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Die
Erfindung betrifft marine Antifouling (AF)-Farben, die allgemein
als Deckschichtanstriche für Schiffsrümpfe verwendet
werden, insbesondere marine Antifouling-Farben, die sich mit einer
festgelegten Geschwindigkeit polieren, und eine Polymerzusammensetzung
für eine
marine Antifouling-Farbe, die in Gegenwart von Meerwasser mit einer
festgelegten Geschwindigkeit hydrolysiert.
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Die
Leistung eines Schiffs fällt
ab, wenn marine Organismen auf dem Unterwasserteil des Rumpfs wachsen.
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Das
Aufbringen eines Deckschichtanstrichs, der Antifouling-Mittel umfasst,
auf den Rumpf steuert das Ausmaß des
marinen Foulings. Die Antifouling-Mittel sind Biozide, die von der
Anstrichoberfläche
mit einer Geschwindigkeit freigesetzt werden, derart, dass ihre
Konzentration für
die marinen Organismen letal ist.
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Die
Verwendung von selbstpolierenden Copolymer(SPC)-Systemen ist heutzutage
die führende
Technologie zum Schutz von Schiffsrümpfen gegen Fouling: In diesen
Systemen erzeugt die Wechselwirkung mit Meerwasser lösliche Spezies,
allerdings beschränkt
die Hydrophobiemasse die Reaktion auf die Meerwasser-Grenzfläche (ca.
5 μm). Diese
ca: 5-μm-Auslaugungsschicht
wird während
der Beschichtungslebensdauer beibehalten. Dies führt zu einer Freisetzungsgeschwindigkeit
nullter Ordnung, und somit ist die Lebensdauer direkt mit der Filmdicke
verknüpft.
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Die
bestbekannten SPC-Antifouling-Mittel basieren auf Tributylzinn(TBT)-(meth)acrylat-Copolymeren. EP-A-51930
ist eine richtungsweisende Patentschrift, die solche TBT-Copolymere offenbart.
Die "selbstpolierende" Wirkung (Geschwindigkeit
ist vom TBT-Gehalt abhängig)
führt während der
Einsatzes zu einer abnehmenden Rumpfrauhigkeit. Die TBT-Systeme haben den
Antifouling-Markt in den letzten 20 Jahren dominiert.
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1987
hat sich gezeigt, dass Tributylzinn (TBT) von Wasser ausgelaugt
wird (es ist in der Tat ein potentes marines Biozid, das eine verstärkte Antifouling-Wirkung
ergibt) und das marine Leben beeinträchtigt, möglicherweise in die Nahrungskette
eintritt und zu Missbildungen bei Austern und Geschlechtsveränderungen
bei Wellhornschnecken führt.
Seine Verwendung wurde zur Verwendung auf Schiffen mit Rümpfen von
25 m oder weniger verboten, allerdings verblieb in der Vorschrift
von 1987 eine wesentliche Ausnahme für größere Schiffe, bis Alternativen
gefunden waren. Zusätzlich
haben viele Länder
eine maximale Grenze für
die TBT-Freisetzung von Antifouling-Mitteln, die auf Schiffen mit
Rümpfen,
die länger
sind als 25 m, verwendet werden, erlassen. Die am häufigsten
eingesetzte Grenze ist diejenige von 4 μg/cm2/Tag,
bestimmt nach ASTM D 5108–90.
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Diese
Einschränkungen
haben zu neuen Entwicklungen geführt,
wie beispielsweise in der europäischen
Patentschrift EP-B-0 218 573 beschrieben, die eine marine Farbe
offenbart, umfassend ein filmbildendes Polymer, das durch Polymerisation
von Monomereinheiten A von mindestens einem Triorganozinnsalz und einer
olefinisch ungesättigten
Carbonsäure
und mindestens einem Comonomer B, ausgewählt aus Vinylpyrrolidon, Vinylpiperidon
und Vinylcaprolactam, wobei der Rest mindestens 1 C1-C4-Alkylmethacrylat und/oder Styrolcomonomer
C ist, hergestellt wird.
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Das
Verbot von TBT in Japan wird in naher Zukunft weltweit und hat zu
vielen TBT-freien Entwicklungen sowie zu folgendem geführt:
- – EP-B-289
481 und EP-B-526 441 offenbaren marine Farbenzusammensetzungen auf
der Basis von Kolophonium oder seinen Kupfer- oder Zinkderivaten
und einem Copolymer von Alkylmethacrylaten und/oder Styrol mit Comonomeren,
die cyclische tertiäre
Amide oder Imide mit einer Alkenylgruppe sind.
- – EP-A-342
276 betrifft die Herstellung einer Metallvorzugsweise Zink oder
Kupferenthaltenden Harzzusammensetzung, die durch eine hydrolysierbare
Metallester-Verknüpfung am
Endteil der Seitenkette gekennzeichnet ist.
- – GB
2 311 070 beschreibt ebenfalls eine Zusammensetzung, umfassend ein
Harz mit mindestens einem Metallcarboxylat.
- – EP-B-0
131 626 beschreibt Antifouling-Farben auf der Basis von filmbildenden
wasserunlöslichen
Meerwasser-erodierfähigen
polymeren Bindemitteln, die Trialkylsilyl(meth)acrylate enthalten;
EP-A-755 733 offenbart Antifouling-Beschichtungszusammensetzungen auf der
Basis eines solchen Trialkylsilylesters, der Copolymer und ein chloriertes
Paraffin enthält.
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Allerdings
besteht in der Technik Bedarf an verbesserten erodierfähigen Antifouling-Farbenzusammensetzungen.
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Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
von solchen verbesserten selbstpolierenden Antifouling-Farbenzusammensetzungen
zur Verwendung als Deckschichtanstriche für Schiffsrümpfe.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Bereitstellung
von verbesserten polymeren Bindemitteln für eine marine Antifouling-Farbe,
die mit einer festgelegten Geschwindigkeit in Gegenwart von Meerwasser
hydrolysiert.
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Wieder
ein anderer Gegenstand der Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer marinen Antifouling-Farbenzusammensetzung mit hohem Feststoffgehalt.
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Demnach
stellt die vorliegende Erfindung eine marine Farbe bereit, umfassend
im Wesentlichen:
- – ein erstes Polymer, umfassend
20 bis 70 Gew.-% an Monomereinheiten A mindestens eines hydrolysierbaren
entweder Zinn- oder Siliciumesters einer olefinisch ungesättigten
Carbonsäure
oder eines Kupfer-, Zink-, Calciumsalzes einer olefinisch ungesättigten
Carbonsäure,
wobei der Rest Monomereinheiten C ist, ausgewählt aus Estern ethylenisch
ungesättigter
Carbonsäuren
mit C1-C18-Alkoholen,
Styrol, alpha-Methylstyrol, Vinyltoluolen und Gemischen davon;
- – ein
zweites Polymer, umfassend 5 bis 40 Gew.-% mindestens eines Comonomers
B, ausgewählt
aus den N-Vinyllactam-Monomeren der allgemeinen Formel CH2=CH-NR'''''-CO-R', den N-Vinylamiden der allgemeinen
Formel CH2=CH-N-CO-R", den Monomeren der allgemeinen Formel CH2=CR'''-COO-R''''-NR'''''-CO-R', den Monomeren der
allgemeinen Formel CH2=CR'''-COO-R''''-N-CO-R", 2-Pyrrolidon-1-isoprenylketon und
Gemischen davon, wobei
- – R' ein n-Alkylidenrest
mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ist,
- – R" aus Alkyl-, Cycloalkyl-,
Aryl-, Alkylaryl-, und Arylalkylresten mit einer Höchstzahl
von 18 Kohlenstoffatomen ausgewählt
ist,
- – R''' H
oder CH3 ist,
- – R'''' ein n-Alkylidenrest
mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist,
- – R''''' H oder R" ist,
wobei der Rest der Monomereinheiten
Monomereinheiten C ist, ausgewählt
aus Estern ethylenisch ungesättigter
Cabonsäuren
mit C1-C18-Alkoholen,
Styrol, alpha-Methylstyrol, Vinyltoluolen und Gemischen davon;
- – mindestens
ein Antifoulingmittel.
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Das
relative Verhältnis
des ersten Polymers, das die Monomereinheiten A umfasst, zu dem
zweiten Polymer, das die Monomereinheiten B umfasst, beträgt 95:5
bis 10:90.
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Obgleich
die Festlegung auf eine Theorie nicht gewünscht wird, wird angenommen,
dass die beiden polymeren Bindemittel zur Herstellung einer stabilen
Farbenzusammensetzung kompatibel genug sind, allerdings inkompatibel
genug, um der Farbe eine solche Struktur zu verleihen, dass sie
in den gewünschten Schichtdicken
aufgebracht werden kann. Somit müssen
demnach weniger thixotrope Mittel zugegeben werden, um eine geeignete
Struktur zu erhalten. Aus der Technik ist bekannt, dass der Feststoffgehalt
einer Farbenzusammensetzung abnimmt, wenn die Menge an thixotropem
Mittel steigt; die erfindungsgemäßen Farbenzusammensetzungen
beinhalten somit einen hohen Feststoffgehalt.
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Der
Anmelder hat nun unerwarteterweise festgestellt, dass das Anordnen
der Monomereinheiten A bzw. der Monomereinheiten B auf zwei getrennten
Bindemitteln, die gerade eben kompatibel sind, eine Farbenzusammensetzung
mit einem verbesserten Gleichgewicht in den folgenden Eigenschaften
erzeugt:
- – eine
geeignete, durch den Thixotropiefaktor angegebene Struktur;
- – einen
hohen Feststoffgehalt;
- – eine
geeignete Poliergeschwindigkeit;
- – wenig
oder keine Blasenbildung, Abblättern
oder Ablösen;
- – gute
Lagerstabilität.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
besitzen die Monomereinheiten A, die in dem ersten Polymer verwendet
werden, die Formel R3SnOOCCR'=CH2 oder
R3SiOOCCR'=CH2, wobei
R jeweils ein Alkylrest, der 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthält, oder
ein Aryl- oder Aralkylrest ist, R' H oder CH3 ist.
Die Gruppen R können verschieden
sein, sind allerdings vorzugsweise gleich.
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Das
erste Polymer umfasst 20 bis 70 Gew.-% der Monomereinheiten A, vorzugsweise
30 bis 65 Gew.-% und stärker
bevorzugt 50 bis 60 Gew.-%, wobei der Rest Monomereinheiten C ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das erste Polymer, das die Monomereinheiten
A umfasst, eine Metall-enthaltende Harzzusammensetzung, die erhalten
werden kann, wie in EP-A-342276 beschrieben, durch Umsetzung eines
Gemisches
- – eines
Säurerest-enthaltenden
Grundharzes, im Wesentlichen umfassend die Monomereinheiten C und olefinisch
ungesättigte
Carbonsäure-Monomereinheiten,
die Monomereinheit A entsprechen;
- – eines
Metallsalzes einer niedrig siedenden organischen basischen Säure, und
- – einer
hoch siedenden organischen einbasischen Säure bei erhöhter Temperatur unter Entfernung
der gebildeten niedrig siedenden organischen basischen Säure aus
dem System.
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Die
Metalle sind aus Zink, Kupfer oder Calcium ausgewählt.
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Das
Säurerest-enthaltende
Grundharz besitzt einen Säurewert
von 25 bis 350 mg KOH/g, die niedrig siedende organische basische
Säure besitzt
einen Siedepunkt von 100 bis 240 °C,
und die hoch siedende organische einbasische Säure besitzt einen Siedepunkt,
der mindestens 20 °C
höher ist
als der Siedepunkt der niedrig siedenden organischen basischen Säure.
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Bei
wieder einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt das erste Polymer, das die Monomereinheiten
A umfasst, ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von 1000 bis 50000
und enthält
20 bis 65 Gew.-% von Struktureinheiten, die sich von dem Trialkylsilylester
einer polymerisierbaren ungesättigten Carbonsäure ableiten,
wie in EP-A-775
733 beschrieben.
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Die
Monomereinheiten B können
N-Vinyllactam-Monomere der allgemeinen Formel CH2=CH-N-CO-R' sein, wobei R' ein n-Alkylidenrest
mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, stärker bevorzugt
mit 3 Kohlenstoffatomen ist. Die besonders bevorzugte Monomereinheit
B ist N-Vinylpyrrolidon.
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Die
Monomereinheiten B können
auch N-Vinylamide der allgemeinen Formel CH2=CH-N-CO-R" sein, wobei R" aus Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Alkylaryl-,
und Arylalkylresten mit maximal 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
2 bis 12 Kohlenstoffatomen, stärker
bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist.
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Die
Monomereinheiten B können
weiterhin Monomere der allgemeinen Formel CH2=CR'''-COO-R''''-NR'''''-CO-R' sein, wobei R''' H
oder CH3 ist, R''''' R" (wie vorstehend
definiert) oder vorzugsweise H ist, R' ein n-Alkylidenrest mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen
ist, allerdings vorzugsweise derart, dass der terminale Cyclus 2-Pyrrolidon
ist. Vorzugsweise ist R''' CH3; Beispiele
für solche
Monomere sind in Polymer 39(17), 4165–9, 1998 beschrieben.
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Die
Monomereinheiten B können
weiterhin immer noch Monomere der allgemeinen Formel CH2=CR'''-COO-R''''-N-CO-R" sein, wobei R''' H
oder CH3 ist, R'''' ein n-Alkylidenrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen
ist und R" aus Alkyl-,
Cycloalkyl-, Aryl-, Alkylaryl- und Arylalkylresten mit maximal 18
Kohlenstoffatomen ausgewählt
ist.
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Vorzugsweise
werden die N-Vinyllactame, stärker
bevorzugt N-Vinylpyrrolidon verwendet.
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Das
zweite Polymer umfasst 5 bis 40 Gew.-% der Monomereinheiten B, vorzugsweise
10 bis 30 Gew.-% und stärker
bevorzugt 15 bis 30 Gew.-%.
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Die
Monomereinheiten C sind vorzugsweise aus den Estern der ethylenisch
ungesättigten
Carbonsäuren
mit C1-C18-Alkoholen,
Styrol, alpha-Methylstyrol, Vinyltoluolen und Gemischen davon ausgewählt.
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Stärker bevorzugt
ist die ethylenisch ungesättigte
Carbonsäure
aus Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Maleinsäure,
Fumarsäure
und Gemischen davon, besonders bevorzugt aus Acrylsäure, Methacrylsäure und
Gemischen davon ausgewählt.
Der Alkohol kann ein aliphatischer oder ein cycloaliphatischer Alkohol
sein, und er kann linear oder verzweigt sein; stärker bevorzugt ist er aus C1-C10-Alkoholen,
stärker
bevorzugt aus C1-C4-Alkoholen,
besonders bevorzugt aus C1-C2-Alkoholen ausgewählt. Typische
Beispiele für
Monomereinheiten vom Estertyp sind Stearyl(meth)acrylat, Isobornyl(meth)acrylat,
Laurylmethacrylat, n-Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)acrylat,
Ethyl(meth)acrylat und Methyl(meth)acrylat.
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Das
Polymer kann durch Additionspolymerisation der entsprechenden Monomere
in den entsprechenden Anteilen bei Polymerisationsbedingungen unter
Verwendung eines radikalischen Katalysators wie z.B. Benzoylperoxid,
tert.-Butylperoxid-2-ethylhexanoat (TBPEH), tert.-Butylperoxybenzoat
(TBP) oder Azobisisobutyronitril, hergestellt werden. Die Reaktion
wird in einem organischen Lösungsmittel,
wie z.B. Xylol, Toluol, Butylacetat, n-Butanol, 2-Ethoxyethanol, Cyclohexanon,
2-Methoxyethanol, 2-Butoxyethanol, 2-Ethoxyethylacetat, N-Methylpyrrolidon,
Dimethylformamid, und Gemischen davon durchgeführt.
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Die
Polymerisation wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich
von 70 bis 140 °C
durchgeführt, obwohl
höhere
Temperaturen angewandt werden können,
mit der Maßgabe,
dass das Lösungsmittel
und der Katalysator dem angepasst sind. Innerhalb dieses Bereichs
erzeugt die Verwendung von höheren
Temperaturen Polymere mit niedrigerem Molekulargewicht. Die Polymerisation
kann durch Erhitzen sämtlicher
Polymer-Bestandteile in dem Lösungsmittel
oder vorzugsweise durch schrittweises Zugeben der Monomere und des
Katalysators zu dem erhitzten Lösungsmittel
durchgeführt
werden. Letztere Vorgehensweise erzeugt Polymere von niedrigerem
Molekulargewicht.
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Das
Verhältnis
der beiden zur Herstellung der Farbenzusammensetzung verwendeten
Polymere kann, in Abhängigkeit
von den gewünschten
Eigenschaften der Zusammensetzung, über einen breiten Bereich von Werten
variieren. Das relative Verhältnis
des ersten Polymers das die Monomereinheiten A umfasst, zu dem zweiten
Polymer, das die Monomereinheiten B umfasst, beträgt 95:5
bis 10:90, vorzugsweise 80:20 bis 40:60.
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Das
als andere wesentliche Komponente in der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung
verwendete Antifoulingmittel kann eines der herkömmlicherweise bekannten Antifoulingmittel
sein. Die bekannten Antifoulingmittel sind grob unterteilt in anorganische
Verbindungen, Metall-enthaltende organische Verbindungen und Metall-freie
organische Verbindungen.
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Beispiele
für die
anorganischen Verbindungen umfassen Kupfer-Verbindungen (z.B. Kupfersulfat, Kupferpulver,
Kupfer(I)-thiocyanat, Kupfercarbonat, Kupferchlorid, und das traditionell
bevorzugte Kupfer(I)-oxid), Zinksulfat, Zinkoxid, Nickelsulfat und
Kupfer-Nickel-Legierungen.
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Beispiele
für die
Metall-enthaltenden organischen Verbindungen umfassen Organokupfer-Verbindungen, Organonickel-Verbindungen
und Organozink-Verbindungen. Ebenfalls brauchbar sind Manganethylenbisdithiocarbamat
(Maneb), Propineb und dergleichen. Beispiele für die Organokupfer-Verbindungen
umfassen Kupfernonylphenolsulfonat, Kupferbis(ethylendiamin)bis(dodecylbenzolsulphonat),
Kupferacetat, Kupfernaphthenat, Kupferpyrithion und Kupferbis(pentachlorphenolat).
Beispiele für
die Organonickel-Verbindungen umfassen
Nickelacetat und Nickeldimethyldithiocarbamat. Beispiele für die Organo-Zink-Verbindungen
umfassen Zinkacetat, Zinkcarbamat, Bis(dimethylcarbamoyl)zinkethylenbis(dithiocarbamat),
Zinkdimethyldithiocarbamat, Zinkpyrithion und Zinkethylenbis(dithiocarbamat).
Als Beispiel für
Metall-enthaltende organische Mischverbindungen kann (polymeres)
mit Zinksalz komplexiertes Manganethylenbisdithiocarbamat (Mancozeb)
zitiert werden.
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Beispiele
für die
Metall-freien organischen Verbindungen umfassen N-Trihalogenmethylthiophthalimide,
Trihalogenmethylthiosulphamide, Dithiocarbaminsäuren, N-Arylmaleimide, 3-(substituierte Amino)-1,3-thiazolidin-2,4-dione,
Dithiocyano-Verbindungen, Triazin-Verbindungen, Oxathiazine und
andere.
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Beispiele
für die
N-Trihalogenmethylthiophthalimide umfassen N-Trichlormethylthiophthalimid
und N-Fluordichlormethylthiophthalimid. Beispiele für die Dithiocarbaminsäuren umfassen
Bis(dimethylthiocarbamoyl)disulfid, Ammonium-N-methyldithiocarbamat
und Ammoniumethylenbis(dithiocarbamat).
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Beispiele
für die
Trihalogenmethylthiosulfamide umfassen N-(Dichlorfluormethylthio)-N',N'-dimethyl-N-phenylsulfamid und N-(Dichlorfluormethylthio)-N',N'-dimethyl-N-(4-methylphenyl)sulfamid.
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Beispiele
für die
N-Arylmaleimide umfassen N-(2,4,6-Trichlorphenyl)maleimid, N-4-Tolylmaleimid, N-3-Chlorphenylmaleimid,
N-(4-n-Butylphenyl)maleimid, N-(Anilinophenyl)-maleimid und N-(2,3-Xylyl)maleimid.
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Beispiele
für die
3-(substituierten Amino)-1,3-thiazolidin-2,4-dione umfassen 2-(Thiocyanomethylthio)benzothiazol,
3-Benzylidenamino-1,3-thiazolidin-2,4-dion, 3-(4- Methylbenzylidenamino)-1,3-thiazolidin-2,4-dion,
3-(2-Hydroxybenzylidenamino)-1,3-thiazolidin-2,4-dion, 3-(4-Dimethylaminobenzylidenamino)-1,3-thiazolidin-2,4-dion
und 3-(2,4-Dichlorbenzylidenamino)-1,3-thiazolidin-2,4-dion.
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Beispiele
für die
Dithiocyano-Verbindungen umfassen Dithiocyanomethan, Dithiocyanoethan
und 2,5-Dithiocyanothiophen.
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Beispiele
für die
Triazin-Verbindungen umfassen 2-Methylthio-4-butylamino-6-cyclopropylamino-s-triazin.
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Beispiele
für Oxathiazine
umfassen 1,4,2-Oxathiazine und ihre Mono- und Dioxide, wie in der
PCT-Patentoffenlegungsschrift WO 98/05719 offenbart: Mono- und Dioxide
von 1,4,2-Oxathiazinen
mit einem Substituenten in der 3-Position, dargestellt durch (a)
Phenyl; Phenyl, substituiert mit 1 bis 3 Substituenten, die unabhängig ausgewählt sind
aus Hydroxyl, Halogen, C
1-12-Alkyl, C
5-6-Cycloalkyl, Trihalogenmethyl, Phenyl,
C
1-5-Alkoxy, C
1-5-Alkylthio,
Tetrahydropyranyloxy, Phenoxy, C
1-4-Alkylcarbonyl,
Phenylcarbonyl, C
1-4-Alkylsulfinyl, Carboxy
oder dessen Alkalimetallsalz, C
1-4-Alkoxycarbonyl,
C
1-4-Alkylaminocarbonyl, Phenylaminocarbonyl,
Tolylaminocarbonyl, Morpholinocarbonyl, Amino, Nitro, Cyano, Dioxolanyl
oder C
1-4-Alkyloxyiminomethyl; Naphthyl, Pyridinyl,
Thienyl, Furanyl; oder Thienyl, oder Furanyl, subsituiert mit 1
bis 3 Substituenten, die unabhängig ausgewählt sind
aus C
1-C
4-Alkyl,
C
1-
4-Alkyloxy, C
1-4-Alkylthio, Halogen, Cyano, Formyl, Acetyl,
Benzoyl, Nitro, C
1-C
4-Alkyloxycarbonyl,
Phenyl, Phenylaminocarbonyl und C
1-4-Alkyloxyiminomethyl;
oder (b) einen Substituenten der allgemeinen Formel
wobei X ein Sauerstoff- oder
Schwefelatom ist; Y ein Stickstoffatom, CH oder C(C
1-4-Alkoxy)
ist; und der C
6-Ring einen C
1-4-Alkyl-Substituenten;
einen zweiten Substituenten, ausgewählt aus C
1-C
4-Alkyl oder Benzyl, die gegebenenfalls in
der Position 5 oder 6 vorhanden sind, aufweisen kann.
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Weitere
Beispiele für
die Metall-freien organischen Verbindungen umfassen 2,4,5,6-Tetrachlorisophthalonitril,
N,N-Dimethyldichlorphenylharnstoff 4,5-Dichlor-2-n-octyl-4-isothiazolin-3-on,
N,N-Dimethyl-N'-phenyl-(N-fluordichlormethylthio)sulfamid,
Tetramethyl thiuramdisulfid, 3-Iod-2-propinylbutylcarbamat, 2-(Methoxycarbonylamino)benzimidazol,
2,3,5,6-Tetrachlor-4-(methylsulfonyl)pyridin, Diiodmethyl-p-tolylsulfon,
Phenyl(bispyridin)-wismutdichlorid,
2-(4-Thiazolyl)benzimidazol, Dihydroabietylamin, N-Methylolformamid
und Pyridintriphenylboran.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Verwendung der in WO-A-95/05739 offenbarten Oxathiazine
als Antifoulingmittel den zusätzlichen
Vorteil (offenbart in EP-A-823
462) verbesserter Selbstpolitur-Eigenschaften der Farbe.
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Unter
den Fouling-Organismen haben sich Rankenfußkrebse als besonders unangenehm
erwiesen, da sie den meisten Bioziden widerstehen. Demnach sollte
die Farbenformulierung vorzugsweise mindestens eine wirksame Menge
von mindestens einem Rankenfußkrebsabtötenden Mittel,
wie Kupfer(I)-oxid oder -thiocyanat, einschließen. Ein bevorzugtes Rankenfußkrebs-abtötendes Mittel
ist in EP-A-831134 offenbart. EP-A-831134 offenbart die Verwendung
von 0,5 bis 9,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trockenmasse,
der Zusammensetzung von mindestens einem 2-Trihalogenmethyl-3-halogen-4-cyanopyrrol-Derivat, das
in Position 5 und gegebenenfalls in Position 1 substituiert ist,
wobei die Halogene in Position 2 und 3 unabhängig aus Fluor, Chlor und Brom
ausgewählt
sind, der Substituen in Position 5 aus C1-8-Alkyl,
C1-8-Monohalogenalkyl, C5-6-Cycloalkyl,
C5-6-Monohalogencycloalkyl, Benzyl, Phenyl,
Mono- und Dihalogenbenzyl, Mono- und Dihalogenphenyl, Mono- und
Di-C1-4-alkylbenzyl,
Mono- und Di-C1-4-alkylphenyl, Monohalogenmono-C1-4-alkylbenzyl und Monohalogenmono-C1-4-alkylphenyl ausgewählt ist, wobei jedes Halogen
am Substituen in Position 5 aus Chlor und Brom ausgewählt ist,
wobei der fakultative Substituen in Position 1 aus C1-4-Alkyl und
C1-4-Alkoxy-C1-4-alkyl
ausgewählt
ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung werden ein oder mehrere Antifouling-Mittel,
die aus solchen Antifouling-Mitteln ausgewählt sind, eingesetzt. Die Antifouling-Mittel
werden in einer solchen Menge verwendet, dass der Anteil davon am
Feststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung in der Regel 0,1
bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 80 Gew.-% und stärker bevorzugt
1 bis 60 Gew.-% beträgt:
Zu geringe Antifouling-Mengen rufen keine Antifouling-Wirkung hervor,
während
zu große
Mengen an Antifouling-Mittel zur Bildung eines Beschichtungsfilms
führen,
der zur Entwicklung von Fehlern, wie Rissbildung und Ablösen, neigt,
und der somit im Hinblick auf die Antifouling-Eigenschaft weniger
wirksam wird.
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Die
Farbe enthält
zudem Pigment(e), Lösungsmittel
und Hilfsstoff(e).
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Die
Farbenzusammensetzung enthält
ein oder mehrere Pigmente (oder Füllstoffe).
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Die
Farbenzusammensetzung kann ein oder mehrere Pigmente enthalten,
die "aktive" Pigmente, d. h. in
Meerwasser wenig löslich,
sind. Diese Pigmente besitzen eine Meerwasser-Löslichkeit derart, dass die
Pigmentteilchen an der Anstrichoberfläche nicht überdauern. Die Pigmente besitzen
die Wirkung einer hervorgerufenen ubiquitären Glättung, die das sich relativ
bewegende Meerwasser auf den Farbenfilm ausübt, die die lokale Erosion
minimiert und vorzugsweise Auswüchse
entfernt, die während
des Auftragens der Farbe gebildet werden. Wenig lösliche Pigmente
werden seit langem in selbstpolierenden Antifouling-Farben verwendet. Typische
Beispiele sind Kupfer(I)-thiocyanat, Kupfer(I)-oxid, Zinkoxid, Kupfer(II)-acetat-meta-arsenat,
Zinkchromat, Zinkdimethyldithiocarbamat, Zinkethylenbis(dithiocarbamat)
und Zinkdiethyldithiocarbamat. Die bevorzugten wenig löslichen
Pigmente sind Zinkoxid, Kupfer(I)-oxid und Kupfer(I)-thiocyanat.
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Gemische
von wenig löslichen
Pigmenten können
verwendet werden, z.B. kann Zinkoxid, das bei der Auslösung der
stufenweisen Auflösung
der Farbe besonders wirksam ist, mit Kupfer(I)-oxid, Kupfer(I)-thiocyanat, Zinkdimethyl-
oder -diethyldithiocarbamat oder Zinkethylenbis(dithiocarbamat)
gemischt werden, die wirksamere marine Biozide sind; das besonders
Bevorzugte ist ein Gemisch von Zinkoxid mit Kupfer(I)-oxid oder
-thiocyanat.
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Die
Farbzusammensetzung kann ein oder mehrere Pigmente enthalten, die
in Meerwasser äußerst unlöslich sind,
wie Titandioxid, Talk oder Eisen(III)-oxid. Solche äußerst unlöslichen
Pigmente können
bei bis zu 40 Gew.-% der Pigment-Gesamtkomponente der Farbe verwendet
werden. Äußerst unlösliche Pigmente besitzen
die Wirkung der verzögerten
Erosion des Anstrichs.
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Die
Farbenzusammensetzung kann ein oder mehrere Pigmente oder Farbstoffe
enthalten, die dem Anstrich eine Farbe verleihen, z.B. Titandioxid,
Kupfer(I)-oxid oder Eisenoxid.
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Der
Anteil von Pigment zu Polymer ist im Allgemeinen so, dass sich eine
Pigment-Konzentration
von mindestens 25 Vol.-%, vorzugsweise von mindestens 35 Vol.-%
in dem trockenen Anstrichfilm ergibt. Die Obergrenze der Pigmentkonzentration
ist die kritische Pigment-Volumenkonzentration. Farben mit Pigment-Volumenkonzentrationen
von bis zu etwa 50 % wurden beispielsweise als sehr wirksam befunden.
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Beispiele
für das
organische Lösungsmittel
umfassen aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Xylol und Toluol; aliphatische
Kohlenwasserstoffe, wie Hexan und Heptan, Ester, wie Ethylacetat
und Butylacetat; Amide, wie N-Methylpyrrolidon und N,N-Dimethylformamid;
Alkohole, wie Isopropylalkohol und Butylalkohol; Ether, wie Dioxan,
THF und Diethylether; und Ketone, wie Methylethylketon, Methylisobutylketon
und Methylisoamylketon. Das Lösungsmittel
kann allein oder in Kombination davon verwendet werden.
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Zum
Erhalt der bei der erwarteten Betriebstemperatur gewünschten
Viskosität
zum Aufbringen auf den Schiffsrumpf werden vorzugsweise Lösungsmittel
im Bereich von 10 bis 50 dPa·s,
stärker
bevorzugt von 20 bis 40 dPa·s,
besonders bevorzugt von etwa 25 dPa·s verwendet. Natürlich ist
auch die Natur der Lösungsmittel
an die erwartete Betriebstemperatur für die Aufbringung auf den Schiffsrumpf
angepasst, wobei die gewünschte
Trocknungszeit berücksichtigt
wird.
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Gegebenenfalls
können
additive Bestandteile in die erfindungsgemäße, so hergestellte Beschichtungszusammensetzung
eingearbeitet werden. Beispiele für die additiven Bestandteile
sind Entfeuchter und Hilfsstoffe, die allgemein in Beschichtungszusammensetzungen
als Stabilisatoren und Schaumhemmer verwendet werden.
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BEISPIELE
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Methoden
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Bestimmung des Feststoffgehalts
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Der
Feststoffgehalt der Bindemittellösungen
wurde durch Wiegen einer Probe vor und nach dem Erhitzen für 1 h bei
120 °C bestimmt
[Standardtestverfahren ISO 3233/ASTM 2697/DIN 53219].
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Bestimmung der Viskosität
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Die
Viskosität
der Bindemittellösungen
und der Farben wurde mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 25 °C bestimmt [ASTM-Testverfahren
D2196–86].
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Bestimmung der Molekulargewichtsverteilung
der Polymere
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Die
Molekulargewichtsverteilung wurde durch Gelpermeationschromatographie
(GPC) mit Tetrahydrofuran (THF) als Lösungsmittel und Polystyrol
als Referenz bestimmt. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts
(Mw) und die Polydispersität
(d=Mw/Mn) sind in den Tabellen angegeben.
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Bewertung des Thixotropiefaktors
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Der
Thixotropiefaktor wird durch Messen der Viskosität mit einem Rotationsviskosimeter
(Haake VT 181) bei niedriger und hoher Geschwindigkeit bestimmt.
Er ist als Verhältnis
der Viskosität
bei 5,66 U/min zu der Viskosität
bei 181 U/min definiert. [Standardverfahren DIN 53018, 53019, 53214].
Der Thixotropiefaktor wurde bei Standardbedingungen mit Farben gemessen,
die alle auf eine Viskosität
zwischen 11 und 13 dPa·s verdünnt wurden.
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Bewertung des Polierens
der Farben
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Die
Erosionsgeschwindigkeit ist die gemittelte Abnahme in der Filmdicke
(ausgedrückt
in μm/Monat) pro
Monat während
des gesamten Tests (1 Monat = 30 Tage). Die minimale Dauer des Tests
betrug 8 Monate.
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Edelstahlscheiben,
20 cm im Durchmesser, wurden mit einem standardmäßigen Korrosionshemmersystem
(300 μm
Trockenfilmdicke) geschützt.
Zwei Schichten der zu testenden Selbstpoliturfarbe wurden aufgebracht,
um eine Gesamt-Trockenfilmdicke zwischen 200 und 300 μm zu ergeben.
Die Tests wurden in konstant aufgefrischtem natürlichem Meerwasser bei einer
konstanten Temperatur von 20 °C
durchgeführt.
Die Scheiben wurden mit 1000 U/min, entsprechend etwa 34 km/h (18
Knoten/h), 9 cm von der Mitte gedreht.
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Die
Gesamt-Trockenfilmdicke wurde in 7-Wochen-Intervallen bestimmt,
nachdem die Farbe einen Tag lang trocknen gelassen wurde. Sie wurde
bei einer Anzahl von feststehenden Punkten gemessen, die jeweils 9
cm von der Mitte der Scheiben angeordnet waren.
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Oberflächenfehler
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Die
Oberflächenfehler
wurden am Ende des Politur-Testzeitraums von allen getesteten Proben
nach ISO 4628/4 aufgezeichnet. Das Testverfahren war angepasst.
Die anzugebenden Daten wurden reduziert auf
- – Typ der
durch die ISO-Kategorien vorgegebenen Oberflächenfehler;
- – Die
Größe der Rissbildung
wurde auf 2 Kategorien reduziert:
(a) mit bloßem Auge
nicht sichtbar, dargestellt durch einen Kleinbuchstaben;
(b)
mit bloßem
Auge sichtbar, dargestellt durch einen Großbuchstaben.
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Behälterstabilität
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Die
Stabilität
einer Farbenzusammensetzung wurde wie folgt getestet: 250 l der
Farbenzusammensetzungen wurden in einem Kanister bei 40 °C 6 Monate
lang gelagert. Die Farbenzusammensetzung ist akzeptabel, wenn folgendes
festgestellt wird:
- – keine großen Änderungen in der Viskosität;
- – Fehlen
von irreversibler Abscheidung;
- – keine
Phasentrennung.
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Herstellung der Polymere
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I. Herstellung des ersten
Polymers, das die Monomereinheiten A umfasst
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Polymer PA1
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Polymer
PA1 ist ein 53/47 (Gew./Gew.) Copolymer von Tributylzinnmethacrylat
(TBTMA) und Methylmethacrylat (MMA). Die Xylol-Lösung besaß eine Brookfield-Viskosität von 10,6
dPa·s,
für einen
Feststoffgehalt von 56,5 %, wie bestimmt durch GPC, Polymer PA 1
besaß ein
Molekulargewicht von 24100 und eine Polydispersität von d=2,1.
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Polymere PA2 und PA3
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"Säurereste-enthaltende basische
Harze" wurden unter
Befolgung der in den Referenzbeispielen 1 bis 4 von EP-A-0,342,276
beschriebenen Verfahrensweise hergestellt:
- – Referenzharz
R1.
58 Teile Ethylacrylat, 12 Teile Butylacrylat und 30 Teile
Acrylsäure
wurden polymerisiert, um einen harzartigen Lack mit einer Brookfield-Viskosität von 4
dPa·s,
einem Feststoffgehalt von 41,6 Gew.-% und einem festen Säurewert
von 233 mg KOH/g zu erhalten.
- – Referenzharz
R2 wurde auf die gleiche Weise wie Harz R1 hergestellt. 68 Teile
Ethylacrylat, 13 Teile Butylacrylat und 19 Teile Acrylsäure wurden
polymerisiert, um einen harzartigen Lack mit einer Brookfield-Viskosität von 0,3
dPa·s,
einem Feststoffgehalt von 41,1 Gew.-% und einem festen Säurewert
von 148 mg KOH/g zu erhalten.
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Polymer
PA2 wurde unter Befolgung der in Beispiel 18 von EP-A-0 342 276
beschriebenen Verfahrensweise hergestellt. Der harzartige, in Referenzharz
R1 erhaltene Lack wurde mit Kupferacetat und Naphthensäure behandelt.
Der so erhaltene Kupferacrylatlack besaß einen Feststoffgehalt von
43,9 Gew.-% und eine Brookfield-Viskosität von 34 dPa·s.
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Polymer
PA3 wurde entsprechend Referenzharz R2 hergestellt; der so erhaltene
Kupferacrylatlack besaß einen
Feststoffgehalt von 47,4 % und eine Brookfield-Viskosität von 11
dPa·s.
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Polymer PA4
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Polymer
PA4 wurde unter Befolgung der in den Beispielen S-1 bis S-6 von
EP-A-0 775 733 beschriebenen Verfahrensweise mit 57 Gew.-% Tributylsilylmethacrylat
(TBSiMA) und 43 Gew.-% MMA hergestellt. Polymer PA4 besaß eine Viskosität von 9
dPa·s
für einen
Feststoffgehalt von 56 % in Xylol. Wie durch GPC bestimmt, betrug
das Molekulargewicht 37600 und die Polydispersität d=2,1.
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II. Herstellung des zweiten
Polymers, das die Monomereinheiten B umfasst
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Polymer
PB 1 wurde durch Polymerisieren von 65 g Methylacrylat (MA), 25
g Vinylpyrrolidon (VP) und 10 g Butylacrylat (BA) in 100 g Xylol
unter Verwendung von TBPEH als Starter erhalten.
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Die
Eigenschaften der Polymere PB1 bis PB3 sind in Tabelle A gegeben.
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III. Herstellung der Vergleichspolymere
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Die
Vergleichsbeispiele CP1 und CP2 wurden nach den aus der Technik
bekannten und beispielsweise in der europäischen Patentschrift Nr. EP-B-0
218 573 offenbarten Verfahren hergestellt, wobei die Monomere A
und B in das gleiche Polymer eingearbeitet werden.
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Polymer
CP1 besitzt die gleiche Monomerzusammensetzung (und ein ähnliches
Mw) wie das 5:4-Gemisch der Polymere PA 1 und PB2 (siehe Tabelle
A und G).
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Polymer
CP2 besitzt die gleiche Monomerzusammensetzung (und ein ähnliches
Mw) wie das 5:4-Gemisch der Polymere PA1 und PB1 (siehe Tabellen
A und G).
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Die
Synthese der Polymere mit der gleichen Monomerzusammensetzung als
Gemisch der Polymere PA2 (oder PA3) mit einem der Polymere PB war
nicht möglich;
die Umsetzung mit dem Kupferderivat zerstörte den Lactamring.
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Herstellung der Farben
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Sämtliche
Farben wurden nach den Standardverfahrensweisen hergestellt, und
sie besitzen die in den Tabellen B, C, D und E in Gew.-% angegebene
Zusammensetzung. Sämtliche
Farben wurden auf eine Viskosität
zwischen 11–13
dPa·s
verdünnt.
Die festgestellten Farbeneigenschaften sind in Tabelle E angegeben.
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Beispiel 1
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Das
erste Polymer PA1, das zweite Polymer PB1 bzw. Dioctylphthalat (DOP)
wurden jeweils in einem Feststoff-Volumenverhältnis von 5:4:1 vermischt.
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Die
Pigmente wurden der Zusammensetzung in einer Menge von 21 Vol.-%
im Wesentlichen in Form von Cu2O zugesetzt,
das auch als Antifouling-Mittel wirkt.
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Auch
Absetzverhinderungsmittel (Bentonit) und Stabilisatoren (Molekularsieb)
wurden der Farbenzusammensetzung zugesetzt.
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Die
Gesamtzusammensetzung ist in Tabelle B angegeben.
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Beispiele 2 bis 8
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Sie
wurden entsprechend Beispiel 1 unter Verwendung zweier getrennter
Polymere hergestellt: Menge und Natur der beiden zur Herstellung
der Farbenzusammensetzung verwendeten Polymere sind in Tabelle B zusammengefasst.
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Beispiel 9
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Das
erste Polymer PA2 und das zweite Polymer PB2 wurden jeweils in dem
Volumenverhältnis
von 3:1 vermischt.
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Beispiele 10 bis 13
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Sie
wurden unter Verwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens
erhalten. Mengen, Bestandteile und Verhältnisse der Beispiele 9 bis
13 sind in Tabelle D zusammengefasst.
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Beispiel 14
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Das
erste Polymer PA4 und das zweite Polymer PB2 wurden jeweils in dem
Volumenverhältnis
von 1:1 vermischt. Mengen, Bestandteile und Verhältnisse sind in Tabelle E zusammengefasst.
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VERGLEICHSBEISPIELE
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Zum
Vergleich wurden die Beispiele C1 bis C5 hergestellt (Tabellen B
und E), wobei eines der beiden Polymere fehlte, während sämtliche
anderen Parameter identisch gehalten wurden. Dies ist in dem Verhältnis Polymer
1:Polymer 2:DOP, wie in Tabelle F gezeigt, wiedergegeben. Keinem
der Beispiele 1 bis 8 und C1 bis C5 wurde jeweils ein thixotropes
Mittel zugesetzt. Die Vergleichsbeispiele C6 bis C11 enthalten nur
1 Polymer mit beiden Monomereinheiten A und B. In diesen Beispielen
wurden, um die Thixotropie auf ein annehmbares Niveau zu erhöhen, verschiedene
Mengen von ThixatrolTMST verwendet, 0,1
bzw. 2 Vol.-% (Tabelle G).
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Der
Vergleich von Tabelle F mit Tabelle G zeigt, dass das beste Gleichgewicht
bei den erwünschten Eigenschaften
mit den erfindungsgemäßen Farbstoffzusammensetzungen
erhalten wird. In sämtlichen
Fällen reichte
der Thixotropiefaktor von 2,5 bis 10, der Feststoffgehalt ist größer als
50 Gew.-%, und der Selbstpoliturfaktor beträgt 3,5 bis 6,5. Diese Ergebnisse
stehen im Gegensatz zu den Eigenschaften, die von den Stand-der-Technik-Farbenzusammensetzungen
gezeigt werden, wobei die Verbesserung des Thixotropiefaktors zur
Abnahme des Feststoffgehalts und letztendlich zu einer nicht annehmbar
schlechten Lagerstabilität führte.
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Diese
Feststellungen können
in Beispiel-Paaren zusammengefasst werden, wobei die gleichen Prozentgehalte
von Monomereinheit A, B und C eingesetzt wurden
- – entweder
auf zwei separaten Bindemitteln, wobei eines die Monomereinheiten
A und C und das andere die Monomereinheiten B und C enthält;
- – oder
auf einem einzigen Bindemittel.
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Es
wurde kein thixotropes Mittel verwendet, 18 Vol.-% Cu2O
wurden zugesetzt. DOP wurde in der Menge von 1 Volumenteil auf 10
zugesetzt, wobei die restlichen 9 Teile entweder 5 Teile von einem
Bindemittel und 4 Teile des anderen Bindemittels für die erfindungsgemäßen Farbenzusammensetzungen
oder 9 Teile des einzigen Bindemittels für die Stand-der-Technik-Farbenzusammensetzungen
waren. Die Ergebnisse sind in Tabelle H zusammengefasst.
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