DE69015199T2 - Wasserabstossende zusammensetzungen auf wasserbasis. - Google Patents
Wasserabstossende zusammensetzungen auf wasserbasis.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft wäßrige, lufttrocknende wasserabstoßende Zusammensetzungen, die Substraten wie Holz u.a. cellulosehaltigen Materialien, Textilien, Mauerwerken und Beton eine verbesserte Langzeit-Wasserabstoßung verleihen. Die Zusammensetzungen sind ebenso verwendbar, um pulverförmigen Stoffen, wie beispielsweise Calciumcarbonat, oder auch Druckfarben, Haftmassen, Leder und Oberflächenbeschichtungen auf Wasserbasis wasserabstoßende Eigenschaften zu verleihen.
- Es sind viele Beschichtungszusammensetzungen auf organischer Lösemittelbasis entwickelt worden, die gute wasserabstoßende Eigenschaften haben; aber die Verwendung von organischen Lösemitteln ist mittlerweile der Anlaß für Bedenken hinsichtlich Umweltschutz und Gesundheit. Ein in Wasser dispergierbares wasserabstoßendes System, das den flüchtigen organischen Anteil auf ein Minimum reduziert, ohne dabei die wasserabstoßenden Eigenschaften zu beeinflussen, ist sehr erwünscht.
- Wäßrige wasserabstoßende Systeme, d.h. Systeme die in Wasser dispergierbar sind, sind bereits bekannt. Die GB-PS 2 168 394 beschreibt in Wasser dispergierbare Zusammensetzungen, die zur Herstellung von wäßrigen wasserabstoßenden Systemen verwendet werden und die ein gesättigtes Kohlenwasserstoffwachs mindestens ein öllösliches Metallsalz einer organischen Carbonsäure, mindestens einen oberflächenaktiven Stoff und mindestens ein Kohlenwasserstofflösemittel.
- Die Zusammensetzungen können mit Wasser gemischt oder verdünnt werden, um die gewünschten wäßrigen wasserabstoßenden Systeme zu bilden.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung einer nach dem Trocknen wasserabstoßenden wäßrigen Zubereitung gelöst, die das Produkt der Umsetzung einer oder mehrerer 3 bis 22 Kohlenstoffatome enthaltenden Fettsäure(n) mit einem polyfunktionellen aromatischen oder aliphatischen Amin oder substituierten Amin mit 2 bis 25 Kohlenstoffatomen und anschließend mit einem wasserlöslichen Metallkomplex-Vernetzungsmittel beinhaltet, das ein oder mehrere Metalle aus den Gruppen Ia, IIa, IIIa, IVa und der ersten und zweiten Reihe der Übergangsmetalle des Periodensystems Elemente enthält.
- In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung bewirkt die Gegenwart eines wäßrigen Acrylpolymers die Stabilität der Komplexzusammensetzungen wie auch eine verbesserte Wasserabstoßung durch zusätzliche Vernetzung und möglicherweise eine gewisse Filmbildung, wenn größere Mengen verwendet werden.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein gesättigtes Kohlenwasserstoffwachs und/oder ein Alkydharz zu den wasserabstoßenden Systemen zugegeben werden, um die wasserabstoßenden Eigenschaften zu verbessern.
- In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können geringe Mengen an Lösungsvermittlern, wie Natriumhydroxid oder Ammoniumhydroxid, hinzugegeben werden, um die Stabilität zu verbessern.
- Die oben ausführlich beschriebenen Zusammensetzungen sind dergestalt verwendbar, daß sie mit Wasser gemischt werden können, um wasserabstoßende Systeme zu bilden, die in gemischtem Zustand für lange Zeit stabil sind, und die dort Anwendung finden, wo vielen Materialien, einschließlich Holz, Papier u.a. cellulosehaltigen Materialien Textilien, Mauerwerk, Oberflächenbeschichtungen, pulverförmigen Stoffen, Druckfarben, Leder und Haftmassen, wasserabstoßende Eigenschaften verliehen werden.
- Hinsichtlich der typischen Behandlung eines Holzsubstrats zur Verleihung wasserabstoßender Eigenschaften wird angenommen, daß bei Kontakt mit dem Holz eine Reaktion stattfindet, die es ermöglicht, daß der Carbonsäure- und/oder der Aminbestandteil mit dem reaktiven Metall der metallorganischen Verbindung vernetzt, um ein wasserabstoßendes Substrat unter Umgebungsbedingungen zu bilden. Wachs trägt zu der Substantivität der Wasserabstoßung bei, wenn es als Bestandteil zugegen ist.
- Ein besonderer Vorteil der wasserabstoßenden Systeme der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Verwendung von unerwünschten Kohlenwasserstoffen oder anderen organischen Lösemitteln nicht nötig ist, um die wasserabstoßenden Systeme in Lösung zu behalten. Die erfindungsgemäßen wasserabstoßenden Systeme werden zur Verwendung hinsichtlich der Behandlung von verschiedenen Substraten ausschließlich in wäßrigem Medium dispergiert.
- In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die verwendete Carbonsäure eine gesättigte oder ungesättigte Fettsäure, wie z.B. Ölsäure, Isostearinsäure, Stearinsäure und Rizinolsäure. Somit wurde eine Aminseife von Isostearinsäure durch Hinzugeben geschmolzener Isostearinsäure bei 70 bis 80 ºC zu einer gerührten Lösung von Triethanolamin in Wasser hergestellt. Die Mischung wurde für 15 Minuten weiter gerührt, auf unter 50 ºC abgekühlt; anschließend wurde ein Zirkoniummetall-Vernetzungsmiuel hinzugegeben, um ein Beispiel einer erfindungsgemäßen wasserabstoßenden Zusammensetzung darzustellen.
- Die bevorzugten Vernetzungsmittel können von den Metallsalzen, gebildet aus der Gruppe von Zink, Aluminium, Titan, Kupfer, Chrom, Eisen, Zirkomum und Blei, gewählt werden, wie z.B. die Zirkonium-Komplexe, die in der GB-PS 1 002 103 beschneben sind - und bezogen auf ein Verfahren - hergestellt werden, indem man zu einer eine Zirkonylcarbonatpaste enthaltenden, unter Rückfluß siedenden Carbonsäure mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen eine Carbonsäure mit mehr als 4 Kohlenstoffatomen hinzugibt.
- Ebenso können wasserlösliche anorganische Metallverbindungen verwendet werden. Ammoniumzirkoniumcarbonat wird zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bevorzugt.
- Die vorstehende ausführliche Beschreibung der Herstellung eines typischen erfindungsgemäßen wasserabstoßenden Komplexes beinhaltet die Verwendung von Triethanolamin. Bevorzugte andere stickstoffenthaltende organische Ausgangsverbindungen sind auch wasserlöslich, um eine in Wasser dispergierbare Zusammensetzung zu bilden, wenn sie mit einer Carbonsäure, die ebenso Wachs, Öl, Harz oder eine Mischung davon enthalten kann, reagiert. Alle Stickstoff enthaltende Zusammensetzungen können gegebenenfalls, beispielsweise mit Hydroxylgruppen, substituierten Diolen und Triolen, substituiert sein und können aus der Gruppe von primären, sekundären und tertiären Aminen ausgewählt sein, die eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder ein Wasserstoffatom enthalten, wie beispielsweise Ethylamin, Aminomethylpropanol, Diethylamin, Triethylamin, Aminomethylpropandiol, Amide der allgemeinen Formel: in der R, R¹ und R² ein Wasserstoffatom oder Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen, wie z.B. Formamid, Acetamid, N-Ethylacetamid und N,N-Dimethylbutyramid; Diamine, wie z.B. Hydrazin und Hexamethylendiamin; cyclische Amine, wie z.B. Morpholin und Pyridin; aromatische und aliphatische Aminosäuren, wie z.B. 3-Methyl- 4-aminobenzoesäure.
- In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann ein Kohlenwasserstoffwachs als Emulsion oder Dispersion eingearbeitet werden. Bevorzugte Wachse sind Paraffinwachse mit Schruelzpunkten im Bereich von ungefahr 50 bis 70 ºC. Diese werden durch Einrühren bei erhöhten Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Wachses eingearbeitet.
- Gemäß dem Stand der Technik wurden Wachse in wasserabstoßende Zusammensetzungen auf Lösemittelbasis eingearbeitet. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Paraffinwachse in einer Menge von 25 bis 150 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der anderen vorliegenden Bestandteile, erfolgreich eingearbeitet, ohne daß ein organisches Lösemittel oder ein Lösungsvermittler für das Wachs verwendet werden mußte.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Einarbeitung eines wäßrigen Acrylpolymers, wie z.B. Glascol LS12, erhältlich von der Firma Allied Colloids, verbesserte Wasserabstoßungseigenschaften wie auch Verbesserungen der allgemeinen Stabilität der Zusammensetzungen bewirken.
- Demgemäß erhält man ein erfindungsgemäßes Produkt durch Zugabe von 10 % Glascol LS12 zu einer 1%igen wäßrigen Stearatlösung von 2-Amino-2-methyl-propan-1-ol (AMP) mit 1 % Zircomplex PN (einem Produkt das in der GB-PS 1 002 103 beschrieben ist) eine niedrigviskose milchigweiße Flüssigkeit mit einem leichi ammoniakalischen Geruch. Dieses Produkt zeigt gute wasserabstoßende Eigenschaften, verglichen mit patentrechflich geschützten wasserabstoßenden Systemen auf Lösemittelbasis, und es hat vorteilhafterweise einen Feststoffgehalt, der mindestens 27 % geringer ist, als der der patentrechtlich geschützten Produkte.
- Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.
- In jedem Beispiel wurden eine Carbonsäure und ein Alkanolamin in äquimolaren Verhältnis zusammen oder getrennt mit der gemäß der Zusammensetzung benötigtem Wasser in einen geeigneten Reaktionsbehälter gegeben. Das Paraffinwachs wurde, soweit hinsichtlich der Rezeptur benötigt, zu der auf 70 bis 75 ºC erhitzten Mischung unter leichtem Rühren hinzugegeben. Die Rührgeschwindigkeit wurde bei 70 bis 75 ºC auf 2000 U/min erhöht und für 15 min beibehalten. Der Reaktorinhalt wurde dann schnell auf unter 30 ºC abgekühlt, während die Rührgeschwindigkeit weiter auf 2000 U/min blieb. Das Rühren wurde vor der Zugabe des Metallvernetzungsmittels reduziert. Die Zugabe des Vernetzers erfolgt in bezug auf die Molverhältnisse von Metall zu Alkanolamincarboxylat, das Verhältnis wird durch die Rezeptur bestimmt.
- Die hergestellten Produkte sind lagerungsstabil und für die direkte Verwendung auf Substraten einsatzfähig.
- Die folgende Tabelle liefert Einzelheiten der Rezepturen der verschiedenen Beispiele: Beispiel Alkanolamin Carbonsäure Ammoniumzirkoniumcarbonat Wachsgehalt in %, bezogen auf den tatsächlichen Feststoffanteil Feststoffgehalt in % der einsatzfähigen Lösung 2-Amino-2-methylpropan-1-ol (1,2 Mol) 2-Amino-2-ethylpropan-1,3-diol (1,0 Mol) 3-Amino-1,2-propandiol (1,2 Mol) Stearinsäure Tallölfettsäure (1,0 Mol) 1,0 Mol Zirkonium
- Die Beispiele I bis VII sind insbesondere zur Behandlung von Holz geeignet.
- Um die Wasserabstoßung zu testen wurde ein Quellversuch mit Weichholzwürfeln mit 18 mm Kantenlänge wie folgt abgeändert:
- Jeder Würfel, der mit dem wasserabstoßenden System durch 15-minütiges Tranken in der Testlösung und Trocknen für 7 bis 10 Tage behandelt wurde, wurde in eine Schale unter eine Meßuhr gegeben. Die Meßuhr wurde auf Null gesetzt und es wurde Wasser in die Schale bis zum völligen Eintauchen des Testwürfels gegeben.
- In 30- und 120-minütigen Intervallen wurde die Meßuhr im Vergleich zu einem Standard abgelesen. Der Würfel wurde anschließend gewogen, um den Grad der Wasseradsorption zu bestimmen.
- Tests mit den Produkten der Beispiele I bis VII führten zu den in den Tabellen 1 und 2 genannten Ergebnissen: Tabelle 1 Beispiel Anzahl der durchgeführten Tests Vol.-Zunahme in % nach 30 min. Untertauchen bezogen auf die ursprüngliche Würfelgroße Vol.-Zunahme in % nach 120 min. Untertauchen bezogen auf die ursprüngliche Würfelgroße Wasseraufnahme in % nach 120 min. Untertauchen, bezogen auf das ursprüngliche Würfelgewicht Vergleich* Wasser * Thompsons Waterseal (eingetragenes Warenziechen) Tabelle 2 Beispiel Anzahl der durchgeführten Tests Reduktion des Volumens in % nach 30 min Untertauchen Reduktion des Volumens in % nach 120 min Untertauchen Reduktion der Wasseraufnahme des behandelten Würfels in % nach 120 min Untertauchen Vergleich* Wasser Thompsons Waterseal (eingetragenes Warenzeichen)
- Die Rezeptur des Beispiels VIII ist zur Behandlung von Textilien besonders geeignet.
- Um die Wasserabstoßung zu testen, werden Baumwollgewebestreifen (1 x 0,5 m) entweder in die Zubereitung (Test) oder in Wasser (Vergleich) 5 Minuten lang untergetaucht und anschließend im Ofen bei 80 ºC für 10 Minuten getrocknet. Sprühtests wurden gemäß der Britischen Norm 3702 durchgeführt. Ein Sprühwert von weniger als 4 ist unbrauchbar. Der maximal eueichbare Wert beträgt 5 Sprühwert Test Vergleich
- Beispiel VIII ist gleichfalls zur Behandlung von Haftmassen geeignet.
- Um die Wasserabstoßung zu testen, wird eine Haftmasse (Polyvinylacetat) entweder mit der Zusammensetzung (Test) oder mit Wasser (Vergleich) in einem Verhältnis von 1 : 1 gemischt. Dann wurde ein Whatman No. 1 Filter-Papier damit getränkt und im Ofen für 15 Minuten bei 95 ºC getrocknet. Anschließend wurden hydrostatische Drucktests (HDT) durchgeführt. Test Vergleich
- Die Zusammensetzung von Beispiel IX ist insbesondere zur Behandlung von Ziegelsteinen, Beton, Druckfarbe, Leder und Spanplatten geeignet.
- Um die Wasserabstoßung von Ziegelsteinen und Beton zu testen, wurden Teststücke in geeigneter Größe mit der Zusammensetzung (Test) oder Wasser (Vergleich) getränkt und 7 Tage lang getrocknet und genau gewogen. Anschließend wurden die Stücke 1 Stunde lang in Wasser untergetaucht, trockengetupft und wieder gewogen. Gewichtszunahme in % Aufnahme des Absorptionsmaß in % Ziegelstein vorgehärteter Beton Test Vegleich
- Um die Wasserabstoßung von Tinte zu testen, wurden Lösung von schwarzer Quink-Tinte entweder mit der Zusammensetzung (Test) oder mit Wasser (Vergleich) in einem Verhältnis von 1 : 1 gemischt Dann wurde ein Whatmnn No. 1 Filterpapier mit diesen Lösungen getränkt und für 48 Stunden an der Luft getrocknet. Hydrostatische Drucktests wurden anschließend durchgeführt. Test Vergleich
- Um die Wasserabstoßung von Leder zu testen, wurden kleine Stücke (2 x 3 cm) einerseits mit der Zusammensetzung (Test) und andererseits mit Wasser (Vergleich) für 5 Minuten getränkt und anschließend 5 Tage lang getrocknet, bevor sie genau gewogen wurden. Die Stücke wurden dann 1 Stunde lang unter Wasser gesetzt, trockengetupft und wieder gewogen. absorbiertes Wasser in % Reduzierung in %, bezogen auf den Vergleich Test Vergleich
- Um die Wasserabstoßung von Spanplatten zu testen, wurden Teststücke (5 x 5 x 1,1 cm) einerseits mit der Zusammensetzung (Test) oder andererseits mit Wasser (Vergleich) 15 Minuten lang getränkt und 72 Stunden lang getrocknet, bevor sie genau gewogen wurden. Die Stücke wurden dann 24 Stunden lang unter Wasser gesetzt und die prozentuale Volumenzunahme und Wasserabsorption wurden bestimmt. Volumenzunahme in % Wasserabsorption nach Untertauchen Wasserabsorption in %, bezogen auf das ursprünglicheHolzgewicht Test Vergleich
- Die Zusammensetzung des Beispiels X ist insbesondere zur Behandlung von Pulvern geeignet.
- Um die Wasserabstoßung zu testen, wurden 10 g Calciumcarbonat, die entweder mit der Zusammensetzung (Test) vorbehandelt oder unvorbehandelt (Vergleich) waren, in 200 ml Wasser gegeben und anschließend für 30 Sekünden sehr stark gerührt, was dazu führt, daß das mit Wasser benetzte Calciumcarbonat zu Boden sinkt. Das Wasser, das das benetzte Calciumcarbonat enthält, wurde anschließend durch ein vorher gewogenes Filterpapier gefiltert, dieses Papier wurde 48 Stunden lang bei 35 ºC getrocknet und anschließend wieder gewogen. benetzt in % nicht benetzt in % Test Vergleich
- Die Zusammensetzung des Beispiels XI wird insbesondere zur Behandlung von Papier eingesetzt, um diesem sowohl wasserabstoßende Eigenschaften als auch verbesserte Zugfestigkeit zu verleihen.
- Um die Wasserabstoßung zu testen, wurde ein Whatman No. 1 Filterpapier einerseits mit der Zusammensetzung (Test) oder andererseits mit Wasser (Vergleich) getränkt und im Ofen bei 110 ºC für 30 Minuten getrocknet, bevor die hydrostatischen Drucktests durchgeführt wurden. Test Vergleich
- Um die Zugfestigkeit des feuchten Papiers zu bestimmen, wurde ein 555 g Gewicht benutzt um auf das runde Filterpapier (5,5 cm Durchmesser) einen Druck auszuüben, wobei die Zeit bis zum Zerreißen des Filterpapiers gemessen wurde. Durchschnittszeit bis zum Zerreißen(min/sec) Test Vergleich
- Es wird Wert darauf gelegt, daß die Erfindung durch die oben genannten Beispiele nicht begrenzt werden soll; es sind viel zu viele Ausführungsformen möglich, wie sie beispielsweise für den Durchschnittsfachmann naheliegen, ohne daß man einen erfindungsgemäßen, durch die nachfolgend angegebenen Ansprüche definierten Bereich vedäßt.
Claims (26)
1. Wäßrige, nach dem Trocknen wasserabstoßende Zubereitung,
beinhaltend das Produkt der Umsetzung einer oder mehrerer 3 bis 22
Kohlenstoffatome enthaltenden Fettsäure(n) mit einem polyfunktionellen
aromatischen oder aliphatischen Amin oder substituierten Amin mit 2 bis
25 Kohlenstoffatomen und anschließend mit einem wasserlöslichen
Metallkomplex-Vernetzungsmittel, das ein oder mehrere Metalle aus
den Gruppen Ia, IIa, IIIa, IVa und der ersten und zweiten Reihe der
Übergangsmetalle des Periodensystems Elemente enthält.
2. Zubereitung nach Anspruch 1, enthaltend ein gesättigtes
Kohlenwasserstoffwachs.
3. Zubereitung nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend ein Alkydharz.
4. Zubereitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend
ein wässriges Acrylpolymer.
5. Zubereitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend
einen Lösungsvermittler.
6. Zubereitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Vernetzungsmittel Arnmoniumzirkoncarbonat umfaßt.
7. Zubereitung nach Anspruch 6, wobei die Carbonsäure aus Stearinsäure
besteht
8. Zubereitung nach Anspruch 7, wobei das Amin aus 2-Amino-2-methyl-
propan-1-ol besteht.
9. Zubereitung nach Anspruch 7, wobei das Amin aus 2-Amino-2-ethyl-
propan-1,3-diol besteht.
10. Zubereitung nach Anspruch 6, wobei das Amin aus
3-Amino-1,2-propandiol besteht.
11. Zubereitung nach Anspruch 6, wobei die Carbonsäure aus
Tallölfettsäure besteht.
12. Zubereitung nach Anspruch 11, wobei das Amin aus 2-Amino-2-ethyl-
propan-1,3-diol besteht.
13. Zubereitung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei das
Paraffinwachs in einer Menge von 0,0 bis 50 Gew.-% der Feststoffe vorhanden
ist.
14. Wasserabstoßendes System, umfassend die Zubereitung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche in Form einer Dispersion in Wasser.
15. Wasserabstoßendes System nach Anspruch 14, wobei das
Feststoffgewicht in der Lösung im Bereich von 1 bis 10 % liegt.
16. Verfahren zum Behandeln eines Substrats, um es wasserabstoßend zu
machen, enthaltend die Applikationschntte einer Zubereitung nach
einem der Ansprüche 1 bis 15 auf dieses.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus Holz besteht.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus einem
Textilmaterial besteht.
19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus einem Klebstoff
besteht.
20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus Mauerwerk
besteht.
21. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus Zement besteht.
22. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus einer Druckfarbe
besteht.
23. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus Leder besteht.
24. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus einer Spanplatte
besteht.
25. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus einem Pulver
besteht.
26. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat aus Papier besteht.
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