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LUFTTROCKNENDE, WÄSSRIGE HARZZUSAMMENSETZUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Harzzusammensetzung,
wie z.B. eine Harzemulsion, -dispersion oder -lösung, die zumindest ein amphiphiles
lufttrocknendes dendritisches Polymer und zumindest ein nichtamphiphiles
lufttrocknendes Harz, wie ein kurz-, mittel- oder langöliges Alkyd,
umfasst. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung der Harzzusammensetzung und die Verwendung
des amphiphilen dendritischen Polymers als Dispergierharz.
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Eine
wässrige
Beschichtung oder ein wässriges
Harz ist eine bzw. eines, die bzw. das vor der Verwendung mit Wasser
verdünnt
wird. Obwohl der vorherrschende flüchtige Bestandteil Wasser ist,
enthalten die meisten wässrigen
Beschichtungen einige Lösungsmittel.
Latexbeschichtungen dominieren den architektonischen Markt, innen
ebenso wie außen,
mit matten, halbmatten und glänzenden
Beschichtungen. Wässrige Systeme
werden auch bei industriellen Instandhaltungsbeschichtungen, die
auf wasserlöslichen
oder -dispergierbaren Harzsystemen basieren, verwendet. Eine weitere
Klasse schließt
wässrige
Alkyde und Polyester ein. Obwohl sie nicht länger die bedeutendste Klasse
sind, die bei Beschichtungen verwendet wird, sind Alkyde noch immer
sehr wichtig, und eine umfangreiche Reihe von Alkydtypen wird hergestellt.
Während
einige nicht trocknende Alkyde als Weichmacher in Lacken verwendet
oder mit Melamin-Formaldehydharzen beim Backen von Glasuren vernetzt
werden, sind die Mehrheit autooxidativ trocknende Alkyde zur Verwendung
in Beschichtungen für
Raumtemperaturtrocknungsanwendungen oder für beschleunige Trocknungsanwendungen.
Die bedeutendsten Vorteile von Alkyden sind kostengünstige und
relativ kinderleichte Anwendungscharakteristika.
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Wässrige Alkyd-
und Polyesterharze weisen typischerweise terminale Hydroxyl- und
Carboxylgruppen und einen Säurewert
von 40-60 mg KOH/g auf. Um ein derartiges Harz mit einem minimalen
Gelierrisiko reproduzierbar herzustellen, muss die Reaktivität der verschiedenen
Carboxylgruppen merklich variieren. Die Verwendung von Trimellithsäureanhydrid
nahezu am Ende der Reaktion bei einer niedrigen Temperatur nutzt die
höhere
Reaktivität
der Anhydridgruppe aus. Ein anderes Verfahren verwendet beispielsweise Dimethylolpropionsäure als
Teil des Diols bei der Herstellung eines Polyesters. Die sterisch äußerst gehinderte
Carboxylgruppe verestert langsamer als die Carboxylgruppe von beispielsweise
Isophthal- und Adipinsäure.
Nach dem Durchführen
der Reaktion zu der entsprechenden Säurezahl wird das Alkyd oder
der Polyester beispielsweise in einem Glycolether gelöst. Ein
Amin oder Ammoniak wird zum Neutralisieren der Säuregruppen verwendet, ein Pigment
wird in der Harzlösung
dispergiert, Additive, wie z.B. Tenside und Trockenmittel werden zugegeben,
und die Beschichtung wird mit Wasser auf die Anwendungsviskosität verringert.
Das Harz in der verdünnten
Beschichtung ist nicht in Lösung
sondern bildet Aggregate, die mit Lösungsmittel und Wasser gequollen
sind. Die Lagerfähigkeit
derartiger Systeme ist durch ihre relativ einfache Hydrolyse begrenzt.
Eine verbesserte Lagerfähigkeit
wird oft durch Zugabe von großen
Mengen an Tensiden, die jedoch die Feuchtigkeitsempfindlichkeit
der getrockneten Beschichtungen erhöht, erreicht.
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Wässrige Alkyde,
wie sie vorstehend erörtert
wurden, ergeben ein Trocknungsverhalten, das mit herkömmlichen
und üblichen
Alkyden, die auf Lösungsmitteln
basieren, vergleichbar ist. Sie werden jedoch nicht weitläufig verwendet,
da die Filmeigenschaften dazu neigen schlechter zu sein als diejenigen
von Alkyden, die auf Lösungsmitteln
basieren, insbesondere bei lufttrocknenden Systemen. Wässrige Alkyde,
wie vorstehend offenbart, weisen hohe Säurewerte auf und werden neutralisiert,
um wasserlösbar
zu sein, während
herkömmliche
Alkyde niedrige Säurewerte
aufweisen, die keine Wasserlöslichkeit
liefern, falls und wenn sie neutralisiert werden. Die Filmbildung
tritt durch die Verdampfung von flüchtigen Stoffen auf, gefolgt
von Vernetzung durch autooxidative Reaktionen bei Umgebungstemperatur
oder durch Reaktionen bei erhöhten
Temperaturen. Lösungsmittel
werden beispielsweise als Koaleszenzmittel verwendet, das heißt um die
Filmbildung zu fördern und
die Filmqualität
zu verbessern. Die relative Feuchtigkeit kann einen merklichen Einfluss
auf das Trocknungsverhalten und die Filmqualität haben. Wässrige Formulierungen, die,
wenn sie unter trockenen Bedingungen aufgebracht werden, gut funktionieren,
können
unter Bedingungen mit hoher Feuchtigkeit unzureichend sein. Die
Geschwindigkeit der Wasserverdampfung ist bei einer hohen Feuchtigkeit
sehr viel langsamer, aber die Lösungsmittelverdampfung
hält an.
Dies hat eine Lösungsmittelabreicherung
während
der kritischen Phasen der Filmbildung und ein sich ergebendes schlechtes
Filmwachstum zur Folge. Der langsame Verlust von Amin oder Ammoniak,
das zum Neutralisieren der hohen Säurewerte verwendet wird, führt zu einer
kurzzeitigen hohen Empfindlichkeit gegenüber Wasser. Selbst in den vollständig trockenen
Filmen führt
die Anwesenheit von nicht umgesetzten Carboxylgruppen zu Filmen,
die eine vergleichsweise schlechte Wasserbeständigkeit aufweisen, was ihre
Brauchbarkeit begrenzt. Wässrige
und auf Lösungsmitteln
basierende Alkyde werden eingehend in "Surface Coatings Technology" Bd. VT "Waterborne and Solvent
Based Alkyds and their End User Applications" von N. Tuck, John Wiley and Sons© 2000
SITA Technology Ltd., offenbart und beschrieben.
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Latex-
und wasserlösliche
Polymere trocknen durch Mechanismen, die von denen von Alkydharzen verschieden
sind. Ein Latex besteht aus in Wasser dispergierten Polymerpartikeln,
und die Filmbildung tritt ein, wenn die Partikel zur Herstellung
eines kontinuierlichen Films koaleszieren. Die Partikel müssen eine
Glasübergangstemperatur
(Tg) aufweisen, die niedrig genug ist, um zu fließen und
bei der Anwendungstemperatur aneinander zu haften. Koaleszenzmittel
wirken als vorübergehende
Weichmacher während
des Filmbildungsprozesses, die die Tg-Verringerung und den Fluss
fördern
und dann, nachdem die Filmbildung eingetreten ist, verdampfen. Die
meisten herkömmlichen
Koaleszenzmittel sind langsam verdampfende Glycolether und Glycoletherester.
Glycole, wie z.B. Ethylenglycol oder Propylenglycol, werden im Allgemeinen
zur Lagerstabilität und
zur Kältebeständigkeit
zugegeben.
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Die
vorliegende Erfindung offenbart eine neue wässrige Harzzusammensetzung,
wie z.B. eine lufttrocknende Harzemulsion, -dispersion oder -lösung, die
ein amphiphiles lufttrocknendes dendritisches Polymer als Dispergierharz
für ein
nichtamphiphiles lufttrocknendes Alkydharz, wie z.B. ein herkömmliches
Alkyd, das normalerweise in auf Lösungsmittel basierenden Systemen
verwendet wird, umfasst, wodurch Nachteile mit wässrigen Alkyden, die vorstehend
offenbart sind, beseitigt oder im wesentlichen vermindert werden.
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Die
erfindungsgemäße wässrige Harzzusammensetzung
umfasst zumindest ein amphiphiles lufttrocknendes dendritisches
Polymer, zumindest ein nichtamphiphiles lufttrocknendes Harz, zumindest
ein Trockenmittel, das die Autooxidation startet und/oder fördert und
Wasser. Die Harzzusammensetzung kann zusätzlich als optionale Komponenten
zumindest ein anionisches und/oder nichtionisches Tensid und/oder
zumindest ein Koaleszenzmittel umfassen.
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Das
amphiphile lufttrocknende dendritische Polymer ist nichtionisch
und selbstemulgierend und aus einem dendritischen Kernpolymer aufgebaut,
das terminale Hydroxylgruppen aufweist, die durch eine Kombination
von hydrophoben Ketten, umfassend eine ungesättigte Carbonsäuregruppe,
die lufttrocknende Eigenschaften bereitstellt, und hydrophilen Polyethylenglycolketten
kettenverlängert
ist. Das amphiphile lufttrocknende dendritische Polymer wird in
der Harzzusammensetzung als Trocknungsdispergierharz und Stabilisator für die Emulgierung
von beispielsweise herkömmlichen
Alkydharzen verwendet, die typischerweise in auf Lösungsmittel
basierenden Systemen verwendet werden.
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Das
amphiphile lufttrocknende dendritische Polymer ist nichtionisch
und selbstemulgierend und aufgebaut aus einem mehrere Hydroxylgruppen
enthaltendem dendritischen Kernpolymer mit zumindest 4 terminalen
Hydroxylgruppen und daher einer Hydroxylfunktionalität (f) von
zumindest 4, wie 8, 16 oder 32, und zumindest einer ungesättigten
Carbonsäure
gebunden an zumindest eine und höchstens
f-1 der terminalen Hydroxylgruppen und zumindest einem Addukt, erhältlich durch
Addition von einem monoalkylierten Polyethylenglycol an ein Dicarbonsäureanhydrid,
eine Dicarbonsäure
oder ein Diisocyanat, ebenfalls gebunden an zumindest eine und höchstens
f-1 der terminalen Hydroxylgruppen.
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Das
dendritische Kernpolymer des amphiphilen dendritischen Polymers
ist in verschiedenen Ausführungsformen
ein mehrere Hydroxylgruppen enthaltendes dendritisches Polymer,
wie es beispielsweise in WO 93/17060, WO 93/18079, WO 96/07688,
WO 96/12754, WO 99/00439, WO 99/00440, WO 00/56802 und WO 02/40572
offenbart ist. Das mehrere Hydroxylgruppen enthaltende dendritische
Kernpolymer ist bei den Ausführungsformen
am bevorzugtesten erhältlich
durch Addition von zumindest einer zwei, drei oder mehrere Hydroxylgruppen
enthaltenden Monocarbonsäure
an ein zwei, drei oder mehrere Hydroxylgruppen enthaltendes Kernmolekül in einem
Molverhältnis,
das zu einem mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden dendritischen
Polymer umfassend ein Kernmolekül
und zumindest eine Verzweigungsgeneration gebunden an das zwei,
drei oder mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Kernmolekül führt, oder
es ist erhältlich
durch ringöffnende
Addition von zumindest einem Oxetan einer zwei, drei oder mehrere
Hydroxylgruppen enthaltenden Verbindung an ein zwei, drei oder mehrere
Hydroxylgruppen enthaltendes Kernmolekül in einem Molverhältnis, das
zu einem mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden dendritischen Polymer
umfassend ein Kernmolekül
und zumindest eine Verzweigungsgeneration gebunden an das zwei,
drei oder mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Kernmolekül führt.
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Das
zwei, drei oder mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Kernmolekül ist am
bevorzugtesten ein 1,ω-Diol,
ein 5,5-Di(hydroxyalkyl)-1,3-dioxan, ein 2-Alkyl-1,3-propandiol,
ein 2,2-Dialkyl-1,3-propandiol, ein 2-Hydroxy- 1,3-propandiol, ein 2-Hydroxy-2-alkyl-1,3-propandiol,
ein 2-Hydroxyalkyl-2-alkyl-1,3-propandiol,
ein 2,2-Di(hydroxyalkyl)-1,3-propandiol, ein Dimer, Trimer oder
Polymer des zwei, drei oder mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden
Alkohols oder ein Reaktionsprodukt von zumindest einem Alkylenoxid
und dem zwei, drei oder mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden Alkohol
oder dem Dimer, dem Trimer oder dem Polymer.
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Die
zwei, drei oder mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Monocarbonsäure ist
am bevorzugtesten 2,2-Dimethylolpropionsäure, α,α-Bis(hydroxymethyl)buttersäure, α,α,α-Tris(hydroxymethyl)essigsäure, α,α-Bis(hydroxymethyl)valeriansäure, α,α-Bis(hydroxymethyl)propionsäure, α,β-Dihydroxy-propionsäure und/oder
3,5-Dihydroxybenzoesäure.
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Das
Oxetan ist am bevorzugtesten ein 3-Alkyl-3-(hydroxyalkyl)oxetan,
ein 3,3-Di(hydroxyalkyl)oxetan, ein 3-Alkyl-3-(hydroxyalkoxy)oxetan,
ein 3-Alkyl-3-(hydroxyalkoxyalkyl)oxetan
oder ein Dimer, Trimer oder Polymer eines 3-Alkyl-3-(hydroxyalkyl)oxetans,
eines 3,3-Di(hydroxyalkyl)oxetans, eines 3-Alkyl-3-(hydroxyalkoxy)oxetans
oder eines 3-Alkyl-3-(hydroxyalkoxyalkyl)oxetans.
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Die
ungesättigte
Carbonsäure,
die bei der Reaktion zu dem mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden dendritischen
Kernpolymer zugegeben wird, ist in verschiedenen Ausführungsformen
des amphiphilen dendritischen Polymers eine aliphatische lineare
oder verzweigte Fettsäure
mit beispielsweise 8 bis 24 Kohlenstoffatomen in ihrer Hauptkohlenstoffkette,
wie z.B. Tallöl-fettsäure, Sojabohnenfettsäure, Saflorfettsäure, Sonnenblumenfettsäure, Baumwollsamenfettsäure, Castorfettsäure, Oleinsäure, Linolsäure und/oder
Linolensäure. Weitere
geeignete ungesättigte
Carbonsäuren
findet man unter Vinylsäuren,
wie z.B. Acrylsäure,
Methacrylsäure
und/oder Crotonsäure,
die beispielsweise in Kombination mit einer oder mehreren der Fettsäuren verwendet
werden.
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Das
Addukt, das bei der Reaktion zu dem mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden
dendritischen Polymer zugegeben wird, ist vorzugsweise und vorteilhaft
aufgebaut aus zumindest einem monoalkylierten Polyethylenglycol
mit einem Molekulargewicht von zumindest 500, wie 500-2.500 oder
700-1.500, und zumindest einer linearen oder verzweigten aliphatischen,
cycloaliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäure oder einem entsprechenden
Anhydrid, wie Adipinsäure,
Azelainsäure,
Fumarsäure,
Maleinsäureanhydrid,
Phthalsäure
oder -anhydrid, Isophthalsäure,
Tetrahydrophthalsäureanhydrid,
Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Bernsteinsäure
oder -anhydrid und/oder Sebacin säure.
Das monoalkylierte Polyethylenglycol ist am bevorzugtesten ein monomethyliertes
Polyethylenglycol.
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Das
zumindest eine nichtamphiphile Alkydharz, das in der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung
enthalten ist, ist ein kurz-, mittel- oder langöliges Alkyd, wie z.B. ein herkömmliches
Alkydharz, das typischerweise in auf Lösungsmittel basierenden Harzzusammensetzungen
verwendet wird.
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Das
bevorzugte Gewichtsverhältnis
des lufttrocknenden dendritischen Polymers zu dem nichtamphiphilen
Harz liegt zwischen 1:99 und 99:1, wie 50:50, 10:90, 20:80, 70:30,
90:10, 80:20 oder 70:30. Das am meisten bevorzugte Gewichtsverhältnis beträgt typischerweise
20 bis 30 Gew.% des amphiphilen dendritischen Polymers und 70 bis
80 Gew.% des nichtamphiphilen Harzes. Das amphiphile dendritische
Polymer kann überdies
und vorteilhaft als Dispergierharz in Pigmentpasten verwendet werden.
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Das
zumindest eine Trockenmittel, das in der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung
enthalten ist, ist in Ausführungsformen
vorzugsweise ein Metalltrockenmittel, wie ein Pb-, Zr-, Co-, Li-,
K-, Mn- oder Mg-Trockenmittel oder Kombinationen davon und damit,
z.B. als Octoat und/oder Naphthenat, das in einer Menge von beispielsweise
0,01 bis 0,3%, wie 0,05 bis 0,1%, berechnet als Metall an festen
Harzen, das heißt festes
amphiphiles lufttrocknendes dendritisches Polymer und festes nichtamphiphiles
lufttrocknendes Harz, zugemischt ist.
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Das
optionale Tensid, falls vorhanden, ist geeigneterweise in einer
Menge von 1 bis 15 Gew.%, wie 2 bis 10 Gew.%, berechnet auf das
zumindest eine amphiphile lufttrocknende dendritische Polymer und
das zumindest eine nichtamphiphile lufttrocknende Harz, zugemischt.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einer lufttrocknenden, wässrigen Harzzusammensetzung,
wie sie vorstehend offenbart ist. Das Verfahren umfasst:
- i) Mischen des lufttrocknenden dendritischen
Polymers, des lufttrocknenden Harzes und optional des Koaleszenzmittels
bei 40-80°C,
wie 50-70°C
oder 50-60°C,
bis eine homogene Mischung erhalten wird,
- ii) Zugeben und Zumischen des Trockenmittels und optional des
Tensids und/oder anderer Additive, wie z.B. als Neutralisierungs-,
Fluss- und Egalisierungsmittel,
- iii) Mischen der Inhaltsstoffe bei 40-80°C, wie 50-70°C oder 50-60°C, während beispielsweise 10-60
Minuten, wie 20-40 oder 20-30 Minuten, und
- iv) langsam unter kräftigem
Rühren
Zugeben von warmem, wie 40-80°C,
50-70°C
oder 50-60°C,
Wasser bis zum verlangten Endfeststoffgehalt, wie 40 bis 50%, und/oder
Viskosität,
während
die Temperatur bei 40-80°C,
wie 50-70°C oder 50-60°C, gehalten
wird.
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Ein
Neutralisierungsmittel, wie z.B. ein Amin oder Ammoniak, kann zum
Neutralisieren der verbliebenen Säuregruppen, in erster Linie
des lufttrocknenden Alkyds und/oder des lufttrocknenden dendritischen
Polymers, zugegeben werden.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung
des amphiphilen lufttrocknenden dendritischen Polymers, wie es hier
offenbar ist, als Wasserdispergierharz für ein nichtamphiphiles lufttrocknendes
Harz, wie z.B. die herkömmlichen
Alkyde, und/oder als Dispergierharz für Pigmente und/oder Füllstoffe.
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Das
amphiphile lufttrocknende dendritische Polymer kann als Dispergierharz
verwendet werden, um wässrige
Alkydbeschichtungen aus den herkömmlichen
Alkydharzen herzustellen. Tensidfreie oder lösungsmittelfreie wässrige Systeme,
die auf kurz-, mittel- oder langöligen
Alkyden basieren, können
erhalten werden.
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Man
denkt, dass der Fachmann auf dem Gebiet ohne weitere Ausführungen
mittels der vorangehenden Beschreibung die vorliegende Erfindung
in vollem Umfang einsetzen kann. Die folgenden bevorzugten Ausführungsformen
sind daher so auszulegen, dass sie nur der Veranschaulichung dienen
und den Rest der Offenbarung keineswegs beschränken. Im Folgenden veranschaulichen
die Beispiele 1 bis 19 die Herstellung von Komponenten, die in der
vorliegenden Erfindung, Ausführungsformen
der Erfindung und Vergleichsversuchen enthalten sind.
- Beispiel
1: Synthese eines polyalkoxylierten Addukts, das in Beispiel 2 verwendet
wird.
- Beispiel 2: Synthese eines amphiphilen dendritischen Polymers
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, das aufgebaut ist aus einem mehrere Hydroxylgruppen
enthaltenden dendritischen Kernpolymer, einer Fettsäure und
dem Addukt, das in Beispiel 1 erhalten wurde.
- Beispiel 3: Synthese eines herkömmlichen mittelöligen Alkyds.
- Beispiel 4: Synthese eines herkömmlichen kurzöligen Alkyds.
- Beispiel 5: Herstellung einer tensidfreien wässrigen Harzzusammensetzung
gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung, die das Produkt, das in Beispiel 2 erhalten wurde, und
ein kommerziell erhältliches
langöliges Alkyd
umfasst.
- Beispiel 6: Herstellung einer wässrigen Harzzusammensetzung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die die Produkte, die in Beispiel 2 und Beispiel
3 erhalten wurden, umfasst.
- Beispiel 7: Herstellung einer koaleszenzmittelfreien wässrigen
Harzzusammensetzung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die die Produkte, die in Beispiel 2 und Beispiel
3 erhalten wurden, umfasst.
- Beispiel 8: Herstellung einer wässrigen Harzzusammensetzung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die die Produkte, die in Beispiel 2 und Beispiel
4 erhalten wurden, umfasst.
- Beispiel 9: Herstellung einer koaleszenzmittelfreien wässrigen
Harzzusammensetzung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die die Produkte, die in Beispiel 2 und Beispiel
4 erhalten wurden, umfasst.
- Beispiel 10: Herstellung einer Pigmentpaste, die das Produkt,
das in Beispiel 2 erhalten wurde, umfasst.
- Beispiel 11: Herstellung einer weißen Farbe durch Verwenden der
Harzzusammensetzung von Beispiel 5 und der Pigmentpaste von Beispiel
10.
- Beispiel 12: Herstellung einer weißen Farbe durch Verwenden der
Harzzusammensetzung von Beispiel 6 und der Pigmentpaste von Beispiel
10.
- Beispiel 13: Herstellung einer weißen Farbe durch Verwenden der
Harzzusammensetzung von Beispiel 7 und der Pigmentpaste von Beispiel
10.
- Beispiel 14: Herstellung einer weißen Farbe durch Verwenden der
Harzzusammensetzung von Beispiel 8 und der Pigmentpaste von Beispiel
10.
- Beispiel 15: Herstellung einer weißen Farbe durch Verwenden der
Harzzusammensetzung von Beispiel 9 und der Pigmentpaste von Beispiel
10.
- Beispiel 16: Auswertung des Trocknungsverhaltens und der Filmeigenschaften
der Harzzusammensetzungen, die in den Beispielen 5 bis 7 erhalten
wurden, verglichen mit den auf Lösungsmittel
basierenden Alkyden gemäß den Beispielen
3 und 4.
- Beispiel 17: Auswertung des Trocknungsverhaltens und der Filmeigenschaften
der weißen
Farben, die in den Beispielen 12 bis 16 erhalten wurden.
- Beispiel 18: Herstellung einer koaleszenzmittel- und tensidfreien
wässrigen
Harzzusammensetzung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die die Produkte, die in Beispiel 2 erhalten wurden,
und das kommerziell erhältliche
langölige
Alkyd, das in Beispiel 5 verwendet wurde, umfasst.
- Beispiel 19: Vergleichsbeispiel außerhalb des Schutzbereichs
der Erfindung. Emulgierung des mittelöligen Alkyds, das in Beispiel
3 erhalten wurde, ohne die Verwendung des amphiphilen dendritischen
Polymers aus Bei spiel 2, aber Verwenden desselben Additivgebindes,
das in Beispiel 6 verwendet wurde.
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Beispiel 1
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618
g eines monomethylierten Polyethylenglycols (Molekulargewicht 750
g/mol) wurden in einen 1 l Reaktionskolben, der mit einem Rührer ausgerüstet ist,
eingebracht und auf 100°C
erwärmt.
Nun wurde Vakuum angelegt, die Temperatur auf 120°C erhöht, und
18,2 g Bernsteinsäureanhydrid
wurden zugegeben. Die Reaktion wurde durch Abkühlen auf Raumtemperatur nach
ungefähr
30 Minuten gestoppt, als eine Säurezahl von
66 mg KOH/g erreicht war. Das Endprodukt war bei Raumtemperatur
ein halbkristalliner Feststoff.
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Beispiel 2
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Schritt
1: 246 g Boltorn® H20 (hydroxyfunktioneller
dendritischer Polyester, Perstorp Specialty Chemicals AB, Schweden)
und 440 g Sonnenblumenfettsäure
wurden in einen 1 l Reaktionskolben, der mit einem Rührer und
einem Dean Stark Wasserabscheider ausgerüstet ist, eingebracht und auf
125°C erwärmt. 0,68
g Benzoesäure,
0,07 g Fascat® 4100
(Veresterungskatalysator) und Xylol wurden nun zugegeben, und die
Temperatur wurde auf 190°C
erhöht
und für
etwa 5 Stunden gehalten. Die Säurezahl
nach den 5 Stunden betrug 2,5 mg KOH/g, und das Xylol wurde unter
Vakuum entfernt. Die Reaktion wurde durch Abkühlen auf Raumtemperatur gestoppt.
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Das
erhaltene Produkt wies einen Hydroxylwert von 62 mg KOH/g und eine
Viskosität
von 1,84 Pa·s bei
23°C auf.
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Schritt
2:340 g des Produkts, das in Schritt 1 erhalten wurde, und 200 g
des Addukts, das in Beispiel 1 erhalten wurde, wurden in einen 1
l Reaktionskolben, der mit einem Rührer und einem Dean Stark Wasserabscheider
ausgerüstet
ist, eingebracht. Das Reaktionsgemisch wurde auf 180°C erwärmt, und
Xylol und 0,05 g Fascat® 4100 (Veresterungskatalysator)
wurden zu dem Reaktionsgemisch zugegeben. Die Reaktion wurde gestoppt,
als ein Säurewert
von 8,5 mg KOH/g erreicht war. Das Xylol wurde unter Vakuum entfernt,
das Produkt auf 90°C
abgekühlt,
und 25 g destilliertes Wasser wurden zugegeben.
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Das
erhaltene amphiphile lufttrocknende dendritische Polymer war bei
Raumtemperatur eine Flüssigkeit
mit einer Viskosität
von 12 Pa·s
und einem Endsäurewert
von 5,7 mg KOH/g. Das durchschnittliche Molekulargewicht betrug
10.032 g/mol.
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Beispiel 3
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942
g Sojabohnenfettsäure
wurden in einen 2 1 Reaktionskolben, der mit einem Rührer, einem
Dean Stark Wasserabscheider und einem Stickstoffventil ausgerüstet ist,
eingebracht, und die Temperatur wurde auf 160°C er höht. 207 g Pentaerythrit, 394
g Phthalsäureanhydrid
und Xylol (azeotropes Lösungsmittel)
wurden unter einer Stickstoffdecke in den Reaktor eingebracht, und
die Temperatur wurde auf 240°C
erhöht.
Die Reaktion wurde fortgesetzt, bis ein Säurewert unter 15 mg KOH/g erreicht
wurde. Das Produkt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Das
erhaltene Alkyd wies einen Endsäurewert
von 7 mg KOH/g, einen Hydroxylwert von 134 mg KOH/g und eine Öllänge von
62,9% (als Triglycerid) auf.
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Beispiel 4
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574
g Sojabohnenfettsäure
wurden in einen 2 1 Reaktionskolben, der mit einem Rührer, einem
Dean Stark Wasserabscheider und einem Stickstoffventil ausgerüstet ist,
eingebracht, und die Temperatur wurde auf 160°C erhöht. 45 g Pentaerythrit, 462
g Trimethylolpropan, 508 g Phthalsäureanhydrid und Xylol (azeotropes Lösungsmittel)
wurden unter einer Stickstoffdecke in den Reaktor eingebracht, und
die Temperatur wurde auf 240°C
erhöht.
Die Reaktion wurde fortgesetzt, bis ein Säurewert unter 15 mg KOH/g erreicht
wurde. Das Produkt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Das
erhaltene Alkyd wies einen Endsäurewert
von 15 mg KOH/g, einen Hydroxylwert von 120 mg KOH/g und eine Öllänge von
40% (als Triglycerid) auf.
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Beispiel 5
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40
g des amphiphilen dendritischen Polymers, das in Beispiel 2 erhalten
wurde, 160 g eines kommerziell erhältlichen langöligen Tallölalkydharzes
(Duramac® 301-2007,
McWorther Inc.) mit einer Öllänge von 82%
(als Triglycerid), 10 g Dipropylenglycolmethylether und 11 g Dipropylenglycol-n-butylether wurden
in einen 1 l Laborkolben, der mit einem Rührer ausgerüstet ist, eingebracht. Die
Mischung wurde auf 60°C
erwärmt und
bei dieser Temperatur gehalten. Die Mischung wurde gerührt bis
eine Homogenität
erhalten wurde, und wurde dann durch Zugabe von Dimethylethylamin
auf einen pH von 7,5 eingestellt. 4 g eines Co/Li/Zr-Trockenmittels
(Additol® VXW
6206, Solutia Inc.) wurden nun zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 10 Minuten fortgesetzt. 319 g demineralisiertes warmes Wasser
(50°C) wurden
nun langsam über
einen Zeitraum von 15 Minuten zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 20 Minuten fortgesetzt. Die erhaltene Emulsion wurde schließlich unter
Rühren
auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Die
erhaltene Emulsion (wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung) wies einen Feststoffgehalt von
38% und eine Viskosität
von 150 mPa·s
bei 23°C
auf. Die Emulsion war bei 50°C
für mindestens
eine Woche stabil, und bei Raumtemperatur für mindestens 6 Monate.
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Beispiel 6
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60
g des amphiphilen dendritischen Polymers, das in Beispiel 2 erhalten
wurde, 180 g des mittelöligen Alkyds,
das in Beispiel 3 erhalten wurde, 7,5 g Dipropylenglycolmethylether
und 10 g Dipropylenglycol-n-butylether wurden in einen 1 l Laborkolben,
der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht. Die Mischung wurde auf 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten. Die Mischung wurde gerührt
bis eine Homogenität
erhalten wurde, dann wurde durch Zugabe von Dimethylethylamin auf
einen pH von 7,5 eingestellt, und 6 g eines nichtionischen Tensids
(Triton X100) wurden zugegeben und zugemischt. 4 g eines Co/Li/Zr-Trockenmittels (Additol® VXW
6206, Solutia Inc.) wurden nun zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 10 Minuten fortgesetzt. 236 g demineralisiertes warmes Wasser
(50°C) wurden
nun langsam über
einen Zeitraum von 15 Minuten zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 20 Minuten fortgesetzt. Die erhaltene Emulsion wurde schließlich unter
Rühren
auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Die
erhaltene Emulsion (wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung) wies einen Feststoffgehalt von
38% und eine Viskosität
von 100 mPa·s
bei 23°C
auf. Die Emulsion war bei 50°C
für mindestens
2 Wochen stabil.
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Beispiel 7
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60
g des amphiphilen dendritischen Polymers, das in Beispiel 2 erhalten
wurde, und 180 g des mittelöligen
Alkyds, das in Beispiel 3 erhalten wurde, wurden in einen 1 l Laborkolben,
der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht. Die Mischung wurde auf 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten. Die Mischung wurde gerührt
bis eine Homogenität
erhalten wurde, dann wurde durch Zugabe von Dimethylethylamin auf
einen pH von 7,5 eingestellt, und 12,5 g eines nichtionischen Tensids
(Triton X100) wurden zugegeben und zugemischt. 4 g eines Co/Li/Zr-Trockenmittels
(Additol® VXW
6206, Solutia Inc.) wurden nun zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 10 Minuten fortgesetzt. 243 g demineralisiertes warmes Wasser
(50°C) wurden
nun langsam über
einen Zeitraum von 15 Minuten zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 20 Minuten fortgesetzt. Die erhaltene Emulsion wurde schließlich unter
Rühren
auf Raumtemperatur abgekühlt.
-
Die
erhaltene Emulsion (wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung) wies einen Feststoffgehalt von
50% und eine Viskosität
von 200 mPa·s
bei 23°C
auf. Die Emulsion war bei 50°C
für mindestens
2 Wochen stabil.
-
Beispiel 8
-
60
g des amphiphilen dendritischen Polymers, das in Beispiel 2 erhalten
wurde, 180 g des kurzöligen Alkyds,
das in Beispiel 4 erhalten wurde, 7,5 g Dipropylenglycolmethylether
und 10 g Dipropylenglycol-n-butylether wurden in einen 1 l Laborkolben,
der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht. Die Mischung wurde auf 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten. Die Mischung wurde gerührt
bis eine Homogenität
erhalten wurde, dann wurde durch Zugabe von Dimethylethylamin auf
einen pH von 7,5 eingestellt, und 6 g eines nichtionischen Tensids
(Triton X100) wurden zugegeben und zugemischt. 4 g eines Co/Li/Zr-Trockenmittels (Additol® VXW
6206, Solutia Inc.) wurden nun zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 10 Minuten fortgesetzt. 239 g demineralisiertes warmes Wasser
(50°C) wurden
nun langsam über
einen Zeitraum von 15 Minuten zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 20 Minuten fortgesetzt. Die erhaltene Emulsion wurde schließlich unter
Rühren
auf Raumtemperatur abgekühlt.
-
Die
erhaltene Emulsion (wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung) wies einen Feststoffgehalt von
48% und eine Viskosität
von 100 mPa·s
bei 23°C
auf. Die Emulsion war bei 50°C
für mindestens
1 Woche stabil.
-
Beispiel 9
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60
g des amphiphilen dendritischen Polymers, das in Beispiel 2 erhalten
wurde, und 180 g des kurzöligen
Alkyds, das in Beispiel 4 erhalten wurde, wurden in einen 1 l Laborkolben,
der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht. Die Mischung wurde auf 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten. Die Mischung wurde gerührt
bis eine Homogenität
erhalten wurde, dann wurde durch Zugabe von Dimethylethylamin auf
einen pH von 7,5 eingestellt, und 12,5 g eines nichtionischen Tensids
(Triton X100) wurden zugegeben und zugemischt. 4 g eines Co/Li/Zr-Trockenmittels
(Additol® VXW
6206, Solutia Inc.) wurden nun zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 10 Minuten fortgesetzt. 243 g demineralisiertes warmes Wasser
(50°C) wurden
nun langsam über
einen Zeitraum von 15 Minuten zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 20 Minuten fortgesetzt. Die erhaltene Emulsion wurde schließlich unter
Rühren
auf Raumtemperatur abgekühlt.
-
Die
erhaltene Emulsion (wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung) wies einen Feststoffgehalt von
50% und eine Viskosität
von 150 mPa·s
bei 23°C
auf. Die Emulsion war bei 50°C
für mindestens
1 Woche stabil.
-
Beispiel 10
-
48
g des amphiphilen Polymers, das in Beispiel 2 erhalten wurde, wurden
in einen 1 l Laborkolben, der mit einem Rührer ausgerüstet ist, eingebracht. 5 g
Dipropylenglycol-n-butylether und 15 g eines teilweise neutra lisierten
Alkylammoniumsalzes eines Polycarbonsäurepolymers und eines Polydimethylsiloxans
(Lactimon® WS,
Dow Inc.) wurden unter Rühren
zugegeben. 210 g warmes Wasser (50°C) wurden über einen Zeitraum von 15 Minuten
zugegeben. 25 g der erhaltenen Emulsion wurden in einen Hochgeschwindigkeitsdissolver
eingebracht, und 75 g TiO2 (Kronos® 2310,
Kronos GmbH) wurden während
15 Minuten zugegeben. Das Auflösen wurde
für weitere
30 Minuten fortgesetzt.
-
Die
erhaltene Pigmentpaste wies eine Viskosität von 15 Pa·s bei 23°C und einen Feststoffgehalt
von 78% auf.
-
Beispiel 11
-
45
g der Emulsion, die in Beispiel 5 erhalten wurde, wurden in einen
1 l Laborkolben, der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht und mit 55 g der Pigmentpaste, die in Beispiel
10 erhalten wurde, gemischt. Die Mischung wurde für 30 Minuten
bei Raumtemperatur gerührt.
Die erhaltene weiße
Farbe wurde vor der Auswertung der Trocknungs- und anderer Eigenschaften
für 24
Stunden gelagert.
-
Die
erhaltene weiße
Farbe, die eine wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung umfasst, wies einen Feststoffgehalt
von 60%, ein Verhältnis
von Pigment zu Harz von 1,9:1 und eine Viskosität von 150 mPa·s bei
23°C auf.
-
Beispiel 12
-
45
g der Emulsion, die in Beispiel 6 erhalten wurde, wurden in einen
1 l Laborkolben, der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht und mit 55 g der Pigmentpaste, die in Beispiel
10 erhalten wurde, gemischt. Die Mischung wurde für 30 Minuten
bei Raumtemperatur gerührt.
Die erhaltene weiße
Farbe wurde vor der Auswertung der Trocknungs- und anderer Eigenschaften
für 24
Stunden gelagert.
-
Die
erhaltene weiße
Farbe, die eine wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung umfasst, wies einen Feststoffgehalt
von 65%, ein Verhältnis
von Pigment zu Harz von 1,6:1 und eine Viskosität von 150 mPa·s bei
23°C auf.
-
Beispiel 13
-
45
g der Emulsion, die in Beispiel 7 erhalten wurde, wurden in einen
1 l Laborkolben, der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht und mit 55 g der Pigmentpaste, die in Beispiel
10 erhalten wurde, gemischt. Die Mischung wurde für 30 Minuten
bei Raumtemperatur gerührt.
Die erhaltene weiße
Farbe wurde vor der Auswertung der Trocknungs- und anderer Eigenschaften
für 24
Stunden gelagert.
-
Die
erhaltene weiße
Farbe, die eine wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung umfasst, wies einen Feststoffgehalt
von 65%, ein Verhältnis
von Pigment zu Harz von 1,6:1 und eine Viskosität von 150 mPa·s bei
23°C auf.
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Beispiel 14
-
45
g der Emulsion, die in Beispiel 8 erhalten wurde, wurden in einen
1 l Laborkolben, der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht und mit 55 g der Pigmentpaste, die in Beispiel
10 erhalten wurde, gemischt. Die Mischung wurde für 30 Minuten
bei Raumtemperatur gerührt.
Die erhaltene weiße
Farbe wurde vor der Auswertung der Trocknungs- und anderer Eigenschaften
für 24
Stunden gelagert.
-
Die
erhaltene weiße
Farbe, die eine wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung umfasst, wies einen Feststoffgehalt
von 65%, ein Verhältnis
von Pigment zu Harz von 1,6:1 und eine Viskosität von 200 mPa·s bei
23°C auf.
-
Beispiel 15
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45
g der Emulsion, die in Beispiel 6 erhalten wurde, wurden in einen
1 l Laborkolben, der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht und mit 55 g der Pigmentpaste, die in Beispiel
10 erhalten wurde, gemischt. Die Mischung wurde für 30 Minuten
bei Raumtemperatur gerührt.
Die erhaltene weiße
Farbe wurde vor der Auswertung der Trocknungs- und anderer Eigenschaften
für 24
Stunden gelagert.
-
Die
erhaltene weiße
Farbe, die eine wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung umfasst, wies einen Feststoffgehalt
von 65%, ein Verhältnis
von Pigment zu Harz von 1,6:1 und eine Viskosität von 150 mPa·s bei
23°C auf.
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Beispiel 16
-
Die
Trocknungseigenschaften der Emulsionen, der wässrigen, lufttrocknenden Harzzusammensetzungen,
die in den Beispielen 5 bis 9 erhalten wurden, wurden an einem Beck
KollerTM Prüfgerät (Sheen Instrument, UK) bestimmt.
Die Härte
wurde als Pendelhärte
gemessen und in König
Sekunden ausgedrückt.
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Die
Alkydharze, die in Beispiel 3 und Beispiel 4 (Ref. 1 und 2) erhalten
wurden, wurden in Xylol gelöst und
als Referenzen verwendet. Dasselbe Trockenmittel und dieselbe Menge
an Trockenmittel, wie in den wässrigen
Harzzusammensetzungen, wurden verwendet, und dieselben Auswertungen
wurden durchgeführt.
-
-
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Beispiel 17
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Die
Trocknungseigenschaften der weißen
Farben, die in den Beispielen 11 bis 15 erhalten wurden, wurden
an einem Beck KollerTM Prüfgerät (Sheen
Instrument, UK) bestimmt. Der Glanz bei 20° und 60° wurde nach 48 Stunden Trocknung
bestimmt, und die Härte
wurde als Pendelhärte
gemessen und in König
Sekunden ausgedrückt.
Alle Farben wurden mit einer Nassfilmdicke von 120 μm gestrichen.
-
Trocknungszeit
und Glanz:
-
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Beispiel 18
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40
g des amphiphilen dendritischen Polymers, das in Beispiel 2 erhalten
wurde, und 160 g eines kommerziell erhältlichen langöligen Tallölalkydharzes
(Duramac® 301-2007,
McWorther Inc.) mit einer Öllänge von 82%
(als Triglycerid) wurden in einen 1 l Laborkolben, der mit einem
Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht. Die Mischung wurde auf 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten. Die Mischung wurde gerührt
bis eine Homogenität
erhalten wurde, dann wurde durch Zugabe von Dimethylethylamin auf
einen pH von 7,5 eingestellt. 4 g eines Co/Li/Zr-Trockenmittels
(Additol® VXW
6206, Solutia Inc.) wurden nun zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 10 Minuten fortgesetzt. 450 g demineralisiertes warmes Wasser
(50°C) wurden
nun langsam über
einen Zeitraum von 15 Minuten zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 20 Minuten fortgesetzt. Die erhaltene Emulsion wurde schließlich unter
Rühren
auf Raumtemperatur abgekühlt.
-
Die
erhaltene Emulsion (wässrige,
lufttrocknende Harzzusammensetzung) wies einen Feststoffgehalt von
30% und eine Viskosität
von 300 mPa·s
bei 23°C
auf. Die Emulsion war bei Raumtemperatur für mindestens 6 Monate stabil.
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Beispiel 19
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240
g des mittelöligen
Alkyds, das in Beispiel 3 erhalten wurde, 7,5 g Dipropylenglycolmethylether
und 10 g Dipropylenglycol-n-butylether wurden in einen 1 l Laborkolben,
der mit einem Rührer
ausgerüstet
ist, eingebracht. Die Mischung wurde auf 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten. Die Mischung wurde gerührt
bis eine Homogenität
erhalten wurde, dann wurde durch Zugabe von Dimethylethylamin auf
einen pH von 7,5 eingestellt, und 6 g eines nichtionischen Tensids
(Triton X100) wurden zugegeben und zugemischt. 4 g eines Co/Li/Zr-Trockenmittels
(Additol® VXW
6206, Solutia Inc.) wurden nun zugegeben, und das Rühren wurde weitere
10 Minuten fortgesetzt. 236 g demineralisiertes warmes Wasser (50°C) wurden
nun langsam über
einen Zeitraum von 15 Minuten zugegeben, und das Rühren wurde
weitere 20 Minuten fortgesetzt. Die erhaltene Emulsion wurde schließlich unter
Rühren
auf Raumtemperatur abgekühlt.
-
Die
erhaltene Emulsion hat sich bei Raumtemperatur innerhalb von 15
Minuten getrennt.