DE2855792C2

DE2855792C2 - Pigmentfreie wäßrige Beschichtungsmasse

Info

Publication number: DE2855792C2
Application number: DE19782855792
Authority: DE
Inventors: Len Arthur Rhodes Mich. Harris
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1982-03-25
Also published as: GB2010879B; BE873005A; CA1116771A; FR2412595A1; GB2010879A; JPS5618626B2; JPS5641267A; DE2855792B1; DE2855792A1; JPS5487736A

Description

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Das Aufkommen leichter Kunststoffe hat zu einem Ersatz von Glas durch derartige Kunststoffe bei zahlreichen Anwendungsarten geführt Im Laufe der letzten Jahre wurden mehrere Kunststoffe entwickelt, die zur Herstellung von Fenstergläsern, Linsen, Windschutzscheiben oder Flugzeuginnenraumverkleidungen, insbesondere Flugzeuginnendecken, verwendet werden. Derartige Kunststoffe verfügen zwar über eine Reihe hervorragender Eigenschaften, sind jedoch zu wenig kratzfest. Ein Beispiel hierfür ist die Zerstörung der Kunststoffgläser von Sonnenbrillen durch den täglichen Gebrauch, da solche Brillen häufig vom Gesicht abgenommen und mit der Glasseite auf harte Träger gelegt werden.

Zur besseren Ausnutzung der vorteilhaften Eigenschaften der heutigen Kunststoffe müssen solche Kunststoffe daher kratz- und abriebfest gemacht werden.

Um die Oberflächen von Materialien, wie beispielsweise von Materialien aus Polycarbonaten, besonders abriebfest zu machen, werden die Oberflächen derartiger Kunststoffe bereits mit sehr dünnen Überzügen aus so organischen Harzen oder Silikonharzen versehen. Ziel dieser Maßnahmen ist es, den jeweiligen Kunststoffträger hierdurch abriebfest zu machen, ohne daß dabei seine optischen Eigenschaften verlorengehen.

Eine derartige organische Oberflächenbeschichtung geht beispielsweise aus US-PS 40 18 941 hervor. Eine solche organische Beschichtung wird aus Polyolen und Urethanen hergestellt und über Melaminvernetzer gehärtet. Die hierdurch erhaltene Melaminbeschichtung ergibt zwar ein gewisses Ausmaß an Abriebverbesse- <>o rung, wird jedoch durch die Einwirkung der Atmosphäre beeinträchtigt, so daß sie schließlich immer schlechter wird.

In Anbetracht dieses Verhaltens derartiger Beschichtungen wurden Silikonbeschichtungen entwickelt, die *>5 über eine gute Wetterbeständigkeit verfugen. Hierzu geeignete Harze gehen aus US-PS 33 89 114, 33 89 121, 36 34 321.36 42 698 und 39 35 346 hervor. In der zuletzt genannten US-PS wird ein Verfahren zur Herstellung einer abriebfesten Beschichtung aus einem alkylierten Melamin-Fonnaldehyd-Harz und einem Hydrolysat von CH₃Si(OR)₃ beschrieben. Diese Harze verfügen alle über eine gute Wetterfestigkeit, weisen jedoch nur eine mittelmäßige Abriebfestigkeit auf.

Es sind auch bereits Siloxanharze entwickelt worden, die in einem niedrigeren Ausmaß durch organische Substituenten substituiert sind. Die hiernach erhaltenen Beschichtungen sind hart und daher gut abliebfest. Derartige Harze werden in US-PS 39 86 997 beschrieben. Die daraus hervorgehenden Harze sine sehr vielseitig einsetzbare Materialien, und sie werden daher zur Bildung abriebfester Beschichtungen auf einer Reihe von Trägern verwendet, bei denen man eine gute Abriebfestigkeit braucht Leider haben diese bekannten Harze jedoch den Nachteil, daß sie gerne inflexibel sind, so daß entsprechende Beschichtungen hieraus unter bestimmten Umständen zerspringen. ·

Es ist weiter bekannt, daß sich Siloxanharzbeschichtungen flexibel machen lassen, wenn man in die zur Herstellung des jeweiligen Harzes verwendete Formulierung ein dimethylgruppenhaltiges hydrolysierbares Silan einarbeitet (CA-PS 10 15 888). Durch die Gegenwart von Dimethylsiloxan in Siloxanharzen wird nun die Beschichtung leider auch oft weich gemacht so daß ihre Abriebfestigkeit abnimmt Das obige Verfahren zur Herstellung entsprechender Siloxanharze würde sich daher zur Bildung einer abriebfesten und gleichzeitig flexiblen Beschichtung nicht anbieten.

Gebraucht wird zur Lösung des anstehenden Problems in erster Linie eine wetterbeständige, abriebfeste, flexible und klare Beschichtung.

Es wurde nun ein Weg gefunden, durch den sich die Flexibilität von Siloxanharzen mit niedrigem Gehalt an organischen Substituenten verbessern läßt, ohne daß hierdurch die Abriebfestigkeit der Beschichtung zu sehr beeinträchtigt wird.

Es werden somit vorliegend Maßnahmen zur Verbesserung der Flexibilität der aus obiger US-PS 39 86 997 bekannten Siloxanharze beschrieben. . '

Eine derartige Verbesserung der Flexibilität läßt sich erreichen, indem man die ursprüngliche Formulierung zur Herstellung der aus der letztgenannten US-PS bekannten Siloxanharze in einem bestimmten Ausmaß mit einer Monophenylsilsesquioxanstruktur versieht.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Einarbeitung von C₆H₅Si(OH)₃ in die aus US-PS 39 86 997 hervorgehenden Siloxanharze die Flexibilität dieser Harze verbessert, ohne daß hierdurch die Abriebfestigkeit der gehärteten Beschichtung wesentlich beeinträchtigt wird.

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine pigmentfreie wäßrige Beschichtungsmasse aus einer Dispersion von kolloidalem Siliciumdioxid in einer Lösung aus einem niederen aliphatischen Alkohol und Wasser oder aus einer Dispersion von kolloidalem Siliciumdioxid in einer Lösung aus Etherestern von Ethylenglykol oder Propylenglykol und Wasser des Teilkondensats eines Silanols der Formel RSi(OH)₃, worin R für Alkylreste mit 1 bis einschließlich 3 Kohlenstoffatomen steht, wobei wenigstens 70 Gewichtsprozent des Silanols als CH₃Si(OH)₃ vorliegen, und die Beschichtungsmasse 10 bis 50 Gewichtsprozent Feststoffe aus 10 bis 70 Gewichtsprozent kolloidalem Siliciumdioxid und 30 bis 90 Gewichtsprozent des obengenannten Teilkondensats sowie ferner eine solche Menge einer Säure enthält, daß sich ein pH-Wert im Bereich von 2,8 bis 6,0 ergibt, die

dadurch gekennzeichnet ist, daß im Teilkondensat des Silanols der Substituent R zusätzlich auch für den Phenylrest steht und wenigstens 1 Gewichtsprozent dieses Silanols als C₆H₅Si(OH)₃ vorliegt

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme lassen sich Siloxanharze mit niedrigem Substitutionsgrad nicht nur flexibel machen, sondern man kann den Flexibilitätsgrad solcher Harze auch entsprechend steuern, indem man einfach die Menge des der Formulierung zugesetzten Monophenylsilanols steuert, und dies bedeutet, daß das Ausmaß der hierdurch der gehärteten Beschichtung aus dem Harz übertragenen Flexibilität linear abhängig ist von der Monophenylsilanolmenge, die der Formulierung jeweils zugesetzt wird. Anhand der zugesetzten Menge an Monophenylsilanol läßt sich auf diese Weise die Steuerung der Flexibilität auf ± 5% abschätzen.

Zur Beeinflussung der Flexibilität braucht man wenigstens 1 Gewichtsprozent C₆H₅Si(OH)₃, bezogen auf das Gewicht der in der Formulierung vorhandenen Gesamtmenge an RSi(OH)₃. Es kann mit bis zu 30 Gewichtsprozent C₆H₅Si(OH)₃ gearbeitet werden. Bei Gewichtsmengen an C₆H₅Si(OH)₃ von über 30 Gewichtsprozent bleibt jedoch die erforderliche Abriebfestigkeit im allgemeinen nicht erhalten, obwohl sich auch durch solch hohe Gewichtsmengen die Flexibilität natürlich weiter erhöht

Die vorliegend verwendeten Siloxanharze werden nach Methoden hergestellt, wie sie aus US-PS 39 86 977 bekannt sind, wobei der einzige Unterschied dazu darin besteht, daß man das ΟϊΗ₅5ί(ΟΰΗ₃)₃ vor der Hydrolyse und vor dem Kontakt mit dem kolloidalen Siliciumdioxid jeweils mit einer geeigneten Menge CH₃Si(OH)₃ vermischt Vor dem Vermischen mit dem CH₃Si(OH)₃ kann man das C₆H₅Si(OCH₃)S vorhydrolysieren, wodurch sich jedoch kein wesentlicher Vorteil ergibt.

Das Siliciumdioxid liegt in der vorliegenden Masse als kolloidales Siliciumdioxid vor. Wäßrige kolloidale Siiiciumdioxidsuspensionen haben irr. allgemeinen Teilchengrößen mit einem Durchmesser von 5 bis 150 Millimikron. Solche Siiiciumdioxidsuspensionen können nach bekannten Methoden hergestellt werden und sind auch im Handel erhältlich. Vorzugsweise verwendet man kolloidales Siliciumdioxid mit einer Teilchengröße von 10 bis 30 Millimikron, da sich hierdurch stabilere Dispersionen und Überzüge mit besseren optischen Eigenschaften ergeben. Kolloidale Siliciumdioxide dieser Art enthalten praktisch weder Na2O noch sonstige Alkalimetalloxide, und dies bedeutet, daß sie im allgemeinen weniger als 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 1 Gewichtsprozent, Na₂O enthalten. Es gibt diese kolloidalen Siliciumdioxide sowohl als saure als auch als basische Hydrosole. Kolloidales Siliciumdioxid unterscheidet sich von anderen in Wasser dispergierbaren Formen von SiO2, wie Lösungen aus nichtstückiger Polykieselsäure oder aus Alkalimetallsilikaten, welche erfindungsgemäß nicht geeignet sind.

Das Siliciumdioxid ist in einer Lösung des Siloxanols dispergiert, die in einem Colösungsmittel aus einem niederen aliphatischen Alkohol und Wasser oder aus einem Etherester und Wasser getragen wird. Beispiele für geeignete niedere aliphatische Alkohole sind Methanol, Ethanol, Isopropanol oder t-Butylalkohol. Es können auch Gemische solcher Alkohole verwendet werden. Isopropanol wird als Alkohol bevorzugt, und bei Verwendung von Alkoholgemischen werden vorzugsweise Gemische mit wenigstens 50 Gewichtsprozent Isopropanol eingesetzt, da sich hierdurch optimal haftende Überzüge ergeben. Beispiele geeigneter Etherester sind die Etherester von Ethylenglykol oder Propylenglykol sowie Analoga solcher Materialien, die aus Propylenglykol hergestellt werden. Das Lösungsvnittelsystem sollte etwa 20 bis 75 Gewichtsprozent Alkohol oder Etherester enthalten, damit sich das SiI-oxanol darin mit Sicherheit löst Gegebenenfalls kann man auch noch ein weiteres mit Wasser mischbares polares Lösungsmittel, wie Aceton oder Butylcellosolve, in geringer Menge, beispielsweise einer Menge

ίο von nicht mehr als 20 Gewichtsprozent des Colösungsmittelsystems, einsetzen.

Zur Erzielung optimaler Ergebnisse bei der Beschichtung und zur Verhinderung einer sofortigen Gelierung der Beschichtungsmasse muß eine solche Menge Säure vorhanden sein, daß sich pH-Werte von 2,8 bis 6,0 ergeben. Zu diesem Zweck eignen sich sowohl organische als auch anorganische Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure, Essigsäure, Chloressigsäure, Citronensäure, Benzoesäure, Dimethylmalonsäure, Ameisensäure, Glutarsäure, Glykolsäure, Maleinsäure, Malonsäure, Toluolsulfonsäure oder Oxalsäure. Die jeweils verwendete Säure hat einen Einfluß auf die Geschwindigkeit der Silanolkondensation, die ihrerseits wiederum die Lagerbeständigkeit der jeweiligen Beschichtungsmasse beeinflußt Die stärkeren Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure oder Toluolsulfonsäure, ergeben wesentlich kürzere Lage··- und Badbeständigkeiten und erfordern eine kürzere Alterung zur Bildung des beschriebenen löslichen Teilkondensats. Vorzugsweise setzt man eine solche Menge einer mit Wasser mischbaren Carbonsäure aus der Gruppe Essigsäure, Ameisensäure, Propionsäure und Maleinsäure zu, daß sich für die Beschichtungsmasse ein pH-Wert von 4 bis 5,5 ergibt Die Alkalimetallsalze dieser Säuren ergeben nicht nur

S3 eine gute Badbeständigkeit, sondern sind auch löslich, so daß diese Säuren zusammen mit Siliciumdioxiden eingesetzt werden können, die wesentliche Mengen, nämlich Mengen von über 0,2% Na₂O, an Alkalimetallen oder Alkalimetalloxiden enthalten.

40' Die vorliegenden Beschichtungsmassen lassen sich einfach herstellen, indem man die Trialkoxysilane, wie R'Si(OCH₃)j, zu kolloidalen Siliciumdioxidhydrosolen gibt und den pH-Wert des hierdurch erhaltenen Gemisches durch Zusatz der jeweiligen organischen Säure auf den gewünschten Wert einstellt. Man kann die Säure entweder den Silanen oder dem Hydrosol vor dem Vermischen der beiden Bestandteile zugeben, sofern die Durchmischung rasch erfolgt. Die zur Erzielung des gewünschten pH-Wertes erforderliche Säuremenge ist abhängig von Alkalimetallgehalt des jeweiligen Siliciumdioxids, sie macht normalerweise jedoch weniger als 1 Gewichtsprozent der Beschichtungsmasse aus. Durch Hydrolyse der Alkoxysubstituenten des Silans entsteht Alkohol, und so werden beispielsweise durch Hydrolyse von einem Mol -Si(OC₂Hs)₃ drei Mol Ethanol gebildet. Je nach dem prozentualen Feststoffgehalt der gewünschten fertigen Beschichtungsmasse kann man das Ganze noch mit weiterem Alkohol, Etherester, Wasser oder mit Wasser mischbarem Lösungsmittel versetzen. Man soll die Beschichtungsmasse gründlich durchmischen und zur Alterung kurzzeitig stehenlassen, damit sich das erforderliche Teilkondensat sicher bildet. Die auf diese Weise erhaltene Beschichtungsmasse stellt eine klare

b5 oder nur leicht trübe niederviskose Flüssigkeit dar, die mehrere Tage stabil ist.

Die Beschichtungsmasse kann mit gepufferten latenten Kondensationskatalysatoren versetzt werden, wo-

durch sich bei der fertigen Beschichtung eine optimale Abriebfestigkeit unter Anwendung milderer Härtungsbedingungen erreichen läßt Zu einer Klasse derartiger latenter Katalysatoren gehören die Alkalimetallsalze von Carbonsäuren, wie Kaliumformiat Eine andere Klasse latenter Katalysatoren sind die Amincarboxylate und die quaternären Ammoniumcarboxylate. Die Katalysatoren müssen natürlich im Colösungsmittelsystem löslich oder damit wenigstens mischbar sein. Die Katalysatoren sind in dem Ausmaß latent, daß sie bei Raumtemperatur die Badbeständigkeit der Beschichtungsmassen nicht wesentlich verkürzen, wobei der Katalysator beim Erhitzen jedoch dissoziiert und in katalytisch wirksame Bestandteile zerfällt, die die Kondensation fördern. Der Einsatz gepufferter Katalysatoren dient dem Zweck einer Unterbindung einer Beeinflussung des pH-Wertes der Masse.

Bestimmte handelsübliche kolloidale Siliciumdioxiddispersionen enthalten freie Alkalimetallbasen, die während der Einstellung des pH-Wertes mit der organischen Säure reagieren, wodurch in situ die Carboxylatkatalysatoren gebildet werden. Dies gilt besonders dann, wenn man von einem Hydrosol ausgeht, das einen pH-Wert von 8 oder 9 hat Die Beschichtungsmassen können durch Zusatz von Carboxylaten katalysiert werden, wie

Dimethylaminacetat, Ethanolaminacetat Dimethylanilinformiat, Tetraethylammoniumbenzoat, Natriumacetat, Natriumpropionat, Natriumformiat oder

Benzyltrimethylammoniumacetat. Die Katalysatormenge läßt sich in Abhängigkeit vom gewünschten Härtungszustand variieren, wobei bei Katalysatormengen von etwa 1,5 Gewichtsprozent der Beschichtungsmasse die Badbeständigkeit jedoch verkürzt und die optischen Eigenschaften der Beschichtung beeinträchtigt werden können. Vorzugsweise wird daher mit etwa 0,05 bis 1 Gewichtsprozent Katalysator gearbeitet

Zur Bildung einer Dispersion mit höchster Stabilität, die eine gehärtete Beschichtung mit optimalen Eigenschaften ergibt, verwendet man vorzugsweise eine Beschichtungsmasse mit einem pH-Wert von 4 bis 5, deren Feststoff gehalt 10 bis 35 Gewichtsprozent beträgt, deren Siliciumdioxidanteil eine Teilchengröße von 5 bis 30 Millimikron hat, deren Teilkondensat CH₃Si(OH)₃ oder C₆H₅Si(OH)₃ in einer Menge von 35 bis 55 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Feststoffmenge, in einem Colösungsmittel aus Methanol, Isopropanol und Wasser oder aus CH₃COOCh₂CH₂OCH₃ und Wasser oder Etherestern vorliegt, wobei die Alkohole 30 bis 60 Gewichtsprozent des Colösungsmittelsystems ausmachen, und die als Katalysator Natriumacetat und/oder Benzyltrimethylammoniumacetat in Mengen von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Beschichtungsmasse, enthält. Die hierbei erhaltenen Beschichtungsmassen sind verhältnismäßig stabil und lassen sich nach t>o Aufziehen auf einen entsprechenden Träger in verhältnismäßig kurzer Zeit bei Temperaturen von 75 bis 125° C zu einer transparenten und abriebfesten Oberflächenbeschichtung härten.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmassen lassen sich durch übliche Methoden zur Bildung eines kontinuierlichen Oberflächenfilmes auf feste Träger aufziehen, beispielsweise durch Fließbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Tauchbeschichtung. Träger aus weichem Kunststoffplattenmaterial ergeben nach entsprechendem Auftrag einer Beschichtung zwar die stärkste Verbesserung, doch lassen sich die vorliegenden Beschichtungsmassen Buch auf andere Träger aufziehen, wie Holz, Metall, gedruckte Oberflächen, Leder, Glas, Keramik oder Textilien. Die Beschichtungsmassen eignen sich insbesondere zur Bildung von Beschichtungen auf dimensionsstabilen synthetischen organischen Polymerträgern in Platten- oder Folienform, beispielsweise auf Trägern aus Acrylpolymeren, wie Poly(methylmethacrylat), Polyestern, wie Polyethylenterephthalat), Polycarbonaten, wie Poly(diphenylolpropanjc&rbonat, Polyamiden, Polyimiden, Copolymeren aus Acrylnitril und Styrol, Copolymeren aus Styrol, Acrylnitril und Butadien, Polyvinylchlorid, Butyraten oder Polyethylen. Mit den vorliegenden Beschichtungsmassen überzogene transparente polymere Materialien eignen sich als flache oder gewölbte Verglasungen, Dachfenster und Windschutzscheiben, und zwar insbesondere for Transportmittel. Mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmassen können auch Kunststofflinsen, wie optische Linsen auf Acrylbasis oder Polycarbonatbasis, beschichtet werden. Bei bestimmten Anwendungen, bei denen man eine hohe optische Auflösung braucht, empfiehlt sich ein Filtrieren der jeweiligen Beschichtungsmasse vor ihrem Auftrag auf den jeweiligen Träger. Bei anderen Anwendungsarten, beispielsweise zur Bildung korrosionsfester Überzüge auf Metallen, ist die leichte Trübung (weniger als 5%), die sich durch Einsatz bestimmter erfindungsgemäßer Formulierungen ergibt, die beispielsweise Citronensäure oder Natriumeitrat enthalten, nicht von Nachteil, so daß ein Filtrieren nicht erforderlich ist. -

Durch Auswahl einer jeweils geeigneten Formulierung unter Einschluß eines entsprechenden Lösungsmittels, geeigneter Anwendungsbedingungen und einer entsprechenden Vorbehandlung des jeweiligen Trägers lassen sich auf praktisch allen festen Oberflächen gut haftende Überzüge bilden. Durch Entfernung des Lösungsmittels und der flüchtigen Materialien erhält man dann einen harten lösungsmittelfesten Oberflächenüberzug. Die vorliegenden Beschichtungsmassen trocknen bereits an der Luft zu einem nicht mehr klebrigen Zustand, sie müssen zur Kondensation der im Teilkondensat vorhandenen restlichen Silanolgruppen jedoch auf 50 bis 150° C erhitzt werden. Diese abschließende Härtung führt zur Bildung von Silsesquioxanen der Formeln i>SiO₃/₂ und RSiO₃/₂ und einer starken Verbesserung der Abriebfestigkeit der jeweiligen Beschichtung. Die Stärke der Beschichtung kann durch das jeweils angewandte Auftragverfahren variiert werden, allgemein sind die entsprechenden Beschichtungen jedoch etwa 0,5 bis 20 Mikron, vorzugsweise 2 bis 10 Mikron, stark. Besonders dünne Beschichtungen erhält man durch eine sogenannte Drehbeschichtung.'

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert.

Die verwendeten Symbole Φ und Me bedeuten Phenyl und Methyl.

Beispiel 1

Herstellung erfindungsgemäßer phenylgruppenhaltiger Harze

Für entsprechende Untersuchungen werden sechs Harze hergestellt. Die Probe 1 wird nach dem Verfahren von Beispiel 1

der US-PS 39 86 997 hergestellt und dient als Vergleich. Die Proben 2 bis 6 werden nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt. Bei den Proben 2. 3 und 4 handelt es sich um erfindungsgemäße Proben, während die Proben 5 und 6 nicht unter die Erfindung fallen.

Herstellung der Probe 2:

5% Φ5ί(ΟΗ)₃/45% CH₃Si(OH)₃.

In einen Dreihalskolben werden 154,5 g eines kolloidalen Siliciumdioxids mit einem anfänglichen pH-Wert von 3,1 gegeben, das 34% S1O2 mit einer Teilchengröße von etwa 22 Millimikron enthält und einen Na2O-Gehalt von weniger als 0,01 Gewichtsprozent aufweist. Das Ganze wird auf 8⁰C gekühlt und mit 5,3 g Eisessig versetzt. Sodann vermischt man CHsSi(OMe)₃ miteinander und gibt das erhaltene Vorgemisch anschließend unter kräftigem Rühren und äußerer Kühlung langsam zu dem obigen kolloidalen Siliciumdioxid. Man läßt die Methoxysilane dann unter Bildung von Methanol hydrolysieren. Nach beendeter Hydrolyse versetzt man das Ganze mit 2,7 g einer lOprozentigen Natriumacetatlösung und 132,4 g lsopropanol. Nach 7tägigem Stehenlassen gibt man 66,2 g weiteren Alkohol zu und filtriert die erhaltene Lösung.

Die Proben 3 bis 6 werden genauso wie die Probe 2 hergestellt, wobei man die Verhältnismengen von (CH₃)SiO(CH3)₃ und C₆H₅Si(OCH₃J₃ jedoch wie folgt einstellt:

Probe 3:

10% O,H₅Si(OH)₃/40% CH₃Si(OH)₃,
Probe 4:

15% 0^551(0^5/35% CH₃Si(OH)₃,
Probe 5:

20% QH₅Si(OH)₃/30% CH₃Si(OH)₃ und
Probe 6:

25% CeH₅Si(OH)₃/25% CH₃Si(OH)₃.

Plexiglasplatten (10,16 χ 10,16 χ 0,32 cm) werden mit Isopropanol gereinigt und an der Luft getrocknet, worauf man sie mit den jeweiligen Beschichtungsmassen in einer Feststoffharzmenge von 22,5% fließbeschichtet, an der Luft trocknen läßt und dann 18 Stunden bei 75⁵C härtet.

In ähnlicher Weise werden auch entsprechende Streifen (2.54 χ 10,16 χ 0,32 cm) beschichtet und dann einem Flexibilitätstest unterzogen. Bei diesem Test handelt es sich um einen relativen Flexibilitätstest der wie folgt durchgeführt wird:

Man gibt 2.5 cm breite Streifen derart in eine schraubstockartige Vorrichtung, daß die längste Achse (10,16 cm) der Streifen horizontal liegt Auf die der Beobachtungsstelle gegenüberliegende Seite des Streifens stellt man eine starke Lichtquelle, daß man die sich bildenden Risse leichter sehen kann. Dann dreht man die schraubstockartige Vorrichtung derart von Hand, daß die Backen hierdurch langsam derart zusammengeschraubt werden, daß der Kunststoffstreifen zuerst in die Mitte springt und dann einen Halbkreis zu bilden beginnt, bei dem sich die Beschichtung auf der Außenseite des Halbkreises befindet

Zur Beobachtung der Beschichtung schraubt man die Backen langsam (unter Erniedrigung des Krümmungsradius) so lange weiter zusammen, bis sich in der Beschichtung Risse ausbreiten. Sind auf der ganzen Breite des Kunstsioffstreifens Risse vorhanden, dann ist der Endpunkt des Versuchs erreicht. Aus den dabei erhaltenen Werten berechnet man dann in folgender Weise den Flexibilitätsgrad. Die ursprüngliche Länge "> des Streifens vor dem Zusammendrücken wird als 'AB' bezeichnet. Der Abstand zwischen den Klauen am Ende des Zusammendrückens wird als AB bezeichnet. Durch vorläufige Messung des Winkels Θ durch Auftragung gegen

JTi

Ii ergibt sich ein Bogen, nämlich
<-) = — ,

woraus sich der Winkel θ leicht bestimmen läßt. Der Krümmungsradius (r) läßt sich nach folgender Gleichung errechnen:

Der obigen Berechnung liegt die Annahme zugrunde, daß 'ifTein Bogen eines Kreises ist. Die tatsächliche

in Form des Halbkreises bei diesem Test ist eine Parabole, so daß die Bedingungen bei diesem Test strenger sind als bei einem Test mit einem wirklichen Halbkreis.

Zur Bestimmung der Abriebfestigkeit bedient man sich der ASTM-Methode D1044-56. Als Gerät wird ein

r> Tabor-A-Abriebtestgerät verwendet. Es wird mit einer Testlast von 500 g unter Verwendung der Abriebräder CS-IOF gearbeitet, wobei man die Testplatten jeweils 500 Umdrehungen auf dem Abriebdrehtisch unterzieht Die prozentuale Veränderung der Trübung, die eine

4(i Maßzahl zur Bestimmung der Abriebfestigkeit der Beschichtung ist wird ermittelt, indem man die Differenz der Trübung der nichtbehandelten und der behandelten Beschichtung mißt Die Trübung wird als die Prozentmenge an übertragenem Licht bestimmt die beim Durchlaufen der Testplatte vom einfallenden Lichtstrahl durch Vorwärtsstreuung abweicht. Hierbei kann lediglich ein solcher Lichtstrom als Trübung angesehen werden, der um mehr als 2,5° vom Mittelwert abweicht. Die Bestimmung der Delta-Trübung der Beschichtungen erfolgt nach der ASTM-Methode Dl 003-61. Es wird ein Trübungsmeßgerät von Hunter verwendet Die Deka-Trübung wird berechnet durch Messen der Menge an gestreutem Licht Dividieren dieses Werts durch die Menge an übertragenem Licht und Multiplizieren des Ganzen mit dem Faktor 100.

Die Haftfestigkeit der jeweiligen Beschichtung wird nach dem sogenannten KJebstreifenabziehversuch unter einer 032 cm großen Querschraffierung gemessen, bei dem man die gehärtete Beschichtung auf einer

bo Fläche von 2^ χ 23 cm mit einem scharfen Gegenstand in 032 cm große Quadrate zerschneidet Auf die zerschnittene Fläche preßt man dann stark einen Klebstreifen auf (Klebstoff Nr. 600 — 3M Company), welchen man anschließend kräftig abzieht Bleibt dabei die gesamte Beschichtung vorhanden, dann beträgt der Wert für die Haftung 100%.

Die bei den obigen Untersuchungen erhaltenen Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle hervor.

Tabelle

ίο

lorniiilieiLiiig tics Teilkomlensals I Kilning aiii' Mittelwert aus zwei Versuchs-

I¹IeMgIaS ergebnissen

Φ Kadiiis in cm Abrieb in

Delta-Trübung

l'rohc Nr.	C icwichts-	lorniiili
	pro/ent Φ. be
	zogen iiul ti ie
	gesinnte l^;est-	CII-,
	slolTmenge
1	0	100
2	5	90
3	10	80
4	15	70
5	20	60
6	25	50

0 100%

10 100%

20 100%

30 100%

40 100%

50 100%

10,16	2,5 %
7,87	3,77,
8,64	4,6'tf
8,13	5,0 V.
7,62	7,9'H
6,60	9,2"/

Claims

Patentanspruch:

Pigmentfreie wäßrige Beschichtungsmasse aus einer Dispersion von kolloidalem Siliciumdioxid in einer Lösung aus einem niederen aliphatischen Alkohol und Wasser oder aus einer Dispersion von kolloidalem Siliciumdioxid in einer Lösung aus Etherestern von Ethylenglykcl oder Propylenglykol und Wasser des Teilkondensats eines Silanols der Formel RSi(OH)₃, worin R für Alkylreste mit 1 bis einschließlich 3 Kohlenstoffatomen steht, wobei wenigstens 70 Gewichtsprozent des Silanols als CH₃Si(OH)₃ vorliegen, und die Beschichtungsmasse 10 bis 50 Gewichtsprozent Feststoffe aus 10 bis 70 Gewichtsprozent kolloidalem Siliciumdioxid und 30 bis 90 Gewichtsprozent des obengenannten Teilkondensats sowie ferner eine solche Menge einer Säure enthält, daß sich ein pH-Wert im Bereich von 2,8 bis 6,0 ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß im Teilkondensat des Silanols der Substituent R zusätzlich auch für den Phenylrest steht und wenigstens 1 Gewichtsprozent dieses Silanols als C₆H₅Si(OH)₃ vorliegt.

IO