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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Harzzusammensetzungen mit einer ausgezeichneten
Vernetzungseffizienz, Lösungsmittelbeständigkeit
bzw. Wasserbeständigkeit,
die für
Lacke, Klebstoffe, Druckfarbe oder dergleichen verwendet werden
können.
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Zugrundeliegende
Technik
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Zusammensetzungen,
die ein Vinylcopolymer mit einer Carbonylgruppe und einem Polyhydrazid
umfassen, sind als Harze bekannt, die sich bei normaler Temperatur
vernetzen und für
Lacke, Klebstoffe oder dergleichen verwendet werden können.
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Die
veröffentlichte
geprüfte
Japanische Patentanmeldung Nr. 20991/83 offenbart zum Beispiel eine wäßrige Harzemulsion,
die hergestellt wird durch Zugabe einer Verbindung mit mindestens
zwei Hydrazinresten in dem Molekül
zu einer Carbonylgruppen umfassenden Emulsion, die man erhält durch
Copolymerisation von Monomeren mit einer Carbonylgruppe. Die Emulsion
hat die hervorragende Eigenschaft, daß sie sich bei normalen Temperaturen
vernetzen kann und als Einkomponentenlack verwendet werden kann.
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Lackfilme,
die gebildet wurden aus wäßrigen Harzemulsionen,
die unter Verwendung von Adipinsäuredihydrazid
und Succinsäuredihydrazid
gemäß den Beispielen
der oben genannten Veröffentlichung
hergestellt wurden, sind jedoch insoweit von Nachteil als sie eine
schlechte Lösungsmittelbeständigkeit,
Wasserbeständigkeit
und Witterungsbeständigkeit
haben.
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Die
veröffentlichte
geprüfte
Japanische Patentanmeldung Nr. 17213/75 offenbart eine warmhärtende Beschichtungszusammensetzung
mit einem Copolymer, das man erhält
durch Umsetzen eines Polyamins mit einem aus einem Vinylmonomer
mit einer Carbonylgruppe in dem Molekül und einem weiteren Vinylmonomer her hergestellten
Vinylcopolymer, und einem Aminoplastharz und/oder einem Epoxidharz.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Harzzusammensetzung
bereitzustellen, die ein gehärtetes
Harz mit einer ausgezeichneten Vernetzungseffizienz, Lösungsmittelbeständigkeit
und Wasserbeständigkeit
sowie ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften ergibt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Harzzusammensetzung bereit, die
folgendes umfaßt:
- (1) ein Vinylcopolymer, das man erhält aus einem
Ausgangsmaterial, das Vinylmonomer (a) enthält, das mindestens eine Carbonylgruppe
oder Aldehydgruppe umfaßt,
und Vinylmonomer (b), das von Vinylmonomer (a) verschieden ist und
zur Copolymerisation in der Lage ist;
- (2) ein Hydrazidderivat, das repräsentiert wird durch die allgemeine
Formel (I): (wobei R1 substituiertes
oder unsubstituiertes Phenylen, substituiertes oder unsubstituiertes
Cyclohexylen oder Alkylen repräsentiert;
und R2 und R3, die
gleich oder verschieden sein können,
jeweils eine Einfachbindung oder Alkylen repräsentieren) oder ein Hydrazidderivat,
bei dem die Aminogruppe(n) des durch die allgemeine Formel (I) repräsentierten
Hydrazidderivats mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung geschützt ist
(sind); und
- (3) eine Polyaminverbindung, die repräsentiert wird durch die allgemeine
Formel (II): (wobei R4 substituiertes
oder unsubstituiertes Phenylen, substituiertes oder unsubstituiertes
Cyclohexylen oder Alkylen repräsentiert;
und R5 und R6, die
gleich oder verschieden sein können,
jeweils eine Einfachbindung oder Alkylen repräsentieren) oder eine Polyaminverbindung,
bei der die Aminogruppe(n) der durch die allgemeine Formel (II)
repräsentierten
Polyaminverbindung mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung
geschützt
ist (sind).
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Im
folgenden können
das durch die allgemeine Formel (I) repräsentierte Hydrazidderivat und
die durch die allgemeine Formel (II) repräsentierte Polyaminverbindung
lediglich als Hydrazidderivat bzw. als Polyaminverbindung bezeichnet
werden.
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Außerdem kann
das Vinylcopolymer, das man erhält
von einem Ausgangsmaterial, das Vinylmonomer (a) enthält, das
mindestens eine Carbonylgruppe oder Aldehydgruppe umfasst, und Vinylmonomer
(b), das von Vinylmonomer (a) verschieden ist und zur Copolymerisation
in der Lage ist, als Vinylcopolymer der vorliegenden Erfindung bezeichnet
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben.
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Bei
den Definitionen der Gruppen in den allgemeinen Formeln (I) und
(II) umfasst das Alkylen geradkettige oder verzweigte Alkylengruppen
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie zum Beispiel Methylen, Ethylen, Propylen,
Butylen, Pentylen, Hexylen, Heptylen, Octylen und Dodecylen.
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Das
substituierte Phenylen und das substituierte Cyclohexylen haben
jeweils 1 bis 4 Substituenten. Beispiele für die Substituenten sind niederes
Alkyl und Halogenatome. Das niedere Alkyl umfasst geradkettige oder
verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie zum Beispiel
Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Propyl, Isopropyl, Butyl,
Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl und Octyl.
Die Halogenatome umfassen Fluor, Chlor, Brom und Iod.
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Die
bevorzugten Hydrazidderivate sind jene, bei denen R1 Alkylen
ist und R2 und R3 Einfachbindungen sind.
Die bevorzugten Polyaminverbindungen sind jene, bei denen R4 Alkylen ist und R5 und
R6 Einfachbindungen sind.
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Im
folgenden steht % für
Gew.-%, wenn nicht anders angegeben. Der Begriff (Meth)acrylat steht
für Methacrylat
und Acrylat. Analog dazu ist mit jedem (Meth)acrylsäurederivat
ein Methacrylsäurederivat
und ein Acrylsäurederivat
gemeint.
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Zur
Herstellung des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Vinylcopolymers
wird das mindestens eine Carbonylgruppe oder Aldehydgruppe umfassende
Vinylmonomer (a) verwendet [nachfolgend kann es als Monomer (a)
bezeichnet werden]. Monomer (a), das als Komponente dient, die die
Vernetzung ermöglicht,
wenn es in ein Polymer aufgenommen wird, ist ein Monomer, das mindestens
eine Carbonylgruppe oder Aldehydgruppe und eine Doppelbindung umfaßt, die
zur Polymerisation in der Lage ist. Bevorzugte Monomere (a) sind
jene, bei denen die Komponente der Carbonylgruppe keine Carboxylgruppe,
Carbamoylgruppe oder Estergruppe ist.
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Spezielle
Beispiele für
Monomer (a) umfassen Acrolein, Diaceton(meth)acrylamid, Formylstyrol,
Vinylmethylketon, Vinylisobutylketon, (Meth)acrylamidpivalinaldehyd,
Diaceton(meth)acrylat, Acetonyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylatacetylacetat,
Acetoacetoxyethyl(meth)acrylat, Butandiol-1-(meth)acrylat-4-acetylacetat,
(Meth)acrylamidmethylanisaldehyd und (Meth)acryloyloxypropanal-Derivate,
die repräsentiert
werden durch die folgende allgemeine Formel (III):
(wobei R
7,
R
8, R
9 und R
10, die gleich oder verschieden sein können, jeweils
ein Wasserstoffatom oder ein niederes Alkyl repräsentieren).
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Das
niedere Alkyl hat dieselbe Bedeutung wie oben angegeben.
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Die
durch die allgemeine Formel (III) repräsentierten bevorzugten (Meth)acryloyloxypropanal-Derivate sind
jene, bei denen R7, R8,
R9 und R10 Alkyl
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind.
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Von
den oben beschriebenen Monomeren (a) werden Acrolein, Diacetonacrylamid
und Vinylmethylketon bevorzugt. Monomer (a) kann einzeln verwendet
werden, oder es können
zwei oder mehr Arten von Monomer (a) in Kombination verwendet werden.
Mit Hilfe von zwei oder mehr Arten von Monomer (a) erhaltene Vinylcopolymere
gehören
auch zu den bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Vinylcopolymeren.
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Das
zur Copolymerisation fähige
Vinylmonomer (b), das zur Herstellung des bei der vorliegenden Erfindung
verwendeten Vinylcopolymers verwendet wird [im folgenden kann es
als Monomer (b) bezeichnet werden], kann je nach Verwendungszweck
beliebig aus jenen Monomeren ausgewählt werden, die mindestens eine
zur Polymerisation fähige
Doppelbindung im Molekül
aufweisen.
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Spezielle
Beispiele für
Monomer (b) sind aus einem Alkohol mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen
und (Meth)acrylsäure
gebildete Alkyl(meth)acrylate, wie zum Beispiel Methyl(meth)acrylat,
Ethyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)acrylat,
tert-Butyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat,
Lauryl(meth)acrylat und Stearyl(meth)acrylat; aromatische Vinylverbindungen
wie zum Beispiel Styrol, α-Methylstyrol
und p- Methylstyrol;
Hydroxyalkyl(meth)acrylate wie zum Beispiel 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat und 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat;
Glycoldi(meth)acrylate wie zum Beispiel Ethylenglycoldi(meth)acrylat
und Butandiol(meth)acrylat; Alkylaminoalkyl(meth)acrylate wie zum
Beispiel Dimethylaminoethyl(meth)acrylat; Vinylmonomere, die Fluor
enthalten, wie zum Beispiel Trifluorethyl(meth)acrylat, Pentafluorpropyl(meth)acrylat,
Perfluorcyclohexyl(meth)acrylat, 2,2,3,3-Tetrafluorpropyl(meth)acrylat
und β-(Perfluoroctyl)ethyl(meth)acrylat;
Vinylmonomere, die Siloxan enthalten, wie zum Beispiel 1-[3-(Meth)acryloxypropyl]-1,1,3,3,3-pentamethyldisiloxan,
3-(Meth)acryloxypropyltris(trimethylsiloxan)silan
und AK-5 (Siliconmakromonomer, Toa Gosei Kagaku Kogyo Co., Ltd.);
Vinylmonomere, die eine hydrolysierbare Silylgruppe enthalten, wie
zum Beispiel Vinyltrimethoxysilan, Vinylmethyldimethoxysilan, 3-(Meth)acryloxypropyltrimethoxysilan, 3-(Meth)acryloxypropylmethyldimethoxysilan,
3-(Meth)acryloxypropyltriethoxysilan und 3-(Meth)acryloxypropyldiethoxysilan; α,β-ethylenisch
ungesättigte
Carbonsäuren
wie zum Beispiel Acrylsäure,
Methacrylsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid,
Itaconsäure,
Itaconsäureanhydrid,
Crotonsäure,
Fumarsäure
und Citraconsäure;
Vinylmonomere, die eine Epoxygruppe enthalten, wie zum Beispiel
Glycidyl(meth)acrylat und Vinylmonomere, die man erhält durch
Umsetzen einer eine polymerisierbare Doppelbindung aufweisenden
Carbonsäure
(z.B. Fumarsäure,
Maleinsäure,
Maleinsäureanhydrid,
Leinölfettsäure, Tallölfettsäure und
wasserfreie Rizinusölfettsäure) mit
einem Epoxidharz oder einer Epoxyverbindung; Vinylether wie zum
Beispiel Vinylmethylether, Vinylethylether und Vinylisobutylether;
mehrbasige ungesättigte
Carbonsäuren
(z.B. Fumarsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid,
Leinölfettsäure, Tallölfettsäure und
wasserfreie Rizinusölfettsäure), oder einwertige
oder mehrwertige Alkoholester derselben; und bekannte Vinylmonomere
wie zum Beispiel Dimethylaminoethyl(meth)acrylatmethylchlorid, Allyl(meth)acrylat,
Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Glycidyl(meth)acrylat, Vinylacetat,
Vinylpropionat, (Meth)acrylnitril und die Makromonomere AS-6, AN-6,
AA-6 und AB-6 (Toa Gosei Kagaku Kogyo Co., Ltd.).
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Es
kann auch ein Monomer verwendet werden, das man erhält, indem
man in das Vinylmonomer (b) eine saure Gruppe oder eine basische
Gruppe aufnimmt [kann als Monomer (b-1) bezeichnet werden]; die
Verwendung von Monomer (b-1) und die anschließende Neutralisation der aufgenommenen
sauren oder basischen Gruppe macht das erhaltene Polymer wasserlöslich. Beispiele
für saure
Gruppen sind eine Carboxylgruppe, eine Sulfogruppe und eine Phosphogruppe,
und Beispiele für
die basischen Gruppen sind primäre,
sekundäre
und tertiäre
Aminogruppen. Die zur Neutralisation der aufgenommenen sauren oder
basischen Gruppe verwendeten Neutralisatoren umfassen basische Verbindungen
wie zum Beispiel anorganische Basen (z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid
und Natriumcarbonat), Ammoniak, Alkylamine (z.B. Trimethylamin,
Triethylamin und Tributylamin), Alkoholamine (z.B. Dimethylethanolamin
und Diethanolamin), mehrwertige Amine (z.B. Ethylendiamin und Diethylentriamin)
und stickstoffhaltige heterocyclische Verbindungen (z.B. Morpholin und
Pyridin) und saure Verbindungen wie zum Beispiel anorganische Säuren (z.B.
Salzsäure
und Schwefelsäure),
organische Säuren
(z.B. Ameisensäure,
Essigsäure,
Propionsäure,
Buttersäure
und Valeriansäure) und
Phenol.
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Die
zu verwendende Menge an Monomer (b-1) unterliegt keiner besonderen
Einschränkung
und schwankt je nach Art und Menge anderer Monomere etc., beträgt aber
normalerweise 0,005 bis 3,0 mmol/g, vorzugsweise 0,01 bis 2,0 mmol/g,
bezogen auf die Gesamtmenge der verwendeten Monomere.
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Monomer
(b) kann einzeln verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten von
Monomer (b) in Kombination verwendet werden. Unter Verwendung von
zwei oder mehr Arten von Monomer (b) erhaltene Vinylcopolymere gehören ebenfalls
zu den bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Vinylcopolymeren.
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Der
Anteil der Monomere (a) und (b) an den Vinylmonomeren insgesamt
in dem Ausgangsmaterial für das
bei der vorliegenden Erfindung verwendete Vinylcopolymer beträgt jeweils
vorzugsweise 0,1 bis 30% und 99,9 bis 70%, mehr bevorzugt 1 bis
10% und 99 bis 90%. Wenn der Anteil von Monomer (a) 0,1% oder mehr beträgt, hat
das erhaltene Produkt eine ausgezeichnete Vernetzungseffizienz,
Lösungsmittelbeständigkeit bzw.
Wasserbeständigkeit,
und wenn der Anteil 30 Gew.-% oder weniger beträgt, sind die aus dem Produkt gebildeten
Lackfilme nicht brüchig.
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Das
bei der vorliegenden Erfindung verwendete Vinylcopolymer kann hergestellt
werden durch Copolymerisation der Monomere (a) und (b) nach bekannten
Polymerisationsverfahren, zum Beispiel Suspensionspolymerisation,
Lösungspolyme- Lösungspolymerisation, Emulsionspolymerisation
und Blockpolymerisation. Die Emulsionspolymerisation wird bevorzugt,
weil die das Copolymer enthaltende Polymerisationsreaktionsmischung
an sich als wäßrige Dispersion
verwendet werden kann.
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Die
Emulsionspolymerisation kann nach bekannten Verfahren durchgeführt werden,
normalerweise unter Verwendung eines Emulgators und eines Polymerisationsinitiators.
Außerdem
eignen sich ein bekanntes Verfahren zum Erhalten einer Kern-und-Mantel-Dispersion
durch Ändern
der Monomerzusammensetzung in den Schichten einer mehrlagigen Polymerisationsemulsion
und eine Polymerisation unter Stromzufuhr, bei der sich die Monomerzusammensetzung
allmählich ändert.
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Es
gibt anionische, kationische, nichtionische und hochmolekulare Emulgatoren.
Spezielle Beispiele für
die Emulgatoren sind unter anderem anionische Tenside, wie zum Beispiel
Sulfate höherer
Alkohole, Alkylbenzolsulfonate, Polyoxyethylenalkylethersulfate
und Polyoxyethylenalkylphenolethersulfate, und nichtionische Tenside
wie zum Beispiel Polyoxyethylenalkylphenolether, ein Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockpolymer und
Sorbitanderivate. Beispiele für
die hochmolekularen Emulgatoren sind Polyvinylalkohol und Hydroxyethylcellulose.
Die zu verwendende Menge des Emulgators kann ohne besondere Einschränkung je
nach Art der Monomere etc. entsprechend festgelegt werden, beträgt aber
normalerweise 0,1 bis 10%, bezogen auf die Gesamtmenge der verwendete
Vinylmonomere.
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Die
zu verwendenden Polymerisationsinitiatoren umfassen Persulfate wie
zum Beispiel Kaliumpersulfat und Ammoniumpersulfat, Peroxide wie
zum Beispiel Wasserstoffperoxid, Benzoylperoxid, Cumolhydroperoxid
und t-Butylhydroperoxid sowie Azoverbindungen wie zum Beispiel Azobisisobutyronitril.
Bevorzugt werden Redoxinitiatoren, bei denen es sich um Kombinationen
des obigen Initiators mit einer reduzierenden Komponente wie zum
Beispiel einem Metallion, Natriumsulfit und einem Mercaptan mit
reduzierender Wirkung handelt. Der Polymerisationsinitiator wird
normalerweise, bezogen auf die Gesamtmenge der verwendeten Vinylmonomere,
in einer Menge von 0,1 bis 5,0 mol-% verwendet.
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Bei
der Emulsionspolymerisation können
gegebenenfalls Kettenübertragungsmittel
wie zum Beispiel n-Dodecylmercaptan, tert-Dodecylmercaptan oder α-Methylstyrol-Dimer
verwendet werden. Die Temperatur für die Polymerisation unterliegt
keiner besonderen Einschränkung,
beträgt
aber normalerweise 40 bis 100°C, vorzugsweise
60 bis 90°C.
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Vorzugsweise
sollte die durch Emulsionspolymerisation erhaltene Dispersion des
Vinylcopolymers nach der Polymerisation mit einer Base auf einen
pH-Wert von 6,5 bis 9,5 eingestellt werden, um ihr Stabilität zu verleihen.
Beispiele für
die Basen sind Ammoniak, Triethylamin, Propylamin, Dibutylamin,
Amylamin, 1-Aminooctan,
2-Dimethylaminoethanol, Ethylaminoethanol, 2-Diethylaminoethanol,
1-Amino-2-propanol, 2-Amino-1-propanol, 3-Amino-1-propanol, 1-Dimethylamino-2-propanol, 3-Dimethylamino-1-propanol,
2-Propylaminoethanol, Ethoxypropylamin, Aminobenzylalkohol, Morpholin,
Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid.
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Zur
Herstellung des Vinylcopolymers durch Lösungspolymerisation kann jedes
Lösungsmittel
verwendet werden, das die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten
Monomere und Polymere löst.
Spezielle Beispiel für
die Lösungsmittel
sind Alkohole wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol
und Butanol, Glycole wie zum Beispiel Ethylcellosolve, Cellosolveacetat,
Butylcellosolve, Butyl-Carbitol
und Propylenglycolmethylether, Acetate wie zum Beispiel Ethylacetat
und Butylacetat sowie Ketone wie zum Beispiel Methylethylketon und
Methylisobutylketon.
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Bei
der Lösungspolymerisation
beträgt
die Reaktionstemperatur normalerweise 40°C bis zum Siedepunkt des Lösungsmittels.
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Bei
der Lösungspolymerisation
können
Polymerisationsinitiatoren analog zu den oben beschriebenen oder
Kettenübertragungsmittel
analog zu den oben beschriebenen verwendet werden.
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Vorzugsweise
enthält
die Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung Wasser, und in
diesem Fall ist das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Vinylcopolymer
vorzugsweise in Wasser dispergiert (eine wäßrige Dispersion) oder in Wasser
oder einer Mischung aus Wasser und einem Lösungsmittel gelöst (ein wasserlösliches
Harz).
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Wenn
bei der Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung das bei der
vorliegenden Erfindung verwendete Vinylcopolymer in Wasser dispergiert
ist, beträgt
die Glasübergangstemperatur
(Tg) des Vinylcopolymers vorzugsweise –10 bis 50°C, mehr bevorzugt 0 bis 35°C. Wenn Tg –10°C oder darüber beträgt, haben die
aus der erhaltenen Zusammensetzung gebildeten Lackfilme eine ausgezeichnete
Härte bzw.
Gleitfähigkeit. Wenn
Tg 50°C
oder darunter beträgt,
hat die erhaltene Zusammensetzung eine ausgezeichnete Haftung an einem
Material, auf das sie aufgebracht wird. Der Tg-Wert des Vinylcopolymers
kann eingestellt werden durch Ändern
von Art und Verhältnis
der Vinylmonomere.
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Das
gewichtsgemittelte Molekulargewicht des bei der vorliegenden Erfindung
verwendeten Vinylcopolymers beträgt
vorzugsweise 10.000 bis 2.000.000, mehr bevorzugt 80.000 bis 1.500.000.
Wenn das Molekulargewicht 10.000 oder mehr beträgt, haben die aus der erhaltenen
Zusammensetzung gebildeten Lackfilme eine ausgezeichnete Festigkeit,
Schlagzähigkeit,
etc. Wenn das Molekulargewicht 2.000.000 oder weniger beträgt, ist
die erhaltene Zusammensetzung hervorragend hinsichtlich der Filmbildung.
Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht des Vinylcopolymers wird
normalerweise durch Gelchromatographie oder dergleichen gemessen.
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Die
wäßrige Dispersion
bzw. das wasserlösliche
Harz mit dem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Vinylcopolymer
kann man erhalten, indem man nach der Polymerisationsreaktion zur
Copolymerisation der Momonere (a) und (b) ggf. Wasser, ein Lösungsmittel,
einen Emulgator etc. der Polymerisationsreaktionsmischung zusetzt.
Es kann jedes Lösungsmittel
verwendet werden, solange das Polymer in dem wasserlöslichen
Harz bzw. der wäßrigen Dispersion
stabil ist. Beispiele für
die Lösungsmittel
umfassen die bei der oben beschriebenen Lösungspolymerisation verwendeten
Lösungsmittel.
Die Menge des Lösungsmittels
unterliegt keiner besonderen Einschränkung, beträgt aber vorzugsweise 30 Gew.-%
oder weniger, bezogen auf Wasser.
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Als
Emulgator können
die oben beschriebenen anionischen, kationischen, nichtionischen
oder hochmolekularen Emulgatoren verwendet werden. Der Emulgator Emulgator
wird in einer Menge von 0,1 bis 10% verwendet, bezogen auf das bei
der vorliegenden Erfindung verwendete Vinylcopolymer. Wenn das bei
der vorliegenden Erfindung verwendete Vinylcopolymer in Wasser dispergiert
ist, enthält
die Dispersion vorzugsweise einen Feststoffgehalt (Polymer) von
30 bis 70%. Bei einem Feststoffgehalt von 30% oder mehr können aus
der erhaltenen Zusammensetzung leicht Lackfilme mit einer ausreichenden
Dicke gebildet werden, und bei einem Feststoffgehalt von 70% oder
weniger hat die erhaltene Zusammensetzung eine niedrige Viskosität und ist
leicht zu handhaben.
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In
Fällen,
wo bei der Herstellung des Vinylcopolymers als Monomer (b) eine α,β-ethylenisch ungesättigte Carbonsäure verwendet
wird, wie zum Beispiel Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Maleinsäure,
Maleinsäureanhydrid,
Itaconsäure,
Itaconsäureanhydrid,
Crotonsäure,
Fumarsäure
oder Citraconsäure,
ein Hydroxyalkyl(meth)acrylat wie zum Beispiel 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat
oder 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat,
ein Glycoldi(meth)acrylat wie zum Beispiel Ethylenglycoldi(meth)acrylat
oder Butandiol(meth)acrylat, ein Alkylaminoalkyl(meth)acrylat wie
zum Beispiel Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, ein Vinylmonomer mit
einer Epoxygruppe wie zum Beispiel Glycidyl(meth)acrylat, oder ein
Vinylmonomer mit einer hydrolysierbaren Silylgruppe wie zum Beispiel
Vinyltrimethoxysilan, Vinylmethyldimethoxysilan, 3-(Meth)acryloxypropyltrimethoxysilan, 3-(Meth)acryloxypropylmethyldimethoxysilan,
3-(Meth)acryloxypropyltriethoxysilan oder 3-(Meth)acryloxypropyldiethoxysilan,
kann das erhaltene Vinylcopolymer nach Bedarf an ein anderes Polymer
gebunden sein. Die an ein anderes Polymer gebundenen Vinylcopolymere
gehören
ebenfalls zu den bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Vinylcopolymeren.
Das andere Polymer, an das das Vinylcopolymer gebunden ist, unterliegt
keiner besonderen Einschränkung,
solange es eine funktionelle Gruppe hat, die sich an das Vinylcopolymer
binden kann. Beispiele für
die anderen Polymere sind Alkydharze, Polyesterharze, Acrylharze,
Epoxidharze, Polyurethanharze, Nylonharze, Polydimethylsiloxan,
Polyvinylalkohol, Polyvinylamin, Polybutadienharze, Melaminharze,
Phenolharze und wasserlösliche
Celluloseether. Die bevorzugten Polymere sind jene mit einem gewichtsgemittelten
Molekulargewicht von 500 bis 200.000. Es ist möglich, die Wasserlöslichkeit
des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Vinylcopolymers einzustellen,
indem man ein Polymer mit Wasserlöslichkeit als das zu bindende
andere Polymer verwendet.
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Das
Hydrazidderivat kann als handelsübliches
Produkt gekauft werden, oder es kann durch Synthese nach einem bekannten
Verfahren erhalten werden.
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Das
Hydrazidderivat kann man zum Beispiel erhalten durch Umsetzen eines
Dialkylesters einer Dicarbonsäure
mit einem Hydrazinderivat nach einem bekannten Verfahren [Org. Synth.,
IV, 819 (1963)]. Den Dialkylester einer Dicarbonsäure als
Ausgangsmaterial gibt es als handelsübliches Produkt zu kaufen.
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Die
Polyaminverbindung gibt es normalerweise als handelsübliches
Produkt zu kaufen.
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Wenn
die Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung
als Einkomponentenlack oder -klebstoff gedacht ist, können das
Hydrazidderivat und die Polyaminverbindung in Form eines Derivats
verwendet werden, bei dem die Aminogruppe(n) mit einer niedermolekularen
Carbonylverbindung geschützt
ist(sind), um die Lagerbeständigkeit
der Zusammensetzung zu verbessern. Die bevorzugten niedermolekularen
Carbonylverbindungen sind jene mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen. Der
hierin verwendete Begriff "Aminogruppe" bezieht sich nicht
nur auf Aminogruppen in der Polyaminverbindung, sondern auch auf
Aminogruppen am Ende von Hydrazidogruppen in dem Hydrazidderivat.
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Bei
Verwendung des Hydrazidderivats oder der Polyaminverbindung, bei
dem bzw. der die Aminogruppe(n) mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung
geschützt
ist(sind), kann dieses Hydrazidderivat bzw. diese Polyaminverbindung
zuvor hergestellt werden durch Umsetzen des obigen Hydrazidderivats
oder der Polyaminverbindung mit einer niedermolekularen Verbindung
wie zum Beispiel einem Monoaldehyd oder einem Monoketon nach einem
bekannten Verfahren, zum Beispiel nach dem in der veröffentlichten
ungeprüften Japanischen
Patentanmeldung Nr. 38468/85 beschriebenen Verfahren. Alternativ
können
das Monoaldehyd oder das Monoketon und das Hydrazidderivat oder
die Polyaminverbindung einer Lösung
zugesetzt werden, die das bei der vorliegenden Erfindung verwendete
Vinylcopolymer enthält.
Bevorzugte Monoaldehyde und Monoketone sind jene mit einem Siedepunkt
von 30 bis 200°C,
zum Beispiel Monoaldehyde wie Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butylaldehyd
und Benzaldehyd und Monoketone wie Aceton, Methylethylketon, Diethylketon, Isopropylmethylketon,
Cyclohexanon Isopropylmethylketon, Cyclohexanon und Acetophenon.
Die niedermolekulare Carbonylverbindung wird normalerweise in einer
Menge von 5 Äquivalenten
oder mehr verwendet, bezogen auf die Aminogruppen in dem Hydrazidderivat
oder der Polyaminverbindung.
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Die
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann man erhalten,
indem man dem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Vinylcopolymer
das Hydrazidderivat oder das Hydrazidderivat, bei dem die Aminogruppe(n)
des ersteren Hydrazidderivats mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung
geschützt ist(sind),
und die Polyaminverbindung oder die Polyaminverbindung, bei der
die Aminogruppe(n) der ersteren Polyaminverbindung mit einer niedermolekularen
Carbonylverbindung geschützt
ist(sind), zusetzt und dies anschließend mischt oder dergleichen.
Die Reihenfolge oder Art der Zugabe oder dergleichen unterliegt
keiner besonderen Einschränkung.
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Bei
der vorliegenden Erfindung werden das Hydrazidderivat oder das Hydrazidderivat,
bei dem die Aminogruppe(n) des ersteren Hydrazidderivats mit einer
niedermolekularen Carbonylverbindung gestätzt ist(sind), und die Polyaminverbindung
oder die Polyaminverbindung, bei der die Aminogruppe(n) der ersteren Polyaminverbindung
mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung geschützt ist(sind),
in einer solchen Menge verwendet, daß die Gesamtmenge der Aminogruppen
und Iminogruppen vorzugsweise 0,1 bis 10 Äquivalente wird, mehr bevorzugt
0,2 bis 2 Äquivalente,
noch mehr bevorzugt 0,2 bis 1,5 Äquivalente
und am meisten bevorzugt 0,5 bis 1,2 Äquivalente, bezogen auf die
Gesamtmenge an Carbonylgruppen und Aldehydgruppen in dem bei der
vorliegenden Erfindung verwendeten Vinylcopolymer. Wenn das Verhältnis der
Aminogruppen und Iminogruppen zur Gesamtmenge der Carbonylgruppen
und Aldehydgruppen 0,1 Äquivalent
oder mehr beträgt,
hat die Harzzusammensetzung eine bessere Lösungsmittelbeständigkeit
oder Wasserbeständigkeit,
und wenn das Verhältnis
10 Äquivalente
oder weniger beträgt,
ist die Zusammensetzung wirtschaftlich gesehen von Vorteil. Der
hierin verwendete Begriff "Iminogruppe" bezeichnet Aminogruppen
in dem mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung geschützten Hydrazidderivat
bzw. einer solchen Polyaminverbindung.
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Das
bevorzugte Verhältnis
(Äquivalentverhältnis) des
Hydrazidderivats bzw. des Hydrazidderivats, bei dem die Aminogruppe(n)
des ersteren Hydrazidderivats mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung
geschützt
ist sind), zu der Polyaminverbindung bzw. der Polyaminverbindung,
bei der die Aminogruppe(n) der ersteren Polyaminverbindung mit einer
niedermolekularen Carbonylverbindung geschützt ist(sind), beträgt normalerweise
1/99 bis 99/1, vorzugsweise 5/95 bis 70/30, mehr bevorzugt 10/90
bis 60/40.
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Die
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann geringe Mengen
bekannter wäßriger Dispersionen
zum Beschichten umfassen, wie zum Beispiel eine Urethanemulsion
[z.B. Neolets, ICI Resins; Suncure, BF Goodrich], eine Acryl-Silicon-Emulsion
oder eine Fluoremulsion, oder wasserlösliche Harze wie zum Beispiel
ein Wasseralkydharz, ein Wasseracrylharz oder Polyvinylalkohol.
Vernetzungsmittel für
diese Harze, wie zum Beispiel ein Melaminharz oder ein wasserlösliches
Isocyanat, können
in der Zusammensetzung ebenfalls enthalten sein.
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Wenn
das Hydrazidderivat und die Polyaminverbindung verwendet werden,
kann die Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung normalerweise
durch Trocknen bei Raumtemperatur bis um die 100°C gehärtet werden. Wenn das Hydrazidderivat,
bei dem die Aminogruppe(n) mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung
geschützt
ist(sind), und die Polyaminverbindung, bei der die Aminogruppe(n)
mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung geschützt ist
sind), verwendet werden, beträgt
die Härtungstemperatur
vorzugsweise 20 bis 200°C,
mehr bevorzugt 50 bis 80°C.
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Wenn
die Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung als Lack verwendet
wird, können
gegebenenfalls verschiedene Färbemittel
wie zum Beispiel ein organisches Pigment oder ein anorganisches
Pigment, ein UV-Absorber, ein Pigmentverteiler, ein Verlaufmittel,
ein Verdickungsmittel, etc. zugesetzt werden. Ein Pigment kann mit
Hilfe einer Lackschüttelvorrichtung,
einer Kugelmühle
oder dergleichen unter Verwendung eines Dispergiermittels fein verteilt
werden, oder es kann auch ein handelsübliches industriell bearbeitetes
Pigment verwendet werden, das bereits fein verteilt ist.
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Der
unter Verwendung des Hydrazidderivats und der Polyaminverbindung
hergestellte Lack der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise als
Zweikomponentenlack mit einer Komponente, die das bei der vorliegenden
Erfindung verwendete Erfindung verwendete Vinylcopolymer enthält, und
einer Komponente, die das Hydrazidderivat und die Polyaminverbindung
enthält,
verwendet, und der Lack gemäß der vorliegenden Erfindung,
der mit dem Hydrazidderivat, bei dem die Aminogruppe(n) des obigen
Hydrazidderivats mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung
geschützt
ist(sind), und mit der Polyaminverbindung, bei der die Aminogruppe(n)
der obigen Polyaminverbindung mit einer niedermolekularen Carbonylverbindung
geschützt ist(sind),
hergestellt wurde, wird vorzugsweise als Einkomponentenlack verwendet.
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Der
Lack mit der Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung hat
eine niedrige Viskosität
und kann beim Anstreichen und beim Aufspritzen angewandt werden.
Der Lack kann unter einem weiten Bereich an Bedingungen gehärtet werden,
zum Beispiel durch Trocknen bei normalen Temperaturen oder Trocknen durch
Erwärmung.
Die bevorzugten zu lackierenden Materialien umfassen Metalle, Holz,
Kunststoff, anorganische Materialien, Beton und Asphalt.
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Der
durch Härten
der Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung erhaltene gehärtete Lack hat
eine ausgezeichnete Vernetzungseffizienz, Lösungsmittelbeständigkeit
und Wasserbeständigkeit
bzw. ausgezeichnete mechanische Eigenschaften.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Beispiele,
Vergleichsbeispiele und Referenzbeispiele der vorliegenden Erfindung
sind nachfolgend aufgeführt.
Die in diesen Beispielen verwendeten Begriffe "Teil" und "%" bedeuten Gewichtsteil bzw. Gewichtsprozent,
wenn nicht anders angegeben.
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Referenzbeispiel 1: Synthese
einer wäßrigen Dispersion
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Deionisiertes
Wasser (470 g) wurde in einen mit einem Temperaturregler, einem
Rücklaufrohr,
einem Stickstoffrohr und einem Rührwerksmotor
ausgestatteten abtrennbaren 1-Liter-Kolben gegossen und in einem Wasserbad
auf 70°C
erwärmt.
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Aqualon
HS-10 (13,5 Teile, Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) wurde mit Vinylmonomeren
(Diacetonacrylamid (DAAM, 10,4 Teile), Methylmethacrylat (MMA, 188,6
Teile), Butylacrylat (BA, 230,6 Teile) und Methacrylsäure (MAA,
6,9 Teile)] in einem Becher gemischt, um eine Vinylmonomermischung
herzustellen.
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Getrennt
davon wurden in einem anderen Becher 0,8 g Ammoniumpersulfat in
80,0 g deionisiertem Wasser gelöst.
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Als
die Temperatur des deionisierten Wassers in dem abtrennbaren Kolben
70°C erreichte,
wurden zwei Zehntel der zuvor hergestellten Vinylmonomermischung
und dann die gesamte wäßrige Lösung von
Ammoniumpersulfat zugesetzt. Nach anfänglicher Polymerisation wurde
der Rest der Vinylmonomermischung innerhalb von zwei Stunden zugetropft.
Nach Abschluß des
Zutropfens wurde das resultierende Gemisch auf 80°C erwärmt und
dann 2 Stunden gelagert. Dann wurde das Gemisch abgekühlt, mit
wäßrigem Ammoniak auf
einen pH-Wert von 9,0 eingestellt und durch ein Filtertuch von 100
mesh gefiltert. Der Feststoffgehalt der erhaltenen wäßrigen Vinylpolymerdispersion
betrug 44,9 Gew.-%.
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Beispiel 1
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Der
in Referenzbeispiel 1 erhaltenen wäßrigen Dispersion (100 Teile)
wurden Adipinsäuredihydrazid (ADH,
0,41 Teile) und 1,6-Diaminohexan (DAH, 0,09 Teile) zugesetzt, um
eine wäßrige Harzzusammensetzung
zu erhalten (der Anteil der Komponenten wurde so eingestellt, daß die Gesamtmenge
der Aminogruppen, bezogen auf 1 Mol der Carbonylgruppen in der in
Referenzbeispiel 1 erhaltenen wäßrigen Dispersion,
1,0 Moläquivalent
wurde).
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Beispiele 2 und 3
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Die
in Tabelle 1 aufgeführten
Komponenten wurden analog zu Beispiel 1 gemischt, um Harzzusammensetzungen
zu erhalten.
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Tabelle
1: Anteil der Komponenten in den Harzzusammensetzungen der Beispiele
1–3 und
der Vergleichsbeispiele 1 und 2
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Vergleichsbeispiel 1
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Der
in Referenzbeispiel 1 erhaltenen wäßrigen Dispersion (100 Teile)
wurde Adipinsäuredihydrazid (ADH,
0,54 Teile) zugesetzt, um eine wäßrige Harzzusammensetzung
zu erhalten (der Anteil der Komponenten wurde so eingestellt, daß die Menge
der Aminogruppen, bezogen auf 1 Mol der Carbonylgruppen in der in Referenzbeispiel
1 erhaltenen wäßrigen Dispersion,
1,0 Moläquivalent
wurde).
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Vergleichsbeispiel 2
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Der
in Referenzbeispiel 1 erhaltenen wäßrigen Dispersion (100 Teile)
wurde 1,6-Diaminohexan
(DAH, 0,36 Teile) zugesetzt, um eine wäßrige Harzzusammensetzung zu
erhalten (der Anteil der Komponenten wurde so eingestellt, daß die Menge
der Aminogruppen, bezogen auf 1 Mol der Carbonylgruppen in der in
Referenzbeispiel 1 erhaltenen wäßrigen Dispersion,
1,0 Moläquivalent
wurde).
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Jede
der wäßrigen Harzzusammensetzungen
der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde
mit einem Streichstab Nr. 126 auf eine mit Zinkphosphat behandelte
Stahlplatte und auf eine Glasplatte aufgebracht und 7 Tage bei Raumtemperatur
getrocknet, um Lackfilme zu erhalten. Die erhaltenen Lackfilme wurden
nach den folgenden Verfahren bewertet. Die Ergebnisse der Bewertung
sind in Tabelle 2 angegeben.
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Bleistiftritzhärte:
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Der
in JISK 5400 vorgeschriebene Bleistiftritzhärtetest wurde mit Proben durchgeführt, die
auf mit Zinkphosphat behandelte Stahlplatten aufgebracht worden
waren. Die Bewertung erfolgte anhand der Zerstörung des Lackfilms.
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Haftfähigkeit:
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Die
in JISK 5400 vorgeschriebene Gitterschnittprüfung wurde mit Proben durchgeführt, die
auf mit Zinkphosphat behandelte Stahlplatten aufgebracht worden
waren. Das heißt,
der Lackfilm wurde in Abständen von
1 mm gitterartige eingeschnitten, und ein Klebeband wurde auf die
Platte geklebt und dann abgezogen. Die Bewertung erfolgte anhand
der Zahl der Quadrate von 100 Quadraten, auf denen der Film geblieben
ist, und zwar nach dem folgenden Kriterium:
R: Fläche, wo
der Film haften bleibt: 90% oder mehr
(: Fläche, wo der Film haften bleibt:
von 50% (inklusive) bis 90% (exklusive)
X: Fläche, wo
der Film haften bleibt: unter 50%
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Vernetzungsgrad:
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Ein
Lackfilm (etwa 1 g) wurde genau gewogen und unter Rückfluß mittels
Tetrahydrofuran einer Soxhlet-Extraktion unterzogen. Der Extraktionsrückstand
wurde genau gewogen, und der Prozentsatz seines Gewichts gegenüber dem
des anfänglichen
Lackfilms wurd als Gelfraktion berechnet. Die Bewertung erfolgte nach
dem folgenden Kriterium:
R: Gelfraktion: 90% oder mehr
(:
Gelfraktion: von 50% (inklusive) bis 90% (exklusive)
X: Gelfraktion:
unter 50%
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Lösungsmittelbeständigkeit:
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Die
Reibfestigkeitsprüfung
erfolgte durch Reiben der Oberfläche
einer auf eine mit Zinkphosphat behandelte Stahlplatte aufgebrachten
Probe mit einer mit Xylol getränkten
Gaze unter einer Last von 500 Gramm. Die Bewertung erfolgte anhand
der zum Freilegen der Oberfläche
der Platte erforderlichen Anzahl der hin- und hergehenden Reibbewegungen
nach dem folgenden Kriterium:
R: 70 mal oder mehr
(: von
40 mal (inklusive) bis 70 mal (exklusive)
X: unter 40 mal
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Wasserbeständigkeit:
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Die
Prüfung
der Wasserbeständigkeit
erfolgte nach dem Verfahren gemäß JISK 5400.
Das heißt,
eine auf eine Glasplatte aufgebrachte Probe wurde in einem Tank
in Wasser (23°C)
getränkt.
Nach 72 Stunden wurde die Glasplatte herausgenommen und ihr Aussehen
visuell begutachtet. Die Bewertung erfolgte nach dem folgenden Kriterium:
R:
keine Änderung
festgestellt
(: leichte Trübung
festgestellt
X: Trübung
festgestellt
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Beständigkeit in warmem Wasser:
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Eine
auf eine Glasplatte aufgebrachte Probe wurde in einem Tank in Wasser
(50°C) getränkt. Nach
24 Stunden wurde die Glasplatte herausgenommen und ihr Aussehen
visuell begutachtet. Die Bewertung erfolgte nach dem folgenden Kriterium:
R:
keine Änderung
festgestellt
(: leichte Trübung
festgestellt
X: Trübung
festgestellt
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Mechanische Eigenschaften:
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Ein
auf eine Glasplatte aufgebrachter Lackfilm (Dicke: 100 μm) wurde
von der Platte abgezogen, um ein rechteckiges Probestück (5 × 50 mm)
herzustellen. Für
die Zugprüfvorrichtung
(Autograph) galten folgende Bedingungen: Zuggeschwindigkeit – 50 mm/Minute;
Abstand zwischen Benchmarks – 10
mm; Abstand zwischen Spannfuttern – 40 mm. Zugfestigkeit und
Dehnung wurden gemessen (an der Zusammensetzung von Beispiel 3 wurde
keine Messung vorgenommen).
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Tabelle
2: Ergebnisse der Bewertung von Lackfilmen
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Aus
Tabelle 2 geht hervor, daß die
durch Härten
der Harzzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung erhaltenen
gehärteten
Harze eine ausgezeichnete Vernetzungseffizienz, Lösungsmittelbeständigkeit und
Wasserbeständigkeit
sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften haben.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Harzzusammensetzung bereit, die
ein gehärtetes
Harz ergibt, das eine ausgezeichnete Vernetzungseffizienz, Lösungsmittelbeständigkeit
und Wasserbeständigkeit
sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften hat.