DE60121824T2

DE60121824T2 - Pigmentdispersion und deren herstellung

Info

Publication number: DE60121824T2
Application number: DE60121824T
Authority: DE
Inventors: Swaminathan Canton RAMESH; JoAnn Southfield LANZA; Paul West Bloomfield Harris
Original assignee: BASF Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: EP1366123A2; US6642338B2; US20040048959A1; WO2002051948A3; CA2430991C; CA2430991A1; ATE334175T1; US20020132890A1; US6777519B2; MXPA03003284A; ES2267859T3; AU2002225601A1; DE60121824D1; EP1366123B1; WO2002051948A2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine in wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen verwendete Pigmentdispersion und insbesondere wasserbasierte Acrylemulsionsdispergiermittel für ein anorganisches Pigment und ein Verfahren zur Herstellung des Acrylemulsionsdispergiermittels.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wäßrige Beschichtungszusammensetzungen enthalten in der Regel ein primäres Bindemittelharz, einen Vernetzer, ein Pigment oder Pigmente zur Verbesserung der Ästhetik der Beschichtungszusammensetzung und andere Lackadditive, wie Lösungsmittel, Mittel zur Regulierung des Verlaufs und des Aussehens, lichtstabilisierende Additive und Füllstoffe, wie Streckpigmente.
Im Stand der Technik ist es allgemein üblich, das Pigment mit Hilfe einer Pigmentdispersion in die wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen einzuarbeiten. Die Pigmentdispersion wird durch Dispergieren des Pigments in einem Reibharz erhalten. Im einzelnen verwendet man zur Einarbeitung des Pigments in das Reibharz eine Mühle, wie eine Kugelmühle, eine Reibmühle oder eine kontinuierliche Mühle. Das Pigment wird auf der Mühle in das Reibharz eingearbeitet, bis eine gewünschte Teilchengröße des Pigments erreicht ist und das Pigment vom Reibharz ordentlich benetzt und einheitlich darin dispergiert ist.
Die Reibharze des Standes der Technik haben sich für die Verwendung als Reibharz zum Dispergieren von Pigmenten, die zur Verwendung in wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen geeignet sind, als unzureichend erwiesen. Die Reibharze des Standes der Technik sind unwirksam, da diese Harze den bei der Einarbeitung des Pigments von der Mühle ausgeübten Kräften nicht widerstehen können. Diese Reibharze lassen auch zu wünschen übrig, wenn es darum geht, das Pigment zu benetzen und das Pigment in dem Reibharz dispergiert zu halten. Stattdessen neigt das Pigment mit den Reibharzen des Standes der Technik zum Koagulieren oder Absetzen, was zu schlechter Stabilität und unzureichender Haltbarkeit der Pigmentdispersion führt.
Diese Reibharze des Standes der Technik haben im allgemeinen auch erhöhte Viskositäten, die in der Regel der Pigmentmenge, die in das Reibharz eingearbeitet werden kann, Grenzen setzt. Infolgedessen ist es nicht möglich, mit Pigmentdispersionen, in denen die Reibharze des Standes der Technik verwendet werden, ausreichende Pigment-Bindemittel-Verhältnisse zu erzielen und dabei gleichzeitig einen annehmbaren Glanz und ein annehmbares Aussehen eines Films aus den Beschichtungszusammensetzungen beizubehalten. Außerdem sind bei diesen Reibharzen infolge der erhöhten Viskosität häufig Lösungsmittel und andere Additive erforderlich, die den flüchtigen Anteil der Pigmentdispersion insgesamt erhöhen, was in der gesamten Beschichtungsindustrie unerwünscht ist.
Zusammenfassend ist festzuhalten, daß die Reibharze des Standes der Technik, wie vorstehend erörtert, durch eine oder mehrere Unzulänglichkeiten gekennzeichnet sind. Aufgrund dieser im Stand der Technik festgestellen Unzulänglichkeiten ist es wünschenswert, als Reibharze für anorganische Pigmente zu verwendende wasserbasierte Acrylemulsionsdispergiermittel und ein Verfahren zur Herstellung der wasserbasierten Acrylemulsionen bereitzustellen. Vorteilhaft ist bei den erfindungsgemäßen Acrylemulsionsdispergiermitteln, daß sie bei annehmbarem Glanz und annehmbarem Aussehen des Films aus der Beschichtungszusammensetzung die Pigmente effektiv benetzen, die Pigmente einheitlich dispergie ren und erhöhte Pigment-Bindemittel-Verhältnisse bereitstellen.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gegenstand der Erfindung ist ein wasserbasiertes Acrylemulsionsdispergiermittel. Das erfindungsgemäße Acrylemulsionsdispergiermittel wird als Reibharz, das auch als Emulsionsreibharz bezeichnet wird, zur Einarbeitung von anorganischem Pigment in eine Pigmentdispersion für wäßrige Beschichtungszusammensetzungen verwendet. Bei diesem Acrylemulsionsdispergiermittel handelt es sich um das Umsetzungsprodukt aus einem ethylenisch ungesättigten Monomer, einem vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomer, einem nichtfunktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer, einem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe und einer Säure mit einer ersten funktionellen Säuregruppe, die gegenüber der Hydroxylgruppe reaktiv ist, und einer zweiten funktionellen Säuregruppe, die zur Bereitstellung einer Säureaniongruppe befähigt ist.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung des Acrylemulsionsdispergiermittels. Dabei geht man so vor, daß man das ethylenisch ungesättigte Monomer und das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer mit Wasser zu einer ersten Reaktionsmischung vereinigt. Dann vereinigt man ein nichtfunktionelles Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer und ein funktionelles Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe mit Wasser zu einer zweiten Reaktionsmischung. Als nächstes polymerisiert man die erste und zweite Reaktionsmischung zu einem intermediären Emulsionspolymer. Das intermediäre Emulsionspolymer enthält die Hydroxylgruppe, welche man dann mit der Säure umsetzt, was das erfindungsgemäße wasserbasierte Acrylemulsionsdispergiermittel ergibt.
Im einzelnen wird die zweite funktionelle Säuregruppe der Säure vor der Umsetzung der ersten funktionellen Säuregruppe der Säure mit der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers mit einem Amin neutralisiert. Danach reagiert die erste funktionelle Säuregruppe mit der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers und verbindet dadurch die die Säureaniongruppe aufweisende Säure mit dem intermediären Emulsionspolymer unter Bildung des Acrylemulsionsdispergiermittels.
Die allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Reibharzes, das in wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen verwendete anorganische Pigmente effektiv benetzt und den durch die zum Anreiben und Einarbeiten der anorganischen Pigmente in das Reibharz verwendeten Mühlen eingebrachten mechanischen Kräften widerstehen kann. Indem es den durch die Mühlen ausgeübten mechanischen Kräften widersteht, ist dieses Reibharz insofern ideal, daß es der Mühle genug Zeit gibt, die idealen Teilchengrößen der anorganischen Pigmente zu erreichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Reibharzes, das ein verhältnismäßig kleines Molekulargewicht und eine entsprechend niedrige Viskosität aufweist, so daß unter Beibehaltung einer geringen Viskosität für die Pigmentdispersion erhöhte Pigment-Bindemittel-Verhältnisse erzielt werden können. Insbesondere kann man aufgrund der verhältnismäßig geringen Viskosität des erfindungsgemäßen Reibharzes höhere Pigmentkonzentrationen in das Reibharz einarbeiten und so die erhöhten Pigment-Bindemittel-Verhältnisse der Pigmentdispersion erzielen. Aufgrund der höheren Konzentration an festem Pigment im Reibharz wird der flüchtige Anteil der Pigmentdispersion und der Beschichtungszusammensetzung insgesamt verringert. Dieses Reibharz zeigt außerdem auch bei den erhöhten Pigment-Bindemittel-Verhältnissen eine überlegene Dispersionsstabilität, da die Pigmentdispersion länger haltbar ist, und ist in Wasser vollständig dispergierbar, wobei nur wenig oder gar kein Cosolvens zur Förderung der Dispergierbarkeit erforderlich ist. Dieses Reibharz eignet sich auch zur Erzielung optimaler optischer Eigenschaften, wie Abbildungsschärfe und Glanz, in einem Film aus der Beschichtungszusammensetzung.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das erfindungsgemäße wasserbasierte Acrylemulsionsdispergiermittel ist eine „primäre" Emulsion. Darunter ist zu verstehen, daß es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine einheitliche wasserdispergierte Form mit Wasser als einzigem Medium handelt. Das Acrylemulsionsdispergiermittel wird als Reibharz zur Einarbeitung von anorganischem Pigment in eine Pigmentdispersion für eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung verwendet. Beispiele für anorganische Pigmente, die in wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen Anwendung finden, sind u.a. Titandioxid TiO₂ und Eisenoxid FeO sowie bestimmte Aluminium- und Glimmerplättchenpigmente. Es versteht sich, daß die Begriffe Acrylemulsionsdispergiermittel und Reibharz in der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet werden. Das Acrylemulsionsdispergiermittel enthält sowohl organische als auch anorganische chemische Strukturen mit verschiedenen Funktionalitäten, die eine effiziente Benetzung des anorganischen Pigments und eine optimale Stabilität des Pigments im Reibharz der Pigmentdispersion in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung fördern. Diese verschiedenen Funktionalitäten werden nachstehend vorgestellt und beschrieben.
Bei dem Acrylemulsionsdispergiermittel handelt es sich ganz allgemein um das Umsetzungsprodukt aus einem ethylenisch ungesättigten Monomer, einem vinylaromati schen Kohlenwasserstoff-Monomer, einem nichtfunktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer, einem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe und einer Säure mit einer ersten funktionellen Säuregruppe, die gegenüber der Hydroxylgruppe reaktiv ist, und einer zweiten funktionellen Säuregruppe, die zur Bereitstellung einer Säureaniongruppe befähigt ist. Es versteht sich, daß der Begriff ethylenisch ungesättigtes Monomer sowohl ein ethylenisch ungesättigtes Monomer als auch mehr als ein ethylenisch ungesättigtes Monomer umfassen soll. In der Tat enthält die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehr als ein ethylenisch ungesättigtes Monomer, was nachstehend beschrieben wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Acrylemulsionsdispergiermittels geht man so vor, daß man das ethylenisch ungesättigte Monomer und das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer mit Wasser zu einer ersten Reaktionsmischung vereinigt, das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer und das funktionelle Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer mit der Hydroxylgruppe mit Wasser zu einer zweiten Reaktionsmischung vereinigt, die erste und zweite Reaktionsmischung zu einem intermediären Emulsionspolymer, das die Hydroxylgruppe enthält, polymerisiert und die Hydroxylgruppe mit der Säure umsetzt. Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte werden vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 25°C und 100°C und besonders bevorzugt zwischen 50°C und 100°C durchgeführt. Dieses Verfahren wird nachstehend näher erläutert.
Das ethylenisch ungesättigte Monomer ist hydrophob, d.h. wasserunlöslich, und bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Acrylemulsionsdispergiermittels wird das ethylenisch ungesättigte Monomer so gewählt, daß die Mischbarkeit zwischen dem Acrylemulsionsdispergier mittel und einem Bindemittelharz der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung gefördert wird. Wie dem Fachmann bekannt ist, handelt es sich bei den Bindemittelharzen wäßriger Beschichtungszusammensetzungen vorzugsweise um ein Polyacryl- oder Polyester-Bindemittelharz. Das ethylenisch ungesättigte Monomer wird auch so gewählt, daß sich eine ideale Mindestfilmbildungstemperatur MFFT für das Acrylemulsionsdispergiermittel und letztendlich für den Film aus der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung ergibt, so daß das Acrylemulsionsdispergiermittel und der Film gegen übermäßiges Reißen und Abplatzen beständig sind. Die MFFT des Acrylemulsionsdispergiermittels beträgt vorzugsweise 0 bis 15°C und besonders bevorzugt 5 bis 10°C. Das Acrylemulsionsdispergiermittel wird ferner so gewählt, daß die Lichtempfindlichkeit des Acrylemulsionsdispergiermittels und des das Acrylemulsionsdispergiermittel enthaltenden Films auf ein Minimum beschränkt wird.
Das ethylenisch ungesättigte Monomer liegt in dem Acrylemulsionsdispergiermittel in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteilen und vorzugsweise 15 bis 20 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Acrylemulsionsdispergiermittels einschließlich Wasser, vor. In bezug auf die gesamte Monomerzusammensetzung liegt das ethylenisch ungesättigte Monomer in einer Menge von 30 bis 60 Gewichtsteilen und vorzugsweise 45 bis 55 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vor. Es versteht sich, daß die gesamte Monomerzusammensetzung neben dem Gehalt des ethylenisch ungesättigten Monomers auch den Gehalt des vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomers, des nichtfunktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomers und des funktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomers umfaßt, die alle nachstehend näher erläutert werden.
Das ethylenisch ungesättigte Monomer wird im einzelnen aus der Gruppe von Verbindungen bestehend aus aliphatischen Acrylaten, aliphatischen Methacrylaten, cycloaliphatischen Acrylaten, cycloaliphatischen Methacrylaten und Gemischen davon ausgewählt. Es versteht sich, daß jede dieser Verbindungen, nämlich die aliphatischen Acrylate, die aliphatischen Methacrylate, die cycloaliphatischen Acrylate und die cycloaliphatischen Methacrylate, einen Alkylrest enthalten. Nach der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Alkylreste dieser Verbindungen bis zu 20 Kohlenstoffatome. Wenn die aliphatischen Acrylate als ethylenisch ungesättigtes Monomer gewählt werden, so liegen sie in einer Menge von 15 bis 30 Gewichtsteilen und vorzugsweise 23 bis 29 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vor. Ganz analog liegen die aliphatischen Methacrylate, wenn sie als ethylenisch ungesättigtes Monomer gewählt werden, in einer Menge von 15 bis 30 Gewichtsteilen und vorzugsweise 23 bis 29 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vor.
Nach der bevorzugten Ausführungsform ist mehr als eine Art von ethylenisch ungesättigtem Monomer vorhanden. Die verschiedenen Arten von ethylenisch ungesättigten Monomeren werden so gewählt, daß die physikalischen Eigenschaften des Acrylemulsionsdispergiermittels gemäß obigen Ausführungen ausbalanciert werden. Das heißt, mehr als eine Art des ethylenisch ungesättigten Monomers balanciert die MFFT aus und sorgt für die gewünschte Riß- und Abplatzbeständigkeit sowie die gewünschte Lichtempfindlichkeit des Acrylemulsionsdispergiermittels und des Films aus der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung.
Die aliphatischen Acrylate, die als eines der ethylenisch ungesättigten Monomere gewählt werden können, werden aus der Gruppe bestehend aus Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat, Hexylacrylat, Ethylhexylacrylat, Stearylacrylat, Laurylacrylat und Gemischen davon ausgewählt. Die aliphatischen Methacrylate, die als eines der ethylenisch ungesättigten Monomere gewählt werden können, werden aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat, Butylmethacrylat, Hexylmethacrylat, Ethylhexylmethacrylat, Stearylmethacrylat, Laurylmethacrylat und Gemischen davon ausgewählt. Das cycloaliphatische Acrylat, das als eines der ethylenisch ungesättigten Monomere gewählt werden kann, ist Cyclohexylacrylat, und das cycloaliphatische Methacrylat, das als eines der ethylenisch ungesättigten Monomere gewählt werden kann, ist Cyclohexylmethacrylat.
Nach der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen zwei ethylenisch ungesättigte Monomere vor, nämlich Butylmethacrylat (BMA) und Butylacrylat (BA). Zur Veranschaulichung sind nachstehend chemische Darstellungen von BMA und BA wiedergegeben.
Wie das ethylenisch ungesättigte Monomer bzw. die ethylenisch ungesättigten Monomere ist auch das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer hydrophob, d.h. wasserunlöslich, und bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Acrylemulsionsdispergiermittels wird auch das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer so gewählt, daß die Mischbarkeit zwischen dem Acrylemulsionsdispergiermittel und einem Bindemittelharz der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung gefördert wird. Das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer wird auch so gewählt, daß sich eine ideale Mindestfilmbildungstemperatur ergibt und die Lichtempfindlichkeit des Acrylemulsionsdispergiermittels und des Films reguliert wird.
Das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer liegt in dem Acrylemulsionsdispergiermittel in einer Menge von 1 bis 15 Gewichtsteilen und vorzugsweise 3 bis 9 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Acrylemulsionsdispergiermittels einschließlich Wasser, vor. In bezug auf die gesamte Monomerzusammensetzung liegt das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer in einer Menge von 5 bis 20 Gewichtsteilen und vorzugsweise 10 bis 15 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vor. Ferner beträgt das Molverhältnis von ethylenisch ungesättigtem Monomer zu vinylaromatischem Kohlenwasserstoff-Monomer 1:1 bis 10:1.
Das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer wird im einzelnen aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluol, Diphenylethylen und Gemischen davon ausgewählt. Nach der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomer um Styrol. Zur Veranschaulichung ist nachstehend eine chemische Darstellung von Styrol wiedergegeben.
Zur Herstellung des Acrylemulsionsdispergiermittels vereinigt man das ethylenisch ungesättigte Monomer und das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer mit Wasser zur ersten Reaktionsmischung. Wie oben angegeben, sind die ethylenisch ungesättigten Monomere und das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer wasserunlöslich. Daher muß man ferner der ersten Reaktionsmischung ein anionisches Tensid zusetzen, so daß das ethylenisch ungesättigte Monomer und das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer in dem Wasser dispergiert werden und darin eingearbeitet werden können. Als anionisches Tensid verwendet man vorzugsweise ein Tensid auf Sulfonat-Basis. Nach der bevorzugten Ausführungsform vereinigt man das BMA und BA und Styrol mit Wasser und dem anionischen Tensid zur ersten Reaktionsmischung. Nach dieser Ausführungsform beläuft sich das Molverhältnis von BMA und BA zu Styrol auf 2,5:1.
Bei dem Acrylemulsionsdispergiermittel handelt es sich auch um das Umsetzungsprodukt des nichtfunktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomers. Das heißt, es versteht sich, daß es sich bei dem Acrylemulsionsdispergiermittel um das Umsetzungsprodukt des nichtfunktionellen Polyalkylenglykolacrylat-Monomers oder das Umsetzungsprodukt des nichtfunktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomers und auch Gemischen davon handeln kann. Wie jedoch nachstehend ganz ausführlich beschrieben wird, handelt es sich bei dem Acrylemulsionsdispergiermittel vorzugsweise um das Umsetzungsprodukt des nichtfunktionellen Polyalkylenglykolmethacrylats. Daher wird die vorliegende Erfindung lediglich zur Veranschaulichung nachstehend nur in bezug auf das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat und nicht das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolacrylat beschrieben.
Das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer ist wasserlöslich und wassermischbar und hat die allgemeine Formel
Wie oben gezeigt, enthält das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer eine Ethoxygruppe (CH₂CH₂O), die die Wasserlöslichkeit und -mischbarkeit des gesamten Monomers fördert. Die Ethoxygruppe des nichtfunktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomers endet in einer nichtfunktionellen, d.h. unreaktiven, Methylgruppe (CH₃). Es ist wichtig, daß dieses Monomer nichtfunktionell ist, um die Viskosität des fertigen Acrylemulsionsdispergiermittels zu regulieren. Die Variable x in der allgemeinen Formel des nichtfunktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomers kann im Bereich von 5 bis 50 liegen. Das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer liegt in einer Menge von 1 bis 15 Gewichtsteilen und vorzugsweise 4 bis 7 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vor.
Nach der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem nichtfunktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer um Methyletherpolyethylenglykolmethacrylat (MPEGMA), und x steht für 6, was ein Formelgewicht für das MPEGMA von ungefähr 350 amu (atomaren Masseneinheiten) ergibt. Zur Veranschaulichung ist nachstehend eine chemische Darstellung des bevorzugten nichtfunktionellen Monomers MPEGMA wiedergegeben.
Nach alternativen Ausführungsformen, bei denen das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolacrylat gewählt wird, handelt es sich bei dem bevorzugten nichtfunktionellen Polyalkylenglykolacrylat um Methyletherpolyethylenglykolacrylat.
Bei dem Acrylemulsionsdispergiermittel handelt es sich auch um das Umsetzungsprodukt des funktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomers mit der Hydroxylgruppe. Das heißt, es versteht sich, daß es sich bei dem Acrylemulsionsdispergiermittel um das Umsetzungsprodukt des funktionellen Polyalkylenglykolacrylat-Monomers mit der Hydroxylgruppe oder das Umsetzungsprodukt des funktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomers mit der Hydroxylgruppe und auch Gemischen davon handeln kann. Wie jedoch nachstehend ganz ausführlich beschrieben wird, handelt es sich bei dem Acrylemulsionsdispergiermittel vorzugsweise um das Umsetzungsprodukt des funktionellen Polyalkylenglykolmethacrylats. Daher wird die vorliegende Erfindung lediglich zur Veranschaulichung nachstehend nur in bezug auf das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat und nicht das funktionelle Polyalkylenglykolacrylat beschrieben.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer funktionell, da es eine Hydroxylgruppe enthält. Wie das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer ist das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer wasserlöslich und wassermischbar. Das funktionelle Monomer hat die allgemeine Formel
Wie oben gezeigt, enthält das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer eine Ethoxygruppe (CH₂CH₂O), die die Wasserlöslichkeit und -mischbarkeit des gesamten Monomers fördert. Die Ethoxygruppe des funktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomers endet in einem funktionellen, d.h. reaktiven, Wasserstoffatom, was die Hydroxylgruppe des funktionellen Monomers ergibt. Die Bedeutung dieser funktionellen Hydroxylgruppe wird nachstehend erörtert. Die Variable y in der allgemeinen Formel des funktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomers kann im Bereich von 5 bis 50 liegen. Das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer liegt in einer Menge von 25 bis 40 Gewichtsteilen und vorzugsweise 27 bis 30 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vor. Ferner beträgt das Molverhältnis von funktionellem Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer mit der Hydroxylgruppe zu nichtfunktionellem Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer 5:1 bis 15:1. Natürlich bleibt bei Verwendung des funktionellen Polyalkylenglykolacrylat-Monomers mit der Hydroxylgruppe und des nichtfunktionellen Polyalkylenglykolacrylat-Monomers, wie es bei bestimmten alternativen Ausführungsformen der Fall wäre, das obige Molverhältnis von 5:1 bis 15:1 gültig.
Das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer wird aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykolmethacrylat (PEGMA), Polypropylenglykolmethacrylat und Gemischen davon ausgewählt. Nach der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem funktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer um PEGMA, und y steht für 7, was ein Formelgewicht für das PEGMA von ungefähr 360 amu (atomaren Masseneinheiten) ergibt. Zur Veranschaulichung ist nachstehend eine chemische Darstellung des bevorzugten funktionellen Monomers PEGMA wiedergegeben.
Nach alternativen Ausführungsformen, bei denen das funktionelle Polyalkylenglykolacrylat gewählt wird, handelt es sich bei dem bevorzugten funktionellen Polyalkylenglykolacrylat um Polyethylenglykolacrylat.
Zur Herstellung des Acrylemulsionsdispergiermittels vereinigt man das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer und das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer mit den Hydroxylgruppen mit Wasser zur zweiten Reaktionsmischung. Da gemäß den obigen Angaben sowohl das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer als auch das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer wasserlöslich sind, ist die Zugabe von anionischem Tensid zur zweiten Reaktionsmischung nicht notwendig. Nach der bevorzugten Ausführungsform vereinigt man das MPEGMA und das PEGMA mit Wasser zur zweiten Reaktionsmischung. Nach dieser Ausführungsform beträgt das Molverhältnis von PEGMA zu MPEGMA 10:1.
Zusätzlich zu den obigen Substanzen wird in die zweite Reaktionsmischung ein Initiator, der auch als Polymerisationspromotor bekannt ist, zur Initiierung eines Emulsionspolymerisationsprozesses, der nachstehend näher beschrieben wird, eingearbeitet. Der Initiator ist wasserlöslich und wird aus der Gruppe der anorganischen Persulfate bestehend aus Ammoniumpersulfat (NH₄)₂S₂O₈, Kaliumpersulfat K₂S₂O₈ und Natriumpersulfat Na₂S₂O₈ ausgewählt. Natürlich können zur Initiierung des Emulsionspolymerisationsprozesses auch andere geeignete Initiatoren einschließlich u.a. herkömmlichen anorganischen Peroxodisulfaten und Ammonium- oder Alkalimetallperoxydiphosphaten verwendet werden.
Danach werden die erste und zweite Reaktionsmischung zu einem intermediären Emulsionspolymer polymerisiert. Im einzelnen werden die erste und zweite Reaktionsmischung in einen anderen Reaktionskolben überführt, in dem durch Polymerisation das intermediäre Emulsionspolymer gebildet wird. Das intermediäre Emulsionspolymer enthält die Hydroxylgruppe aus dem funktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat, nach der bevorzugten Ausführungsform PEGMA. Zur Veranschaulichung ist nachstehend eine chemische Darstellung des intermediären Emulsionspolymers wiedergegeben.
R₁ steht für eine Polymerkette gemäß obiger Definition. Das heißt, R₁ enthält Monomere aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Monomeren und vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomeren und Gemischen davon, und die Variablen x und y liegen im Bereich von 5 bis 50, wie oben beschrieben. Die Variable p gibt die Zahl der MPEGMA-Monomere in der kompletten Polymerkette an, und die Variable q gibt die Zahl der PEGMA-Monomere in der kompletten Polymerkette an. Die Variablen p und q liegen im Bereich von 1 bis 100, was nachstehend näher erläutert wird.
Nach der bevorzugten Ausführungsform ist R₁ speziell wie folgt definiert:
worin BMA, BA und Styrol enthalten sind und die Variablen m, n und o von 1 bis 100 variieren. Es versteht sich, daß die Variablen m, n und o die Zahl der BMA-, BA- bzw. Styrol-Monomere in der kompletten Polymerkette angeben. Daher sieht das komplette intermediäre Emulsionspolymer nach der bevorzugten Ausführungsform wie folgt aus.
Nach dieser bevorzugten Ausführungsform liegen die Variablen m, n, o, p und q im einzelnen im Bereich von 5 bis 20, so daß durchschnittlich 100 Monomere pro Polymerkette vorliegen. Natürlich treibt die Zahl der Monomere pro Polymerkette das Molekulargewicht des Acrylemulsionsdispergiermittels, wie nachstehend erläutert wird.
Zur Steuerung des Ausmaßes der Polymerisation und somit des Molekulargewichts während der Emulsionspolymerisation wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein wasserlösliches Kettenübertragungsmittel verwendet. Das Kettenübertragungsmittel kann entweder mit dem MPEGMA, PEGMA und Wasser in die zweite Reaktionsmischung ein gearbeitet oder in den Polymerisationsreaktionskolben, in den die erste und zweite Reaktionsmischung eingetragen werden, gegeben werden. Bei dem Kettenübertragungsmittel handelt es sich um ein Mercaptan, d.h. ein Thiol, der allgemeinen Formel R₂-SH, worin R₂ für eine Kohlenwasserstoffkette steht. Vorzugsweise wird das Mercaptan aus der Gruppe bestehend aus Ethylmercaptan und 2-Nonanthiol und Gemischen davon ausgewählt. Andere geeignete Kettenübertragungsmittel sind u.a. Polyhalogenverbindungen. Das erfindungsgemäße Kettenübertragungsmittel reguliert die Zahl der Monomere pro Polymerkette so, daß die Variablen m, n, o, p und q im einzelnen im Bereich von 5 bis 20 liegen und durchschnittlich 100 Monomere pro Polymerkette vorliegen.
Nach der Bildung des intermediären Emulsionspolymers wird die Säure mit der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers aus dem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat oder -methacrylat umgesetzt. Im einzelnen wird die erste funktionelle Säuregruppe der Säure mit der Hydroxylgruppe umgesetzt. Die erste funktionelle Säuregruppe reagiert mit der Hydroxylgruppe unter Ausbildung einer Bindung zwischen dem Sauerstoffatom der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers und der Säure.
Vorzugsweise neutralisiert man jedoch vor der Umsetzung der ersten funktionellen Säuregruppe und der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers die zweite funktionelle Säuregruppe der Säure mit einem Amin, so daß die zweite funktionelle Säuregruppe die Säureaniongruppe O^– liefert. Wie nachstehend erörtert wird, wechselwirkt die Säureaniongruppe mit Metallzentren, die von Natur aus in anorganischen Pigmenten enthalten sind, zwecks Verankerung des Pigments oder der Pigmente in der Pigmentdispersion.
Angesichts der obigen Anforderungen an die erste und zweite funktionelle Säuregruppe wird die Säure aus der Gruppe bestehend aus Polyphosphorsäure, Schwefelsäure, schwefliger Säure und Dicarbonsäuren ausgewählt. Geeignete Dicarbonsäuren sind u.a. Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure und Gemische davon.
Natürlich ist es als äquivalent zu betrachten, daß die Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers alternativ dazu mit geeigneten Carbonsäureanhydriden einschließlich Maleinsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecenylbernsteinsäureanhydrid, Trimellitsäureanhydrid und Gemischen davon umgesetzt werden kann. Die Ringstruktur dieser Anhydride öffnet sich bei der Reaktion mit der Hydroxylgruppe, wobei die zweite funktionelle Säuregruppe verbleibt, welche dann bei Neutralisation mit dem Amin die Säureaniongruppe liefern kann.
Nach der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Säure um Polyphosphorsäure, die drei Hydroxylgruppen aufweist. Die Polyphosphorsäure wird mit der Hydroxylgruppe aus dem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat oder -methacrylat in dem intermediären Emulsionspolymer umgesetzt. Wie oben erörtert, wird die Polyphosphorsäure der bevorzugten Ausführungsform jedoch vor der Umsetzung mit dem intermediären Emulsionspolymer mit dem Amin neutralisiert. Das Amin wird mit der Polyphosphorsäure in einem Molverhältnis von zwei Mol Amin pro Mol Polyphosphorsäure umgesetzt. In der Technik versteht es sich, daß Polyphosphorsäure sowohl H₃PO₄ als auch P₂O₅ als chemische Komponente enthält. Das Amin wird aus der Gruppe bestehend aus Dimethylethanolamin und Aminomethylpropanol und Gemischen davon ausgewählt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Amin um Dimethylethanolamin, (CH₃)₂NCH₂CH₂OH. Andere Amine, die bei dem in Rede stehenden Emulsionspolymerisationsverfahren geeignet sind, sind u.a. NH₃ und Alkylamine, wie Diethylamin.
Zur Veranschaulichung ist nachstehend eine chemische Darstellung der chemischen Komponente H₃PO₄ der Polyphosphorsäure wiedergegeben.
Im einzelnen fungieren zwei der drei Hydroxylgruppen der Polyphosphorsäure als zweite funktionelle Säuregruppen und werden vor der Umsetzung der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers mit der Polyphosphorsäure zur Bereitstellung der Säureaniongruppen mit dem Amin neutralisiert. Danach liegt die Phosphorsäure in der folgenden ionischen Form mit zwei Säureaniongruppen vor.
Als nächstes wird die eine Hydroxylgruppe der Polyphosphorsäure, die nicht durch das Amin neutralisiert worden ist, d.h. die erste funktionelle Säuregruppe der Polyphosphorsäure, mit der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers aus dem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat oder -methacrylat so umgesetzt, daß die Bindung zwischen dem intermediären Emulsionspolymer und der Polyphosphorsäure gebildet wird, was das fertige Emulsionsdispergiermittel ergibt. Im einzelnen wird die Bindung zwischen dem Phosphoratom der Polyphosphorsäure und dem Sauerstoffatom der Hydroxylgruppe der endständigen Ethoxygruppe in dem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat oder -methacrylat gebildet. Nach der bevorzugten Ausführungsform wird die eine Hydroxylgruppe der Polyphosphorsäure, die nicht durch das Amin neutralisiert worden ist, d.h. die erste funktionelle Säuregruppe der Polyphosphorsäure, mit der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers aus dem PEGMA umgesetzt. Zur Veranschaulichung ist nachstehend eine chemische Darstellung einer allgemeinen Formel des fertigen Acrylemulsionsdispergiermittels wiedergegeben.
Alle Variablen haben die oben angegebene Bedeutung. Als bevorzugte Ausführungsform mit dem BMA, dem BA, dem Styrol, dem MPEGMA, dem PEGMA und der Polyphosphorsäure ist nachstehend eine chemische Darstellung wiedergegeben.
Man beachte in dieser chemischen Darstellung, daß das fertige Acrylemulsionsdispergiermittel mit zwei Säureaniongruppen Säurefunktionalität aufweist und das bevorzugte Amin, Dimethylethanolamin, in kationischer Form in der Reaktion verbleibt.
Das fertige Acrylemulsionsdispergiermittel enthält durchschnittlich 100 Monomere und hat ein gewichtsmittleres Molekulargewicht M_w von 10.000 bis 100.000. Vorzugsweise beträgt das Molekulargewicht 10.000 bis 40.000 und besonders bevorzugt 10.000 bis 17.000. Das fertige Acrylemulsionsdispergiermittel hat ein zahlenmittleres Molekulargewicht M_n von 10.000 oder weniger. Außerdem weist das erfindungsgemäße Acrylemulsionsdispergiermittel einen nichtflüchtigen Anteil von 20 bis 40 Gewichtsprozent und vorzugsweise 25 bis 35 Gewichtsprozent auf. Dieses Acrylemulsionsdispergiermittel ist auch komplett hydrophil, so daß es in der für primäre Emulsionen charakteristischen einheitlichen, wasserdispergierten Form vorliegen kann.
Pigmentdispersionen mit diesem Acrylemulsionsdispergiermittel haben Pigment-Bindemittel-Verhältnisse von mehr als 30 und vorzugsweise 30 bis 40 mit Pigmentteilchen mit einer Größe von weniger als sechs Mikron. Das heißt, das erfindungsgemäße Reibharz ist so robust, daß die darin dispergierten anorganischen Pigmente lange genug angerieben oder gemahlen werden können, um ohne Abbau und Koagulation des Reibharzes Pigmentteilchengrößen von weniger als sechs Mikron zu erreichen. Natürlich vesteht es sich, daß andere Pigmentdispersionen mit diesem Acrylemulsionsdispergiermittel ebenfalls Pigment-Bindemittel-Verhältnisse von mehr als 30 aufweisen können. Des weiteren haben Dispersionen mit diesem Acrylemulsionsdispergiermittel Viskositäten von weniger als 80 Krebs-Einheiten. Die Viskositäten dieser Pigmentdispersionen wurden nach dreißig Minuten Mischen mit einer Schaufel vom Cowles-Typ bei ungefähr 3000 U/min und bei 23,88°C (75°F) bis 29,44°C (85°F) gemessen.
Die resultierende Struktur des fertigen erfindungsgemäßen Acrylemulsionsdispergiermittels „verankert" im wesentlichen das anorganische Pigment in der Pigmentdispersion, wodurch das Pigment einheitlich im Reibharz dispergiert gehalten wird. Im einzelnen geht die Säurefunktionalität, bzw. gehen die Säureaniongruppen des fertigen Acrylemulsionsdispergiermittels über Komplexbindungen oder koordinative kovalente Bindungen eine physikalische Wechselwirkung mit den in anorganischen Pigmenten von Natur aus vorhandenen Metallzentren ein. Durch diese physikalische Wechselwirkung wird das Pigment einheitlich im Reibharz dispergiert gehalten. Außerdem fördert die Monomerenwahl, insbesondere die Wahl der ethylenisch ungesättigten Monomere und der vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomere eine gründliche Mischbarkeit zwischen dem Acrylemulsionsdispergiermittel und dem Bindemittelharz der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, wie oben erörtert.
Es versteht sich, daß es sich bei allen vorhergehenden chemischen Darstellungen lediglich um zweidimensionale chemische Darstellungen handelt und daß die Struktur dieser chemischen Darstellungen auch anders als angegeben sein kann. Es versteht sich auch, daß die obigen chemischen Darstellungen, die sich auf die Struktur der Polymerkette beziehen, zwar anzeigen, daß das fertige Acrylemulsionsdispergiermittel spezielle „Blöcke" von Monomeren aufweist, die Monomere aber in Wirklichkeit auf der Basis der Molverhältnisse der Monomere sowie der relativen Reaktivität zwischen den diskreten Monomerkomponenten statistisch über das Polymer verteilt sind.
Die folgenden Beispiele erläutern die Bildung des erfindungsgemäßen Acrylemulsionsdispergiermittels und dessen Verwendung.
BEISPIELE:
Beispiel 1:
Zur Herstellung des Acrylemulsionsdispergiermittels wurden die folgenden Teile, die sich auf das Gewicht beziehen, sofern nicht anders vermerkt, zugegeben und umgesetzt.
Tabelle 1
Gemäß der obigen Tabelle 1 wurden 99,3 Gramm BMA und 88,7 Gramm BA und 56,3 Gramm Styrol und 13,8 Gramm anionisches Tensid mit 278,8 Gramm Wasser zur ersten Reaktionsmischung vereinigt. 9,4 Gramm MPEGMA und 102,2 Gramm PEGMA und 1,16 Gramm Initiator wurden mit 276,5 Gramm Wasser zur zweiten Reaktionsmischung vereinigt. Außerdem wurden 7,5 Gramm Mercaptan zu der zweiten Reaktionsmischung gegeben. Danach wurde ein anderer Polymerisationsreaktionskolben mit 8,9 Gramm anionischem Tensid und 278,0 Gramm Wasser hergestellt, und die erste und zweite Reaktionsmischung wurden in dem Polymerisationsreaktionskolben zu dem intermediären Emulsionspolymer polymerisiert. Im einzelnen wurden die erste und zweite Reaktionsmischung zur Bildung des intermediären Emulsionspolymers über einen Zeitraum von ungefähr zwei Stunden gleichzeitig in den bereits das anionische Tensid und das Wasser enthaltenden Polymerisationsreaktionskolben eingetragen. Während der zweistündigen gleichzeitigen Zugabe wurde der Polymerisationsreaktionskolben mit Hilfe einer herkömmlichen Heizquelle auf eine Temperatur von 80°C erhitzt. Nach der zweistündigen gleichzeitigen Zugabe wurde der Poly merisationsreaktionskolben noch zwei Stunden bei 80°C gehalten, was nun insgesamt ungefähr vier Stunden ergab, wonach die Heizquelle ausgeschaltet wurde.
Nach der Bildung des intermediären Emulsionspolymers wurden zur Neutralisation von zwei der drei Hydroxylgruppen der Polyphosporsäure und zur Bildung des erfindungsgemäßen Acrylemulsionsdispergiermittels 84,7 g 20%ige wäßrige DMEA-Lösung mit 47,2 Gramm 20%iger wäßriger Polyphosphorsäurelösung umgesetzt. Dann wurde die neutralisierte Polyphosphorsäure zu dem intermediären Emulsionspolymer im Polymerisationsreaktionskolben gegeben, um die Hydroxylgruppe der Polyphosphorsäure, die nicht durch das Amin neutralisiert worden ist, mit der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers aus dem funktionellen Polyalkylenglykolmethacrylat umzusetzen.
Das fertige Acrylemulsionsdispergiermittel hat einen pH-Wert von 8,16 bei 25°C und eine nach herkömmlichen Methoden bestimmte Säurezahl von 39, was den H₃PO₄-Gehalt in dem fertigen Acrylemulsionsdispergiermittel anzeigt. Gemäß GPC-Analyse betrugen das M_n und das M_w des in Rede stehenden Dispergiermittels 4110 bzw. 15.330.
Beispiel 2:
Das fertige Acrylemulsionsdispergiermittel wurde dann in eine modifizierte Pigmentdispersion gemäß der folgenden Tabelle 2 eingearbeitet.
Tabelle 2
Gemäß der obigen Tabelle 2 wurden zur Herstellung einer modifizierten Pigmentdispersion für eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung 211,0 Gramm des Acrylemulsionsdispergiermittels und 207,0 Gramm entionisiertes Wasser und 48,0 Gramm Propylpropasol und 0,29 Gramm eines Entschäumeradditivs zusammengegeben. Als nächstes wurden 939,0 Gramm TiO₂-Pigment allmählich und unter Rühren zu der Mischung aus dem Acrylemulsionsdispergiermittel, dem entionisierten Wasser und dem Propylpropasol gegeben.
Das Aussehen der modifizierten Pigmentdispersion wurde anhand eines 50,8 μm (2 Millizoll) dicken Drawdowns beurteilt. Die Beurteilung der Pigmentdispersion mit dem erfindungsgemäßen Acrylemulsionsdispergiermittel ergab ein glänzendes Aussehen mit leichter Belüftung. Außerdem wurde mit einer standardmäßigen Grindometermethode die Teilchengröße der Pigmentdispersion bestimmt. Es wurden keine Pigmentteilchen beobachtet, was darauf schließen läßt, daß die Pigmentteilchengröße gemäß den Standards der Grindometermethode weniger als sechs Mikron beträgt. Das Pigment-Bindemittel-Verhältnis dieser modifizierten Pigmentdispersion betrug 15,34, und diese modifizierte Pigmentdispersion wies eine nach dreißig Minuten Mischen mit einer Schaufel vom Cowles-Typ bei ungefähr 3001 U/min und bei 23,88°C (75°F) gemessene Viskosität von 60 Krebs-Einheiten auf.

Claims

Pigmentdispersion, enthaltend anorganisches Pigment und ein wasserbasiertes Acrylemulsionsdispergiermittel, bei dem es sich um das Umsetzungsprodukt aus: einem ethylenisch ungesättigten Monomer; einem vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomer; einem nichtfunktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer; einem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe und einer Säure mit einer ersten funktionellen Säuregruppe, die gegenüber der Hydroxylgruppe reaktiv ist, und einer zweiten funktionellen Säuregruppe, die zur Bereitstellung einer Säureaniongruppe befähigt ist, handelt.
Pigmentdispersion nach Anspruch 1, bei der das ethylenisch ungesättigte Monomer aus der Gruppe von Verbindungen bestehend aus aliphatischen Acrylaten, aliphatischen Methacrylaten, cycloaliphatischen Acrylaten, cycloaliphatischen Methacrylaten und Gemischen davon ausgewählt ist, wobei jede dieser Verbindungen bis zu 20 Kohlenstoffatome im Alkylrest aufweist.
Pigmentdispersion nach Anspruch 1, bei der das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluol, Diphenylethylen und Gemischen davon ausgewählt ist.
Pigmentdispersion nach Anspruch 1, bei der das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykolmethacrylat, Polypropylenglykolmethacrylat und Gemischen davon ausgewählt ist.
Pigmentdispersion nach Anspruch 1, bei der die Säure mit der ersten und zweiten funktionellen Säuregruppe aus der Gruppe bestehend aus Polyphosphorsäure, Schwefelsäure, schwefliger Säure und Dicarbonsäuren ausgewählt ist.
Pigmentdispersion nach Anspruch 1, bei der das Acrylemulsionsdispergiermittel ein Molekulargewicht von 10.000 bis 100.000 aufweist.
Pigmentdispersion nach Anspruch 1, bei der das Acrylemulsionsdispergiermittel einen nichtflüchtigen Anteil von 20 bis 40 Gewichtsprozent aufweist.
Wäßriges Acrylemulsionsdispergiermittel zum effizienten Benetzen und Anreiben eines Pigments, bei dem es sich um das Umsetzungsprodukt aus: einem ethylenisch ungesättigten Monomer; einem vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomer; einem nichtfunktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer; einem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe und einer Säure mit einer ersten funktionellen Säuregruppe, die gegenüber der Hydroxylgruppe reaktiv ist, und einer zweiten funktionellen Säuregruppe, die zur Bereitstellung einer Säureaniongruppe befähigt ist, handelt.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, ferner enthaltend ein Amin zur Neutralisation der zweiten funktionellen Säuregruppe zwecks Bereitstellung der Säureaniongruppe.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das ethylenisch ungesättigte Monomer in einer Menge von 30 bis 60 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vorliegt.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das ethylenisch ungesättigte Monomer aus der Gruppe von Verbindungen bestehend aus aliphatischen Acrylaten, aliphatischen Methacrylaten, cycloaliphatischen Acrylaten, cycloaliphatischen Methacrylaten und Gemischen davon ausgewählt ist, wobei jede dieser Verbindungen bis zu 20 Kohlenstoffatome im Alkylrest aufweist.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 11, bei dem die aliphatischen Acrylate in einer Menge von 15 bis 30 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vorliegen.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 11, bei dem die aliphatischen Methacrylate in einer Menge von 15 bis 30 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vorliegen.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluol, Diphenylethylen und Gemischen davon ausgewählt ist.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer in einer Menge von 5 bis 20 Gewichts teilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vorliegt.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das nichtfunktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer oder nichtfunktionelle Polyalkylenglykolacrylat-Monomer in einer Menge von 1 bis 15 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vorliegt.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykolmethacrylat, Polypropylenglykolmethacrylat und Gemischen davon ausgewählt ist.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer oder funktionelle Polyalkylenglykolacrylat-Monomer in einer Menge von 25 bis 40 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Monomerzusammensetzung, vorliegt.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das Molverhältnis von ethylenisch ungesättigtem Monomer zu vinylaromatischem Kohlenwasserstoff-Monomer 1:1 bis 10:1 beträgt.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem das Molverhältnis von funktionellem Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe zu nichtfunktionellem Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer 5:1 bis 15:1 beträgt.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8, bei dem die Säure mit der ersten und zweiten funktionellen Säuregruppe aus der Gruppe bestehend aus Polyphosphorsäure, Schwefelsäure, schwefliger Säure und Dicarbonsäuren ausgewählt ist.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8 mit einem Molekulargewicht von 10.000 bis 100.000.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 8 mit einem nichtflüchtigen Anteil von 20 bis 40 Gewichtsprozent.
Verfahren zur Herstellung eines wäßrigen Acrylemulsionsdispergiermittels zum effizienten Benetzen und Anreiben eines Pigments gemäß den Ansprüchen 8–23, bei dem man: (i) ein ethylenisch ungesättigtes Monomer und ein vinylaromatisches Kohlenwasserstoff-Monomer mit Wasser zu einer ersten Reaktionsmischung vereinigt; (ii) ein nichtfunktionelles Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer mit einem funktionellen Polyalkylenglykolacrylat- oder -methacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe mit Wasser zu einer zweiten Reaktionsmischung vereinigt; (iii) die erste und zweite Reaktionsmischung zu einem intermediären Emulsionspolymer, das die Hydroxylgruppe enthält, polymerisiert und (iv) die Hydroxylgruppe mit einer Säure mit einer ersten funktionellen Säuregruppe, die gegenüber der Hydroxylgruppe reaktiv ist, und einer zweiten funktionellen Säuregruppe, die zur Bereitstellung einer Säureaniongruppe befähigt ist, umsetzt.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem man ferner der ersten Reaktionsmischung ein anionisches Tensid zusetzt, so daß das ethylenisch ungesättigte Monomer und das vinylaromatische Kohlenwasserstoff-Monomer in dem Wasser löslich sind.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem es sich bei der Säure mit der ersten und zweiten funktionellen Säuregruppe um Polyphosphorsäure mit drei Hydroxylgruppen handelt.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem man ferner vor der Umsetzung der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers mit der Polyphosphorsäure zwei der drei Hydroxylgruppen der Polyphosphorsäure mit einem Amin neutralisiert.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der Schritt (iv) der Umsetzung der Hydroxylgruppe mit der Säure ferner so definiert ist, daß man eine Hydroxylgruppe der Polyphosphorsäure, die unneutralisiert bleibt, mit der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers umsetzt.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem man die Schritte (i) bis (iv) bei einer Temperatur zwischen 25°C und 100°C durchführt.
verfahren nach Anspruch 24, bei dem man das funktionelle Polyalkylenglykolmethacrylat-Monomer mit einer Hydroxylgruppe aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykolmethacrylat, Polypropylenglykolmethacrylat und Gemischen davon auswählt.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem man ferner vor der Umsetzung der Hydroxylgruppe des intermediären Emulsionspolymers mit der Säure die zweite funktionelle Säuregruppe der Säure zwecks Bereitstellung der Säureaniongruppe mit einem Amin neutralisiert.
Wäßriges Acrylemulsionsdispergiermittel zum effizienten Benetzen und Anreiben eines Pigments mit der allgemeinen Formel:
worin: R₁ für eine Monomere aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Monomeren und vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomeren und Gemischen davon enthaltende Polymerkette steht; p und q für 1 bis 100 stehen und x und y für 5 bis 50 stehen.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 32, bei dem die ethylenisch ungesättigten Monomere aus der Gruppe von Verbindungen bestehend aus aliphatischen Acrylaten, aliphatischen Methacrylaten, cycloaliphatischen Acrylaten, cycloaliphatischen Methacrylaten und Gemischen davon ausgewählt sind, wobei jede dieser Verbindungen bis zu 20 Kohlenstoffatome im Alkylrest aufweist.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 32, bei dem die vinylaromatischen Kohlenwasserstoff-Monomere aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluol, Diphenylethylen und Gemischen davon ausgewählt sind.
Acrylemulsionsdispergiermittel nach Anspruch 32, bei dem R₁ ferner definiert ist als
worin: m, n und o für 1 bis 100 stehen.