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Die
vorliegende Erfindung betrifft lufttrocknende oder halbtrocknende
Beschichtungszusammensetzungen. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung Polyester, die aus erneuerbaren Materialien hergestellt
werden und ihre Verwendung als Bindemittel in den lufttrocknenden
Lacken. Farben oder Holzbeizen. Die vorliegende Erfindung betrifft
weiter Verfahren zur Herstellung der Polyester und lufttrocknenden
Lack-, Farb- oder Holzbeizenzusammensetzungen, welche die Polyester
umfassen.
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Die
Notwendigkeit, die Emissionen flüchtiger
(volatiler) organischer Verbindungen (VOC) zu minimieren, hat zu
wesentlichen Anstrengungen geführt,
die Verwendung von Lösungsmitteln
zu reduzieren, was zu einem Anstieg des Feststoffanteils in Alkydharzbeschichtungen
geführt
hat, wobei die Auftragsviskosität
nicht verändert
wurde. Um die Umweltbelastung weiter zu reduzieren und um eine nachhaltige,
CO2-neutrale Wirtschaft zu fördern, gibt
es auch eine ansteigende Nachfrage nach Alkydfarben, die auf der
größtmöglichen
Verwendung erneuerbarer Ressourcen beruhen.
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WO
9938926 A1 offenbart die Verwendung erneuerbarer mehrwertiger Alkohole
in Alkyden. Ein großer Anteil
der Alkydbestandteile stammt aus landwirtschaftlichen Quellen, aber
diese Bindemittel enthalten immer noch eine Dicarbonsäure petrochemischen
Ursprungs.
EP 0 741
175 A2 beschreibt die Zubereitung wässriger Alkydemulsionen, die
ein Alkydbindemittel und ein Emulgierungsmittel umfassen, die vollständig auf
erneuerbaren Rohmaterialien beruhen.
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US
Pat.-Nr. 2,572,085 beschreibt Alkydharze, die durch die Veresterung
mit einer polybasischen Säure
eines mehrwertigen Alkohols gebildet werden, der aus der Kondensation
einer Polyhydroxyverbindung mit einem polyfunktionalen alkylierenden
Agens resultiert.
DE 1 418 838 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Polyestern nicht reduzierender
Zucker durch Umesterung des Zuckers durch Ester multivalenter Säuren, gegebenenfalls
in Anwesenheit von Umesterungskatalysatoren.
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Konventionelle
lufttrocknende Alkyde können
mit einer Polykondensationsreaktion eines mehrwertigen Alkohols
oder mehrerer mehrwertiger Alkohole, einer oder mehrerer Polycarbonsäure(n) oder
den entsprechenden Anhydriden und langkettiger, ungesättigter
Fettsäuren
oder Öle
erhalten werden. Die Architektur dieser Harze ist solchermaßen, dass
das Rückgrat
einen Polyester darstellt, der aus den Polyolen und den Polycarbonsäuren besteht.
Mit diesem Rückgrat
sind Fettsäuren
eines trocknenden oder halbtrocknenden Öls oder mehrerer trocknender
oder halbtrocknender Öle
kovalent verbunden. Wegen seines Vorliegens in natürlich vorkommenden Ölen, ist
Glyzerin ein weithin angetroffenes Polyol. Andere nicht beschränkende Beispiele für geeignete
mehrwertige Alkohole beinhalten Pentaerythritol, Di-Pentaerythritol,
Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Neopentylglykol,
Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Di-Trimethylolpropan und 1,6-Hexandiol.
Polycarbonsäuren
und die entsprechenden Anhydride, die verwendet werden, um Alkyde
zu synthetisieren, sind aromatische, aliphatische und zykloaliphatische
Bestandteile, die im Allgemeinen aus petrochemischen Ausgangmaterialien
gewonnen werden. Typische Beispiele solcher Polysäuren beinhalten
Phthalsäure
und ihre ortsisomeren Analoga, Trimellinsäure, Pyromellinsäure, Pimelinsäure, Adipinsäure, Azelinsäure, Sebazinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und
Tetrahydrophthalsäure.
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Konventionelle
Alkyde sind durch ein ziemlich hohes Molekulargewicht und breite
Molekulargewichtsverteilungen gekennzeichnet, die von ihren Herstellungsverfahren
herrühren.
Sogar geringste Änderungen
der Verfahrensbedingungen können
große
Diskrepanzen in den Eigenschaften der hergestellten Bindemittel
verursachen. Zusätzlich
zu den Variationen in den Eigenschaften kann Gelierung auftreten,
die teilweise unterdrückt
werden kann, indem das Verhältnis
Polycarbonsäure
: Polyol verringert wird. Die unähnliche
Reaktivität der
vorliegenden Hydroxyl- und Carbonsäurefunktionen ist eine zusätzliche
Ursache für
die Gelierung und/oder Verbreiterung der Molekulargewichtsverteilung.
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Die
breiten Molekulargewichtsverteilungen erzeugen hohe Viskositätszahlen.
Die Molekulargewichtsverteilungen können durch Größenausschluss-Chromatographie
sichtbar gemacht werden, ein analytisches Auftrennungsverfahren,
bei dem die Fraktion mit niedrigem Molekulargewicht im Vergleich
zu dem Anteil mit dem höheren
Molekulargewicht auf der Säule
stärker
verlangsamt wird. Die Fraktion mit dem höheren Molekulargewicht besitzt
eine vorteilhafte Wirkung auf die Trocknungsfähigkeit, wird jedoch die intrinsische
Viskosität
des Bindemittels erhöhen,
während
große
Mengen der niedermolekularen Oligomere ein Viskositätsschnittverhalten
aufweisen, jedoch eine nachteilige Wirkung auf die Härteentwicklung
haben. Folglich werden für
die Zubereitung von Farben, die auf konventionellen Alkyden beruhen,
große
Mengen von aliphatischen (zu einem gewissen Ausmaß aromatischen)
Kohlenwasserstofflösungsmitteln
benötigt,
um eine praktikable Viskosität
des Produkts zu erhalten. Alkyde mit niedrigem Molekulargewicht
und hohem Feststoffanteil benötigen weniger
Lösungsmittel,
weisen jedoch den Nachteil einer gestörten Trocknung auf.
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Monodispergierte
oder annähernd
monodispergierte Bindemittel verbinden einen geringen Lösungsmittelbedarf
mit guten Trocknungseigenschaften und ergeben bei Aushärtung ein
gleichmäßig quervernetztes Polymernetzwerk,
was die Filmeigenschaften insgesamt verbessert.
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In
einem konventionellen Alkydsyntheseverfahren kann das Molekulargewicht
durch Zugabe von Umesterungskatalysatoren am Ende des Verfahrens,
durch ein Absenken der Reaktionstemperatur und durch monofunktionale
Säuren
als Kettenstopper kontrolliert werden. Die erhaltene Reduktion der
Polydispersität
ist beachtlich, aber relativ beschränkt. Alternative Techniken,
um eine Erhöhung
des Feststoffanteils in Alkyden zu erreichen, sind: Austausch der
Kohlenwasserstofflösungsmittel
durch viskositätsvermindernde
oxygenierte Lösungsmittel;
stark verzweigte Alkyde mit einer mehr kugelförmigen Struktur herzustellen,
die eine geringere intrinsische Viskosität als ihre mehr linearen Gegenstücke aufweisen;
die Öllänge zu erhöhen, während der Säure- und
Hydroxylwert verringert wird, um die Anzahl intermolekularer Wasserstoffbindungen
zu vermindern und um das Konzept des reaktiven Verdünnungsmittels
auszunutzen; ein nicht flüchtiger
niedermolekularer Bestandteil, welcher die Viskosität des Alkydharzes
verringert und bei Aushärtung
in das Polymernetzwerk eingebaut wird.
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Es
ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, neuartige Polyester
bereitzustellen, die aus erneuerbaren Materialien zubereitet werden
und als Bindemittel, insbesondere als Bindemittel vom „Alkydtyp", nützlich sind.
Es ist eine weitere Aufgabe, lufttrocknende Farb-, Lack- oder Holzbeizenzusammensetzungen bereitzustellen,
welche die Bindemittel umfassen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, Bindemittel mit engen Molekulargewichtsverteilungen
und mit einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften bereitzustellen:
geringer Bedarf an niederen, flüchtigen
(volatilen) organischen Verbindungen (VOC), gute Trocknung, Härteentwicklungs-
und Verlaufseigenschaften und ein gutes Glanzbeibehaltungsverhalten. Eine
noch weitere Aufgabe besteht darin, autooxidierbare, filmbildende
Alkydpolymere bereitzustellen, die vollständig aus landwirtschaftlichen
und erneuerbaren Ressourcen ableitbar und für die Verwendung in Beschichtungszusammensetzungen
wie Farben, Lacken oder Holzbeizen geeignet sind. Eine noch weitere
Aufgabe besteht darin, Farben, Lacke oder Holzbeizen mit einer oder
mehreren der folgenden Eigenschaften bereitzustellen: eine verringerte
intrinsische Viskosität
oder Schnelltrocknungseigenschaften oder Hochqualitätsfilmeigenschaften
wie verringerte Vergilbung, keine Faltenbildung, wenn sie in dicken
Schichten aufgetragen wird, Elastizität und Transparenz.
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Wenigstens
eine oder mehr der oben genannten Aufgaben wird von den Beschichtungszusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung gelöst.
Die lufttrocknenden Farb- Lack und Holzbeizenzusammensetzungen der
vorliegenden Erfindung beruhen auf Bindemitteln, die aus erneuerbaren
Materialien zubereitet werden können.
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Sie
sind dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittel aus Polyestern
bestehen, die mittels Umesterung (transesterification or interesterification)
von (i) einem Kohlenhydrat oder einem Acyl-Ester davon, (ii) einem
C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer trocknenden Fettsäure,
halbtrocknenden Fettsäure
oder einem Gemisch davon; und (iii) einem C1-
bis C6-Alkyl-Ester einer nicht-aromatischen
Polycarbonsäure
erhältlich
sind, wobei das Kohlenhydrat wenigstens zwei Kohlenhydrateinheiten
oder mehr umfasst und wobei das Acyl die Formel R1CO aufweist,
wobei R1 ein C1 bis
C6-Alkyl ist.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch Verfahren zur Zubereitung der
Polyester und die Verwendung der Polyester als Bindemittel in Beschichtungen,
insbesondere als Bindemittel vom „Alkyd"-Typ. Die Erfindung umfasst auch die
Bindemittel und ihre Verwendung in lufttrocknenden Farb-, Lack-
und Holzbeizenzusammensetzungen.
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Der
Begriff „Acyl", wie er hierin verwendet
wird, bezeichnet eine Alkylgruppe, die mit einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung
verknüpft
ist. Insbesondere bezeichnet Acyl, wie es hierin verwendet wird,
einen Rest der Formel R1CO, wobei R1 ein Alkyl darstellt.
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Der
Begriff „Alkyl", wie er hierin alleine
oder in Kombination verwendet wird, bedeutet gerad- oder verzweigtkettige
gesättigte
Kohlenwasserstoffreste, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome, vorzugsweise
1 bis 4 Kohlenstoffatome, noch mehr bevorzugt 1 bis 2 Kohlenstoffatome
enthalten. Beispile solcher Reste beinhalten Methyl, Ethyl, n-Propyl,
Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, 2-Methylbutyl
und dergleichen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist der Acyl-Ester eines Kohlenhydrats eine niederer Acyl-Ester,
wobei „niederer", wie hierin verwendet,
C1-4 Kohlenstoffatome bezeichnet. Geeignete
Acyl-Ester eines Kohlenhydrats sind Acetatester, Propionatester
und dergleichen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Alkyl-Ester einer trocknenden Fettsäure, halbtrocknenden Fettsäure oder
eines Gemisches davon, ein kurzkettiger Alkyl-Ester, wobei „kurzkettig", wie hierin verwendet,
C1-6 Kohlenstoffatome bezeichnet. Geeignete
kurzkettige Alkyl-Ester der Fettsäuren sind Methylester, Ethylester
und dergleichen.
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Wie
hierin verwendet, soll der Begriff „Kohlenhydrat" jeden Bestandteil
beinhalten, der aus wenigstens 2 Kohlenhydrateinheiten oder mehr
besteht. Gemäß einer
Ausführungsform
besteht das Kohlenhydrat oder sein Acyl-Ester aus 2 bis 6 Kohlenhydrateinheiten.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
besteht das Kohlenhydrat oder sein Acyl-Ester aus 2 bis 4 Kohlenhydrateinheiten.
Nicht beschränkende
Beispiele für
geeignete Kohlenhydrate beinhalten Di-, Tri- und Oligosaccharide
wie Saccharose, Trehalose, Raffinose, Gentianose, Kestose und Nystose.
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Gemäß einer
Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung Polyester, die erhältlich sind
mittels Umesterung (interesterification) von:
- (i)
einem Acyl-Ester eines Kohlenhydrats,
- (ii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer trocknenden Fettsäure,
halbtrocknenden Fettsäure
oder einem Gemisch davon; und
- (iii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer nicht-aromatischen Polycarbonsäure,
wobei das Kohlenhydrat
wenigstens zwei Kohlenhydrateinheiten oder mehr umfasst und wobei
das Acyl die Formel R1CO aufweist, wobei
R1 ein C1- bis C6-Alkyl ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung Polyester, die erhältlich sind
mittels Umesterung (transesterification) von:
- (i)
einem Kohlenhydrat,
- (ii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer trocknenden Fettsäure,
halbtrocknenden Fettsäure
oder einem Gemisch davon; und
- (iii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer nicht-aromatischen Polycarbonsäure,
wobei das Kohlenhydrat
wenigstens 2 Kohlenhydrateinheiten oder mehr umfasst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Kohlenhydrat oder sein Acyl-Ester Saccharose. Um den Schmelzpunkt
der Kohlenhydrate in der lösungsmittelfreien
Umesterungs-(interesterification)
Reaktion zu erniedrigen, kann das Kohlenhydrat beispielsweise durch Essigsäureanhydrid
teilweise oder vollständig
acyliert werden. Der Substitutionsgrad der Kohlenhydratausgangsmaterialien
liegt geeigneterweise im Bereich von 50 bis 100% und vorzugsweise
im Bereich von 75 bis 100%.
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Geeignete
trocknende Fettsäuren,
halb-trocknenden Fettsäuren
oder Gemische davon, die hierin Verwendung finden, sind ethylenisch
ungesättigte
konjugierte oder unkonjugierte C12- bis
C24-Carbonsäuren wie Öl-, Linol-,
Linolen-, Licansäure
und Eleostearinsäuren
oder Gemische davon, üblicherweise
in Form von Gemischen von Fettsäuren
verwendet, die von natürlichen
oder synthetischen Ölen
abgeleitet sind. Beispiel für geeignete
natürliche Öle sind
Distel, Tallöl,
Ringelblumenöl,
Rapsöl,
Erdnussöl,
Sojabohnenöl,
Tungöl,
Leinöl, Sardinenöl, Heringsöl, Sesamöl, Olivenöl, dehydriertes
Castoröl,
Talgöl,
Sonnenblumenöl,
Baumwollsamenöl und
Gemische davon, sind aber nicht darauf beschränkt. Geeignete autooxidierbare
Fettsäuren
sollten eine Jodzahl von wenigstens 100 und vorzugsweise zwischen
100 und 140 besitzen, ausgedrückt
in der Anzahl von Zentigramm Jod pro Gramm Fettsäuren (z.B. ASTM Testverfahren
D-1959). Der Alkyl-Ester ist vorzugsweise ein C1-C6-Alkyl-Ester, bevorzugter ein C1-C4-Alkyl-Ester und sogar noch mehr bevorzugt
ein C1-C2-Alkyl-Ester.
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Die
nicht-aromatische Polycarbonsäureeinheit
des Polyesters gemäß der vorliegenden
Erfindung wird aus Di-, Tri- oder Tetra-Carbonsäuren ausgewählt. Die Di-(Tri-)-Carbonsäureeinheit
des Polyesters gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
4 bis 54, vorzugsweise 4 bis 36 Kohlenstoffatome. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bestehen die Di-(Tri-)-Carbonfettsäureeinheiten aus di-(tri-)-meren C36-(C54-)-Fettsäuren. Typische,
aber nicht beschränkende
Beispiele für
nicht-aromatische Polycarbonsäuren sind
Glutarsäure,
Adipinsäure,
Pimelinsäure,
Suberinsäure,
Azelainsäure,
Sebazinsäure,
Undekandionsäure, 1,10-Dodekandicarbonsäure und
dimere und trimere Fettsäuren
(wie diejenigen, die unter dem Markennamen PripolTM von
Uniqema erhältlich
sind). Die Alkyl-Ester-Einheit der veresterten Polycarbonsäure enthält vorzugsweise
1 bis 6 Kohlenstoffatome und bevorzugterweise weniger als 3 Kohlenstoffatome.
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Für die Zubereitung
des Polyesters gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Kohlenhydrat oder sein Acyl-Ester mit Fettsäuren, Alkyl-Estern
davon oder Derivaten davon und dem Alkyl-Ester von Polycarbonsäure umgesetzt
werden. Die Reaktion kann gemäß verschiedener
Verfahren ausgeführt
werden. Nicht beschränkende
Beispiele für
diese Verfahren beinhalten: Umesterung (transesterification) des
Kohlenhydrats mit Fettsäure-Estern
unter Verwendung einer Vielzahl von Katalysatoren; Acylierung des
Kohlenhydrats mit einem Fettsäurechlorid; Acylierung
des Kohlenhydrats mit einem Fettsäureanhydrid; und Acylierung
des Kohlenhydrats mit der erwünschten
Säure per
se (siehe zum Beispiel US Pat.-Nrn.: US Pat.-Nr. 2,831,854, US Pat.-Nr. 3,600,186,
US Pat.-Nr. 3,963,699, US Pat.-Nr. 4,517,360 und US Pat.-Nr. 4,518,772,
die alle durch Bezugnahme hierin eingebunden sind). Geeigneterweise
kann das Verfahren entweder eine Trans-Umesterungs- (transesterification)
oder Inter-Umesterungs- (interesterification) Reaktion sein.
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Der
Polyester gemäß der vorliegenden
Erfindung, der als Alkyd-Bindemittel geeignet ist, kann beispielsweise
aus Kohlenhydrat oder acyliertem Kohlenhydrat, Fettsäure-Alkyl-Estern
und dem Polycarbonsäure-Alkyl-Ester
mittels eines Umesterungsverfahrens (transesterification or interesterification)
zubereitet werden.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Zubereitung
eines Polyesters gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei das Verfahren den Schritt der Umesterung (transesterification
or interesterification) des Folgenden umfasst:
- (i)
einem Kohlenhydrat oder einem Acyl-Ester davon,
- (ii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer trocknenden Fettsäure,
halbtrocknenden Fettsäure
oder einem Gemisch davon; und
- (iii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer nicht-aromatischen Polycarbonsäure,
wobei das Kohlenhydrat
aus wenigstens 2 Kohlenhydrateinheiten oder mehr besteht und wobei
das Acyl die Formel R1CO aufweist, wobei
R1 ein C1- bis C6-Alkyl ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Zubereitung
eines Polyesters gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei das Verfahren den Schritt der Umesterung (interesterification)
des Folgenden umfasst:
- (i) einem Acyl-Ester
eines Kohlenhydrats,
- (ii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer trocknenden Fettsäure,
halbtrocknenden Fettsäure
oder einem Gemisch davon; und
- (iii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer nicht-aromatischen Polycarbonsäure,
wobei das Kohlenhydrat
wenigstens 2 Kohlenhydrateinheiten oder mehr umfasst.
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Gemäß einer
noch weiteren Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung weiter ein Verfahren für die Zubereitung
eines Polyesters gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei das Verfahren den Schritt der Umesterung (transesterification)
des Folgenden umfasst:
- (i) einem Kohlenhydrat,
- (ii) einem C1- bis C6-Alkyl-Esters
einer trocknenden Fettsäure,
halbtrocknenden Fettsäure
oder einem Gemisch davon; und
- (iii) einem C1- bis C6-Alkyl-Ester
einer nicht-aromatischen Polycarbonsäure,
wobei das Kohlenhydrat
wenigstens 2 Kohlenhydrateinheiten oder mehr umfasst.
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Die
Umesterungsreaktion (interesterification) kann ausgeführt werden,
indem das acylierte Kohlenhydrat mit einem Gemisch eines kurzkettigen
Alkyl-Esters von trocknenden oder halbtrocknenden Fettsäuren und
eines kurzkettigen Alkyl-Esters von Polycarbonsäuren bei einer Temperatur von
100 bis 140°C
2 bis 10 Stunden lang unter reduziertem Druck, um niedermolekulare
Fettsäurenebenprodukte
kontinuierlich aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen, umgesetzt
wird. Geeignete Katalysatoren beinhalten Alkali- und Erdalkalimetall(m)ethoxide.
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Die
Alkydharze können
auch mittels einer Trans-Umesterungsreaktion (transesterification)
zubereitet werden, d.h. indem das Kohlenhydrat in Anwesenheit eines
polaren aprotischen Lösungsmittels
mit einem Gemisch eines kurzkettigen Alkyl-Esters von trocknenden
oder halbtrocknenden Fettsäuren
und eines kurzkettigen Alkyl-Esters von Polycarbonsäuren umgesetzt
wird. Die Reaktion wird bei erhöhten
Temperaturen, z.B. bei etwa 100 bis 140°C, 6 bis 36 Stunden lang in
einer inerten Atmosphäre
und gegebenenfalls unter reduziertem Druck durchgeführt. Katalysatoren,
die in geeigneter Weise bei dieser Polykondensationsreaktion verwendet werden
können,
beinhalten Alkali- und Erdalkalimetall(m)ethoxide, Hydride und Carbonate.
Die im Verlauf der Trans-Umesterungsreaktion produzierten niedermolekularen
Alkohole können
mittels Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, beispielsweise
Destillation unter reduziertem Druck, entfernt werden. Gegebenenfalls
kann Wasserstoffperoxid verwendet werden, um das resultierende Produkt
zu bleichen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann die Inter- oder Trans-Umesterungsreaktion (interesterification
or transesterification) gegebenenfalls in Anwesenheit eines polaren
aprotischen Lösungsmittels
ausgeführt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird die Reaktion in einer inerten Atmosphäre und gegebenenfalls unter
reduziertem Druck durchgeführt.
Geeignete Katalysatoren zur Durchführung der Reaktion beinhalten
K2CO3, Na2CO3, LiOH und NaOMe,
sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
können
die freien OH-Gruppen der gebildeten Polyester teilweise oder vollständig acyliert
sein. Die Menge freier restlicher Hydroxylgruppen kann mittels einer
zusätzlichen
Reaktion mit beispielsweise Essigsäureanhydrid verringert werden.
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Die
Alkydharze gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen üblicherweise
ein Molekulargewichtszahlenmittel (Mn) von etwa 3.000 bis etwa 15.000,
vorzugsweise von etwa 4.000 bis etwa 10.000 auf. Die Polydispersität liegt
im Bereich von 2 bis 48, vorzugsweise von 3 bis 6, und die Hydroxylzahl
liegt im Bereich von 20 bis 70, vorzugsweise im Bereich von 40 bis
70.
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Die
Polyester gemäß der vorliegenden
Erfindung finden ihre besondere Verwendung als Bindemittel in Beschichtungszusammensetzungen,
insbesondere in Beschichtungszusammensetzungen mit hohem Feststoffanteil.
Insbesondere können
die Polyester gemäß der vorliegenden
Erfindung als Bindemittel in Farben, Lacken und Holzbeizen verwendet
werden.
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung umweltfreundliche, autooxidierbare, filmbildende
Polyester zur Verfügung,
die Alkydpolymere darstellen, die vollständig aus landwirtschaftlichen
und erneuerbaren Quellen ableitbar sind, eine reduzierte intrinsische
Viskosität
und gleichzeitig einen geringen Lösungsmittelbedarf und Schnelltrocknungseigenschaften
aufweisen. In Anwesenheit eines Autooxidationskatalysators und Sauerstoff
wird das Alkydharz bei Raumtemperatur (z.B. 5 bis 40°C) zu einem
dreidimensionalen Netzwerk polymerisiert. Der makromolekulare Alkydfilm
ist, trotz des Fehlens eines aromatischen Rückgrats, durch eine schnelle
Härteentwicklung,
eine verringerte Vergilbung, eine fehlende Faltenbildung, wenn er
in dicken Schichten aufgetragen wird, eine beachtliche Elastizität, Transparenz
und eine herausragende Glanzbeibehaltung gekennzeichnet.
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Die
Polyester oder Alkydharze gemäß der vorliegenden
Erfindung können
in Beschichtungszusammensetzungen wie Lack, Holzbeize oder Farbe
formuliert werden. Die Farben können
gegebenenfalls verschiedene Bestandteile umfassen, die keinen Film
ausbilden, wie Pigmente, Streckungsmittel, Korrektiv- und Konstruktivadditive
und flüssige
Träger.
Die Lacke können
gegebenenfalls Streckungsmittel, Korrektiv- und Konstruktivadditive
und flüssige
Träger
umfassen. Nicht beschränkende
Beispiele für
solche Materialien beinhalten: anorganische und organische Pigmente,
Sikkative, Hautbildungsverhütungsmittel,
Pigment- und Substratbenetzungsmittel, Verformungsverhütungsmittel,
Antioxidationsmittel, Bakterizide, Fungizide, Schaumverhütungsmittel,
Gleitmittel, Fließ-
und Verlaufmittel, UV-Absorptionsmittel,
HALS-Radikalfänger,
Korrosionsinhibitoren, Wachse, Muldenverhütungsadditive, organische Lösungsmittel
und Wasser.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Alkydfarbe, die als Bindemittel
einen Polyester gemäß der vorliegenden
Erfindung und wenigstens ein Trocknungsmittel umfasst.
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Geeignete
Autooxidationskatalysatoren, die auch Trocknungsmittel oder Sikkative
genannt werden, sind Carboxylate oder Alkoxylate von Alkali- Erdalkali-, Übergangs-
und Seltenerdenmetallen. Typische Beispiele sind Metallsalze, in
denen das Anion beispielsweise Naphtensäure, 2-Ethylhexansäure, Neodecansäure, Decansäure, Dodecansäure, Isocarbonsäure, Sebazin-
und Linolensäure
ist. Kobalt, Mangan, Eisen, Blei, Zirkonium, Strontium, Aluminium,
Cer, Vanadium, Silber, Titan, Calcium, Barium, Wismut, Zink, Lithium
und Kalium können
als geeignete Metalle erwähnt
werden. Üblicherweise
werden für
die Autooxidation der Alkydharze Gemische von Metallsalzen verwendet,
bei denen wenigstens eines der Metalle mehr als eine Oxidationszahl
aufweist. Andere Beispiele für
Trocknungsmittel, beinhalten anorganische oder organische Metallverbindungen
wie Oxide, Hydroxide, Phosphate, Carbonate, Sulfate, Sebazate, einschließlich neutrale,
saure oder basische Metallseifen. Hinsichtlich ihres Metallgehalts
werden die Trocknungsmittel relativ zum Bindemittelfeststoffgehalt
in einem Anteil von 10–3 bis 4 Gewichts-% verwendet.
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Die
Polyester gemäß der vorliegenden
Erfindung können
in Beschichtungszusammensetzungen, insbesondere in Beschichtungszusammensetzungen
mit hohem Feststoffanteil, formuliert werden, indem sie mit einem
(Gemisch von) Trocknungsmittel(n) und gegebenenfalls mit einem flüssigen Träger gemischt
werden, um die Viskosität
und die nicht filmbildenden Bestandteile der Art zu vermindern,
wie sie in Farben, Lacken und Holzbeizen gefunden werden. Nicht
beschränkende
Beispiele für
solche Materialien beinhalten: Titandioxid, Eisenoxide, Kohlenschwarz
(carbon black), Phthalocyanine, Azopigmente, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Kaolin,
Talk, Glimmer, (ultrafeines) Zinkoxid, Hautbildungsverhütungsmittel,
Pigment- und Substratbenetzungsmittel, Verformungsverhütungsmittel,
Antioxidationsmittel, Bakterizide, Fungizide, Algizide, Insektizide, Schaumverhütungsmittel,
Gleitmittel, Fließ-
und Verlaufmittel, UV-Absorptionsmittel, HALS-Radikalfänger, Korrosionsinhibitoren,
Mattierungsmittel, Wachse, Flammschutzmittels, optische Aufheller,
Haftverbesserer und Muldenverhütungsadditive.
Der flüssige
Träger
ist vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel/Verdünnungsmittel
wie: Terpentinersatz (white spirits), dearomatisierter Terpentinersatz
(dearomatised white spirits), Terpentinersatz mit höherem Flammpunkt
(higher flash point white spirits), Isoparaffine, Butylglylcol,
Butyldiglykol, Propylenglykolmonomethylether, Dipropylenglykolmonomethylether,
Butylglykolacetat, Butyldiglykolacetat und Propylenglykolmonomethyletheracetat.
Lösungsmittelgemische
können
auch verwendet werden. Das Lösungsmittel
liegt in einer Menge vor, so dass der Gehalt an flüchtiger
(volatiler) Verbindung bei einer praktikablen Auftragsviskosität unter
etwa 270 Gramm pro Liter, vorzugsweise unter etwa 200 Gramm pro
Liter, der Gesamtbeschichtung gehalten wird. Allerdings kann der
flüssige
Träger
auch Wasser mit einem geeigneten Emulgator sein, welches das Harz
in Form einer Emulsion enthält.
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Die
Farbzusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Erfindung sind besonders für
die Verwendung als dekorative Farben geeignet. Sie können in
einer angemessen hohen Schichtdicke aufgetragen werden, und sie
besitzen eine gute Deckkraft und gute Trocknungseigenschaften.
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Die
Erfindung wird in folgenden repräsentativen,
jedoch nicht beschränkenden
Beispielen erläutert.
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BEISPIELE
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Verwendete
Testverfahren
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Die
folgenden Eigenschaften wurden für
einige oder alle der im Folgenden beispielhaft dargestellten Farben
gemessen.
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Die
Viskosität
der scherungsarmen Farbe wurde mit einem HAAKE VT500 Viskosimeter
unter Verwendung einer zylindrisch geformten e E30-Spindel bei einer
Rotationsgeschwindigkeit von 179 Upm und bei 23°C gemessen.
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Die
Viskosität
der scherungsreichen Farbe wurde in Übereinstimmung mit dem ICI
Kegel & Platte-Verfahren
(ASTM D 4287) bei einer Scherungsrate von 10.000 s–1 in
dPa.s gemessen.
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Der
Feststoffanteil und das VOC-Niveau der Formulierungen werden aus
dem Prozentsatz der Feststoffmaterialien der verschiedenen Bestandteile
und dem spezifischen Gewicht des verwendeten Lösungsmittels errechnet.
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Die
Trocknungsstadien der Farbformulierungen wurden unter Verwendung
eines BK-Trocknungsschreibers
(Sheen Instruments Ltd.) beurteilt. Eine 150 μm dicke Nassfarbenschicht wird
auf eine 30,5 × 2,5 cm
große
Glasplatte aufgetragen. Eine vertikale stumpfe Nadel wird mit einer
Auflast von 5 g in den frisch aufgetragenen Film positioniert und
anschließend
mit einer Geschwindigkeit von 24,4 mm/h in paralleler Richtung zur
Beschichtungslänge
durch die trocknende Farbe gezogen.
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Die
Faltenbildung wurde mittels visueller Bewertung des getrockneten
Films bestimmt, nachdem eine Nassschicht von 300 μm Dicke auf
Glassplatten aufgetragen wurde. Die Ergebnisse sind gemäß der „Sigmaskala" dargestellt, bei
der 0 einen vollständig
glatten Film anzeigt und 5 eine schwere Faltenbildung über die gesamte
Filmoberfläche
hinweg bedeutet.
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Die
Elastizität
des Farbfilms wird unter Verwendung des Tiefungsprüfungstests
nach Erichsen gemäß ISO 1520
beurteilt. Unter Verwendung eines mechanisch angetriebenen Indenters
(Prüfungskörpers) und
einer Linse wird die Eindringtiefe ermittelt, bei der die Beschichtung
zu brechen beginnt.
-
Das
Glanzniveau eines Farbfilms wurde nach einer 24 Stunden dauernden
Trocknung mit einem Dr. Lange Refo 3-Reflektometer gemäß ISO 2813
gemessen.
-
Die
Verlaufsrate wurde durch das Ausmaß des Verblassens der Bürstenmarken
nach Auftrag und die Glattheit der getrockneten Oberfläche bewertet.
Die Verlaufsrate wird mittels einer Notationsskala von 1 (guter Verlauf)
bis 5 (schlechter Verlauf) festgesetzt.
-
Um
die Vergilbungstendenz der Formulierungen einzuschätzen, wird
ein beschleunigtes Verfahren verwendet, das im American Paint & Coating Journal,
17. Januar 1994, Seite 44 beschrieben ist.
-
Für diesen
Test wurde ein Nassfarbenfilm auf die Rückseite einer Lenata Form 2A
aufgetragen, um die Absorption des Ammoniaks durch das Papier zu
verhindern. Nach sieben Tagen Trocknung wurde der beschichtete Teil
der Karten ausgeschnitten und auf die Innenseite eines Eimers geklebt:
Zehn Tropfen 25 %-igen Ammoniaks wurden in ein kleines Uhrglas auf
dem Boden des Eimers gegeben, und der Deckel wurde geschlossen.
Die Streifen wurden nach sechs Stunden Ammoniakexposition entfernt,
und die Farbe wurde innerhalb von 5 Minuten bestimmt. Die Weißheit eines
Farbfilms wird unter Verwendung des Cie-lab Algorithmus vor und
nach 6 Stunden Exposition gegenüber
einer Ammoniakatmosphäre
gemessen.
-
Die
Adhäsion
der Farbfilme auf Fichte und gealterten Alkyden wurde gemäß dem Gitterschraffurverfahren
(cross-hatch method) (ISO 2409) und dem Gitterschnitttest (ASTM
D3359) bestimmt. Auf die Substrate wurde ein 100 μm dicker
Nassfarbenfilm aufgetragen und 1 Woche lang unter Umgebungsbedingungen
getrocknet. Nach einer Woche wurden Einschnitte in den Film gemacht,
und die Adhäsion
wurde mit dem Klebebandabziehverfahren getestet. Die Adhäsion wird
mittels einer Notationsskala von 0 (sehr gute Adhäsion) bis 5
(schlechte Adhäsion)
festgesetzt.
-
Die
Glanzbeibehaltung der Farbfilme unter Bedingungen künstlich
beschleunigter Verwitterung wurde in einem QUV-A-Schrank (QUV Q-Panel)
gemäß ASTM G
53 bestimmt. Die Farbe wurde auf ein Aluminium Q-Panel aufgetragen,
für 3 Wochen
unter Umgebungsbedingungen gealtert und danach einem Zyklus von
4 Stunden UV-A-Licht und 4 Stunden Kondensation mit demineralisiertem
Wasser in Abwesenheit von UV-Licht unterworfen. Die Glanzwerte bei
einem Winkel von 60° wurden
wenigsten 6 Wochen lang überwacht
und sind in Tabelle 3 dargestellt.
-
Die
Härte des
Farbfilms wurde unter Verwendung des Pendeldämpfungstests gemäß ISO 1522
beurteilt. Ein Glaspanel wurde mit einer 150 μm Nassfilmschicht beschichtet,
unter Bedingungen von 23°C
und 50 % relativer Luftfeuchte (rel. LF) gehalten, und die Härteentwicklung über die
Zeit wurde mit einem König'schen Pendel überwacht.
Die gemessene Oszillationszeit, welche die Deflektion von den anfänglichen
6° auf 3° reduzierte,
ist in Sekunden angegeben.
-
Die
Molekulargewichtsverteilung wurde mittels Gelpermeations-Chromatographie
(GPC-Apparat von Millipore)
unter Verwendung von THF als Lösungsmittel,
3 Säulen
Plgel 5 mm mixed-D von Polymer Laboratories und einer Kalibrierungskurve
mit kommerziellen Polystyrolstandards bestimmt.
-
Der
Säurewert
wurde gemäß ASTM Verfahren
D 1980-87 gemessen, und der Wert ist in mg KOH/g ausgedrückt.
-
Der
Hydroxylwert wurde gemäß ASTM Verfahren
D 1957-86 gemessen, und der Wert ist in mg KOH/g ausgedrückt.
-
Der
Substitutionsgrad (DS) wird von den Saccharosefunktionen dargestellt,
die substituiert sind; er wurde mittels quantitativer 13C
NMR unter Verwendung eines Bruker DPX 300 Spektrometers bestimmt.
-
Wenn
nicht anders angegeben, sind alle Reagenzien kommerziell von Acros
Organics oder Merck erhältlich.
-
FAME
ist die Abkürzung
für Fettsäuremethylester.
-
Für relative
Eigenschaften wurde eine Notationsskala von 1 (gut) bis 5 (schlecht)
verwendet.
-
Beispiel 1
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
300 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
876 pbw Distel-FAME (Radia 30139
von Oleon) mit der folgenden Fettsäurezusammensetzung:
Linolsäure: etwa
75 Gew.-%
Ölsäure: etwa
14 Gew.-%
171,4 pbw Dimethyldimerat (Radia 7119 von Oleon)
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 15
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Auf Grund der Bildung
von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise auf etwa 150
mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und einer Temperatur
von 110–115°C für einen Zeitraum
von 8 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Nach Abkühlung auf etwa 40°C wurde das
Reaktionsgemisch durch die Zugabe von 30 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem
resultierenden Gemisch wurden nacheinander 3 1 Petroleumether (PE)
(Sdp.: 40–60°C) und 0,5
1 Methanol zugefügt.
Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit
Methanol gewaschen (etwa 300 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Dimerat): 7,7
Substitutionsgrad
(Acatat): 0,3
Distel-FAME-Gehalt: 10%
Hydroxylwert: 24,9
Säurewert:
3,5
Polydispersität:
2,1,
Molekulargewichtszahlenmittel: 4,3 × 103
Viskosität: 17,5
dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 2
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
216 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
582,6 pbw Distel-FAME (Radia 30139
von Oleon)
169 pbw Dimethyldimerat, Radia 7119 von Oleon
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 10,8
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Auf Grund der Bildung
von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise auf etwa 150
mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und einer Temperatur
von 110–115°C für einen Zeitraum
von 8 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Nach Abkühlung auf etwa 40°C wurde das
Reaktionsgemisch durch die Zugabe von 21,6 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem
resultierenden Gemisch wurden nacheinander 2,2 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 0,36
1 Methanol zugefügt. Nach
Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit
Methanol gewaschen (etwa 250 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Dimerat): 7,3
Substitutionsgrad
(Acatat): 0,7
Distel-FAME-Gehalt: 10%
Hydroxylwert: 20,7
Säurewert:
3,5
Polydispersität:
3,2
Molekulargewichtszahlenmittel: 5,3 × 103
Viskosität: 46 dPa.s
bei 23°C.
-
Beispiel 3
-
Zubereitung des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
510 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
1.234,2 pbw Distel-FAME (Radia
30139 von Oleon)
445,8 pbw Dimethyldimerat, Radia 7119 von
Oleon
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 18
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion.
-
Auf
Grund der Bildung von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise
auf etwa 150 mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und
einer Temperatur von 110–115°C für einen
Zeitraum von 10 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Nach Abkühlung auf etwa 80°C wurde das
Reaktionsgemisch durch die Zugabe eines Gemisches von 450 ml ShellSol
D-40 und 50 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem resultierenden Gemisch
wurden – nach
Abkühlung
auf 40°C – nacheinander
5 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 1
l Methanol zugefügt.
Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit
Methanol gewaschen (etwa 400 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Dimerat): 7,0
Substitutionsgrad
(Acatat): 1,0
Distel-FAME-Gehalt: 10%
Hydroxylwert: 21,1
Säurewert:
3,7
Polydispersität:
5,2
Molekulargewichtszahlenmittel: 5,5 × 103
Viskosität einer
Lösung
mit 96 Gew.-% in ShellSol D-40 (Shell): 49 dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 4
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
270 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
541,8 pbw Distel-FAME (Radia 30139
von Oleon)
153 pbw Dimethyldimerat (Radia 7119 von Oleon)
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 13,5
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion.
-
Auf
Grund der Bildung von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise
auf etwa 150 mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und
einer Temperatur von 110–115°C für einen
Zeitraum von 10 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Nach Abkühlung auf etwa 80°C wurde das
Reaktionsgemisch durch die Zugabe eines Gemisches von 250 ml ShellSol
D-40 und 27 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem resultierenden Gemisch
wurden – nach
Abkühlung
auf 40°C – nacheinander
2,5 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 0,6
1 Methanol zugefügt.
Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit Methanol gewaschen
(etwa 250 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Dimerat): 6,5
Substitutionsgrad
(Acatat): 1,5
Distel-FAME-Gehalt: < 5%
Hydroxylwert: 19,3
Säurewert:
3,5
Polydispersität:
5,2
Molekulargewichtszahlenmittel: 5,5 × 103
Viskosität: 125 dPa.s
bei 23°C.
-
Beispiel 5
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
407,2 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
625,5 pbw Distel-FAME (Radia 30139
von Oleon)
80,2 pbw Dimethyldimerat (Radia 7119 von Oleon)
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 11,1
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion.
-
Auf
Grund der Bildung von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise
auf etwa 150 mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und
einer Temperatur von 110–115°C für einen
Zeitraum von 3,5 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Nach Abkühlung auf etwa 80°C wurde das
Reaktionsgemisch durch die Zugabe eines Gemisches von 100 ml ShellSol
D-40 und 40 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem resultierenden Gemisch
wurden – nach
Abkühlung
auf 40°C – nacheinander
2 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 0,5
l Methanol zugefügt.
Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit Methanol gewaschen
(etwa 250 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Dimerat): 5,4
Substitutionsgrad
(Acatat): 2,6
Distel-FAME-Gehalt: << 5%
Hydroxylwert:
25
Säurewert:
4,7
Polydispersität:
2,1
Molekulargewichtszahlenmittel: 4,0 × 103
Viskosität einer
Lösung
mit 95 Gew.-% in ShellSol D-40 Lösungsmittel:
53 dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 6
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
540 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
1.290,6 pbw Distel-FAME (Radia
30139 von Oleon)
332,4 pbw Dimethyladipat
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 40,5
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20 – 30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Auf Grund der Bildung
von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise auf etwa 150
mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und einer Temperatur
von 110–115°C für einen Zeitraum
von 5 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Nach Abkühlung auf etwa 80°C wurde das
Reaktionsgemisch durch die Zugabe eines Gemisches von 750 ml ShellSol D-40
und 75 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem resultierenden Gemisch wurden – nach Abkühlung auf
40°C – nacheinander
3 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 1
l Methanol zugefügt.
Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht sechs Mal
mit Methanol gewaschen (etwa 500 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Adipat): 7,1
Substitutionsgrad
(Acatat): 0,9
Distel-FAME-Gehalt: 20%
Hydroxylwert: 41,8
Säurewert:
9,6
Polydispersität:
6,9
Molekulargewichtszahlenmittel: 7,7 × 103
Viskosität einer
Lösung
mit 85 Gew.-% in ShellSol D-40 Lösungsmittel:
123 dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 7
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
360 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
922 pbw Distel-FAME (Radia 30139
von Oleon)
183,3 pbw Dimethylsebazat
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem. Stickstoffstrom – 26,8
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Auf Grund der Bildung
von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise auf etwa 150
mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und einer Temperatur
von 110–115°C für einen Zeitraum
von 4 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt (etwa 85 % der theoretischen Menge
von Methylacetat konnte gesammelt werden). Nach Abkühlung auf
etwa 80°C
wurde das Reaktionsgemisch durch die Zugabe eines Gemisches von
400 ml ShellSol D-40 und 50 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem resultierenden
Gemisch wurden – nach
Abkühlung
auf 40°C – nacheinander
3 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 1
l Methanol zugefügt.
Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit Methanol
gewaschen (etwa 500 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Sebazat): 7,5
Substitutionsgrad
(Acatat): 0,5
Distel-FAME-Gehalt: 15%
Hydroxylwert: 27,6,
Säurewert:
4,6
Polydispersität:
4,4
Molekulargewichtszahlenmittel: 7,1 × 103
Viskosität: 38,2
dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 8
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
360 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
922 pbw Distel-FAME (Radia 30139
von Oleon)
213 pbw Dimethylsebazat
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 26,8
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Auf Grund der Bildung
von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise auf etwa 150
mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und einer Temperatur
von 110–115°C unter gleichzeitiger
Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt bis etwa 75 % der theoretischen
Menge von Methylacetat gesammelt wurden. Nach Abkühlung auf
etwa 80°C
wurde das Reaktionsgemisch durch die Zugabe eines Gemisches von
400 ml Shellol D-40 und 50 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem resultierenden
Gemisch wurden – nach
Abkühlung
auf 40°C – nacheinander
3 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 1
l Methanol zugefügt. Nach
Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit
Methanol gewaschen (etwa 500 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Sebazat): 7,2
Substitutionsgrad
(Acatat): 0,8
Distel-FAME-Gehalt: 15%
Hydroxylwert: 24,7
Säurewert:
3,8
Polydispersität:
3,7
Molekulargewichtszahlenmittel: 6,5 × 103
Viskosität: 24,5
dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 9
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
3.280 pbw
N,N-Dimethylacetamid
205,2 pbw Saccharose
1.042,8 pbw
Distel-FAME (Radia 30139 von Oleon)
250,4 pbw Dimethyladipat
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 70–75°C bei reduziertem Druck (250–300 mbar)
etwa 15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 40
pbw Kaliumcarbonat zugegeben. Im Vakuum (250 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 120–122°C angehoben. Das
Erhitzen wurde für
einen Zeitraum von 23 Stunden unter gleichzeitiger Destillation
der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Das Lösungsmittel und jegliches verbliebene
Methanol wurden unter reduziertem Druck (20 mbar) abdestilliert.
Das resultierende Produkt wurde in Petroleumether (Sdp.: 40–60°C) gelöst und nacheinander
mit einer wässrigen
Ammoniumchloridlösung
und mehrere Male mit gewaschen, um den Überschuss an Distel-FAME zu
entfernen.
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Distel-FAME-Gehalt: 15%
Hydroxylwert: 68,2
Säurewert:
7,8
Polydispersität:
3,8
Molekulargewichtszahlenmittel: 6,8 × 103
Viskosität: 243 dPa.s
bei 23°C.
-
Beispiel 10
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
2.350 pbw
N,N-Dimethylacetamid
205,2 pbw Saccharose
1.042,8 pbw
Distel-FAME (Radia 30139 von Oleon)
356,4 pbw Dimethyldimerat
(Radia 7119 von Oleon)
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 70–75°C bei reduziertem Druck (250–300 mbar)
etwa 15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 40
pbw Kaliumcarbonat zugegeben. Im Vakuum (250 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 120–122°C angehoben. Das
Erhitzen wurde für
einen Zeitraum von 24 Stunden unter gleichzeitiger Destillation
der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Das Lösungsmittel und jegliches verbliebene
Methanol wurden unter reduziertem Druck (20 mbar) abdestilliert.
Das resultierende Produkt wurde in Petroleumether (Sdp.: 40–60°C) gelöst und bei
einer Temperatur von 25°C
60 Minuten lang mit 1,5 Äquivalenten
Wasserstoffperoxid (2 %-ige wässrige
Lösung;
1,5 mol pro mol Saccharose) behandelt. Die organische Schicht wurde
mehrere Male mit Methanol gewaschen, um den Überschuss an Distel-FAME zu
entfernen.
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Distel-FAME-Gehalt: 15%
Hydroxylwert: 64,4
Säurewert:
4,2
Polydispersität:
2,1
Molekulargewichtszahlenmittel: 4,9 × 103
Viskosität: 264,8
dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 11
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
270 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
645,3 pbw Distel-FAME (Radia 30139
von Oleon)
76,5 pbw Dimethylglutarat
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 20,1
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Auf Grund der Bildung
von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise auf etwa 150
mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und einer Temperatur
von 110–115°C für einen Zeitraum
von 8 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Nach Abkühlung auf etwa 80°C wurde das
Reaktionsgemisch durch die Zugabe eines Gemisches von 200 ml ShellSol D-40
und 37,5 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem resultierenden Gemisch wurden – nach Abkühlung auf
40°C – nacheinander
1,5 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 0,5
l Methanol zugefügt.
Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit Methanol gewaschen
(etwa 200 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Glutarat): 7,5
Substitutionsgrad
(Acatat): 0,5
Distel-FAME-Gehalt: 10%
Hydroxylwert: 38,6
Säurewert:
6,9
Polydispersität:
2,5
Molekulargewichtszahlenmittel: 4,9 × 103
Viskosität: 11 dPa.s
bei 23°C.
-
Beispiel 12
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
90 Gewichtsanteile
(pbw) Saccharose-Octaacetat
230,6 pbw Distel-FAME (Radia 30139
von Oleon)
26,9 pbw Dimethylsuberat
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 6,7
pbw Natriummethoxid zugegeben. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Auf Grund der Bildung
von Methylacetat stieg der Druck im Reaktor zeitweise auf etwa 150
mbar. Das Erhitzen wurde bei verringertem Druck und einer Temperatur
von 110–115°C für einen Zeitraum
von 6 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
(volatilen) Anteile fortgesetzt. Nach Abkühlung auf etwa 80°C wurde das
Reaktionsgemisch durch die Zugabe eines Gemisches von 100 ml ShellSol D-40
und 12,5 pbw Eisessig abgeschreckt. Dem resultierenden Gemisch wurden – nach Abkühlung auf
40°C – nacheinander
1 l PE (Sdp.: 40–60°C) und 0,4
l Methanol zugefügt.
Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde die PE-Schicht fünf Mal mit Methanol gewaschen
(etwa 200 ml).
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Substitutionsgrad (Linoleat/Suberat): 7,5
Substitutionsgrad
(Acatat): 0,5
Distel-FAME-Gehalt: 10%
Hydroxylwert: 35,4
Säurewert:
7,6
Polydispersität:
2,6
Molekulargewichtszahlenmittel: 6,0 × 103
Viskosität: 33,5
dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 13
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Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
2.811 pbw
N,N-Dimethylacetamid
153,9 pbw Saccharose
782 pbw Distel-FAME
(Radia 30139 von Oleon)
155,4 pbw Dimethylsebazat
-
Das
Gemisch wurde mit einem Stickstoffstrom gereinigt und bei einer
Temperatur von etwa 70°C
etwa 15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden 30 pbw Kaliumcarbonat
zugegeben. Danach wurde die Temperatur des Reaktionsgemisches auf
120–122°C angehoben.
Das Erhitzen wurde bei dieser Temperatur für einen Zeitraum von 20–24 Stunden
unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen (volatilen) Anteile
(Lösungsmittel und
Methanol) fortgesetzt. Die verbliebenen Lösungsmittel wurden unter reduziertem
Druck abdestilliert. Das resultierende Produkt wurde in Petroleumether
(Sdp.: 40–60°C) gelöst und durch
Celite filtriert. Das Filtrat wurde nacheinander mit einer wässrigen
Ammoniumchloridlösung
(10%), Wasser und Methanol gewaschen.
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Distel-FAME-Gehalt: 21 mol %
Polydispersität: 1,9
Molekulargewichtszahlenmittel:
4,2 × 103
Viskosität: 55 dPa.s bei 23°C.
-
Beispiel 14
-
Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
3.670 pbw
N,N-Dimethylacetamid
205,2 pbw Saccharose
1.042,5 pbw
Distel-FAME (Radia 30139 von Oleon)
194,4 pbw Dimethylsebazat
-
Das
Gemisch wurde mit einem Stickstoffstrom gereinigt und bei einer
Temperatur von etwa 70°C
etwa 15 Minuten. lang erhitzt. Anschließend wurden 40 pbw Kaliumcarbonat
zugegeben. Danach wurde die Temperatur des Reaktionsgemisches auf
120–122°C angehoben.
Das Erhitzen wurde bei dieser Temperatur für einen Zeitraum von 20–24 Stunden
unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen (volatilen) Anteile
(Lösungsmittel und
Methanol) fortgesetzt. Die verbliebenen Lösungsmittel wurden unter reduziertem
Druck abdestilliert. Das resultierende Produkt wurde in Petroleumether
(Sdp.: 40–60°C) gelöst und durch
Celite filtriert. Das Filtrat wurde nacheinander mit einer wässrigen
Ammoniumchloridlösung
(10%), Wasser und Methanol gewaschen.
-
Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Distel-FAME-Gehalt: 20 mol %
Polydispersität: 2,9
Molekulargewichtszahlenmittel:
5,4 × 103
Viskosität: 62,5 dPa.s bei 23°C.
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Beispiel 15
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Zubereitung
des Bindemittels
-
In
einen geeigneten Reaktor wurde Folgendes zugegeben:
2.624 pbw
N,N-Dimethylacetamid
684,6 pbw Saccharose
174,2 pbw Dimethyladipat
-
Das
Gemisch wurde bei einer Temperatur von etwa 70–75°C bei reduziertem Druck (250–300 mbar) etwa
15 Minuten lang erhitzt. Anschließend wurden – unter
einem Stickstoffstrom – 40
pbw Kaliumcarbonat zugegeben Die Temperatur des Reaktionsgemisches
wurde auf 120°C
angehoben.
-
Das
Erhitzen wurde für
einen Zeitraum von 3 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der
flüchtigen (volatilen)
Anteile fortgesetzt. Anschließend
wurde das Reaktionsgemisch auf 70°C
abgekühlt,
und 1.737,6 pbw Distel-FAME (Radia 30139) wurden zugegeben. Es folgten
weitere 10 Stunden bei 120°C
unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen (volatilen) Anteile.
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Das
nach Evaporierung der flüchtigen
(volatilen) Anteile erhaltene Bindemittel wies die folgenden Eigenschaften
auf:
Distel-FAME-Gehalt: 10 mol %
Hydroxylwert: 151,4
Säurewert:
5,7
Polydispersität:
2,0
Molekulargewichtszahlenmittel: 1,3 × 103
Viskosität: 185 dPa.s
bei 23°C.
-
Tabelle
1: Beschichtungszusammensetzungen und Eigenschaften der nassen Formulierungen
-
-
Tabelle
3: Glanzbeibehaltung nach QUV-A-Verwitterung
-
Die
Formulierungen gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen einen geringeren VOC-Gehalt, zusammen mit einem besseren
Verlaufen, einer bemerkenswert guten Glanzbeibehaltung und einer
vergleichbaren oder sogar besseren Härteentwicklung im Vergleich
zu kommerziell erhältlichen,
auf Phthalsäure
beruhenden Produkten mit hohem Feststoffgehalt mit einer VOC unter
250 g/l auf.