie Äthylen- ·
glykolmonobutyläther oder der Phenyläther oder Butanol und dergleichen mitverwendet werden. Da sie in erster Linie als
Verlaufshilfsmittel dienen, wird ihr Anteil 15 Gewichtsprozent, insbesondere aber 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die
fertige Dispersion, nicht übersteigen. Ferner kann es zweckmäßig sein, geringe Mengen an basischen Stickstoffverbindungen,
wie tertiäre oder sekundäre aliphatische Amine zuzusetzen.
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Hier kommen infrage etwa Dlmethyläthanolamln, Triäthanolamin,
Butyläthylamln oder dergleichen. Ihre Menge sollte aber 2 Gewichtsprozent,
bezogen auf die fertige Dispersion, nicht übersteigen.
Bei den erfindungsgemäßen Dispersionen handelt es sich um Ölin-Wasser-Emulsionen,
die unbegrenzt mit Wasser verdünnbar sind. Im Gegensatz zu zahlreichen bekannten wasserverdünnbaren,
aminneutralisierten Alkydharzsystemen zeigen die erfindungsgemäßen Dispersionen auch in Abwesenheit organischer
Hilfslösungsmittel kein Maximum in der Verdünnungskurve, d.h.
keine Viskositätsanomalie (vergleiche z.B. E.Hüttmann et al., Plaste und Kautschuk, 17 (1970) 202).
Die Dispersionen können nach herkömmlichen Methoden pigmentiert werden. Als Lackbindemittel zeichnen sich Kombinationen
von Alkydharzen mit Aminoharzen bzw. den entsprechenden Vorkondensaten durch besonders gute Eigenschaften
aus. Das Einbrennen der Lackfilme, die durch Aufbringen der erfindungsgemäßen Dispersionen nach bekannten
Methoden erfolgt ist, erfolgt nach einer Vortrocknung bei Temperaturen zwischen etwa 120 und l80° C, in geeigneten
Trockenöfen bzw. Trockenkanälen. Die Dispersionen können zum überziehen der verschiedensten Materialien, wie Glas
oder Metalle, z.B. Aluminium, Eisen, Stahl u. w. mehr verwendet werden. Die entsprechend eingebrannten Überzüge
zeichnen sich besonders durch ihre verbesserte Wasserbeßtändigkeit
sowie durch ihre hohe Härte aus. In der Wasserbeständigkeit sind sie sowohl den herkömmlichen Emulsionen
auf Basis nichtreaktiver Emulgatoren wie auch den wasserverdünnbaren aminneutralisierten Systemen deutlich überlegen.
Hervorzuheben sind auch die Vorteile, die durch den äußerst geringen Gehalt an flüchtigen organischen Lösungsmitteln gegeben
sind.
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/ Henkel &Cie GmbH
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersionen wurden
die folgenden mit I bis III bezeichneten Alkydharze verwendet. Die Aminoharze tragen die Bezeichnung IV und V.
Alkydharz I war hergestellt aus
298 g konjugierte Sonnenblumenfettsäure
379 g Phthalsäureanhydrid
32,6 g Benzoesäure
32,6 g Benzoesäure
346,5 g Trimethylolpropan.
Das Alkydharz besaß einen Olgehalt von 32 %. Es war so
weit kondensiert, daß die Säurezahl 20 betrug.
Alkydharz II war hergestellt aus
400 g konjugierte Sonnenblumenfettsäure
380 g Phthalsäureanhydrid
3*7 β Trimethylolpropan.
3*7 β Trimethylolpropan.
Das Alkydharz besaß einen ölgehalt von 38 %. Es war so
weit kondensiert, daß die Säurezahl 18 betrug.
Alkydharz III war hergestellt aus
402 g konjugierte Sonnenblumenfettsäure 340 g Phthalsäureanhydrid
310 g Trimethylolpropan.
310 g Trimethylolpropan.
Das Alkydharz besaß einen Olgehalt von 42 %. Es war so
weit kondensiert, daß die Säurezahl 15 betrug.
Aminoharz Iv bestand aus einem handelsüblichen Hexamethoxymethylmelamin.
Aminoharz V bestand aus einer 67 Gew.£igen Lösung von
handelsüblichem Hexamethoxymethylmelamin in Äthylenglykolmonobutylather.
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^"302
Zur Herstellung der Emulgatoren A bis E ließ man auf die Hydroxylgruppen bzw. Aminogruppen enthaltende Verbindung
Glycid bzw. Äthylenoxid einwirken. In der ersten Spalte der Tabelle ist das Kennzeichen des Emulgators A-E angegeben, es folgen die Hydroxylgruppen enthaltenden hydrophoben
Komponenten des Emulgators und die angelagerte Menge Glycid bzw. Ethylenoxid sowie als letztes die Zahl der OH-Gruppen
pro Molekül.
Emulgator |
Hydrophober Bestand
teil |
Glycid/Äthylen-
oxid |
Hydroxyl
gruppen/Mol |
A | Nonylphenol | lOmol Glycid | 11 |
B | Hexadeeylalkohol | 15mol Glycid | 16 |
C | Dodecylamin |
5mol Glycid
5mol Äthylenoxid |
6 |
D | Stearinsäure | lOmol Glycid | 10 |
E |
Pent aeryt hritmono-
stearat |
15mol Äthylenoxid | 3 |
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/8
Zu Vergleichsversuchen wurden folgende handelsübliche Emulgatoren herangezogen:
bestand aus dem Additionsprodukt von 15 Mol Äthylenoxid an 1 Mol Nonylphenol.
bestand aus dem Additionsprodukt von 20 Mol Äthylenoxid an ein Gemisch aus etwa gleichen Gewichtsteilen C1g- und C.n-Pettalkohol.
Alkydharz, Emulgator, Wasser und Amin wurden vorgelegt und auf 80° C erwärmt. Dann wurde unter Verwendung eines hochtourigen Ruhrers (10.000 üpm) dispergiert. Nach Abkühlen
auf etwa 25° C wurde das Aminoharz und gegebenenfalls der Xthylenglykolmonobutyläther eingearbeitet. Die erfindungsgemäßen Dispersionen, die sich beliebig mit Wasser verdünnen
ließen, hatten folgende Zusammensetzung:
Beispiel 1 | : 3M,5 | Gew. | T, |
Alkydharz I | : 22,1 | η | η |
Aminoharz V | '. 2,0 | ti | η |
Emulgator A | • 1,3 | η | η |
Dimethyläthanolamln | MO, 1 | η | η |
Wasser | |||
Beispiel 2 | MO,0 | Gew. | T. |
Alkydharz III : | 26,7 | Il | Il |
Aminoharz IV | 2,0 | η | Il |
Emulgator B | ' 1,5 | Il | Il |
Dimethyläthanolamln | 8,0 | Il | Il |
Xthylenglykolmonobutyläther | : 21,8 | Il | Il |
Wasser | |||
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Blatt γ zur Patentanmeldung D 5502
•-10
Patente und Literatur
Alkydharz Il | ^o | Gew. | T. |
Aminoharz V | \9 | It | η |
Emulgator C | »5 | η | η |
Dimethyläthanolamin | ,0 | Gew. | T. |
Xthylenglykolmonobutyläther | ,6 | η | η |
Wasser | It | η | |
Beispiel 4 | ,0 | ||
Alkydharz III | ,3 | Gew. | T. |
Aminoharz IV | ,7 | η | η |
Emulgator D : | ,0 | η | η |
Dimethyläthanolamin : | ,0 | η | η |
Xthylenglykolmonobutyläther: | ,0 | η | η |
Wasser : | η | η | |
: 25 | |||
. 16 | |||
. 1 | |||
' 0 | |||
: 5 | |||
: 51 | |||
: 35 | |||
: 23 | |||
: 1 | |||
1 | |||
10 | |||
29 | |||
Alkydharz I : | 32,7 | Gew | .T. | • | Gew. T |
Aminoharz V : | 20,9 | η | η | 75- | It Il |
Emulgator E : | 1,8 | η | η | 40 | It It |
Dimethyläthanolamin : | 1,2 | η | η | 25 | Il Il |
Xthylenglykolmonobutyläther : | 5,0 | η | R | 50 | η H |
Wasser : | 38,1 | η | •ι | 00 | η η |
Vergleichsversuche | 10 | ||||
i). Alkydharz II | : 32, | ||||
Aminoharz IV | : 22, | ||||
Vergleichsemulgator a | : 2, | ||||
Dimethyläthanolamin | : 1, | ||||
Xthylenglykolmonobutyläther : | 5, | ||||
Wasser | 36, | ||||
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/10
55C2
■41
11) Alkydharz II Aminoharz IV Vergleichsemulgator b
Dlmethyläthanolamln Xthylenglykolmonobut yläther
Wasser
32,75 Gew.T.
22,40 " " 2,25 " " 1,50 " n
5,00 " »
36,10 " n
Zur Prüfung der mittels der Dispersionen herstellbaren
Filme wurden dieselben auf Glasplatten aufgestrichen und 30 Minuten bei 150 C eingebrannt. Die Trockenfilmdicke betrug
50 um. Die Bestimmung der Filmhärte erfolgte durch Messung der Pendelhärte nach DIN 53 157··
Zur Ermittlung der Wasserbeständigkeit wurden die Filme bei 40°C in destilliertes Wasser eingetaucht und nach 1,
5, 10, 20 und 30 Stunden hinsichtlich Bläschenbildung und
Ablöseerscheinungen beurteilt· Die Beurteilung erfolgte nach einem 5-Punktesystem:
1 Film unverändert
2 beginnende Bläschenbildung am Rand
3 leichte Bläschenbildung auf der gesamten Filmfläche
4 starke Bläschenbildung auf der gesamten Filmfläche
5 Film ist vom Glasuntergrund abgelöst·
Alle Filme waren klar und glänzend, bis auf Vergleichsbeispiel
ii), das einen, matt bis leicht trüben Film lieferte.
In der nachfolgenden Tabelle 2 ist in Abhängigkeit vom Beispiel
die Pendelhärte und das Verhalten gegenüber destilliertem Wasser gemäß vorstehendem Schema angegeben.
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Beispiel | Pendelhärte (DIN 53 157) (sec.) |
Wasserbeständigkeit | lh | 5h | 10h | 20h | 30h |
1 2 3 4 5 |
122 Il5 108 105 • no |
1 1 1 1 1 |
1 1 1 1 1 |
1 1 1 1 1-2 |
1 1 1-2 1 1-2 |
1-2 1 1-2 1 1-2 |
|
Vergleich i Vergleich ii |
100 40 |
1 2 |
1-2
3 |
2 4 |
4
5 |
4
5 |
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Claims (3)
1. Wäßrige Dispersion von als überzugsmittel bzw. Lackbindemittel geeigneten Harzen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an noch vernetzbaren Alkydharzen und/oder Aminoplastharzen sowie solchen reaktiven oberflächenaktiven Verbindungen, die durch Addition von Glycid und/oder Äthylenoxid
an gegebenenfalls auch einen Arylrest enthaltenden hydrophoben Alkylrest mit wenigstens einer gegenüber Epoxiden
reaktionsfähigen Gruppe herstellbar sind, wobei die Zahl der Hydroxylgruppen zwischen 2 und 30 liegen soll.
2. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von Additionsprodukten des Glycids oder Gemischen aus Glycid und Äthylenoxid an Alkohole bzw. Esteralkohole oder Alkylphenole oder Fettsäuren, Fettamine
der Fettsäureamide mit 26 bis 12 Kohlenstoffatomen im
hydrophoben Molekülteil, wobei aber 2 bis 22 Hydroxylgruppen pro Gesamtmolekül vorliegen sollen.
3. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an oberflächenaktiven Verbindungen in
einer Menge von 0,5 bis 10, insbesondere 2 bis 8 Gewichtsprozent, bezogen auf den Harzanteil.
1I. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet
durch einen Gehalt an 30 bis 70 Gewichtsprozent Alkydharz und Aminoharz, wobei das Harzgemisch aus 60 bis 85 Gewichtsprozent Alkydharz und Ho bis 15 Gewichtsprozent Aminharz
besteht.
809838/0069
ORIGINAL INSPECTED
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