DE69025550T2

DE69025550T2 - Verfahren zum Behandeln oder Beschichten eines Substrates mit einer wässerigen Zusammensetzung und Verwendung dieser Zusammensetzung

Info

Publication number: DE69025550T2
Application number: DE69025550T
Authority: DE
Inventors: Mark Stephen Frazza; Linda Susan Smith
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2010-11-03
Also published as: CA2029076A1; JP3181906B2; BR9005685A; NZ235950A; ATE134661T1; CN1051739A; EP0429207B1; NO904819D0; MX164018B; AU637423B2; DE69025550D1; US5035944A; ES2086377T3; PT95860A; AU6588390A; PH26738A; CA2029076C; JPH03207475A; FI905588A0; KR910009849A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln oder Beschichten eines Substrates mit einer wäßrigen Zusammensetzung. Die Erfindung betrifft insbesondere das Behandeln oder Beschichten eines Substrates mit einer wäßrigen Zusammensetzung, welche eine wäßrige Dispersion von Copolymerteilchen umfaßt. In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung wäßriger Zusammensetzungen zum Behandeln oder Beschichten von Substraten.
Es ist zweckmäßig, Substrate mit wäßrigen Zusammensetzungen zu behandeln, so daß die behandelten Substrate ihre Endeigenschaften schnell entwickeln, so daß sie ohne unnotwendige Verzögerung gehandhabt und verwendet werden können. Zugleich sind waßrige Beschichtungen auch zur Auftragung auf temperaturempfindliche Substrate vorteilhaft, und zwar zum Beispiel auf Papier oder Kunststoffe, oder auf große Substrate, wie zum Beispiel Betonböden, da sie rasch trocknen und die beabsichtigten brauchbaren Eigenschaften rasch entwikkeln, und zwar bei Umgebungstemperatur oder nur ttiäßig erhöhten Temperaturen. Die Behandlung bestimmter Typen von Substraten, wie zum Beispiel Holz, erfordert häufig Beschichtungen mit einem hohen Pegel an Transparenz und Klarheit, um die intrusiven ästethische Aspekte der Beschichtung zu mmimieren. Das Verfahren dieser Erfindung zum Behandeln von Substraten sieht Behandlungen vor, die die gewünschten Eigenschaften schnell entwickeln und eine ausgezeichnete Transparenz oder Klarheit aufweisen.
Die EP-A-0 376 096, welche eine Zitierung nach Artikel 54(3) EPÜ ist, offenbart Zusammensetzungen zum Behandeln von Substraten, welche Zusammensetzungen Kern/Hülle- Teilchen umfassen. In diesem Dokument wird der Kern vor der Hülle polymerisiert. Ein Holzsubstrat ist nicht geoffenbart. Im Hinblick auf diese Anmeldung wird ein eigener Anspruchssatz für AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, NL und SE vorgesehen.
Die US-A-3,244,655 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Interpolymerlatex durch die sequentielle Polymerisation von zwei Stufen in einer wäßrigen Emulsionspolymerisation, um Interpolymerteilchen zu erhalten, welche klare, farblose, glänzende Folien bzw. Filme bei normalem Lufttrocknen bilden. Ebenso geoffenbart sind sequentiell polymerisierte Dispersionen, welche mit Pigmenten vermengt sein können, um einen Farbanstrich herzustellen, dessen luftgetrockneter Film glänzend, ohne Klebrigkeit, flexibel und Email-ähnlich ist, und seinen Glanz beibehält und hinsichtlich einer Fleckenbildung durch Wasser in hohem Ausmaß beständig ist. Ferner ist ein sequentiell polymerisierter Latex geoffenbart, der eine Teilchengröße aufweist, welche bei etwa 100 Nanometer einheitlich war.
Die US-A-4,325,856 offenbart ein Verfahren zur Herstellung stabiler, waßriger, synthetischer Copolymerlatexe, welches umfaßt: (A) Als erstes ein Herstellen eines wäßrigen Ausgangslatex eines lm wesentlichen linearen, hydrophilen Polymers durch Emulsionspolymerisation bei einem pH von etwa 2 bis etwa 6 einer Monomerausgangscharge, welche enthält: (1) einen oder mehrere Vinylester einer nicht-additionspolymerisierbaren Carbonsäure und/oder einen oder mehrere Ester einer additionspolymerisierbaren Carbonsäure und (2) ein relativ hydrophiles, copolymerisierbares Comonomer in einer Menge, die ausreichend ist, das Copolymer des Ausgangslatex genügend hydrophil zu machen, daß er schließlich vorzugsweise gegen die Außenoberfläche der fertigen Copolymerteilchen orientiert ist; und (b) danach Emulsionspolymerisieren in der Gegenwart von etwa 5 bis etw 50 Gewichtsteile auf einer Polymerfeststoffbasis des hydrophilen Ausgangspolymerlatex von Schritt (A) und bei einem pH von etwa 2 bis etwa 6, von etwa 50 bis etwa 95 Gewichtsteile einer zweiten Monomercharge, welche umfaßt: (1) ein aliphatisches konjugiertes Dien und/oder ein additionspolymerisierbares Monovinylidenmonomer, welches aus der Gruppe eines aromatischen Monovinylidenmonomers und von Vinylidenhalogenmonomeren gewählt ist, und (2) von 0 bis etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht einer solchen zweiten Monomercharge, eines monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuremonomers. Geoffenbart sind dispergierte Polymerteilchen mit einem mittleren Durchmesser von etwa 80 bis etwa 500 Nanometer. Beispielhaft angeführt sind fertige Copolymerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 103 bis 188 Nanometer. Ebenso geoffenbart ist die Verwendung der resultierenden zweistufigen Latexe in Beschichtungsformulierungen, wie zum Beispiel Anstrichen oder pigmentierte Papierbeschichtungszusammensetzungen; in Klebstoffzusammensetzungen; und als Imprägniermittel und dergleichen.
Mondt (J.L. Mondt, J. Oil Col. Chem. Assoc., Band 60, Seiten 398-403 (1977)) offenbart waßrige Acrylemulsionen mit Teilchengrößen von weniger als 50 Nanometer; die Emulsionen wurde alle durch Einstufen-Polymerisationstechniken hergestellt und wurden verwendet, um poröse Substrate zu grundieren und zu imprägnieren.
Funke (W. Funke, Proceedings of the International Conference in Organic Coatings Science and Technology (Athens), Seiten 339-350 (1980)) offenbart Mikroemulsionen von ungesättigten Polyestern mit einem Zahlenmittel der Teilchengrößen von 54,3 bis etwa 100 Nanometer. Funke offenbart die Verwendung dieser Einstufen-Emulsionen in organischen Beschichtungen.
Die US-A-4,654,397 offenbart eine vielstufige Emulsionspolymerisation von überwiegenden Mengen an monoolefinisch ungesättigten Monomeren A, deren Homopolymere eine Glasübergangstemperatur von 0ºC bis -72ºC besitzen, mit monoolefinisch ungesättigten Monomeren B, deren Homopolymere eine Glasübergangstemperatur von 80ºC bis 140ºC besitzen, von 0,2 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Monomeren, von monoolefinisch ungesattigten Monomeren C, welche Carboxyl- und/oder Carboxamidgruppen besitzen, und von 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Monomeren, olefinisch ungesättigte Monomere D, welche die Vernetzung bewirken, durch ein bestimmtes Verfahren, so daß die erhaltene wäßrige Polymerdispersion einen Polymergehalt von 40 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Polymerdispersion, aufweist, und einen Gehalt an anionischen Emulgatoren von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Polymer, und, wenn das Polymer D als copolymerisierte Einheiten enthält, wird ein Hydrazid einer aliphatischen Dicarbonsäure der fertig hergestellten Polymerdispersion in einer Menge von 0,5 bis 1 Mol pro Mol Carbonylmonomer zugegeben. Ferner ist die Verwendung dieser vielstufigen Polymerdispersionen als Bindemittel für Beschichtungsmaterialien und im besonderen für Glasuren geoffenbart. Die Glasuren, die unter Verwendung der geoffenbarten Polymerdispersionen hergestellt werden, gestatten ein schnelles Beschichten von Holz, zum Beispiel von Fensterrahmen, welche praktisch unmittelbar nach dem Trocknen gelagert werden können, ohne daß eine Gefahr zum Aneinanderhaften besteht, vorausgesetzt, daß die Beschichtungen auf Raumtemperatur abgekühlt sind. Die Literaturstelle lehrt nicht oder schlägt nicht die Vorzüge eines besonderen Größenbereichs vor.
Muramoto (H. Muramoto et al., Proceedings XIIIth Internationel Conference in Organic Coatings Science Technology; Seiten 237-249 (1987)) offenbart Kern/Hülle-Mikrogele, die mittels Emulsionspolymerisation hergestellt werden. Die Mikrogele sind aus einem vernetzten Polymerkern mit einer Kernteilchengröße von 30 bis 50 Nanometer und einer Hülle aus gepfropften linearen Polymeren zusammengesetzt. Muramoto offenbart auch die Verwendung solcher Mikrogele in Beschichtungssystemen, welche ein organisches Lösungsmittel enthalten, wie z.B. Metallflockengrundschicht/Klarschicht-Systeme. Muramoto offenbart nicht die Verwendung der Kern/Hülle-Teilchen in wäßrigen Behandlungszusammensetzungen.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Behandeln von Substraten zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Behandeln oder Beschichten eines Substrates mit einer wäßrigen Zusammensetzung zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses Verfahren ein Auftragen der Zusammensetzung auf dieses Substrat umfaßt und wobei diese Zusammensetzung eine wäßrige Zusammensetzung ist, die eine wäßrige Dispersion von Copolymerteilchen umfaßt, welche Teilchen mindestens zwei miteinander inkompatible Copolymere umfassen, welche Copolymere mindestens eine äußere Phase und mindestens eine innere Phase bilden, und wobei die Teilchen eine mittlere Teilchengröße von 20-70 Nanometer aufweisen, das Copolymer der äußeren Phase eine Tg von unter 35ºC besitzt und das Copolymer der inneren Phase eine Tg von über 45ºC besitzt.
Vorzugsweise ist das Substrat Holz.
Es wird auch die Verwendung einer solchen Zusammensetzung zum Beschichten oder Behandeln eines Substrates vorgesehen. Das Substrat ist vorzugsweise Holz.
Es wird auch die Verwendung einer solchen Zusammensetzung zum Beschichten oder Behandeln eines Substrates vorgesehen.
In allgemeiner Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Verfahren zum Behandeln oder Beschichten eines Substrates mit einer wäßrigen Zusammensetzung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses Verfahren ein Auftragen der Zusammensetzung auf dieses Substrat umfaßt und wobei diese Zusammensetzung eine wäßrige Zusammensetzung ist, die eine wäßrige Dispersion von Copolymerteilchen umfaßt, welche Teilchen mindestens zwei miteinander inkompaüble Copolymere umfassen, welche Copolymere mindestens eine äußere Phase und mindestens eine innere Phase bilden, und wobei die Teilchen eine mittlere Teilchengröße von 20-70 Nanometer aufweisen.
In einem anderen allgemeinen Aspekt sieht die Erfindung die Verwendung einer wäßrigen Zusammensetzung zum Behandeln oder Beschichten eines Substrates vor, welche Zusammensetzung eme wäßrige Dispersion von Copolymerteilchen umfaßt, welche Teilchen mindestens zwei miteinander inkompatible Copolymere umfassen, wobei diese Copolymere mindestens eine äußere Phase und mindestens eine innere Phase bilden, und wobei diese Teilchen eine mittlere Teilchengröße von 20 bis 70 nm besitzen.
Die waßrige Dispersion wird mittels Emulsionspolymerisaüonstechniken hergestellt. Ethylenisch ungesättigte Monomere können verwendet werden, um die Latexpolymere, die in der Behandlungszusammensetzung dieser Erfindung verwendet werden, herzustellen. Es können zum Beispiel verwendet werden: Acrylestermonomere, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, 1-Butylmethacrylat, 1-Bornylmethacrylat; Styrol, substituierte Styrole, Butadien, Acrylnitril und Vinylacetat. Zusätzlich können verwendet werden: fünktionelle Monomere, wie zum Beispiel Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, N,N-Dimethylarninoethylmethacrylat. Zusätzlich können vernetzende und pfropfende Monomere verwendet werden, wie z.B. 1,4- Butylenglycolmethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Allylmethacrylat, Diallylphthalat und Divinylbenzol.
Die waßrige Dispersion enthält Copolymerteilchen, die aus mindestens zwei miteinander inkompatiblen Copolymeren hergestellt sind. Diese miteinander inkompatiblen Copolymere können in den folgenden morphologischen Konfigurationen vorliegen, zum Beispiel Kern/Hülle, Kern/Hülle-Teilchen mit Hülle-Phasen, welche den Kern unvollständig einkapseln, Kern/Hülle-Teilchen mit einer Vielzahl von Kernen und mit interpenetrierenden Netzwerkteilchen. In allen diesen Fällen wird der Großteil der Oberfläche des Teilchens von mindestens einer äußeren Phase beansprucht, und wird das Innere des Teilchens von mindestens einer inneren Phase beansprucht.
Die gegenseitige Inkompatibilität der beiden Poolymerzusammensetzungen kann auf verschiedenste Arten, die im Stand der Technik bekannt sind, bestimmt werden. Die Anwendung der Abtastelektronennilkroskopie, welche Färbetechniken verwendet, um den Unterschied zwischen dem Aussehen der Phasen zu verstärken, ist zum Beispiel eine solche Technik.
Die Emulsionspolymerisationstechniken, die verwendet werden, um solche Dispersionen herzustellen, sind im Stand der Technik gut bekannt. Sequentielle Emulsionspolymerisationsverfahren, von welchen angenommen wird, daß sie geeignete Kern/Hülle-Teilchen ergeben, werden zum Beispiel in der US-A-4,325,856 und in der US-A-4,654,397 gelehrt. Andere geeignete modifizierte Latexpolymerzusammensetzungen, von welchen angenommen wird, daß sie Teilchen enthalten, die vielfach inkompatible polymere Phasen aufweisen, werden in der US-A-4,814,373 gelehrt.
Die miteinander inkompatiblen Copolymeren werden so gewählt, daß die Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens einer äußeren Phase, wie zum Beispiel eine Hülle-Phase, niedriger ist als die Tg mindestens einer inneren Phase, wie zum Beispiel einer Kern-Phase. Die miteinander inkompatiblen Copolymere werden so gewählt, daß die Glasübergangstemperatur (Tg) mindestens einer äußeren Phase niedriger ist als 35ºC, und daß die mindestens eine innere Phase eine Tg von mindestens 45ºC besitzt. Am meisten bevorzugt ist mindestens eine innere Phase mit einer Tg von mindestens 60ºC.
Das Gewicht der äußeren Phase mit niedrigerer Tg ist, bezogen auf das Gesamtgewicht des Teilchens, welches mindestens zwei miteinander inkompatible Copolymere umfaßt, von etwa 20% bis etwa 95%. Es ist bevorzugt, daß das Gewicht der äußeren Phase von etwa 30% bis etwa 75% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht des Teilchens.
Kettenübertragungsmittel, wie z.B. Mercaptane, Polymercaptane und Halogenverbindungen, sind manchmal im Polymerisationsgemisch zweckmäßig, um das Molekulargewicht des Latexpolymers zu moderieren. In der Regel können von etwa 0% bis etwa 3 Gew.-% Kettenübertragungsmittel verwendet werden, bezogen auf das Gewicht des gesamten Monomergemisches. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts der äußeren Phase ist von etwa 50.000 bis etwa 10 Millionen. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts der inneren Phase ist von etwa 1 Million bis etwa 10 Millionen. Bevorzugt ist ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts der äußeren Phase von etwa 500.000 bis etwa 10 Millionen.
Die Teilchen dieser Erfindung müssen Teilchengrößen im Bereich von 20 bis 70 Nanometer besitzen. Dieser Teilchengrößenbereich ist geringer als für typische Emulsionspolymere, wird jedoch auf einfache Weise erzielt, indem höhere als übliche Pegel an Polymerisationstensid verwendet werden. Es können ein anionisches oder ein nichtionisches Tensid oder Gemische davon verwendet werden. Bevorzugt ist die Verwendung von etwa 2% bis etwa 8% anionisches Tensid, bezogen auf das Gewicht des Gesamtmonomergemisches.
Teilchengrößen über 70 Nanometer ergeben keine Behandlungen, welche das Aussehen der Behandlungen dieser Erfindung besitzen, und zwar insbesondere hinsichtlich Klarheit und Schärfe des Bildes von klaren und matten Porenfüllern und Beschichtungen. Teilchengrößen von kleiner als 20 Nanometer sind mit herkönnnlichen Techniken schwierig herzustellen und weisen eine hohe Viskosität auf, welche eine Anwendung der Behandlung mit einem niedrigeren Feststoffgehalt als gewünscht notwendig machen kann.
Die Teilchengröße der Teilchen dieser Erfindung wird mit einem Brookhaven BI-90- Teilchengrößenmeßgerät gemessen, welches eine Lichtstreutechnik anwendet. Um die Teilchengröße einer Probe von 0,1 bis 0,2 Gramm reiner Dispersion zu messen, wird die wäßrige Dispersion mit destilliertem Wasser auf insgesamt 40 cm³ verdünnt. Ein Teil von 2 cm³ wird in eine Acrylzelle gegeben und dann verschlossen. Dann wird die Teilchengröße in 1.000 Zyklen gemessen. Die Messung wird zwei zusätzliche Male wiederholt, und der Durchschnitt der drei Werte wird als die hier vorliegende Teilchengröße genommen.
Zusätzlich können herkömmliche Beschichtungskomponenten, wie zum Beispiel Pigmente, Färbemittel, Dispergiermittel, Tenside, Koalesziermittel, Benetzungsmittel, Rheologiemodifikatoren, Verdicker, Biozide, schaumhemmende Mittel, Wachse und dergleichen in Verfahren dieser Erfindung verwendet werden. Wenn Pigmente, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, als Mattierungsmittel verwendet werden, wird die optimale mattiernde Wirkung mit einem minimalen Verlust an Klarheit des aufgetragenen Films erzielt, wenn der Brechungsindex der polymeren Komponenten gleich jenem des mattierenden Pigmentes ist.
Die mit dem Verfahren dieser Erfindung behandelten Substrate können zum Beispiel sem: Holz, Glas, Kunststoffe, Metalle, zementartige Oberflächen und dergleichen. Die Substrate können vorher imprägniert, grundiert, versiegelt, gefärbt, beschichtet, gestrichen oder dergleichen sein. Die Behandlung kann mit herkömmlichen Techniken vorgenommen werden, wie zum Beispiel mit einer Bürste, einer Walze, einem Luftspray, einem luftlosen Spray, einem Tauchbeschichter, einem Fließbeschichter, einem Walzenbeschichter, einem Sättigungsbad und dergleichen.
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren zum Behandeln von Substraten, auf welches die Erfindung gerichtet ist, veranschaulichen.

BEISPIEL 1. Herstellung einer wäßrigen Copolymerdispersion

Herstellung der Probe 1: Einem gerührten Reaktor von 5 Gallonen (19 l) mit 6.905,7 g entionisiertes Wasser (DI-Wasser) und 573,3 g einer wäßrigen Lösung eines anionischen Tensids (23% aktiver Bestandteil), welche auf 88ºC erwärmt worden war, wurden 233,1 g Monomeremulsion #1 (ME #1) zugegeben, welche dann mit 108,0 g DI-Wasser in den Reaktor gespült wurde. Eine Lösung von 11,25 g Ammoniumpersulfat in 189,0 g DI-Wasser und eine Lösung von 11,25 g Natriumcarbonat in 140,4 g DI-Wasser wurden zugegeben. Die Temperatur, welche auf 85ºC gefallen war, stieg mit den obigen Zugaben mit der Reaktionsexothermie auf 86ºC an. Zwölf Minuten nach der ersten Zugabe war die Temperatur 84ºC, und die gleichlörmige Zugabe des Restes der ME #1 und einer Lösung von 11,25 g Ammoniumpersulfat in 1.125 g DI-Wasser wurde begonnen. Die Temperatur schwankte zwischen 82º und 86,5ºC in einer Zeitspanne von 88 Minuten, während welcher ME #1 zugegeben wurde. Dreißig Minuten später war die Temperatur 85ºC, und die Zugabe der Monomeremulsion #2 (ME #2) wurde begonnen. Die Temperatur schwankte von 84º bis 86,5ºC während der Zeitspanne von 95 Minuten, während welcher die ME #2 zugegeben wurde. Das fertige Reaktionsgemisch wurde mit wäßrigem 28% Ammoniak auf pH = 7,1 neutralisiert. Der fertige Latex hatte eine Brookfield-Viskosität von 600 mNsm&supmin;² (cps) bei einem Feststoffgehalt von 38,8 Gew.-% und einer Teilchengröße von 68 Nanometer. Die zwei Polymerstufen sind miteinander inkompatibel. Tabelle 1.1 Monomeremulsion # 1 DI-Wasser Anionisches Tensid (23% aktiv) 2-Ethylhexylacrylat Styrol Acrylnitril Methacrylsäure Tabelle 1.2 Monomeremulsion #2 DI-Wasser Anionisches Tensid 2-Ethylhexylacrylat Methylmethacrylat Methacrylsäure

BEISPIEL 2. Herstellung einer wäßrigen Vergleichsdispersion

Herstellung von Vergleich A. Diese Dispersion besitzt die identische Gesamtzusammensetzung wie die Probe 1, außer daß das Verfahren eine einzige Zuführung der vereinigten Monomeremulsion anwendete. Als Ergebnis gibt es nur eine Polymerphase. Die Teilchengröße des Latex wurde mit 49 Nanometer gemessen.

BEISPIEL 3. Herstellung einer wäßrigen Vergleichsdispersion

Herstellung der Vergleichsprobe B. Diesee Dispersion wurde gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 mit anderen Monomeremulsionszusammensetzungen, als unten angegeben, und mit 160 g einer wäßrigen Lösung eines anionischen Tensids (23% aktiv) in der Reaktiorcharge hergestellt.
Der erhaltene Latex hatte einen pH von 7,1, eine Brookfield-Viskosität von 740 mNsm-²(740 Centipoise) und eine Teilchengröße von 90 Nanometer. Die beiden hergestellten Copolymere sind miteinander inkompatibel; dies ist jedoch eine Vergleichsprobe, da die Teilchengröße außerhalb des Bereiches dieser Erfindung liegt. Tabelle 3.1 Monomeremulsion #1 DI-Wasser Anionisches Tensid (23% aktiv) 2-Ethylhexylacrylat Styrol Acrylnitril Methacrylsäure Tabelle 3.2 Monomeremulsion #2 DI-Wasser Anionisches Tensid (23% aktiv) i-Butylmethacrylat Methylmethacrylat Methacrylsäure

BEISPIEL 4. Herstellung einer wäßrigen Vergleichsdispersion

Herstellung einer Vergleichsprobe C. Diese Probe wurde gemäß dem Verfahren hergestellt, welches in der Vergleichsprobe B angewendet wurde, einschließlich der Verwendung der exakt gleichen Monomeremulsionen. Die erhaltene Dispersion hatte einen pH 7,1, eine Brookfield-Viskosität von 640 mNsm&supmin;² (Centipoise) und eine Teilchengröße von 94 Nanometer.

BEISPIEL 5. Herstellung einer wäßrigen Copolymerdispersion.

Herstellung der Probe 2. Einem geruhrten Reaktor von 5 Gallonen (19 l) mit 8.569,7 g entionisiertes Wasser (DI-Wasser) und 531,2 g einer wäßrigen Lösung eines anionischen Tensids (23% aktiver Inhaltsstoff), welche auf 86ºC erhitzt worden war, wurden 216,7 g Monomeremulsion #1 (ME #1) zugegeben und dann mit 43,3 g DI-Wasser in den Reaktor gespült. Eine Lösung von 10,4 g Ammoniumpersulfat in 173,5 g DI-Wasser und eine Lösung von 10,4 g Natriumcarbonat in 130,1 g DI-Wasser wurden zugegeben. Die Temperatur fiel mit den obigen Zugaben auf 82ºC. Dreizehn Minuten nach der ersten Zugabe war die Temperatur 82ºC, und die gleichlörmige Zugabe des Restes der ME #1 und einer Lösung von 10,4 g Ammoniumpersulfat in 1.040,8 g DI-Wasser wurden begonnen. Die Temperatur schwankte von 810 bis 85º C wahrend der Zeitspanne von 78 Minuten, wahrend welcher ME #1 zugegeben wurde. Dreißig Minuten später war die Temperatur 85ºC, und die Zugabe der Monomeremulsion #2 (ME #2) wurde begonnen, und die Zugabe der Ammoniumpersulfatlösung wurde wieder aufgenommen. Die Temperatur schwankte von 83,5º bis 85ºC während der Zeitspanne von 100 Minuten, während welcher ME #2 zugegeben wurde. Das fertige Reaktionsgemisch wurde mit 28% wäßrigem Arninoniak auf pH = 7,25 neutralisiert. Der fertige Latex hatte eine Brookfield- Viskosität von 55 mNsm-² (cps) bei einem Feststoffgehalt von 34,9 Gew.-% und einer Teilchengröße von 63 Nanometer. Die beiden Copolymere waren miteinander inkompatibel. Tabelle 5.1 Monomeremulsion #1
DI-Wasser
Anionisches Tensid (23% aktiv)
2-Ethylhexylacrylat
Styrol
Acrylnitril
Methacrylsäure Tabelle 5.2 Monomeremulsion #2 DI-Wasser Anionisches Tensid (23% aktiv) i-Butylmethacrylat Methylmethacrylat Methacrylsäure

BEISPIEL 6. Herstellung einer wäßrigen Copolymerdispersion

Herstellung der Probe 3. Einem gerührten Reaktor von 3 Liter mit 1.205,7 entionisiertem Wasser (DI-Wasser) und 43,6 g einer wäßrigen Lösung eines anionischen Tensids (aktiver Inhaltstoff 23%), welche auf 85ºC erhitzt worden waren, wurde ein Teil der Monomeremulsion #1 (ME #1) zugegeben. Eine Lösung von 1,04 g Ammoniumpersulfat in 17 g DI-Wasser wurde eine Minute später zugegeben. Zehn Minuten nach der ersten Zugabe war die Temperatur 85ºC, und die gleichlörmige Zugabe des Restes der ME #1 und einer Lösung von 1,04 g Ammoniumpersulfat in 104,1 g DI-Wasser wurde begonnen. Die Temperatur war während der Zeitspanne von 80 Minuten, während welcher die ME #1 zugegeben wurde, bei 85ºC konstant. Eine ME #1-Spülung von 21,6 DI-Wasser wurde dem Kessel zugegeben. Das Rühren wurde 15 Minuten lang gestoppt und dann 20 weitere Minuten wieder aufgenommen. Zu diesem Zeitpunkt war die Temperatur 85ºC; die Zugabe der Monomeremulsion #2 (ME #2) wurde begonnen, und die Zugabe der Ammoniumpersulfatlösung wurde wieder aufgenommen. Die Temperatur wurde während der Zeitspanne von 80 Minuten, während welcher die ME #2 zugegeben wurde, auf 85ºC gehalten. Die ME #2 wurde mit 21,6 g DI-Wasser in den Kessel gespült. Lösungen von 0,85 g tert.Butylhydroperoxid in 4,30 g DI-Wasser, 0,52 g Natriumsulfoxylatformaldehyd in 13 g DI-Wasser, und 3 g einer 0,15% Lösung von Eisen(II)-Sulfatheptahydrat wurden zugegeben. Das fertige Reaktionsgemisch wurde mit wäßrigem 28% Ammoniak auf pH = 7,4 neutralisiert. Der fertige Latex hatte eine Brookfield-Viskosität von 22 mNsm-² (cps) bei einem Feststoffgehalt von 29,8 Gew.-% und einer Teilchengröße von 43 Nanometer. Die beiden hergestellten Copolymere waren miteinander inkompatibel. Tabelle 6.1 Monomeremulsion #1 DI-Wasser Anionisches Tensid (23% aktiv) 2-Ethylhexylacrylat Ethylacrylat Methylmethacrylat Styrol Acrylnitril Methacrylsäure Tabelle 5.2 Monomeremulsion #2 DI-Wasser Anionisches Tensid (23% aktiv) i-Butylmethacrylat Methylmethacrylat Methacrylsäure
Die Beispiele 7, 8 und 9 (Aluminiumbeschichtung) fallen nicht unter den Anspruch 1 des Anspruchssatzes, der mit "ALLE STAATEN AUSSER GRIECHENLAND UND LUXEM- BURG" bezeichnet ist.

BEISPIEL 7. Behandlung von Substraten

Die folgenden Formulierungen enthielten die Probe 1 und den Vergleich A und wurden hergestellt, indem die folgenden Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge unter Rühren zugegeben wurden. Alle angegebenen Mengen sind in Gramm. Tabelle 7.1 Formulierungen für Beispiel 7 Probe Latex Vergleich Schaumhemmer (PATCOTE 519) Butyl-CARBITOL Hexyl-CELLOSOLVE PROPASOL B Wasser
Die Behandlungen wurden mit einer Trockenfilmdichte von etwa 25 µm vorgenommen, indem die Proben 7.1-7.4 auf Glasplatten gegossen wurden. Die Filme wurden konstant bei 72 F (22ºC)/50% relative Feuchte getrocknet. Die Härte wurde in Knoop Härtezahlen (KN) unter Verwendung eines Tukon Härte-Meßgerätes gemessen. Tabelle 7.2 Daten für die Härteentwicklung (KHN vs. Trocknungszeit) Probe Zeit Ende
Ende = 7 Tage Umgebung +2 h bei 60ºC (140ºF)
Die Rate der Härteentwicklung der Filme, die gemäß dem Verfahren dieser Erfindung aufgetragen worden waren (Proben 7.1 und 7.3), war viel höher als jene der Vergleichsdispersion A in den gleichen Formulierungen. Die Rate der Härteentwicklung ist auf die Zeit bezogen, in welcher beschichtete Gegenstände ohne Beschädigung des aufgetragenen Films gehandhabt oder verwendet werden können.

BEISPIEL 8. Klarheit von Hochglanz- und Mattierungsbehandlungen

Die folgenden Formulierungen enthielten die Probe 2 und den Vergleich B und wurden hergestellt, indem die folgenden Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge unter Rühren zugegeben wurden, mit der Ausnahme, daß, wenn Siliziumdioxid verwendet wurde, das Siliziumdioxid in ein Gemisch von Butyl-CARBITOL und PROPASOL B aufgeschlämmt wurde und die Aufschlämmung dem Latex zugegeben wurde. Alle angegebenen Mengen sind in Gramm. Tabelle 8.1 Formulierungen für Beispiel 8 Probe Latex Butyl-CARBITOL PROPASOL B Sillziumdioxid (SYLOID TS-100) Wasser Viskosität (Centipoise) Latex Probe Butyl-CARBITOL PROPASOL B Siliziumdioxid (SYLOID TS-100) Wasser
Filme der Proben 8.1-8.12 wurden auf schwarze Vinyltestpaneele gegossen, und zwar mit einer Trocketifilmdichte von etwa 25 µm, und unter Umgebungsbedingungen eine Woche luftgetrocknet. Der Filmglanz wurde als 60º-Glanz unter Verwendung einer Byk Labotron Gloss-Einheit gemessen. Die Filmklarheit wurde unter Verwendung eines COLORCARD System/OS Instrument (Pacific Scientific) durch Messen einer weißen Trübung (L*-Wert) und einer blauen Trübung (b*-Wert) gemessen. Tabelle 8.2 Filmglanz- und -klarheitsergebnisse für Beispiel 8 Probe 60º-Glanz Wert
Die Behandlungen dieser Erfindung (Proben 8.1-8.4) wiesen eine Filmklarheit auf, die jener von Vergleich B (Proben 8.5-8.8) überlegen war, und zwar angegeben mit L*- (weiße Trübung) und b*-(blaue Trübung)-Werten (kleinere Zahlen, unabhängig vom Vorzeichen, geben eine geringere Trübung an), wenn sie bei gleichen Glanzwerten, insbesondere bei tieferen Glanzwerten, wo die Trübung leichter zu bemerken ist, verglichen wurden. Die überlegene Klarheit matter (geringerer Glanz) Filme dieser Erfindung ist für Beschichtungen mit weniger Glanz auf Kunststoffen ("nasses Aussehen") oder Holz (optimales Aussehen der Holzadern) unbedingt notwendig.

BEISPIEL 9. Herstellung von klaren Holzbeschichtungen

Die folgenden klaren Holzbeschichtungen wurden hergestellt, indem die angegebenen Inhaltsstoffe in der angegebenen Reihenfolge unter Rühren zugegeben wurden. Tabelle 9.1 Herstellung von Beschichtungen für Beispiel 9 Probe Latex Vergleich Schaumhemmer (PATCOTE 519) Butyl-CARBITOL Hexyl-CELLOSOLVE wäßriger Ammoniak (14%) Wasser Viskosität mNsm-² (Centipoise)
Die Proben 9.1 und 9.2 wurden auf Eichenpaneele aufgetragen, welche vorher mit einem kommerziellen Nitrocelluloseschweißgerät verschweißt worden waren. Die Behandlung wurde vorgenommen, indem zwei Topschichten von 0,005-0,006 cm (5-6 mil.) (Dicke der nassen Schicht) unter Verwendung einer Luftsprühpistole aufgetragen wurden. Nach etwa 1 Woche in trockener Luft unter Umgebungsbedingungen wurden der 60º-Glanz und die Bildschärfe (DOI) gemessen. Der 60º-Glanz wurde bestimmt, wie in Beispiel 7 beschrieben, und die DOI wurde mit einer DOI-Testbox (Glow Box Model GB 11-8; Intrument für Research & Industry, Cheltenham, Pa) auf einer Skala von 100 (perfekt reflektierte Bildschärfe) bis 10 (äußerst schlecht reflektierte Bildschärfe) bestimmt. Tabelle 9.2 Ergebnisse der Messungen mit Beispiel 9 Probe 60º-Glanz
Der höhere Glanz und DOI, die bei der Behandlung dieser Erfindung gefünden wurden (Probe 9.1), relativ zur Vergleichsbehandlung, werden beobachtet, um ein beschichtetes Holz mit einem überlegenen Aussehen herzustellen.

BEISPIEL 9. Aluminiumbeschichtung

Die Proben 7.1 und 7.3 wurden auf weichen, unbehandelten Aluminiumpaneelen abgezogen und eine Woche lang luftgetrocknet, wobei eine Trockenfilmdichte von 0,0025 cm (1 mil.) erhalten wurde. Der jeweilige 60º-Glanz wurde gemessen, wobei ein Wert von 128-129 erhalten wurde. Jeder der Filme sah glänzend aus und wies eine ausgezeichnete Klarheit auf
Die folgenden Handelsmarken können registriert sein:
PATCOTE (ein Schaumhemmer von C.J. Patterson Co)
CARBITOL (ein Koalesziermittel von Union Carbide Co)
CELLOSOLVE (ein Koalesziermittel von Union Carbide Co)
PROPASOL (ein Koalesziermittel von Union Carbide Co)
SYLOID (ein Siliziumdioxidpigment von W.R. Grace & Co)

Claims

1. Verfahren zum Behandeln oder Beschichten von Holz mit einer wäßrigen Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren ein Auftragen der Zusammensetzung auf dieses Holz umfaßt und wobei diese Zusammensetzung eine wäßrige Zusammensetzung ist, die eine wäßrige Dispersion von Copolymerteilchen umfaßt, welche Teilchen mindestens zwei miteinander inkompatible Copolymere umfassen, welche Copolymere mindestens eine äußere Phase und mindestens eine innere Phase bilden, und wobei die Teilchen eine mittlere Teilchengröße von 20-70 Nanometer aufweisen, das Copolymer der äußeren Phase eine Tg von unter 35ºC besitzt und das Copolymer der inneren Phase eine Tg von über 45ºC besitzt.

2. Verfahren, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei das Copolymer der inneren Phase eine Tg von über 60ºC besitzt.

3. Verfahren, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei das Gewicht des Copolymers der äußeren Phase 20% bis 95% des Gesamtgewichtes des Teilchens ausmacht.

4. Verfahren, wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei das Gewicht des Copolymers der äußeren Phase 30% bis 75% des Gesamtgewichtes des Teilchens ausmacht.

5. Verwendung einer wäßrigen Zusammensetzung, welche eine wäßrige Dispersion von Copolymerteilchen, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, umfaßt, zum Behandeln eines Substrates aus Holz.