DE60309033T2

DE60309033T2 - Wässrige beschichtungszusammensetzungen mit niedrigem flüchtigem organischen anteil und hervorragender frost-auftau stabilität

Info

Publication number: DE60309033T2
Application number: DE60309033T
Authority: DE
Inventors: Cheng-Le Charlotte ZHAO; A. Terri Concord CUNNINGHAM; Li Fort Mill ZHUO
Original assignee: BASF Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: AU2003240230B2; EP1513901A1; DE60309033D1; AU2003240230A1; WO2003104337A1; US6933415B2; US20030229171A1; US20060052502A1; ATE342313T1; JP2005528518A; EP1513901B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Tensiden zur Verringerung des VOC-Gehalts von wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen, wie Anstrichmittel- und Papierbeschichtungszusammensetzungen, unter Bewahrung der Gefrier-Tau-Stabilität dieser Zusammensetzungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung bestimmter polymerisierbarer alkoxylierter Tenside in Latexpolymeren zur Verringerung des VOC-Gehalts von wäßrigen Anstrichmittel- und Papierbeschichtungszusammensetzungen unter Bewahrung der Gefrier-Tau-Stabilität dieser Zusammensetzungen.
Hintergrund der Erfindung
Latexanstrichmittel werden für verschiedene Anwendungen einschließlich Innen- und Außenanwendungen und Matt-, Halbglanz- und Glanzanwendungen eingesetzt. Zur Bereitstellung von Latexanstrichmitteln mit guter Filmbildung werden diese Anstrichmittel häufig mit Koaleszenzmitteln versetzt. Beispiele für Koaleszenzmittel sind 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiolmonoisobutyrat (d.h. TEXANOL^®, das im Handel von Eastman Chemical erhältlich ist) und 2-Ethylhexylbenzoat (d.h. VELATE^® 378, das im Handel von Vesicol Corporation erhältlich ist).
Neben Koaleszenzmitteln enthalten Latexanstrichmittel Frostschutzmittel, damit die Anstrichmittel auch nach Frosteinwirkung noch verwendet werden können. Des weiteren erhöhen Frostschutzmittel in der Regel die offene Zeit für Latexanstrichmittel. Beispiele für Frostschutzmittel sind Ethylenglykol, Diethylenglykol und Propylenglykol. Eine ausführliche Besprechung dieser Frostschutzmittel findet sich in "Antifreezes", Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A3, Seiten 23-31.
Die als Koaleszenzmittel und Frostschutzmittel verwendeten Additive erfüllen ihren Zweck, werden aber immer unerwünschter, da es sich bei ihnen um flüchtige organische Verbindungen (VOCs) handelt. Nach dem Auftragen des Latexanstrichmittels auf ein Substrat verdampfen die VOCs langsam in die Umgebung. Da zulässige VOC-Gehalte infolge zunehmender Umweltvorschriften immer weiter sinken, hat sich in der Technik Bedarf an der Herstellung von Latexanstrichmitteln mit niedrigeren VOC-Gehalten ergeben. Außerdem besteht Bedarf an der Bewahrung der Leistungsfähigkeit von Latexanstrichmitteln auch bei diesen niedrigeren VOC-Gehalten.
Kurze Darstellung der Erfindung
Es wurde entdeckt, daß durch Verwendung bestimmter polymerisierbarer alkoxylierter Tenside in wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen der Frostschutzmittelbedarf dieser Zusammensetzungen verringert werden kann. Erfindungsgemäß können diese polymerisierbaren alkoxylierten Tenside enthaltende wäßrige Beschichtungszusammensetzungen (z.B. Latexanstrichmittel) mit hervorragender Gefrier-Tau-Stabilität unter Zugabe von wenig oder gar keinen Frostschutzmitteln hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen enthalten weniger als 3 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% an Frostschutzmitteln, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung. Besonders bevorzugt sind die wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen weitgehend frei von Frostschutzmitteln. Daher können erfindungsgemäß wäßrige Beschichtungszusammensetzungen hergestellt werden, die geringere VOC-Gehalte aufweisen als herkömmliche wäßrige Beschichtungszusammensetzungen und damit umweltfreundlicher sind.
Die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung enthält mindestens ein Latexpolymer, das sich von mindestens einem Monomer und mindestens einem polymerisierbaren alkoxylierten Tensid ableitet, mindestens ein Pigment und Wasser. Das in dem Latexpolymer verwendete polymerisierbare alkoxylierte Tensid hat die Struktur: R¹- R² worin R¹ für eine aus der Gruppe bestehend aus CH₃-CH=CH- und CH₂=CH-CH₂- ausgewählte Allylgruppe steht und R² für einen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen und mindestens einer Oxyethylen- oder Oxypropylen-Einheit steht. Vorzugsweise steht R² für -C₆H₃(R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -O-CH₂-CH(CH₂-O-C₆H₄-R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, (O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, CH₂)_m-(O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ Oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴; steht R³ für eine Alkylgruppe; steht R⁴ für Hydroxy oder eine polare Gruppe wie Sulfonat (-SO₃M), Sulfat (-SO₄M), Phosphonat (-PO₃M) oder Phosphat -PO₄M); steht M für H⁺, Na⁺, NH4⁺, K⁺ oder Li⁺, mit der Maßgabe, daß R⁴ nicht für (-SO₄M) oder (-PO₄M) stehen kann, wenn R² für (O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ steht; steht R⁴ vorzugsweise für Hydroxy oder (-PO₄M), ist n gleich etwa 5 bis etwa 100 und ist m gleich 0 bis etwa 100. Besonders bevorzugt steht R³ für C₇-C₁₃-Alkyl (z. B. C₉H₁₉) und n ist gleich etwa 5 bis etwa 40.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das mindestens eine Pigment mindestens ein Pigment aus der Gruppe bestehend aus TiO₂, CaCO₃, Ton, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Natriumoxid, Kaliumoxid, Talk, Baryten, Zinkoxid, Zinksulfit und Mischungen davon. Besonders bevorzugt umfaßt das mindestens eine Pigment TiO₂, Calciumcarbonat oder Ton. Das mindestens eine Latexpolymer in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung kann ein reines Acrylharz, ein Styrol-Acryl-Harz, ein Vinyl-Acryl-Harz oder ein acryliertes Ethylen-Vinylacetat-Copolymer sein und ist besonders bevorzugt ein reines Acrylharz. Das mindestens eine Latexpolymer leitet sich vorzugsweise von mindestens einem Acryl-Monomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Acrylsäureestern, Methacrylsäure und Methacrylsäureestern ab. Beispielsweise kann es sich bei dem mindestens einen Latexpolymer um ein Butylacrylat/Methylmethacrylat-Copolymer oder ein 2-Ethylhexylacrylat/Methylmethacrylat-Copolymer handeln. In der Regel leitet sich das mindestens eine Latexpolymer ferner von einem oder mehreren Monomeren aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinylchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Ureidomethacrylat, Vinylacetat, Vinylestern von verzweigten tertiären Monocarbonsäuren, Itaconsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Ethylen und konjugierten C₄-C₈-Dienen ab. Neben den obigen Komponenten kann die wäßrige Beschichtungszusammensetzung ein oder mehrere Additive aus der Gruppe bestehend aus Dispergiermitteln, Tensiden, Rheologiemodifikatoren, Entschäumern, Verdickern, Bioziden, Mitteln gegen Mehltau, Farbmitteln, Wachsen, Parfüms und Cosolventien enthalten.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, bei dem man das Polymerlatex-Bindemittel mittels Emulsionspolymerisation herstellt, indem man einem Reaktor in Gegenwart von mindestens einem Initiator und dem mindestens einen polymerisierbaren Tensid gemäß obiger Beschreibung Monomere zuführt und die Monomere und das polymerisierbare Tensid zu dem Latexbindemittel polymerisiert. Dann kann man das mindestens eine Pigment und andere Additive mit dem erhaltenen Latexbindemittel vermischen, wobei man die wäßrige Beschichtungszusammensetzung erhält. Bei dem Schritt der Herstellung des Polymerlatex-Bindemittels kann man so vorgehen, dass man eine den Initiator enthaltende Initiatorlösung herstellt, eine Monomere und das erfindungsgemäße polymerisierbare alkoxylierte Tensid enthaltende Monomeren-Voremulsion herstellt, die Initiatorlösung in einen Reaktor gibt und die Monomeren-Voremulsion in den Reaktor gibt. Durch den Einbau der polymerisierbaren alkoxylierten Tenside in den Polymerlatex kann die Beschichtungszusammensetzung einen niedrigeren VOC-Gehalt aufweisen und gleichzeitig die Gefrier-Tau-Stabilität der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung auf wünschenswerten Niveaus gehalten werden.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann bei Betrachtung der folgenden näheren Beschreibung, in der sowohl die bevorzugten als auch alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, leicht ersichtlich.
Nähere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In der folgenden näheren Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen näher beschrieben, um die Ausübung der Erfindung zu ermöglichen. Es versteht sich, daß die Erfindung zwar anhand dieser speziellen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, aber nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr umfaßt die Erfindung zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente, die sich aus der Betrachtung der folgenden näheren Beschreibung ergeben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung mit niedrigem VOC-Gehalt, aber mit herkömmlichen wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen vergleichbarer hervorragender Gefrier-Tau-Stabilität. Die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung enthält mindestens ein Latexpolymer, das sich von mindestens einem Monomer und mindestens einem polymerisierbaren alkoxylierten Tensid ableitet, mindestens ein Pigment und Wasser.
Das in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung verwendete mindestens eine Latexpolymer leitet sich vorzugsweise von Monomeren ab, die mindestens ein Acrylmonomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Acrylsäureestern, Methacrylsäure und Methacrylsäureestern umfassen. Außerdem kann das Latexpolymer gegebenenfalls ein oder mehrere Monomere aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinylchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Ureidomethacrylat, Vinylacetat, Vinylestern von verzweigten tertiären Monocarbonsäuren (z.B. Vinylester, die im Handel unter dem Warenzeichen VEOVA^® von Shell Chemical Company erhältlich sind oder unter der Bezeichnung EXXAR^® Neo Vinyl Esters von ExxonMobil Chemical Company vertrieben werden), Itaconsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Ethylen enthalten. Möglich ist auch die Mitverwendung von konjugierten C₄-C₈-Dienen, wie 1,3-Butadien, Isopren und Chloropren. Vorzugsweise umfassen die Monomere ein oder mehrere Monomere aus der Gruppe bestehend aus n-Butylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol und 2-Ethylhexylacrylat. Das Latexpolymer wird in der Regel aus der Gruppe bestehend aus reinen Acrylharzen (die als Hauptmonomere Acrylsäure, Methacrylsäure, einen Acrylsäureester und/oder einen Methacrylsäureester enthalten); Styrol-Acryl-Harzen (die als Hauptmonomere Styrol und Acrylsäure, Methacrylsäure, einen Acrylsäureester und/oder einen Methacrylsäureester enthalten); Vinyl-Acryl-Harze (die als Hauptmonomere Vinylacetat und Acrylsäure, Methacrylsäure, einen Acrylsäureester und/oder einen Methacrylsäureester enthalten); und acrylierten Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (die als Hauptmonomere Ethylen, Vinylacetat und Acrylsäure, Methacrylsäure, einen Acrylsäureester und/oder einen Methacrylsäureester enthalten) ausgewählt. Die Monomere können auch andere Hauptmonomere, wie Acrylamid und Acrylnitril, und ein oder mehrere funktionale Monomere, wie Itaconsäure und Ureidomethacrylat, umfassen, wie für den Fachmann leicht ersichtlich ist. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Latexpolymer um ein reines Acrylharz, wie ein Butylacrylat/Methylmethacrylat-Copolymer oder ein Ethylhexylacrylat/Methylmethacrylat-Copolymer, das sich von Butylacrylat, Ethylhexylacrylat und Methylmethacrylat umfassenden Monomeren ableitet. Die Latexpolymerdispersion hat vorzugsweise einen Feststoffgehalt von etwa 30 bis etwa 75% und eine mittlere Latexteilchengröße von etwa 70 bis etwa 650 nm. Das Latexpolymer liegt in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise in einer Menge von etwa 5 bis etwa 60 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt von etwa 8 bis etwa 40 Gewichtsprozent vor (d.h. der Gewichtsprozentanteil des trockenen Latexpolymers, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung).
Das zur Bildung des Polymerlatex verwendete mindestens eine polymerisierbare alkoxylierte Tensid hat die Struktur: R¹-R² worin R¹ für eine aus der Gruppe bestehend aus CH₃-CH=CH- und CH₂=CH-CH₂- ausgewählte Allylgruppe steht und R² für einen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen und mindestens einer Oxyethylen- oder Oxypropylen-Einheit steht. R² steht für -C₆H₃(R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -O-CH₂-CH(CH₂-O-C₆H₄-R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_m-(O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴; R³ steht für eine Alkylgruppe; R⁴ steht für Hydroxy oder eine polare Gruppe wie Sulfonat (-SO₃M), Sulfat (-SO₄M), Phosphonat (-PO₃M) oder Phosphat (-PO₄M); M steht für H⁺, Na⁺, NH4⁺, K⁺ oder Li⁺, mit der Maßgabe, daß R⁴ nicht für (-SO₄M) oder (-PO₄M) stehen kann, wenn R² für (O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ Oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ Steht; R⁴ steht vorzugsweise für Hydroxy oder (-PO₄M), n ist gleich etwa 5 bis etwa 100 und m ist gleich 0 bis etwa 100. Besonders bevorzugt steht R³ für C₇-C₁ ₃-Alkyl (z. B. C₉H₁₉) und n ist gleich etwa 5 bis etwa 40. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff „Alkyl" lineare und verzweigte Alkylgruppen. Geeignete Tenside zur Verwendung bei der Erfindung sind u.a. Tenside, die unter den Marken NIOGEN^® RN und HITENOL^® BC vertrieben werden und im Handel von Montello, Inc. erhältlich sind, oder die PLURIOL^®-Qualitäten A...R(E) von BASF AG. Bei der vorliegenden Erfindung können beispielsweise NOIGEN^® RN-10, HITENOL^® BC-10, HITENOL® BC-20 und PLURIOL^® A10 R verwendet werden. Das Tensid liegt in der wäßrigen Polymerdispersion in der Regel in einer Menge von mehr als 0 bis etwa 5 Gew.-%, bezogen auf das Polymergewicht, und besonders bevorzugt von etwa 0,5 bis etwa 3 Gew.-%, bezogen auf das Polymergewicht, vor.
Wie oben erwähnt, enthält die wäßrige Beschichtungszusammensetzung mindestens ein Pigment. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Pigment" nicht filmbildende Feststoffe, wie Pigmente, Streckmittel und Füllstoffe. Das mindestens eine Pigment wird vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus TiO₂ (sowohl in Anatas- als auch in Rutil-Form), Ton (Aluminiumsilicat), CaCO₃ (sowohl in zerkleinerter als auch in ausgefällter Form), Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Talk (Magnesiumsilicat), Baryten (Bariumsulfat), Zinkoxid, Zinksulfit, Natriumoxid, Kaliumoxid und Mischungen davon ausgewählt. Als Mischungen eignen sich u.a. Mischungen von Metalloxiden, wie die unter den Warenzeichen MINEX^® (Oxide von Silicium, Aluminium, Natrium und Kalium, im Handel erhältlich von Unimin Specialty Minerals), CELITES^® (Aluminiumoxid und Siliciumdioxid, im Handel erhältlich von Celite Company), ATOMITES^® (im Handel erhältlich von English China Clay International) und ATTAGELS^® (im Handel erhältlich von Engelhard) vertriebenen. Besonders bevorzugt umfasst das mindestens eine Pigment TiO₂, CaCO₃ oder Ton. Die mittlere Teilchengröße der Pigmente liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 50 Mikron. So haben beispielsweise die in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung verwendeten TiO₂-Teilchen in der Regel eine mittlere Teilchengröße von etwa 0,15 bis etwa 0,40 Mikron. Das Pigment kann der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung in Form eines Pulvers oder einer Aufschlämmung zugegeben werden. Das Pigment liegt in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise in einer Menge von etwa 5 bis etwa 50 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt von etwa 10 bis etwa 40 Gewichtsprozent, vor.
Die Beschichtungszusammensetzung kann gegebenenfalls Additive enthalten, wie ein oder mehrere Filmbildungshilfsmittel oder Koaleszenzmittel. Als Filmbildungshilfsmittel oder Koaleszenzmittel eignen sich u.a. Weichmacher und Trocknungsverzögerer, wie hochsiedende polare Lösungsmittel. Erfindungsgemäß können auch andere herkömmliche Beschichtungsadditive verwendet werden, wie beispielsweise Dispergiermittel, zusätzliche Tenside (d.h. Netzmittel), Rheologiemodifikatoren, Entschäumer, Verdicker, Biozide, Mittel gegen Mehltau, Farbmittel wie Farbpigmente und Farbstoffe, Wachse, Parfüms, Cosolventien und dergleichen. Beispielsweise kann man zur Herstellung des Polymerlatex nichtionische und/oder ionische (z.B. anionische oder kationische) Tenside verwenden. Diese Additive liegen in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung in der Regel in einer Menge von 0 bis etwa 15 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 1 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung, vor.
Wie oben erwähnt, enthält die wäßrige Beschichtungszusammensetzung weniger als 3,0% Frostschutzmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung. Beispiele für Frostschutzmittel sind Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Glycerin (1,2,3-Trihydroxypropan), Ethanol, Methanol, 1-Methoxy-2-propanol, 2-Amino-2-methyl-1-propanol und FTS-365 (ein Gefrier-Tau-Stabilisator von Inovachem Specialty Chemicals).
Besonders bevorzugt enthält die wäßrige Beschichtungszusammensetzung weniger als 1,0 Gew.-% Frostschutzmittel oder ist weitgehend frei (d.h. enthält weniger als 0,1%) von Frostschutzmittel. Demgemäß hat die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise einen VOC-Gehalt von weniger als etwa 100 g/L und besonders bevorzugt kleiner gleich etwa 50 g/L. Obwohl die erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen wenig oder gar kein Frostschutzmittel enthalten, besitzen die Zusammensetzungen Gefrier-Tau-Stabilitäten auf in der Technik wünschenswerten Niveaus. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen Gefrier-Tau-Zyklen gemäß ASTM-Methode D2243-82 unterworfen werden, ohne daß sie koagulieren. Die wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen können auch einen nach der nachstehend erörterten Methode durchgeführten Drawdown-Test bestehen. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen eine gute Hitze-Lagerstabilität auf und zeigen nach 14 Tagen Lagerung bei 50°C nach der nachstehend erörterten Methode Zunahmen der Stormer-Viskosität von weniger als 15 KU, besonders bevorzugt 10 KU oder weniger.
Bei dem Rest der erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzung handelt es sich um Wasser. Wenngleich ein großer Teil des Wassers in der Polymerlatex-Dispersion und in anderen Komponenten der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung vorliegt, wird die wäßrige Beschichtungszusammensetzung im allgemeinen auch separat mit Wasser versetzt. Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung enthält in der Regel etwa 10 bis etwa 85 Gew.-% und besonders bevorzugt etwa 35 bis etwa 80 Gew.-% Wasser. Anders ausgedrückt beträgt der Gesamtfeststoffgehalt der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung in der Regel etwa 15 bis etwa 90%, besonders bevorzugt etwa 20 bis etwa 65%.
Die Beschichtungszusammensetzungen werden in der Regel so formuliert, dass die getrockneten Beschichtungen mindestens 10 Vol.-% trockene Polymerfeststoffe und zusätzlich 5 bis 90 Vol.-% nichtpolymere Feststoffe in Form von Pigmenten enthalten. Die getrockneten Beschichtungen können auch Additive, wie Weichmacher, Dispergiermittel, Tenside, Rheologiemodifikatoren, Entschäumer, Verdicker, Biozide, Mittel gegen Mehltau, Farbmittel, Wachse und dergleichen enthalten, die beim Trocknen der Beschichtungszusammensetzung nicht verdampfen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung um eine Latexanstrichmittelzusammensetzung, die mindestens ein Latexpolymer, das sich von mindestens einem Acrylmonomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Arylsäureestern, Metahcrylsäure und Methacrylsäureestern und mindestens einem polymerisierbaren alkoxylierten Tensid ableitet; mindestens ein Pigment und Wasser enthält. Wie oben erwähnt, kann es sich bei dem mindestens einen Latexpolymer um ein reines Acrylharz, ein Styrol-Acryl-Harz, ein Vinyl-Acryl-Harz oder ein acryliertes Ethylen-Vinylacetat-Copolymer handeln.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung durch Zusammenmischen mindestens eines Latexpolymers, das sich von mindestens einem Monomer und mindestens einem polymerisierbaren alkoxylierten Tensid gemäß obiger Beschreibung ableitet, und mindestens eines Pigments. Vorzugsweise liegt das Latexpolymer in Form einer Latexpolymer-Dispersion vor. Zur Bereitstellung der oben erörterten Additive in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung können die Additive in beliebiger geeigneter Reihenfolge zu dem Latexpolymer, dem Pigment oder Kombinationen davon gegeben werden. Im Fall von Anstrichmittelformulie rungen hat die wäßrige Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise einen pH-Wert von 7 bis 10.
Das die erfindungsgemäßen polymerisierbaren alkoxylierten Tenside enthaltende Latexpolymer kann in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung in Kombination mit anderen Tensiden vom ionischen oder nichtionischen Typ, die entweder polymerisierbar oder nicht polymerisierbar sind, verwendet werden. Insbesondere kann man das Polymerlatex-Bindemittel mittels Emulsionspolymerisation herstellen, indem man einem Reaktor in Gegenwart von mindestens einem Initiator und dem mindestens einen erfindungsgemäßen polymerisierbaren alkoxylierten Tensid die zur Bildung des Latexbindemittels verwendeten Monomere zuführt und die Monomere zu dem Latexbindemittel polymerisiert. Zu den einem Reaktor zur Herstellung des Polymerlatex-Bindemittels zugeführten Monomeren gehört vorzugsweise mindestens ein Acrylmonomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Acrylsäureestern, Methacrylsäure und Methacrylsäureestern. Außerdem können die Monomere Styrol, Vinylacetat oder Ethylen umfassen. Die Monomere können auch ein oder mehrere Monomere aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinylchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Ureidomethacrylat, Vinylacetat, Vinylestern von verzweigten tertiären Monocarbonsäuren, Itaconsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Ethylen umfassen. Möglich ist auch die Mitverwendung von konjugierten C₄-C₈-Dienen, wie 1,3-Butadien, Isopren und Chloropren. Vorzugsweise umfassen die Monomere ein oder mehrere Monomere aus der Gruppe bestehend aus n-Butylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol und 2-Ethylhexylacrylat. Bei dem Initiator kann es sich um einen beliebigen an sich zur Verwendung bei der Emulsionspolymerisation bekannten Initiator, wie Ammonium-, Natrium- oder Kaliumpersulfat, oder ein Redoxsystem, das in der Regel ein Oxidationsmittel und ein Reduktionsmittel enthält, handeln. Übliche Redoxinitiatorsysteme werden z.B. von A.S. Sarac in Progress in Polymer Science 24(1999), 1149-1204, beschrieben.
Zur Herstellung des Polymerlatex-Bindemittels kann man zunächst eine den Initiator und Wasser enthaltende Initiatorlösung herstellen. Außerdem stellt man eine Monomeren-Voremulsion her, die mindestens einen Teil der zur Bildung des Latexpolymers zu verwendenen Monomere, ein oder mehrere Tenside, Wasser und zusätzliche Additive, wie NaOH, enthält. Zu dem oder den Tensiden in der Monomeren-Voremulsion gehört das erfindungsgemäße polymerisierbare alkoxylierte Tensid. Dann gibt man die Initiatorlösung und die Monomeren-Voremulsion über einen vorgegebenen Zeitraum (z.B. 1,5-5 Stunden) kontinuierlich in den Reaktor, um die Monomere zum Polymerisieren zu bringen und so das Latexpolymer herzustellen. Vorzugsweise gibt man mindestens einen Teil der Intiatorlösung in den Reaktor, bevor man die Monomeren-Voremulsion zugibt. Vor der Zugabe der Initiatorlösung und der Monomeren-Voremulsion kann man einen Saatlatex, wie einen Polystyrol-Saatlatex, in den Reaktor geben. Die Verwendung des Saatlatex dient zum Erhalt einer einheitlichen Teilchengrößenverteilung und beeinflusst die Gefrier-Tau-Stabilität des Anstrichmittels nicht. Außerdem kann man vor der Zugabe des Initiators und der Zugabe der Monomeren-Voremulsion Wasser, ein oder mehrere Tenside und nicht in der Monomeren-Voremulsion bereitgestellte Monomere in den Reaktor geben. Der Reaktor wird zur Herstellung des Polymerlatex-Bindemittels zumindest so lange bei erhöhter Temperatur betrieben, bis alle Monomere zugegeben sind. Nach seiner Herstellung wird das Polymerlatex-Bindemittel vorzugsweise zur Verringerung des Restmonomerengehalts chemisch gestrippt. Das chemische Strippen erfolgt vorzugsweise durch kontinuierliche Zugabe eines Oxidationsmittels, wie eines Peroxids (z.B. t-Butylhydroperoxid) und eines Reduktionsmittels (z.B. Natriumacetonbisulfit), oder eines anderen Redoxpaars, wie z.B. denjenigen gemäß A.S. Sarac in Progress in Polymer Science 24(1999), 1149-1204, zu dem Latexbindemittel bei erhöhter Temperatur und über einen vorgegebenen Zeitraum (z.B. 0,5 Stunden). Dann kann man nach dem chemischen Strippen den pH-Wert des Latexbindemittels einstellen und ein Biozid oder andere Additive zugeben.
Bei der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung handelt es sich um eine stabile Flüssigkeit, die auf verschiedenste Materialien, wie beispielsweise Papier, Holz, Beton, Metall, Glas, Keramik, Kunststoffe, Putz und Bedachungsgrundlagen, wie Asphaltbeschichtungen, Dachpappen, Polyurethanschaumstoff-Isolierung; oder auf vorher angestrichene, grundierte, vorgestrichene, verschlissene oder verwitterte Substrate aufgetragen werden kann. Die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung kann nach verschiedenen an sich gut bekannten Techniken, wie beispielsweise Pinsel, Rollen, Mops, luftunterstütztes Spritzen oder Airless-Spritzen, elektrostatisches Spritzen und dergleichen, auf die Materialien aufgetragen werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden nichteinschränkenden Beispiele weiter erläutert.
BEISPIEL 1 (E1)
Beispiel 1 illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 2,0% (Gewichtsprozent Aktivsubstanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) des Tensids NOIGEN^® RN-10 (das im Handel von Montello, Inc. als Vertreterin von Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., erhältlich ist). Das Tensid NOIGEN^® RN-10 hat die folgende Struktur:
Durch Emulgieren von 264 Teilen Wasser, 37,5 Teilen des Tensids CALSOFT^® L-40 (ein lineares oder verzweigtes Natriumalkylbenzolsulfonat-Tensid, das im Handel von Pilot Chemical erhältlich ist), 20 Teilen des Tensids NOIGEN^® RN-10, 15,0 Teilen NaOH-Lösung (10%ige Lösung in Wasser), 7,5 Teilen Itaconsäure, 20 Teilen Ureidomethacrylat, 511,2 Teilen n-Butylacrylat und 461,0 Teilen Methylmethacrylat wurde eine Monomeren-Voremulsion hergestellt. Zur Herstellung der Initiator-Lösung wurden 2,5 Teile Ammoniumpersulfat in 47,5 Teilen Wasser gelöst. Ein 2-Liter-Glasrührreaktor mit 272,4 Teilen entionisiertem Wasser und 3,14 Teilen eines 33%igen Polystyrol-Saatlatex wurde mit Stickstoff gespült und auf 85°C erhitzt. Nach Erreichen der Temperatur wurde die Initiatorlösung über einen Zeitraum von 4,5 Stunden kontinuierlich in den Reaktor gegeben und die Monomeren-Voremulsion über einen Zeitraum von 4,0 Stunden kontinuierlich in den Reaktor gegeben. Die Reaktion wurde noch etwa 30 Minuten weiterlaufen gelassen, wonach auf 60°C abgekühlt wurde.
Zur weiteren Abreicherung der Restmonomeren wurde chemisch gestrippt. Eine Peroxidlösung aus 1,43 Teilen t-Butylhydroperoxid-Lösung (tBHP, 70%ig in Wasser) und 6,7 Teilen Natriumacetonbisulfit-Lösung (SABS) wurde hergestellt und über einen Zeitraum von 45 Minuten in den Reaktor gegeben. Nach der Zugabe des tBHP und SABS wurde der Reaktor 30 Minuten bei 60°C gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Der pH-Wert des Latex wurde mit konzentriertem Ammoniak auf 8,3 eingestellt. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 60,1 und einen Durchmesser von 280 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
BEISPIEL 2 (E2)
Beispiel 2 illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 2,0% (Gewichtsprozent Aktivsubstanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) des Tensids HITENOL^® BC-10 (das im Handel von Montello, Inc. als Vertreterin von Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., erhältlich ist). Das Tensid HITENOL® BC-10 hat die folgende Struktur:
Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 1, wobei jedoch anstelle des Tensids NOIGEN^® RN-10 20,0 Teile des Tensids HITENOL^® BC-10 verwendet wurden. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 60,5% und einen Durchmesser von 280 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
BEISPIEL 3 (E3)
Beispiel 3 illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 2,0% (Gewichtsprozent Aktivsubstanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) des Tensids HITENOL^® BC-20 (das im Handel von Montello, Inc. als Vertreterin von Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., erhältlich ist). Das Tensid HITENOL^® BC-20 hat die folgende Struktur:
Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 1, wobei jedoch anstelle des Tensids NOIGEN^® RN-10 20,0 Teile des Tensids HITENOL^® BC-20 verwendet wurden. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 59,8 und einen Durchmesser von 280 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
BEISPIEL 4a (E4a)
Beispiel 4a illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 1,5% (Gewichtsprozent Aktivsubstanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) PLURIOL^® A10R (das im Handel von BASF AG erhältlich ist). PLURIOL^® A10R hat die folgende Struktur:
Durch Emulgieren von 176 Teilen Wasser, 73,3 Teilen des Tensids PLURAFAC^® A-38 (C₁₈-Alkylethoxylat mit 25 EO-Einheiten, 15%ige Lösung in Wasser von BASF), 58,7 Teilen des Tensids DISPONIL^® FES 77 (Natriumsulfonat von C₁₂-C₁ ₄-Alkylethoxylat mit 30 EO-Einheiten, das im Handel von Cognis erhältlich ist; 30%ige Lösung in Wasser), 16,5 Teile Natriumhydroxid (10%ige wäßrige Lösung), 16,5 Teilen PLURIOL^® A10R, 5,5 Teilen Acrylsäure, 11 Teilen Acrylamid (50%ig), 8,25 Teilen Itaconsäure, 88 Teilen Mhoromer 6844-0 (N-(2-Methacryloyloxyethyl)ethylenharnstoff, 25%ig in MMA von Roehm, Darmstadt, Deutschland), 333 Teilen Methylmethacrylat und 660 Teilen n-Butylacrylat wurde eine Monomeren-Voremulsion hergestellt. Zur Herstellung der Initiator-Lösung wurden 2,75 Teile Ammoniumpersulfat in 52,25 Teilen Wasser gelöst. Ein 2-Liter-Glasrührreaktor mit 340 Teilen entionisiertem Wasser und 3,3 Teilen eines 33%igen Polystyrol-Saatlatex wurde mit Stickstoff gespült und auf 85°C erhitzt. Nach Erreichen der Temperatur wurden 10% der Initiatorlösung zugegeben. Nach 6 Minuten wurde die restliche Initiatorlösung über einen Zeitraum von 4,5 Stunden kontinuierlich in den Reaktor gegeben, und 4% der Monomeren-Voremulsion wurden über einen Zeitraum von 40 Minuten in den Reaktor gegeben. Der Rest der Voremulsion wurde über einen Zeitraum von 190 Minuten kontinuierlich zugegeben, wonach 44,7 Teile Wasser zugegeben wurden. Die Reaktion wurde noch etwa 30 Minuten weiterlaufen gelassen. Nach Abkühlen auf 60°C wurde der Latex mit 6,6 Teilen konzentriertem Ammoniak teilneutralisiert.
Zur weiteren Abreicherung der Restmonomeren wurde chemisch gestrippt. 11 Teile t-Butylhydroperoxid-Lösung (tBHP, 10%ig in Wasser) und 14,6 Teile Natriumacetonbisulfit-Lösung (SABS) wurden über einen Zeitraum von 40 Minuten synchron in den Reaktor gegeben. Danach wurde der Reaktor 20 Minuten bei 60°C gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Der pH-Wert des Latex wurde mit konzentriertem Ammoniak auf 8,5 eingestellt. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 60,4% und einen Durchmesser von 235 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
BEISPIEL 4b (E4b)
Beispiel 4b illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 3,0% (Gewichtsprozent Aktivsubstanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) PLURIOL^® A10R. Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 5a, wobei jedoch 33 Teile PLURIOL^® A10R anstelle von 16,5 Teilen verwendet wurden. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 60,5% und einen Durchmesser von 214 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
BEISPIEL 5 (E5)
Beispiel 5 illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 1,5% (Gewichtsprozent Aktivsubstanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) PLURIOL^® A10R (das im Handel von BASF AG erhältlich ist) und 2-Ethylhexylacrylat als Hauptmonomer.
Durch Emulgieren von 240 Teilen Wasser, 39,6 Teilen Arylsulfonat-Tensid (15%ige Lösung in Wasser), 9,0 Teilen PLURIOL^® A10R, 4,8 Teilen Methacrylsäure, 282 Teilen Methylmethacrylat und 313 Teilen 2-Ethylhexylacrylat wurde eine Monomeren-Voremulsion hergestellt. Zur Herstellung der Initiator-Lösung wurden 2,4 Teile Ammoniumpersulfat in 108 Teilen Wasser gelöst. Ein 1,5-Liter-Glasrührreaktor mit 217 Teilen entionisiertem Wasser wurde mit Stickstoff gespült und auf 78°C erhitzt. Nach Erreichen der Temperatur wurden 10% der Initiatorlösung und 1% der Monomeren-Voremulsion zugegeben. Nach 20 Minuten wurde die restliche Initiatorlösung über einen Zeitraum von 4,5 Stunden kontinuierlich in den Reaktor gegeben und die Voremulsion über einen Zeitraum von 4,0 Stunden kontinuierlich zugegeben. Die Reaktion wurde noch etwa 10 Minuten weiterlaufen gelassen, wonach auf 65°C abgekühlt wurde.
Zur weiteren Abreicherung der Restmonomeren wurde chemisch gestrippt. 2,4 Teile t-Butylhydroperoxid-Lösung (tBHP, 10%ig in Wasser) und 4,2 Teile Rongalit^®-C-Lösung (BASF) wurden über einen Zeitraum von 40 Minuten synchron in den Reaktor gegeben. Danach wurde der Reaktor auf Raumtemperatur abgekühlt. Der pH-Wert des Latex wurde mit konzentriertem Ammoniak auf 8,0 eingestellt. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 50,9% und einen Durchmesser von 287 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
VERGLEICHSBEISPIEL 1 (CE19)
Vergleichsbeispiel 1 illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 2,0% (Gewichtsprozent Aktiv substanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) des Tensids LUTENSOL^® AP-10 (das im Handel von BASF Corporation erhältlich ist). LUTENSOL^® AP-10 hat die folgende Struktur:
Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 1, wobei jedoch anstelle des Tensids NOIGEN^® RN-10 20,0 Teile des Tensids LUTENSOL^® AP-10 verwendet wurden. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 61,15 und einen Durchmesser von 280 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
VERGLEICHSBEISPIEL 2 (CE2)
Vergleichsbeispiel 2 illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 2,0% (Gewichtsprozent Aktivsubstanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) des Tensids IGEPAL^® CA 877 (das im Handel von GAF Corporation erhältlich ist). Das Tensid IGEPAL^® CA 877 hat die folgende Struktur:
Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 1, wobei jedoch anstelle des Tensids NOIGEN^® RN-10 20,0 Teile des Tensids IGEPAL^® CA 877 (70% Aktivität) verwendet wurden. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 60,16 und einen Durchmesser von 280 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
VERGLEICHSBEISPIEL 3 (CE3)
Vergleichsbeispiel 3 illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit 2,0% (Gewichtsprozent Aktivsubstanz, bezogen auf Polymertrockengewicht) des Tensids EMULGATOR^® 925 S (das im Handel von BASF Corporation erhältlich ist). Das Tensid EMULGATOR^® 925 S hat die folgende Struktur:
Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 1, wobei jedoch anstelle des Tensids NOIGEN® RN-10 20,0 Teile des Tensids EMULGATOR^® 925 S (70% Aktivität) verwendet wurden. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 60,89% und einen Durchmesser von 280 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
VERGLEICHSBEISPIEL 4 (CE4)
Vergleichsbeispiel 4 illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion ohne PLURIOL^® A10R. Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 5a, wobei jedoch anstelle von 16,5 Teilen kein PLURIOL^® A10R verwendet wurde. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 60,0% und einen Durchmesser von 293 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
VERGLEICHSBEISPIEL 5a (CE5a)
Vergleichsbeispiel 5a illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit EHA als Hauptmonomer ohne PLURIOL^® A10R. Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 5a, wobei jedoch anstelle von 9,0 Teilen kein PLURIOL^® A10R verwendet wurde. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 50,8% und einen Durchmesser von 300 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
VERGLEICHSBEISPIEL 5b (CE5b)
Vergleichsbeispiel 5b illustriert die Herstellung einer Polymerdispersion mit n-Butylacrylat als Hauptmonomer und 1,5% PLURIOL^® A10R. Für die Synthese wurden die gleichen Bestandteile und das gleiche Verfahren verwendet wie in Beispiel 5a, wobei jedoch nBA anstelle von EHA verwendet wurde und die relativen Mengen von nBA und MMA so eingestellt wurden, daß sich die gleiche MFFT des Latex wie in Beispiel 5 ergab. Die resultierende Polymerdispersion hatte einen Feststoffgehalt von 50,8 und einen Durchmesser von 251 nm gemäß Photokorrelationsspektroskopie.
ANSTRICHMITTELFORMULIERUNG

Zur Evaluierung der anwendungstechnischen Eigenschaften des Anstrichmittels für die Beispiele 1-3 und die Vergleichsbeispiele 1-3 wurde die folgende Mattanstrichmittelformulierung mit einem VOC-Gesamtgehalt von 50 g/L verwendet:

Inhaltsstoffe	Gewichtsteile
Wasser	193,3
PROXEL^® GXL	2,0
Propylenglykol	7,2
NATROSOL^® 330 Plus	3,2
2-Amino-2-methylpropanol (AMP-95)	1,0
TAMOL^® 1124	6,8
TRITON^® CF-10	3,0

FOAMASTER^® S	3,0
TiO₂-Teilchen TIONA^® RCL-535	220,1
MINEX^® 4	171,2
ICECAP^® K	63,6

Wasser	123,5
FOAMASTER® S	3,9
NOPCO^® DSX 2000	3,9
TEXANOL^®	2,0
POLYPHASE^® AF1	6,0

Polymerdispersion (60% Feststoffe)	337,7
Wasser	20,0

Die obigen Komponenten wurden unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsdispergators (Dispermat von VMA-Getzmann, Reichshof, Deutschland) in der obigen Reihenfolge vermischt.

Anstrichmittelformulierung 2
Zur Evaluierung der anwendungstechnischen Eigenschaften des Anstrichmittels für Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 4 wurde die folgende Mattanstrichmittelformulierung mit einem VOC-Gesamtgehalt von 0 g/L verwendet:
Die Inhaltsstoffe wurden unter Rühren in der angegebenen Reihenfolge zugegeben.

¹⁾ Hydroxyethylzellulose-Verdicker von Hercules Inc.
²⁾ BK Ladenburg, Ladenburg, Deutschland
³⁾ Natriumsalz eines carboxylierten Polyelektrolyts, 25%ige wäßrige Lösung, zur Verwendung als Dispergiermittel von Rohm & Haas Co. Philadelphia, Pa, USA
⁴⁾ Entschäumer von Ashland Chemical Co., Drew Industrial Division, Boonton, NJ, USA
⁵⁾ Calciumcarbonat-Füllstoff, typische Teilchengröße 12 μm, Omya AG, Oftringen, Schweiz
⁶⁾ Titaniumdioxid-Paste, 64,5% Feststoffgehalt, DuPont, Wilmington, De, USA
⁷⁾ Diatomeenerde-Füllstoff von CR Minerals Co., Golden, Co, USA
⁸⁾ Polyurethan-Verdicker, 20% Feststoffgehalt, von Rohm & Haas Co. Philadelphia, Pa, USA
⁹⁾Biozid von Creanova, Piscataway, NJ, USA
¹⁰⁾NIchtionischer Rhelogiemodifikatior von Cognis GmbH, Düsseldorf, Deutschland

Anstrichmittelformulierung 3
Zur Evaluierung der anwendungstechnischen Eigenschaften des Anstrichmittels für Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 5 wurde die folgende Mattanstrichmittelformulierung mit einem VOC-Gesamtgehalt von 0 g/L verwendet:
TESTMETHODEN
Stormer-Viskosität (in KU, Krebs Units): Die Stormer-Viskosität wurde gemäß ASTM D 562-81 gemessen.
ICI-Viskosität (in Poise): Die ICI-Viskosität bei hoher Scherrate wurde gemäß ASTM D 4287-94 gemessen.
Hitze-Lagerstabilität: Die Hitze-Lagerstabilität der Anstrichmittel wurde durch Messung des Anstiegs in der Stormer-Viskosität (KU) nach 14 Tagen Lagerung der Anstrichmittel in einem 8-oz-Glas im Trockenschrank bei 50°C bestimmt.
Gefrier-Tau-Stabilität: Die hohe Gefrier-Tau-Stabilität der Anstrichmittel wurde gemäß ASTM D 2243-82 bei einer Gefrierschrank-Temperatur von -18°C bestimmt. Sofern es zu keiner Koagulation kam, wurden nach jedem Gefrier-Tau-Zyklus die Stormer-Viskositäten gemessen.
Drawdown von Filmen: Nach dem dritten Gefrier-Tau-Zyklus wurde mit einem 7-Millizoll-Messer (Dicke etwa 180 μm) auf weißem versiegeltem Papier (Weißpapierkarte Plain Leneta) ein Drawdown des Anstrichmittels angefertigt. Auf der Basis des Griesgehalts des getrockneten Anstrichmittelfilms wurde die Note „Bestanden" oder „Durchgefallen" vergeben. Ein Anstrichmittelfilm mit keinem oder nur sporadischem Mikrokoagulum wurde mit „Bestanden" benotet, und ein Anstrichmittelfilm mit einer großen Menge an Koagulum wurde mit „Durchgefallen" benotet. Die Benotung liefert Informationen über die Gefrier-Tau-Stabilität des Anstrichmittels zur Unterstützung der Messung der Stormer-Viskosität.
ANSTRICHMITTELTESTERGEBNISSE
Die Testergebnisse der Mattanstrichmittelformulierungen auf Basis der Latices der Beispiele 1-5 sowie der Vergleichsbeispiele 1-5 sind nachstehend in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Aus den Testergebnissen in Tabelle 1 geht hervor, daß die erfindungsgemäßen polymerisierbaren Tenside die Gefrier-Tau-Stabilität von Anstrichmitteln, in denen sie verwendet werden, gegenüber Farben mit äquivalenten VOC-Gehalten unter Verwendung von herkömmlichen, nicht polymerisierbaren Tensiden verbessern. Einen weiteren Beleg hierfür bildet der verringerte Griesgehalt der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Tenside hergestellten Latexanstrichmittel. Demgemäß kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen polymerisierbaren Tenside bei der Herstellung von Latexanstrichmitteln die darin verwendete Menge an Frotstschutzmitteln verringert werden, ohne die Gefrier-Tau-Stabilität dieser Anstrichmittel aufzugeben. Außerdem kann die Gefrier-Tau-Stabilität durch Verwendung von EHA als weichem Monomer weiter erhöht werden, wie in Beispiel 5 gezeigt. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Tenside hergestellte Latexanstrichmittel weisen auch eine gegenüber Latexanstrichmitteln mit herkömmlichen Additiven verbesserte Hitze-Lagerstabilität auf. Darüber hinaus können mit den erfindungsgemäßen Tensiden Latexanstrichmittel mit den oben beschriebenen Eigenschaften bei kleinen VOC-Gehalten oder sogar ganz ohne VOCs hergestellt werden. Daher sind die erfindungsgemäß hergestellten Latexanstrichmittel ökologisch unbedenklicher als herkömmliche Anstrichmittel.
Es versteht sich, daß der Fachmann nach dem Durchlesen der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung Änderungen und Variationen vornehmen könnte, ohne daß er dabei den Grundgedanken und den Schutzbereich der folgenden beigefügten Ansprüche verlassen müßte.

Claims

Wäßrige Beschichtungszusammensetzung, enthaltend: (a) mindestens ein Latexpolymer, das sich von mindestens einem Monomer und mindestens einem polymerisierbaren alkoxylierten Tensid der Struktur: R¹- R² worin R¹ für eine aus der Gruppe bestehend aus CH₃CH=CH- und CH₂=CH-CH₂- ausgewählte Allylgruppe steht und R² für einen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen und mindestens einer Oxyethylen- oder Oxypropylen-Einheit steht, ableitet; (b) mindestens ein Pigment; (c) Wasser und (d) weniger als 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, an Frostschutzmitteln.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, die weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, an Frostschutzmitteln enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, die weitgehend frei von Frostschutzmitteln ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der R² für -C₆H₃(R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -O-CH₂-CH(CH₂-O-C₆H₄-R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH(CH3))_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_m-(O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ steht; R³ für eine Alkylgruppe steht; R⁴ für Hydroxy oder eine polare Gruppe wie Sulfonat (-SO₃M), Sulfat (-SO₄M), Phosphonat (-PO₃M) oder Phosphat (-PO₄M) steht; M für H⁺, Na⁺, NH4⁺, K⁺ oder Li⁺ steht, mit der Maßgabe, daß R⁴ nicht für (-SO₄M) oder (-PO₄M) stehen kann, wenn R² für (O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ steht; vorzugsweise R⁴ für Hydroxy oder (-PO₄M) steht, n gleich etwa 5 bis etwa 100 ist und m gleich 0 bis etwa 100 ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, in der R³ für C₇-C₁ ₃-Alkyl steht.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, in der R³ für C₉H₁ ₉ steht.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, in der n gleich etwa 5 bis etwa 40 ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das mindestens eine Pigment mindestens ein Pigment aus der Gruppe bestehend aus TiO₂, Ton, CaCO₃, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Talk (Magnesiumsilikat), Baryten (Bariumsulfat), Zinkoxid, Zinksulfit, Natriumoxid, Kaliumoxid und Mischungen davon umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das mindestens eine Pigment TiO₂, Calciumcarbonat oder Ton umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das anorganische Pigment TiO₂ umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das mindestens eine Latexpolymer aus der Gruppe bestehend aus reinen Acrylharzen, Styrol-Acryl-Harzen, Vinyl-Acryl-Harzen und acrylierten Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das mindestens eine Latexpolymer ein reines Acrylharz umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der sich das mindestens eine Latexpolymer von mindestens einem Acryl-Monomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Acrylsäureestern, Methacrylsäure und Methacrylsäureestern ableitet.
Zusammensetzung nach Anspruch 13, in der sich das mindestens eine Latexpolymer ferner von einem oder mehreren Monomeren aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinylchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Ureidomethacrylat, Vinylacetat, Vinylestern von verzweigten tertiären Monocarbonsäuren, Itaconsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Ethylen und konjugierten C₄-C₈-Dienen ableitet.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, ferner enthaltend ein oder mehrere Additive aus der Gruppe bestehend aus Dispergiermitteln, Tensiden, Rheologiemodifikatoren, Entschäumern, Verdickern, Bioziden, Mitteln gegen Mehltau, Farbmitteln, Wachsen, Parfüms und Cosolventien.
Latexanstrichmittelzusammensetzung, enthaltend: (a) mindestens ein Latexpolymer, das sich von mindestens einem Monomer und mindestens einem polymerisierbaren alkoxylierten Tensid der Struktur: R¹-R² worin R¹ für eine aus der Gruppe bestehend aus CH₃CH=CH- und -CH₂=CH-CH₂- ausgewählte Allylgruppe steht; R² für -C6H₃(R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -O-CH₂-CH(CH₂-O-C₆H₄-R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_m-(O-CH₂-CH(CH3))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ steht; R³ für eine Alkylgruppe steht; R⁴ für Hydroxy oder eine polare Gruppe wie Sulfonat (-SO₃M), Sulfat (-SO₄M), Phosphonat (-PO₃M) oder Phosphat (-PO₄M) steht; M für H⁺, Na⁺, NH4⁺, K⁺ oder Li⁺ steht, mit der Maßgabe, daß R⁴ nicht für (-SO₄M) oder (-PO₄M) stehen kann, wenn R² für (O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ steht; vorzugsweise R⁴ für Hydroxy oder (-PO₄M) steht, n gleich etwa 5 bis etwa 100 ist und m gleich 0 bis etwa 100 ist, ableitet; (b) mindestens ein Latexpolymer, das sich von mindestens einem Acrylmonomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Arylsäureestern, Methacrylsäure und Methacrylsäureestern ableitet; (c) mindestens ein Pigment; (d) Wasser und (e) weniger als 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, an Frostschutzmitteln.
Anstrichmittelzusammensetzung nach Anspruch 16, in der R³ für C₇-C₁₃-Alkyl steht.
Anstrichmittelzusammensetzung nach Anspruch 16, in der es sich bei dem Latexpolymer um ein reines Acryllatexpolymer handelt.
Anstrichmittelzusammensetzung nach Anspruch 18, in der es sich bei dem Latexpolymer um ein Butylacrylat/Methylmethacrylat-Copolymer handelt.
Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, bei dem man: (1) mindestens ein Latexpolymer, das sich von mindestens einem Monomer und mindestens einem polymerisierbaren alkoxylierten Tensid der Struktur: R¹- R² worin R¹ für eine aus der Gruppe bestehend aus CH₃CH=CH- und CH₂=CH-CH₂- ausgewählte Allylgruppe steht und R² für einen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen und mindestens einer Oxyethylen- oder Oxypropylen-Einheit steht, ableitet; und (2) mindestens ein Pigment vermischt; wobei die wäßrige Beschichtungszusammensetzung weniger als 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, an Frostschutzmitteln enthält.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem R² für -C₆H₃(R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -O-CH₂-CH(CH₂-O-C₆H₄-R³) -(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-C_H (CH₃))_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_m-(O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ steht; R³ für eine Alkylgruppe steht; R⁴ für Hydroxy oder eine polare Gruppe wie Sulfonat (-SO₃M), Sulfat (-SO₄M), Phosphonat (-PO₃M) oder Phosphat (-PO₄M) steht; M für H⁺, Na⁺, NH₄ ⁺, K⁺ oder Li+ steht, mit der Maßgabe, daß R⁴ nicht für (-SO₄M) oder (-PO₄M) stehen kann, wenn R² für (O-CH₂-CH(CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ Steht; vorzugsweise R⁴ für Hydroxy oder (-PO₄M) steht, n gleich etwa 5 bis etwa 100 ist und m gleich 0 bis etwa 100 ist.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem R³ für C₇-C₁ ₃-Alkyl steht.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem R³ für C₉H₁ ₉ steht.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem n gleich etwa 5 bis etwa 40 ist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem es sich bei dem Pigment um mindestens ein Pigment aus der Gruppe bestehend aus TiO₂, Ton, CaCO₃, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Talk (Magnesiumsilikat), Baryten (Bariumsulfat), Zinkoxid, Zinksulfit, Natriumoxid, Kaliumoxid und Mischungen davon handelt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das mindestens eine Pigment TiO₂, Calciumcarbonat oder Ton umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Pigment TiO₂ umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Mischschritt das Mischen mindestens eines Latexpolymers aus der Gruppe bestehend aus reinen Acrylharzen, Styrol-Acryl-Harzen, Vinyl-Acryl-Harzen und acrylierten Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das mindestens eine Latexpolymer ein reines Acrylharz umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem sich das mindestens eine Latexpolymer von mindestens einem Acryl-Monomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Acrylsäureestern, Methacrylsäure und Methacrylsäureestern ableitet.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem sich das mindestens eine Latexpolymer ferner von einem oder mehreren Monomeren aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinylchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Ureidomethacrylat, Vinylacetat, Vinylestern von verzweigten tertiären Monocarbonsäuren, Itaconsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Ethylen und konjugierten C₄-C₈-Dienen ableitet.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Mischschritt ferner das Mischen mindestens eines Additivs aus der Gruppe bestehend aus Dispergiermitteln, Tensiden, Rheologiemodifikatoren, Ent schäumern, Verdickern, Bioziden, Mitteln gegen Mehltau, Farbmitteln, Wachsen, Parfüms und Cosolventien umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem man ferner das Polymerlatex-Bindemittel mittels Emulsionspolymerisation herstellt, indem man einem Reaktor in Gegenwart von mindestens einem Initiator und dem mindestens einen polymerisierbaren Tensid mindestens ein Monomer zuführt und die Monomere zu dem Latexbindemittel polymerisiert, wobei der Mischschritt das Mischen mindestens eines Pigments mit dem erhaltenen Latexbindemittel zur Herstellung der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 33, bei dem man bei der Herstellung des Polymerlatex-Bindemittels so vorgeht, daß man: eine den Initiator enthaltende Initiatorlösung herstellt; eine das mindestens eine Monomer und das mindestens eine polymerisierbare Tensid enthaltende Monomeren-Voremulsion herstellt; die Initiatorlösung in einen Reaktor gibt und die Monomeren-Voremulsion in den Reaktor gibt.
Verfahren nach Anspruch 33, bei dem man im Herstellungsschritt einem Reaktor Monomere zuführt, die mindestens ein Acrylmonomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Arylsäureestern, Methacrylsäure und Methacrylsäureestern umfassen.
Verfahren nach Anspruch 35, bei dem man im Herstellungsschritt einem Reaktor Monomere zuführt, die ferner ein oder mehrere Monomere aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, Vinylchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Ureidomethacrylat, Vinylacetat, Vinylestern von verzweigten tertiären Monocarbonsäuren, Itaconsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Ethylen und konjugierten C₄-C₈-Dienen umfassen.
Verfahren zur Verringerung des VOC-Gehalts einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, die einen Polymerlatex, ein Pigment und Wasser enthält, ohne wesentliche Verringerung der Gefrier-Tau-Stabilität der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, bei dem man das in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung verwendete Latexpolymer aus mindestens einem Monomer und mindestens einem polymerisierbaren alkoxylierten Tensid der Struktur: R¹- R² worin R¹ für eine aus der Gruppe bestehend aus CH₃CH=CH- und CH₂=CH-CH₂- ausgewählte Allylgruppe steht und R² für einen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen und mindestens einer Oxyethylen- oder Oxypropylen-Einheit steht, herstellt.
Verfahren nach Anspruch 37, bei dem R² für -C6H₃(R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -O-CH₂-CH(CH₂-O-C₆H₄-R³)-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴, -(O-CH₂-CH(CH₃))_n-R4, -(O-CH₂-CH₂)_m-(O-CH₂-CH (CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ steht; R³ für eine Alkylgruppe steht; R⁴ für Hydroxy oder eine polare Gruppe wie Sulfonat (-SO₃M), Sulfat (-SO₄M), Phosphonat (-PO₃M) oder Phosphat (-PO₄M) steht; M für H⁺, Na⁺, NH4⁺, K⁺ oder Li+ steht, mit der Maßgabe, daß R⁴ nicht für (-SO₄M) oder (-PO₄M) stehen kann, wenn R² für (O-CH₂-CH (CH₃))_n-R⁴ oder -(O-CH₂-CH(CH₃))_m-(O-CH₂-CH₂)_n-R⁴ steht; vorzugsweise R4 für Hydroxy oder (-PO₄M) steht, n gleich etwa 5 bis etwa 100 ist und m gleich 0 bis etwa 100 ist.