DE2809934A1

DE2809934A1 - Verfahren zur modifizierung von anstrichpolymeren und modifiziertes anstrichpolymer

Info

Publication number: DE2809934A1
Application number: DE19782809934
Authority: DE
Inventors: Lawrence Francis Ribbecke; Chi Chen Shu
Original assignee: Sapolin Paints Inc
Current assignee: Sapolin Paints Inc
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1978-11-23
Also published as: CA1105191A; NL7805423A; BR7803203A; AU3372878A; US4071514A; FR2391257A1; GB1595738A; JPS5416539A

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE 46

Sapolin Paint, Inc., Danbury, USA

Verfahren zur Modifizierung von Anstrichpolymeren und madifiziertes Anstrichpolymer

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für Anstrichfarbe auf Alkyd- oder Ölbasis, die mit Wasser mischbar ist und die alle Eigenschaften einer Farbe auf Öl- und einer Farbe auf Wasserbasis in sich vereint.

Der Stand der Technik zeigt (US-PS 3,752,778), daß die Modifizierung von gewöhnlichen Alkydpolymeren mit einer breiten Auswdil an Iso-zyanaten beim Überwinden der im Wesen der Sache nach eigenen Lufttrocknungs- und Stabilisierungsprobleme zufriedenstellend sein mag, wie sie bisher bei mit Wasser verdünnten Alkydpolymeren bestandene ES (US-PS 3,752,778) wird auch das Polyglykol nach der Bildung des Polymers und als Verdünnungsmittel bzw. teilweises Lösungsmittel zugesetzt.

Weiter ist bekannt (US-PS 3,80^,787), daß die Polyglykole in ein Alkyd in Reaktion gebracht werden, indem bis 50 Prozent des Farbenträgers mit einem zweiten, nicht Polyglykol enthaltenden Alkyd als Ausgleich verwendet werden. Es ist bemerkenswert, daß diese beiden mit Mineralalkoholen ebenso wie der Rest der Anstreichformeln verdünnt werden. Das beanspruchte Ergebnis des Verfahrens besteht in der leichten Reinigung mit normalen Haushaltswaschmitteln und Wasser.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntis, daß Polyglykole im Gegensatz zu dem erwähnten Gedi nken mit Alkydharz umgesetzt werden können. Durch diese Technik können die Anstrichpolymere der Erfindung leicht mit Wasser verdünnt und mischbar werden·

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Weiter ist durch die Erfindung möglich, Mineralakohole als Verdünnungsmittel vor der Reaktion des PoIyglykole mit Alkydharzen entweder zu verwenden oder nicht zu verwenden.

Zur Durchführung des oben erwähnten allgemeinen Erfindungsgedankens sind neuartige Farbzusammensetzungen hergestellt worden, die rasch und leicht, ebenso wie die verwendeten Werkzeuge, wie z. B. Anstrichpinsel, Anstrichwalzen u. ä. mit vorhandenen Waschmitteln und Wasser gereinigt werden können. Ein erheblicher Fortschritt besteht auch darin, daß die neuen Zusammensetzungen nicht brennbar sind, während Alkyde brennbar sein können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mikrobiologische Bestandteile während der Aufbewahrung in der Farbendose abgebaut werden können.

Zusätzlich bleiben die neuen Farbformulierungen dieser Erfindung durch Frieren unberührt, da sie nur ein Mindestmaß an verunreinigenden Kohlenwasserstofflösungsmitteln enthalten. Sie haben eine ausgezeichnete Haftkraft an beschichteten bzw. unbeschichteten Unterlagen. Sie können für Außenzwecke verwendet werden, da sie widerstandsfähig gegen kalkige Beschläge und Glanzverlust nach Aussetzen der Witterung von mehr als 3 T/2 ^ahren aufweisen. Bemerkenswert ist ferner, daß keine Verluste an Verträglichkeit mit den verwendeten Pigmenten zu verzeichnen sind· Es hat sich erwiesen, daß diese Farbformulierungen auch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Schimmel aufweisen.

Der Temperaturbereich, in dem diese Farben verwendet werden können, dürfte etwa k,kk bis 7,22 °C im Vergleich zu einer Mindesttemperatur von 12,77 °C bei den üblichen Latexfarben betragen. Mit anderen Worten, diese Farben können bei niedrigeren Temperaturen verwendet werden, wodurch die für Anstriche geeignete Witterungssaison entsprechend verlängert wird.

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Hinsichtlich der Leichtigkeit der Produktion wäre zu bemerken, daß die Formulierungen in Standard-Reaktionsapparaten hergestellt werden können.

Nachdem die Vorzüge dieser Erfindung angeführt sind, ist es wichtig, die chemische Arbeitsweise zu erwähnen, die angewendet und auf der man sich bei der Herstellung von Farben verläßt, die alle bereits beschriebenen Eigenschaften besitzen.

Bei dieser Erfindung wurde festgestellt, daß eine chemische Arbeitsweise notwendig ist, wie z. B. das Bilden einer bildenden Hälfte aus einem gekoppelten vegetabilischen oder tierischen Öl wie z.. B. aus Leinsamen, Soja, Färberdistel (cärthamus tinG-toriuB.), Sonnenblumen, Menaden und ähnlichen mit zwei-basisehen Säureanhydriden und einem Polyglykol. Im allgemeinen können die angewendeten Verhältnisse von 0,2 bis 0_fk Äquivalenten der Anhydride und 0,4 bis 0,8 Äquivalenten von Polyglykol mit einem Äquivalent von Öl betragen. Polyglykole mit einem Molekulargewicht von 600 bis 1200 sind bereits verwendet worden (Union Carbide Carbowax Polyglykole sind typische Beispiele). Die Verarbeitungstemperaturen können von 176,6 C bis 287,7 C betragen. Alle Zusammensetzungen sind nach Lösungsmittel-Verfahrenspolymermethoden zubereitet worden und die Endprodukte haben charakteristische Werte wie z.B.:

Spezifisches Gewicht 1,0080 - 1,05

Viskosität (Gardener U-Zg) Säurewert 9-15

Darüber hinaus ist wichtig, daß ein Teil eines auf Polyglykol basierten Polymers mit drei bis vier Teilen von Alkyden des normalerweise für Formulierung von internen und externen Schutzanstrichen verwendeten Typs gemischt werden. Zur Verdünnung des GetnJs ehe s wird Wasser verwendet, um den gewünschten nicht fluch-

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tigen Inhalt zu erzielen und das Gemisch wird dann mit Standard-Farbentrocknern im richtigen Verhältnis zum verwendeten Alkyd behandelt. Das sich so ergebende Trägermaterial kann dann als Klare oder pigmentierte Anstrichsformulierung angewendet werden, Ölalkyde mit langen oder mittellangen Ketten, zubereitet mit dem in Frage kommenden Öl, sind für diese Arbeitet verwendet worden, ebenso wie aus Fettsäuren hergestellte Alkyde. Außerdem sind bestimmte Modifikationen zu den Alkyden angewendet worden, bei denen Epoxyharze und Iso-zyanat verwendet wurden. Ferner sind die Konzepte dieser Erfindung modifiziert worden, um die Verwendung reiner Urethanharze mit ausgezeichneten Ergebnissen zu ermöglichen.

Das unerwartete Ergebnis des oben beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß in keinem Fall Filmzusammenhalt, Klarheit, Farbenglanz, Trocknung oder Haltbarkeit durch den Einschluß von Poly glykol verbindungen beeinträchtigt wurden.

Die genaue Theorie der Erfindung ist unbekannt. Es ist möglich, daß dieses unerwartete Ergebnis von der Umsetzung des Polyglykols in ein Ölanhyäridmolekül so reagiert, daß das Wesen des Polyglykols weder verändert noch umgeordnet wird, sondern zu einem integralen Teil des Molekulargebildet wurde, während gleichzeitig seine hydrophylisehen Merkmale beibehalten worden sind. Es kann nur angenommen werden, daß gleichzeitig das zur Bildung der Verbindung verwendete Öl hydrophobisch bleibt. Die Verbindung scheint als ein stabiles Oberflächenbehandlungsmittel und als Emulsionsmechanismus für das Gemisch Alkyd/Öl-Lösungsmittel/Wasser zu fungieren. Außerdem ist es möglich, in diesem System mehr als ein Lösungsmittel zu verwenden. So werden zum Beispiel Nebenlösungsmittel für Einstellung der Verdampfungsrate des Wassers bzw. der Lösungsmittelmischung in der Anstrichformel verwendet. Um dies zu erzielen, wurden Lösungsmittel verwendet, die u, a. Meiftylcarbitol, Methyl Cellosolve,

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Äthyl Cellosolve, Isopropanol, Butanol und ähnliches enthalten.

Die Erfindung und ihr voller Umfang wird im folgenden beschrieben. Die Erfindung besteht aus zwei Teilen, von denen, jeder einzeln beschrieben wird.

Teil I

Dieser besteht aus der Umsetzung eines Polyglykols in ein trocknendes Ölmolekül durch die Formulierung einer bildenden Hälfte des Verbindungstyps. Das trocknende Öl kann aus irgendeinem ungesättigten vegetabilischen Nuß- oder Meeröl bestehen, wie z. B. aus Leinsamenöl, Färberdistelöl (carthamus tinctorius), Soja, Sonnenblumen, Tung oder Menhaden und ähnlich.

Das trocknende Öl wird normalerweise mit einer zweibasischen Säure umgesetzt wie zum Beispiel Fumarsäure, Maleinsäure, Isozonsäure, Citrazinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure usw.

Die Reaktion wird an Ort und Stelle verarbeitet und kann Ester-Austausch, Adduktfortnulierung oder irgendeine Kombination beider Mechanismen sein.

Die am geeignetesten befundenen Trockenöle sind carthamus tinctorius, Leinsamen oder Sojaöle. Die zweibasischen Säuren sind vorzugsweise Fumar- und Maleinsäure usw. wegen der Kosten der Säuren und der durch die Zeit der Umsetzung verursachten Kosten« Die geeignetsten Polyglykole gehören, wie früher erwähnt, zum Carbowax-Typ mit Molekulargewichten zwischen 6OO und 1200.

Teil II

Dieser Teil bezieht sich auf die Anwendung von Teil I mit Teil II, wofür jedes herkömmliche, mit Lösungsmittel verdünnte verarbeitete Öl verwendet werden kann, ferner Alkyd, Urethan-Alkyd oder reines Urethan im Verhältnis von 20 - 25 Gewichts- oder

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Volumenprozent von Teil I und 75 - 80 Prozent des herkömmlichen Anstrichträgers",' Das Gemisch kann dann mit Wasser auf den erwünschten Gesamtgehalt an Feststoffen verdünnt und klar oder als Träger für pigmentierte Anstriche verwendet werden. Die oben beschriebenen Mischungen von Teil I und Teil II können als herkömmliche Anstrichtrockner behandelt werden und sie bilden kontinuierliche Filme, die in der gleichen Zeit oder kürzer als die mit Lösungsmitteln allein verdünnte Anstrichfarbe trocknen. Veiter besitzen diese Filme alle physikalischen Eigenschaften der herkömmlichen reL nen Harz/Polymeranstriche hinsichtlich Lebensdauer und Dauerhaftigkeit.

Bei Durchführung des in den Teilen I und II beschriebenen Vorgangs werden die folgenden Vorteile erzielt:

1. Urethan hat bisher Lösungsmittel zur Herstellung und Verdünnung für Auftragung erfordert.

2. Früher war mit Wasser verdünntes Material in bezug auf die Flexibilität der Formung beschränkt.

Daher:

A Glanz

B Trocknung

C Pigmentierung

D Verträglichkeit mit Anfärbesystemen

E Dauerhaftigkeit in verpacktem Zustand,

3. Eliminierung von Kohlenwasserstoffemiasionen oder Verwendung verunreinigender Lösungsmittel mit wenig oder gar keinem Geruch.

h. Sichtlicher natürlicher Widerstand gegen Schimmel laut Prüfung durch Aussetzen.

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5. Nicht angegriffen von Bakterien in der Verpackung (im Gegensatz zu Latex). ·

6. Kann in normaler Alkydreagenzausrüstung unter Verwendung von StandardprüfVerfahren hergestellt werden.

7. Gleich hohe Kosten wie Latexemulsionen.

8. Hat unbegrenzte Beständigkeit gegen Frieren-Tauen im Gegensatz zu gegenwärtig hergestellten mit ¥asser verdünnten Anstrichfarben.

9. Erweicht nicht nach Aussetzen in Nässe wie herkömmliche Latexfarben.

10. Kann bei niedrigeren Temperaturen aufgetragen werden als Latexfarben (die auf 12,7-7 °C und höher beschränkt sind), wie z. B. k,kh - "1,2.2. °C, wodurch größere Flexibilität gegenüber Wetterbedingungen geboten ist.

Um die Erfindung weiter zu veranschaulichen, werden die folgenden Beispiele angeführt, in denen sich alle Teile und Prozentsätze auf Gewicht beziehen.

Beispiel 1

Teil I

Im ersten Teil dieses Beispiels, Teil I, wie oben beschrieben, wird folgendes eingesetzt:

580 Teile Leinsamenöl

60 Teile Fumarsäure
360 Teile Polyglykol 600 (Carbowax)

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Das Öl wird auf 226,6 C in Anwesenheit von CO_ erwärmt. Die Fumarsäure wird auf 237,7 °C erhitzt. 15 Gramm Xylol werden dem Reaktor zugesetzt. Das Gemisch, wird auf 276,6 C erhitzt bis es klar ist» Nach Abstellen der Heizung wird Polyglykol Carbowax 600 zugesetzt. Das Gemisch wird dann auf 282,2 C erhitzt,.bis der Säurewert von 10-15 mit Viskosität Z erreicht ist. Schließlich wird das Xylol mit abgestellter Heizung abgeblasen«

Teil II

In der Zubereitung von Teil II wird die folgende Formulierung angewendet:

Sonnenblumenöl - 835 Teile

Pentaeäthyritol - k9 Teile

Dibutylinoxyd - 67 Teile

Toluol - 67 Teile.

Dieses Gemisch wird langsam auf 187,7 - 193,3 °C erwärmt. Wenn das Gemisch in 9 Teilen Methylakohol und einem Teil der Basis klar ist, wird die Heizung abgestellt und das Gemisch auf 65,5 abgekühlt. 116 Teile Toluol Di-Isozyanat werden zugesetzt und die Temperatur bei 65,5 °C - 82,2 °C erwärmt und auf W-Viskosität gehalten. Toluol wird dann abgeblasen. Eine Viskosität von X-Z und Farbe 7-8 wird erhalten. Die neuartigen Farbzusammensetzungen werden dann durch Umsetzung von Teil I in Teil II auf die vorher genau beschriebene Weise der Beispiele erhalten.

Beispiel 2

Teil I von Beispiel 1 wird dann mit verschiedenen Farbformulierungen angewendet. Bei Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensmethode wurde eine Formulierung Teil 2 wie folgt hergestellt }

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Färberdistelöl 200 wird auf 260 °C erhitzt. Reines Pentarythritol 90 wird zugesetzt und auf 26o °C erhalten. k5 Teile Natriumbikarbonat werden zugesetzt und dann auf 260 C erhalten. Die Temperatur wird auf 237,7 °C gesenkt. Wenn die Lösung in 9 Teilen klaren Methanols und einem Teil der Basis klar wird, wird sie auf 232,2 °C abgekühlt und 70 Teile Naphtha werden zugesetzt. Das. Gemisch wird auf 65,5 °C abgekühlt und 210 Teile Toluol Di-Isozyanat werden zugesetzt. Das Gemisch wird dann auf 93,3 °C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten, bis Viskosität X mit 60 Prozent Feststoffen erhalten wird.

Die Reaktionen zwischen Teil I und Teil II si nd die gleichen wie bereits beschrieben«

Beispiel 3

Unter Verwendung von Teil I von Beispiel 1 und Wiederholung des oben beschriebenen Verfahrens wurde ein anderer Teil II auf ähnliche Weise zubereitet unter Verwendung von:

Leinsamenöl - 66k Teile

reines Pentarythritol - 111 Teile

Phthal-Anhydrid - 120 Teile

Fumarsäure - 10 Teile · '

Mineralälkohole - 855 Teile

Toluol Di-isozyanat - 95 Teile.

Teil I des Beispiels 1 wird umgesetzt in die Zusammensetzung, die aus der Zubereitung nach der obigen Formen erhalten wird, um wieder neue Färbzusammensetzungen nach dieser Erfindung herzustellen«

Die nach obiger Anleitung hergestellten Zusammensetzungen werden in vielen Typen von Anstrichen verwendet, wie z. B. bei Haus-

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und Dekorationsanstrichen, Fußbodenanstrichen, Emaillierungen, Lacken, Grundlacken, Antifäulnisanstrichen usw. Der Trockenmechanismus des verwendeten Trägers wird nicht beeinflußt. Wasser bzw. Wasser mit Lösungsmittel verdunstet aus dem Anstrich auf normale Weise. Die übrigen in einem Film gebildeten Feststoffe trocknen durch normale katalytisch^ Trocknungswirkung genau so, wie ein mit Lösungsmittel verdünnter Werkstoff trocknen würde.

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Modifizierung von Anstrichpolymeren des Alhydtyps, wobei die Anstrichpolymere gemischt und mit ¥asser verdünnt werden, einschließlich einer verbindenden Hälfte aus einem gekoppelten Öl, wie z. B. aus vergetarischem oder tierischem Öl, gewählt aus Leinsamen, Soja, Färberdistel, Sonnenblumen und Menhaden, und einem zweibasischen Säureanhydrid und einem Polyglykol vom Molekulargewicht von 600 bis 1200, wobei die angewendeten Verhältnisse von 0,2 bis 0,4 Äquivalenten von Anhydrid und 0,4 bis 0,8 Äquivalenten des genannten Polyglykols mit einem Äquivalent von Öl betragen und wobei die Verfahrenstemperaturen zwischen 176,6 C bis 287,7 °C liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei das Polyglykol in das Alkydpolymer umgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von Fumarsäure. k. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von Maleinsäure,

5. Verfahren nach Anspruch 1 in der Leinsamenöl verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 in der Färberdistel verwendet

wird.

7. Mischbare und wasserdispersible Anstrichzusammensetzung, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1.

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