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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein dispergiertes Polymer gerichtet,
das durch ein zweifach stabilisiertes Mikroteilchen gekennzeichnet
ist. Insbesondere umfasst ein derartiges dispergiertes Polymer zwei
Arten sterischer Stabilisatoren, die an den makromolekularen Kern
oder das makromolekulare Mikroteilchen angelagert sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Dispergierte
Polymere, einschließlich
sowohl nichtwässrige
Dispersions-(NWD-)Polymere als auch Mikrogele haben sich als Rheologiereguliermittel
und als Schlagzähigkeitsverbesserer
bei Beschichtungszusammensetzungen bewährt. Derartige dispergierte
Polymere werden als sterisch stabilisierte Mikroteilchen bezeichnet.
Sie umfassen ein Mikroteilchen oder eine Kernkomponente und, an
diese Kernkomponente angelagert, eine polymere Stabilisatorkomponente,
die die Kernkomponente in dem Dispergiermedium sterisch stabilisiert.
Das Mikroteilchen oder die Kernkomponente ist ein makromolekulares
Polymer, das in dem Dispergiermedium entweder aufgrund von Unverträglichkeit
oder durch wesentliches Vernetzen, wie bei Mikrogelen, nicht löslich ist.
Die sterisch stabilisierten Mikroteilchen werden herkömmlicherweise
durch Radikaladditionspolymerisation von monoethylenisch ungesättigten
Monomeren, die den Kern darstellen, in Gegenwart der stabilisierenden
Polymerkomponente und eines Kohlenwasserstoffdispergiermediums hergestellt.
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Typischerweise
ist die Stabilisatorkomponente eine von zwei Arten: (1) ein lineares
Polymer, das eine einzige oder mehrere polymerisierbare funktionelle
Gruppe der Polymerkette entlang aufweisen kann oder (2), ein Pfropf-
oder Blockpolymer, das aus zwei Segmenten besteht, von denen eines
in dem Dispergiermedium löslich
und das andere unlöslich
ist. Beispielsweise lehrt die an Antonelli et al. vergebene US-Patentschrift
Nr. 4591533 Stabilisatoren der ersten Art, die lineare Acrylpolymere
sind, die durch Radikaladditionspolymerisation monoethylenisch ungesättigter
Monomere hergestellt werden. Die so gebildeten Stabilisatoren weisen
mehrere weitere polymerisierbare ungesättigte Vinylgruppen auf, die
willkürlich
der Polymerkette entlang verteilt sind. Die an Spinelli et al. vergebene
US-Patentschrift 4746714 offenbart andere stabilisierende Polymere der
ersten Art, die ebenfalls lineare Acrylpolymere sind, die jedoch
durch etwas, das als Gruppenübertragungspolymerisationsverfahren
bezeichnet wird, derart hergestellt werden, dass die stabilisierenden
Polymere eine einzige funktionelle Endgruppe zum Anlagern an ein
Mikroteilchen aufweisen. Schließlich
offenbart die an Antonelli et al. vergebene US-Patentschrift Nr.
5010140 noch andere stabilisierende Polymere der ersten Art, die
jedoch unter Anwendung eines katalytischen Kettenübertragungsmittels,
das Kobalt enthält,
hergestellt werden. Letztere stabilisierende Polymere weisen ebenfalls eine
endständige
Vinylungesättigtheit
auf.
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Beispiele
der zweiten Art von stabilisierenden Polymeren, die zum sterischen
Stabilisieren und Dispergieren von Mikroteilchen verwendet werden, sind
in zahlreichen Patenten einschließlich der an Makhlouf et al.
vergebenen US-Patentschrift Nr. 4147688 und der an Backhouse vergebenen
US-Patentschrift
Nr. 4220679 offenbart. Derartige stabilisierende Polymere umfassen
ein unlösliches
oder Ankersegment, typischerweise ein Acrylpolymer, an das ein lösliches
Segment gepfropft oder angelagert ist. Typischerweise ist das Dispergiermedium
ein Kohlenwasserstofflösungsmittel,
so dass das lösliche zweite
Segment ein Molekül
oder Polymer niedriger Polarität
ist. Einige häufig
vorkommende Beispiele derartiger löslicher Segmente umfassen Poly(12-hydroxystearinsäure), Poly(2-ethylhexylmethacrylat), Poly(laurylmethacrylat)
und Poly(stearylmethacrylat).
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Die
US-Patentschrift Nr. 5025060 und die veröffentlichte Europäische Anmeldung
EP 422647 offenbaren dispergierte
Teilchen, die eine Kombination von zwei verschiedenen Makromonomerstabilisatoren
A und B aufweisen. Jedoch besitzt keines der Monomere nur einen
Endpunkt zum Anlagern an das des Mikroteilchen oder den Kern, sondern
stattdessen haben sie eine Verteilung polymerisierbarer ungesättigter
Doppelbindungen für
das Anlagern.
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Die
Art oder Zusammensetzung von zum Stabilisieren eines Mikroteilchens
verwendetem Polymer bestimmt die Dispergierbarkeit und Verträglichkeit
des dabei gebildeten nichtwässrigen
Dispersions-(NWD-)Polymers
oder Mikrogels. Stabilisatoren der ersten oben angegebenen Art sind
im Allgemeinen für
das Bereitstellen von nichtwässrigen
Dispersions-(NWD-)Polymeren gut geeignet, die in einem nichtausgeflockten
Zustand in vorwiegend aus Acryl bestehenden Beschichtungszusammensetzungen verträglich und
gut dispergiert sind. Jedoch kann dies bei der Verwendung einer
großen
Menge derartiger Dispersionspolymere zum Erreichen der erwünschten
Rheologieregulierung führen.
Andererseits sind Stabilisatoren der zweiten oben erwähnten Art
im Allgemeinen für
das Bereitstellen von nichtwässrigen Dispersionen
oder Mikrogelen gut geeignet, die sich in relativ ausgeflockten
Zustand in Acrylbeschichtungszusammensetzungen befinden. Es ist
im Stand der Technik bekannt, dass derartige ausgeflockte Dispersionen
gute Scherverdünnungscharakteristiken
bieten können,
die zu einer guten Durchhängresistenz
und/oder Metallflockenregulierung in Beschichtungen führen. Das
Ausmaß der
Ausflockung und daher des Verdünnens
unter Scherbeanspruchung hängt
vom Grad der Unverträglichkeit
des Stabilisators mit den Harzen ab, die das Beschichtungsbindemittel
umfassen. Aus diesem Grund ist ein hoher Grad an Verdünnen unter
Scherbeanspruchung bei niedrigen Niveaus von stabilisierten Mikroteilchen durch
die Verwendung von Stabilisatoren der zweiten Art möglich, wobei
das lösliche
Segment des Stabilisators mit den Beschichtungsbindemittelharzen äußerst unverträglich ist.
Jedoch erfolgt das Erreichen einer guten Durchhängresistenz oder Metallflockenregulierung
im Allgemeinen auf Kosten des Nivellierens und es kann eine Deckschicht
mit unakzeptablem Glanz und Klarheit des Bilds (KDB) entstehen. Das
Ausgleichen der Rheologieregulierung und des Nivellierens ist im
Allgemeinen schwierig. Auch kann die Unverträglichkeit des Stabilisators
mit den Bindemittelharzen zu einem „Ausstoßen" der stabilisierten Mikroteilchen und
der Bildung von Keimen führen. Das
ist in stark polaren Bindemittelsystemen besonders deutlich zu sehen.
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Es
wäre daher äußerst wünschenswert,
ein verbessertes stabilisiertes Mikroteilchen zu erhalten, das so
zugeschnitten werden kann, dass die erwünschte Rheologieregulierung
ohne Opfern des Glanzes oder der Deutlichkeit des Bilds erreicht
wird und das nicht zum Ausstoßen
neigt, wenn es in der Beschichtungszusammensetzung verwendet wird.
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Einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß wird ein stabilisiertes Mikroteilchen
oder ein stabilisierter Kern in einer organischen Flüssigkeit bereitgestellt,
umfassend ein Mikroteilchen, an das Folgendes angelagert ist:
- (a) ein erstes stabilisierendes Polymer, das
ein im Wesentlichen lineares Acrylpolymer ist, das ausschließlich an
einem endständigen
Ende desselben an das Mikroteilchen angelagert ist; und
- (b) ein zweites stabilisierendes Polymer, das ein Pfropfpolymer
ist, das eine Acrylpolymerrückgratkette,
die in der organischen Flüssigkeit
nicht löslich
ist, welche Rückgratkette
in einer willkürlich verteilten
Anzahl und Position von Stellen an das Mikroteilchen angelagert
ist, und eine Mehrzahl von Seitenketten umfasst, die von der Rückgratkette
abzweigen, welche Seitenketten in der organischen Flüssigkeit
löslich
sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft sterisch stabilisierte Mikroteilchen,
die eine zweifache Stabilisierung aufweisen. Insbesondere ist die
Stabilisatorkomponente eine Mischung von zwei Arten von Stabilisatoren.
Der erste Stabilisator ist ein Acrylmakromonomer, das an das Mikroteilchen
am endständigen
Ende desselben angelagert ist und bevorzugt eine zahlendurchschnittliche
Molmasse von 1.000 bis 25.000 aufweist. Das erste stabilisierende
Polymer kann auch vernetzbare reaktive funktionelle Gruppen, insbesondere
Gruppen aufweisen, die unter Epoxy, Amin, Hydroxyl, Säureanhydrid,
Silan oder Amid ausgewählt
werden. Die zweite Art Stabilisator ist ein Pfropf- oder Kammmonomer,
das lösliche
Seitenketten umfasst. Bei einer Zusammensetzung, bei der zweifach
stabilisierte Mikroteilchen der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, ist es möglich,
den erwünschten
Grad und das Gleichgewicht von Scherverdünnungseigenschaften durch Ändern der
Mengen jeder der beiden Arten von Stabilisatoren, die mit den Mikroteilchen
assoziiert sind, zu erhalten.
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Bei
den stabilisierten Mikroteilchen dieser Erfindung kann das erste
stabilisierende Polymer, die Rückgratkette
des zweiten sterischen Stabilisators oder die Seitenkette des zweiten
sterischen Stabilisators unabhängig
Monomere umfassen ausgewählt aus
der Gruppe von Butylmethacrylat oder -acrylat, Isobutylmethacrylat
oder -acrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat oder -acrylat, Hydroxyethylmethacrylat
oder -acrylat, Glycidylmethacrylat oder -acrylat, Styrol, Methacrylsäure, Acrylsäure, Itaconsäure oder
-anhydrid, Maleinsäure
oder -anhydrid oder ein funktionelles Isocyanat-, Silan- oder Aminmonomer.
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Einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine
Zusammensetzung bereitgestellt für
das Bereitstellen einer mehrschichtigen Schutz- und/oder Dekorativbeschichtung
auf der Oberfläche
eines Substrats, die Folgendes umfasst:
- (A)
ein filmbildendes Lösungspolymer;
- (B) ein flüchtiges
organisches flüssiges
Verdünnungsmittel,
in dem das Lösungspolymer
gelöst ist;
- (C) stabilisierte Mikroteilchen wie oben definiert; und
- (D) ein Vernetzungsmittel.
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Bevorzugt
enthält
die Zusammensetzung ein Pigment und/oder eine metallische oder perlglänzende Flocke.
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Das
filmbildende Lösungspolymer
kann ein Polymer oder Copolymer sein, umfassend einen oder mehrere
Alkylester von Acrylsäure
oder Methacrylsäure
und substituiertes oder unsubstituiertes Styrol.
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Das
filmbildende Lösungspolymer
kann auch unter Polyester-, Polyesterpolyol-, Urethan-, Vinyl-, Epoxid-,
Silan- und Polyesterurethanpolymeren ausgewählt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
enthalten die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ein
oder mehrere Rheologiereguliermittel ausgewählt unter Siliciumdioxid, einem
Mikrogel und rheologischem nichtwässrigem dispergiertem Polymer.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf verbesserte Mikrogele oder NWD-Polymere
gerichtet, die durch zweifaches Stabilisieren gekennzeichnet sind.
Diese dispergierten Polymere umfassen einen makromolekularen Kern,
der auch als Mikroteilchen bezeichnet wird, der durch mindestens
zwei Arten sterischer Stabilisatoren sterisch stabilisiert ist.
Diese Stabilisatoren umgeben den Kern und sind kovalent daran gebunden.
Mindestens ein Teil des Stabilisators ist löslich und so in dem Medium
streckbar. Der zentrale Kern ist andererseits im Allgemeinen in
dem Medium aufgrund von Unverträglichkeit
und/oder Vernetzen unlöslich.
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Bezüglich der
Mikroteilchen- oder Kernkomponente ist ihre Zubereitung in der oben
zitierten US-Patentschrift
Nr. 4746714 beschrieben, die hier als Referenz eingefügt wird.
Veranschaulichende Monomere, die zum Herstellen des Kerns verwendet werden
können,
sind in Spalte 3, Zeile 55 bis Spalte 4, Zeile 25 spezifisch erwähnt. Außerdem können isocyanat-,
silan- und aminfunktionelle Monomere ebenfalls verwendet werden.
Bevorzugte Monomere sind Methylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat oder
-acrylat, Methacrylsäure,
Methylacrylat, Styrol- und Glycidylmethacrylat und Acrylnitril.
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Zum
Stabilisieren des Mikroteilchens kann eine erste Art von Stabilisatorpolymer,
ein im Wesentlichen lineares Acrylmacromonomer, wie in der US-Patentschrift
Nr. 4746714 oder US-Patentschrift Nr. 5010140 beschrieben, hergestellt
werden, die ebenfalls hier als Referenz eingefügt werden. Diese Stabilisatorpolymere
sind im Wesentlichen oder im Prinzip lineare Polymere, wobei jedes
nur eine polymerisierbare funktionelle Endgruppe oder Vinylungesättigtheit
aufweist, die an den Kern angelagert sein kann.
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Die
zum Herstellen der linearen Stabilisatorkomponente der vorliegenden
Erfindung gemäß verwendeten
Monomere können
irgendeines der herkömmlichen
polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomere sein. Bevorzugte
Monomere sind Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat,
Hydroxyethylmethacrylat, Methylmethacrylat, Glycidylmethacrylat,
Itaconsäure
oder -anydrid, Maleinsäure
oder -anhydrid, Styrol, Isocyanatethylmethacrylat, Methylacrylsäure, Acrylsäure, Silane,
Isocyanate und Amine. Die Mengen und Verhältnisse verschiedener Monomereinheiten
in dem endgültigen
Polymer sind eine Sache der Wahl, wie es denjenigen Fachleuten,
die mit diesem Stand der Technik vertraut sind, klar sein wird.
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Diese
linearen Stabilisatoren können
durch ein Gruppenübertragungsmittel,
wie in der US-Patentschrift
4746714, oder durch ein katalytisches Kobaltkettenübertagungsmittel,
wie beispielsweise in der US-Patentschrift 5010140 verwendet, hergestellt werden.
Kobaltchelate werden bevorzugt, insbesondere diejenigen, die in
der an Janowicz und Melby vergebenen US-Patentschrift 4680352 und
der an Janowicz vergebenen US-Patentschrift 4722984 beschrieben
sind. Am bevorzugtesten sind Pentacyancobaltat(II), Diaquabis(bordifluordiphenylglyoximat)cobaltat(II)
oder Diaquabis(bordifluordimethylglyoximat)cobaltat(II).
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Eine
bevorzugte allgemeine Methode zum Herstellen eines linearen Polymerstabilisators
umfasst zuerst das Mischen der Stabilisatormonomere in einer organischen
Flüssigkeit.
Die Mischung wird erhitzt, zur Einfachheit der Regulierung bevorzugt
auf Rückflusstemperatur,
und das katalytische Kettenübertragungsmittel
der Wahl, zusätzliche(s)
Monomer(e) und Lösungsmittel
und die gewöhnliche
Menge von herkömmlichem
Polymerisationsinitiator wie Azo- oder Peroxidinitiatoren werden
hinzugegeben. Die Reaktion wird mit Zusätzen von Monomeren und Initiator,
wie erforderlich, durchgeführt,
bis die erwünschte
Stabilisatorkomponente erhalten wird (die normalerweise eine Mw von 5000–12000 aufweist).
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Eine
zweite Art Polymer, die zum Stabilisieren des Mikroteilchens verwendet
wird, ist ein Pfropf- oder
Kammpolymer umfassend eine Acrylrückgratkette mit Seitenketten
umfassend eine oder mehrere Einheiten einer relativ nichtpolaren
Verbindung, wie beispielsweise 12-Hydroxystearinsäure, Laurylmethacrylat,
Stearylmethacrylat oder 2-Ethylhexylmethylacrylat. Dieser Pfropfpolymerstabilisator
kann, im Gegensatz zum ersten Stabilisator, an den Kern durch mehrere
funktionelle Gruppen angelagert sein, die der Rückgratkette des Pfropfpolymers
entlang positioniert sind. Die Seitenketten sind im Allgemeinen
löslich
und die Rückgratkette,
die eine andere Polarität
als die Seitenketten aufweist, ist im Allgemeinen in dem Dispergiermedium
unlöslich.
Die Rückgratkette
ist durch kovalente Bindung an den Polymermikroteilchen verankert.
Ein geeignetes Beispiel einer derartigen Pfropfkomponente weist
eine Rückgratkette
auf, die eine Acrylpolymerkette ist, die hauptsächlich von Methylmethacrylat
deriviert ist, und weist Seitenketten auf, die Reste von Poly(12-hydroxystearinsäure) sind
und die ohne Weiteres durch ein aliphatisches Kohlenwasserstoffmedium
gelöst
werden können.
Ein derartiges Copolymer kann durch Reagieren zuerst von Poly(12-hydroxystearinsäure) mit
Glycidylacrylat oder Glycidylmethacrylat, wobei die endständige -COOH-Gruppe
in der polymeren Säure
zu einem Esterderivat umgewandelt wird, das eine polymerisierbare
ungesättigte Gruppe
enthält,
und daraufhin Copolymerisieren dieses Derivats mit Methylmethacrylat
und Glycidylmethacrylat zusammen mit wahlweisen geringen Anteilen
anderer copolymerisierbarer Monomere hergestellt werden. Das Glycidylmethacrylat
wird dann mit Acryl- oder Methacrylsäure coreagiert, um eine Vinylungesättigtheit
in die Pfropfcopolymer-Rückgratkette einzuführen. Diese
Stellen dienen zum kovalenten Verankern des Stabilisators an dem
Kern.
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Als
Alternative kann die Seitenkette von einem Makromonomer deriviert
sein, das im Wesentlichen ein lineares Copolymer mit einer endständigen Vinylungesättigtheit
ist. Ein derartiges Makromonomer kann unter Anwendung eines Gruppenübertragungsverfahrens
oder eines speziellen Cobaltkettenübertragungsverfahrens, wie
unten beispielhaft angegeben, hergestellt werden. Das zum Bilden
der Seitenkette in dem Pfropfpolymerstabilisator verwendete Makromonomer
kann das Polymerisationsprodukt von Monomeren sein, die aus der
gleichen Gruppe von Monomeren ausgewählt werden, die bezüglich des
ersten linearen Stabilisatorpolymers erwähnt worden sind. Wie oben erwähnt, sollte
das Makromonomer im Allgemeinen in dem Dispergiermedium löslich sein.
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Die
stabilisierten Mikroteilchen können
auf eine Reihe verschiedener Arten und Weisen hergestellt werden.
Bevorzugt werden sie durch ein Verfahren zum Dispersionspolymerisieren
von Monomeren in einer organischen Flüssigkeit, in der das dabei
gebildete Polymer unlöslich
ist, in Gegenwart der sterischen Stabilisatoren für die Teilchen
hergestellt. Typischerweise wird eine organische Flüssigkeit,
die ein Lösungsmittel
für die
Stabilisatorkomponente, jedoch ein Nichtlösungsmittel für die Kernkomponente
ist, der vorher erhaltenen Stabilisatorlösung hinzugegeben. „Lösungsmittel" und „Nichtlösungsmittel" werden im herkömmlichen
Sinne verwendet, wie es den Fachleuten, die mit dem Stand der Polymertechnik vertraut
sind, klar sein wird. Veranschaulichend für organische Flüssigkeiten,
die verwendet werden können,
sind aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise
Heptan und VM&P-Naphtha.
Mischungen von Flüssigkeiten
können
ebenfalls verwendet werden. Das Verhältnis von Stabilisator/Flüssigkeit
ist von geringerer Wichtigkeit, liegt jedoch gewöhnlich im Bereich von 1/2 bis
1/4 (auf das Gewicht bezogen). Die dabei gebildete Mischung wird
wiederum erhitzt und die Kernmonomere, bevorzugt zusätzliche
Stabilisatoren und ein herkömmlicher
Initiator wie beispielsweise einer der oben erwähnten, werden in der gewöhnlichen
Menge hinzugegeben. Die Polymerisation wird mit Zusätzen von
Flüssigkeit
und Initiator, wie erforderlich, fortgesetzt, bis sie abgeschlossen
ist, wie durch periodische Probenahme und Analyse bestimmt wird.
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Geeignete
Dispersionspolymerisationsverfahren sind allgemein bekannt und in
der Literatur umfassend beschrieben. So ist die Verfahrensweise bezüglich der
Dispersionspolymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren wie Acryl-
oder Methacrylsäureestern,
Vinylestern, Styrol und dergleichen im Prinzip eine des Polymerisierens
der Monomere in einer inerten Flüssigkeit,
in der die Monomere löslich
sind, das dabei gebildete Polymer jedoch nicht löslich ist, in Gegenwart einer
Flüssigkeit
eines amphipathischen Stabilisierungsmittels und darin gelöst. Der
ausgebildete Fachmann kann beispielsweise „Dispersion Polymerisation
in Organic Media (Dispersionspolymerisation in organischen Medien)", Verfasser K.E.J.
Barret (John Wiley and Sons, 1975) konsultieren. Geeignete ethylenisch
ungesättigte Monomere
umfassen Methylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethylacrylat,
Ethylacrylat, Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Vinylacetat,
Vinylpropionat, Styrol und Vinyltoluol und dergleichen. Die Herstellung
spezifisch von Dispersionen vernetzter Additionspolymerteilchen
kann durch Einarbeiten in die ausgewählten Monomere von Paaren von
Monomeren erreicht werden, die (zusätzlich zu den polymerisierbaren
ungesättigten
Gruppen) Gruppen enthalten, die in der Lage sind, eine chemische
Reaktion miteinander einzugehen; beispielsweise die Epoxid- und
Carboxylgruppen, die in Glycidylmethacrylat und Methacrylsäure enthalten
sind. Durch die folgenden Vorgehensweisen, die spezifisch beispielsweise
in den britischen Patentschriften Nr. 1095288 und 1156012 beschrieben
sind, werden Teilchen erhalten, in denen derartige ergänzende Gruppen
vorliegen, die zwar zu diesem Zeitpunkt nicht coreagiert sind, aber
zum Coreagieren gebracht werden können und so durch darauffolgendes
Erhitzen der Dispersion eine geeignete erhöhte Temperatur zum Vernetzen
gebracht werden können.
Vernetzte Additionspolymere können
auch in einer Dispersion durch Einarbeiten, in die Monomere, die
die Dispersionspolymerisation durchmachen, eines geringen Anteils
eines Monomers, das bezüglich
der Polymerisationsreaktion difunktionell ist, wie beispielsweise
Ethylglycoldimethacrylat oder Divinylbenzol, hergestellt werden.
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Im
Allgemeinen werden die gesamten polymeren und oligomeren Komponenten
einer Beschichtungszusammensetzung herkömmlicherweise als „Bindemittel" oder „Bindemittelfeststoffe" bezeichnet und sind
in einem organischen Lösungsmittel oder
flüssigen
Träger
gelöst,
emulgiert oder auf andere Weise dispergiert. Die Bindemittelfeststoffe
enthalten im Allgemeinen alle die normalen festen polymeren Komponenten
der Zusammensetzung. Im Allgemeinen werden Katalysatoren, Pigmente
oder chemische Zusatzmittel wie Stabilisatoren nicht als Teil der
Bindemittelfeststoffe betrachtet. Feststoffe, die keine Bindemittel
sind, bei denen es sich nicht um Pigmente handelt, machen gewöhnlich nicht
mehr als ca. 10 Gewichts-% der Zusammensetzung aus. Die Beschichtungszusammensetzung
der vorliegenden Erfindung enthält
geeigneterweise ca. 10–90
Gewichts-%, noch typischer 40–80
Gewichts-% des Bindemittels und ca. 10–90 Gewichts-%, noch typischer 20–60 Gewichts-%
eines organischen Lösungsmittelträgers.
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Die
stabilisierten Mikroteilchen der vorliegenden Erfindung, die wie
oben beschrieben hergestellt werden, weisen einen Teilchengrößenbereich
im Durchschnitt von ca. 0,1 bis 10 Mikron auf. Sie können einer
Lösung
oder Dispersion filmbildender Polymere oder Harze zugegeben werden.
Der Gewichtsprozentsatz linearer Stabilisatoren im Vergleich mit Pfropfstabilisatoren
kann von 1 bis 99 variieren. Die Gesamtzusammensetzung kann geeigneterweise ca.
1 bis 70 Gewichtsprozent, bevorzugt 5 bis 40 Gewichtsprozent der
vorliegenden stabilisierten Mikroteilchen, bezogen auf die Bindemittelfeststoffe,
enthalten. Geeignete filmbildende Thermoplast- und/oder Duroplastpolymere
umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Acryl-, Silan-, Aminoplast-, Urethan-,
Polyester-, Polyol-, Säureanhydrid-
oder epoxidhaltige Harze, Interpolymere oder Pfropfpolymere und
Mischungen derselben. Typischerweise werden ein Haupt- oder eine
Kombination von Hauptfilmbildnern zusammen mit einem Vernetzungsmittel, wie
beispielsweise Melamin, Isocyanat, geblocktem Isocyanat, Silan oder
Epoxy verwendet. Jedoch ist zu bemerken, dass die hier beanspruchten
stabilisierten Mikroteilchen bei einer Reihe verschiedener Beschichtungszusammensetzungen
und chemischen Verbindungen verwendet werden können und nicht auf die Verwendung
bei irgendeiner spezifischen Art von filmbildendem Polymer und Vernetzungsmittel beschränkt sind.
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Typischerweise
werden die zweifach stabilisierten Mikroteilchen der vorliegenden
Erfindung in Kombination mit mindestens einem Hauptfilmbildner-Lösungspolymer
verwendet. Dieses Lösungspolymer
besitzt eine gewichtsdurchschnittliche Molmasse von 1500 bis 50.000,
bevorzugt 2500 bis 20.000. Alle hier offenbarten Molmassen werden
durch Gelpermeationschromatographie unter Anwendung eines Polystyrolstandards
bestimmt.
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Ein
Lösungsmittel
wird ebenfalls typischerweise in der vorliegenden Zusammensetzung,
bevorzugt in sehr geringen Mengen, zum Erleichtern der Rezepturbildung
und Anwendung der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung verwendet. Es wird ein organisches Lösungsmittel verwendet, das
mit den Komponenten der Zusammensetzung verträglich ist. Die Mengen an filmbildenden
Polymeren, Aushärtungsmittel
und Katalysator werden natürlich
stark variieren, je nach zahlreichen Faktoren, einschließlich der
spezifischen Komponenten der Zusammensetzung und der beabsichtigten
Anwendung der Zusammensetzung.
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Außerdem kann
eine Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung gemäß eine Reihe
verschiedener anderer wahlweiser Bestandteile enthalten, einschließlich Pigmente,
Aluminiumflocken, perlglänzender
Flocken, Füllstoffe,
Weichmacher, Antioxidantien, Tenside und Verlaufmittel.
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Um
die Wetterfestigkeit einer durch die vorliegende Beschichtungszusammensetzung
gebildeten Deckschicht zu verbessern, kann ein Ultraviolettlicht-Stabilisator
oder eine Kombination von Ultraviolettlicht-Stabilisatoren in Mengen
von ca. 0,1–10
Gewichts-%, auf das Gewicht des Bindemittels bezogen, zugegeben
werden. Derartige Stabilisatoren umfassen Ultraviolettlicht-Absorptionsmittel,
Abschirmmittel, Quenchmittel und spezifisch gehinderte Aminlichtstabilisatoren.
Auch kann ein Antioxidationsmittel in einer Menge von ca. 0,1–5 Gewichts-%, auf
das Gewicht des Bindemittels bezogen, zugegeben werden.
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Typische
Ultraviolettlicht-Stabilisatoren, die nützlich sind, umfassen Benzophenone,
Triazole, Triazine, Benzoate, gehinderte Amine und Mischungen derselben.
Spezifische Beispiele von Ultraviolettlicht-Stabilisatoren sind
in der US-Patentschrift 4591533 offenbart, die hier als Referenz
eingefügt wird.
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Die
Zusammensetzung kann auch herkömmliche
Rezepturzusatzmittel wie beispielsweise Verlaufmittel, beispielsweise
Resiflow® S
(Polybutylacrylat), BYK 320 und 325 (Polyacrylate hoher Molmasse);
Rheologiereguliermittel wie pyrogenes Siliciumdioxid, Mikrogele
und nichtwässrige
Dispersionspolymere; Wasserfänger
wie Tetrasilicat, Trimethylorthoformiat, Triethylorthoformiat und
dergleichen enthalten.
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Wenn
eine Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung gemäß als Klarschicht
(Deckschicht) über
einer pigmentierten Farbschicht (Grundschicht) zum Bereitstellen
einer Farbschicht/Klarschicht-Überzugslackschicht
verwendet wird, so können
geringe Mengen Pigment der Klarschicht hinzugegeben werden, um spezifische
Farb- oder Ästhetikeffekte
wie Tönen
zu bieten.
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Die
vorliegende Erfindung kann pigmentiert und als Farbschicht, Einzelschicht,
Grundierschicht oder Grundieroberflächenschicht verwendet werden. Die
Zusammensetzung weist eine ausgezeichnete Haftung an einer Reihe
verschiedener metallischer oder nichtmetallischer Substrate wie
beispielsweise vorher lackierten Substraten, kaltgewalztem Stahl, phosphatiertem
Stahl und Stahl, der durch elektrophoretisches Abscheiden mit herkömmlichen
Grundiermitteln beschichtet worden ist. Die vorliegende Zusammensetzung
kann zum Beschichten von biegesteifen und flexiblen Kunststoffsubstraten,
wie durch Polyester verstärktem
Glasfasermaterial, durch Reaktionsinjektion geformten Urethanen
und teilweise kristallinen Polyamiden verwendet werden.
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Wenn
die vorliegende Beschichtungszusammensetzung als Grundschicht verwendet
wird, umfassen typische Pigmente, die der Zusammensetzung zugegeben
werden können,
folgende: metallische Oxide wie Titandioxid, Zinkoxid, Eisenoxide
verschiedener Farben, Ruß,
Füllstoffpigmente
wie Talk, Kaolin, Baryt, Carbonate, Silicate und eine umfangreiche
Reihe verschiedener organischer farbiger Pigmente wie beispielsweise
Chinacridone, Kupferphthalocyanine, Perylene, Azopiginente, Indanthronblaufarbstoffe,
Carbazole wie Carbazolviolett, Isoindolinone, Isoindolone, Thioindigorotfarbstoffe,
Benzimidazolinone, metallische Flockenpigmente wie Aluminiumflocke
und dergleichen.
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Die
Pigmente können
in die Beschichtungszusammensetzung eingearbeitet werden, indem
zuerst ein Mahlgut oder eine Pigmentdispersion mit irgendeinem der
oben erwähnten
Polymere, die in der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden,
oder mit einem anderen verträglichen
Polymer oder Dispergiermittel durch herkömmliche Techniken wie beispielsweise
Hochgeschwindigkeitsmischen, Sandmahlen, Mahlen in einer Kugelmühle, Amitormahlen
oder Doppelwalzenmahlen gebildet wird. Das Mahlgut wird dann mit
den anderen Bestandteilen, die in der Beschichtungszusammensetzung
verwendet werden, gemischt. Die Beschichtungszusammensetzung kann
durch herkömmliche
Techniken wie Spritzen, elektrostatisches Spritzen, Eintauchen, Pinselauftrag,
Fluten, Walzenbeschichten und dergleichen aufgebracht werden. Die
bevorzugten Techniken sind Spritzen und elektrostatisches Spritzen. Die
vorliegende Zusammensetzung kann als bei Raumtemperatur auszuhärtende Schicht,
insbesondere für
das Ausbessern, oder bei erhöhter
Temperatur angewendet werden. Bei Originalgerätehersteller-(OEM-)Anwendungen
wird die Zusammensetzung typischerweise ca. 15–30 Minuten lang bei 100–150°C eingebrannt
zur Bildung einer Beschichtung einer Trockenfilmdicke von ca. 0,1–5,0 mil. Wenn
die Zusammensetzung als Klarschicht verwendet wird, wird sie über der
Farbschicht aufgebracht, die bis zu einem nichtklebrigen Zustand
getrocknet und ausgehärtet
oder bevorzugt für
eine kurze Zeitspanne flashgetrocknet worden ist, bevor die Klarschicht
aufgebracht wird. Die Farbschicht-/Klarschicht- Überzugslackschicht
wird dann eingebrannt oder bei Raumtemperatur ausgehärtet, wie
oben erwähnt,
um eine getrocknete und ausgehärtete Überzugslackschicht
bereitzustellen.
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Es
ist üblich,
eine klare Deckschicht über
der Grundschicht durch einen „Nass-auf-nass"-Auftrag aufzubringen,
d.h. die Deckschicht wird auf die Grundschicht ohne Aushärten oder
vollständiges Trocknen
der Grundschicht aufgebracht. Das beschichtete Substrat wird dann
für eine
vorbestimmte Zeitspanne erhitzt oder an der Luft getrocknet, um das
gleichzeitige Aushärten
der Grund- und Klarschichten zu gestatten. Gegebenenfalls kann die Klarschicht
auf eine teilweise oder vollständig
ausgehärtete
Grundschicht aufgebracht werden. Außerdem können aus ästhetischen Gründen Doppelfarbtonarbeiten
angewendet werden, beispielsweise das Aufbringen einer Klarschicht
auf der Farbschicht/den Farbschichten und andere Kombinationen.
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BEISPIELE
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Diejenigen,
die mit dem Stand der Technik vertraut sind, werden in der Lage
sein, diese Erfindung noch leichter praktisch durchzuführen, nachdem
sie sich mit den folgenden veranschaulichenden Beispielen vertraut
gemacht haben. Solche Fachleute werden zweifellos in der Lage sein,
zahlreiche Variationen dieser offenbarten Motive zusammenzustellen,
wie beispielsweise das leichte, jedoch insignifikante Ändern der
Mengen der Bestandteile im Vergleich mit den gezeigten, das Zugeben
harmloser Substanzen oder das Ersetzen äquivalenter oder fast äquivalenter
Komponenten anstelle der gezeigten. Alle derartigen Variationen
gelten als innerhalb der erfindungsgemäßen Idee liegend. In den Beispielen sind
alle Teile auf das Gewicht bezogen, es sei denn, es wird etwas Anderes
angegeben.
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BEISPIEL 1
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Synthese eines linearen Acrylstabilisators.
In einen 5 Liter-Kolben,
der mit einer Rührvorrichtung,
einem Kühler,
einem Heizmantel, Thermometer und mit Zugabetrichtern ausgestattet
ist, werden 525,3 g Isobutylmethacrylat, 460,8 g 2-Ethylhexylmethacrylat, 199,4
g Hydroxyethylmethacrylat und 827,8 g Toluol hineingegeben. Die
Mischung wird gerührt
und auf Rückflusstemperatur
(130°C)
erhitzt. Dieser Mischung wird im Laufe von 10 Minuten eine Mischung von
40,3 g Toluol, 1,04 g VAZO 88 und 51,2 g einer 0,17 %-igen Lösung von
Diaquabis(bordifluordiphenylglyoximat)cobaltat(III) in Methylethylketon
zugegeben. Dann folgt sofort die Zugabe einer Mischung von 374,6
g Isobutylmethacrylat, 439,2 g 2-Ethylhexylmethacrylat, 226,9 g
Hydroxyethylmethacrylat, 3,95 g VAZO 88, 200,0 g Toluol und 35,0
g Xylol im Laufe von 240 Minuten, während der Rückfluss beibehalten wird. Dann
folgt eine Haltezeit von 30 Minuten unter Rückfluss. Auf die Haltezeit
hin wird eine Mischung von 113,1 g Toluol und 0,95 g VAZO 88 im Laufe
von 60 Minuten hinzugegeben, woraufhin eine Haltezeit von 60 min
unter Rückfluss
stattfindet. Ein Schuss 0,7 g tert-Butylperoctoat wird dann zugegeben und
die Mischung gekühlt.
Das Produkt wurde gemessen und es erwies sich, dass es Feststoffe
von 62,5 Gewichtsprozent, eine Viskosität nach Gardner-Holdt von X
und eine gewichtsdurchschnittliche Molmasse von 7000 aufwies. Der
Prozentsatz an endständiger
Vinylungesättigtheit
beträgt
mehr als 95 %, durch thermogravimetrische Analyse gemessen.
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BEISPIEL 2
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines Kammstabilisators
der vorliegenden Erfindung gemäß. In einen
2 Liter-Kolben, der mit einer Rührvorrichtung,
einem Heizmantel, einem Kühler, Thermometer
und mit einem Zugabetrichter ausgestattet ist, werden 186,5 g Toluol,
1084 g 12- Hydroxystearinsäure und
2,3 g Methylsulfonsäure
hinzugegeben. Die Mischung wurde gerührt und auf Rückfluss erhitzt.
Das Erhitzen unter Rückfluss
wird zum Entfernen von 64,1 g Kondensationswasser fortgeführt und das
Erhitzen wird fortgeführt,
bis die Säurezahl
auf einen Wert von 33 abfällt.
Dieser Charge werden dann in der folgenden Reihenfolge 1,1 g 4-tert.-Butylcatechol,
5,7 g Toluol, 131,0 g Glycidylmethacrylat, 4,3 g N,N-Dimethyldodecylamin
und 48,4 g Testbenzinarten zugegeben. Das Erhitzen unter Rückfluss
wird fortgesetzt, bis die Säurezahl
auf 2 oder weniger abfällt.
Die Mischung wird dann gekühlt.
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Einem
2 Liter-Kolben, der mit einer Rührvorrichtung,
einem Heizmantel, Thermometer, Zugabetrichtern und einem Kühler ausgestattet
ist, werden 357,9 g Butylacetat und das Lösungsmittel zugegeben, Rühren und
Erhitzen auf 100°C
durchgeführt. Dazu
wird dann eine Mischung von 332,0 g gekappte Poly(12-Hydroxystearinsäure), 254,1
g Methylmethacrylat, 23,9 g Glycidylmethacrylat, 149,1 g Butylacetat,
14,6 g VAZO 67 und 114,9 g Testbenzinarten im Laufe von 180 Minuten
zugegeben, während
die Temperatur bei 100°C
gehalten wird. Die Reaktionsmischung wird dann 90 Minuten lang bei
100°C gehalten.
Dazu werden dann in der folgenden Reihenfolge 0,7 g einer 10 %-igen
Lösung
von 4-tert.-Butylcatechol
in Butylacetat, 5,0 g Methacrylsäure,
0,66 g N,N-Dimethyldodecylamin und 20,1 g Butylacetat zugegeben.
Die Reaktionsmischung wird dann auf Rückfluss erhitzt. Die Charge
wird unter Rückfluss gehalten,
bis die Säurezahl
auf einen Wert von 0,5 oder weniger abfällt. Die Charge wird dann gekühlt. Die
Feststoffe, auf das Gewicht bezogen, betragen 40 %, die Gardner-Holdt-Viskosität ist D
und die gewichtsdurchschnittliche Molmasse beträgt 6000.
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BEISPIEL 3
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines Mikroteilchens der
vorliegenden Erfindung gemäß. In einen
5 Liter-Kolben, der mit einer Rührvorrichtung,
einem Heizmantel, Thermometer, Zugabetrichtern und einem Kühler ausgestattet
ist, werden 33,1 g Kammstabilisator (aus Beispiel 2), 5,4 g Xylol,
41,1 g Acrylstabilisator (aus Beispiel 1), 273,3 g Testbenzinarten,
259,7 g Heptan, 32,2 g Butylacetat, 24,5 g Styrol, 42,4 g Methylmethacrylat,
1,7 g Acrylnitril, 4,2 g Methylacrylat, 8,5 g Hydroxyethylacrylat,
3,4 g Methacrylsäure
und 7,8 g VAZO 88 zugegeben. Diese Mischung wird gerührt und
im Laufe von 15 bis 30 Minuten auf 100°C erhitzt und 60 min lang bei
dieser Temperatur gehalten. Daraufhin folgt der Zusatz einer Mischung
von 237,3 g des Acrylstabilisators aus Beispiel 1, 451,1 g Testbenzinarten, 248,1
g Heptan, 29,9 g Methacrylsäure,
74,9 g Hydroxyethylacrylat, 359,1 g Methylmethacrylat, 37,5 g Methylacrylat,
217,7 g Styrol, 14,9 g Glycidiylmethacrylat, 15,1 g Acrylnitril
und 1,5 g Dimethylethanolamin zusammen mit einer Mischung von 189,8
g des Kammstabilisators aus Beispiel 2, 64,4 g Isobutylacetat, 5,3
g VAZP 88 und 64,5 g Xylol über
eine Zeitspanne von 300 min, während
die Temperatur bei 100°C
gehalten wird. Daraufhin wird die Temperatur auf 110°C erhöht und die
Charge 30 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten. Ein Schuss
von 0,95 g tert-Butylperoctoat wurden dann hinzugegeben, die Charge
150 min gehalten, ein weiterer Schuss von 0,95 g tert-Butylperoctoat
hinzugegeben und die Charge 150 min. gehalten. Die Charge wurde
dann gekühlt.
Die Feststoffe in Gewichtsprozent betragen 40 %, die Gardner-Holdt-Viskosität ist A-4
und die Teilchengröße beträgt 320 Nanometer,
wie durch quasielastische Lichtstreuung gemessen.
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BEISPIEL 4
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines vollständig aus
Acryl bestehenden Kammstabilisators. In einen 2 Liter-Kolben, der
mit einer Rührvorrichtung,
einem Kühler,
Heizmantel, Thermometer und Zugabetrichtern ausgestattet ist, werden 20,3
g Isobutylmethacrylat, 345,5 g 2-Ethylhexylmethacrylat,
40,6 g Hydroxyethylmethacrylat und 283,8 g Toluol hinzugegeben.
Die Mischung wird gerührt und
auf Rückflusstemperatur
(130°C)
erhitzt. Dieser Mischung wird im Laufe von 10 Minuten eine Mischung
von 16,1 g Toluol, 0,35 g VAZO 88 (1,1-Azobiscyancyclohexan), 8,6
g Methylethylketon und 8,6 g einer 0,17 %-igen Lösung von Diaquabis(bordifluordiphenylglyoximat)cobaltat(III)
in Methylethylketon zugegeben. Dann folgt sofort die Zugabe einer
Mischung von 17,8 g Isobutylmethacrylat, 303,2 g 2-Ethylhexylmethacrylat,
35,7 g Hydroxyethylmethacrylat, 1,4 g VAZO 88, 68,6 g Toluol und
12,0 g Xylol im Laufe von 240 min., während der Rückfluss beibehalten wird. Dann
folgt eine Haltezeit von 30 min. unter Rückfluss. Auf die Haltezeit
hin wird eine Mischung von 36,4 g Toluol und 0,32 g VAZO 88 im Laufe
von 60 Minuten hinzugegeben, woraufhin eine Haltezeit von 60 min
unter Rückfluss
stattfindet. Ein Schuss 0,23 g tert-Butylperoctoat wird dann zugegeben
und die Mischung gekühlt.
Die Feststoffe, in Gewichtsprozent, wurden gemessen und es wurde
festgestellt, dass sie 62,5 betrugen. Die Viskosität ist eine
Gardner-Holdt-Viskosität
von X + 1/2. Der Prozentsatz an endständiger Vinylungesättigtheit
beträgt mehr
als 95 %, wie durch thermogravimetrische Analyse gemessen.
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In
einen 2 Liter-Kolben, der mit einer Rührvorrichtung, einem Kühler, einem
Thermometer, Heizmantel und Zugabetrichtern ausgestattet ist, werden
120,4 g Butylacetat, 341,4 g Makromonomer und 42,7 g Xylol hinzugegeben.
Die Mischung wird gerührt
und auf 100°C
erhitzt. Eine Mischung von 155,1 g Methylmethacrylat, 19,6 g Glycidylmethacrylat,
43,7 g Styrol, 11,4 g VAZO 88 und 61,5 g Butylacetat wird dann dem
Kolben über
eine Zeitspanne von 180 min hinzugegeben, während die Temperatur bei 100°C gehalten
wird. Die Reaktion wird dann 120 min. bei 100°C gehalten, woraufhin die Temperatur
auf Rückfluss
erhöht
und die Charge zusätzliche
60 min gehalten wird. Daraufhin erfolgt der Zusatz, in der folgenden
Reihenfolge, von 0,65 g einer 10 %-igen Lösung von tert-Butylcatechol
in Butylacetat, 4,43 g Methacrylsäure, 0,56 g N,N-Dimethyldodecylamin
und 25,8 g Butylacetat. Die Charge wird unter Rückfluss gehalten, bis die Säurezahl
auf einen Wert von 0,5 oder weniger abfällt. Zu diesem Zeitpunkt wird
die Charge auf einen Feststoffgehalt in Gewichtsprozent von 38 %
mit 140,6 g Butylacetat und 85,6 g Testbenzinarten verdünnt und
daraufhin abgekühlt.
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BEISPIEL 5
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Synthese eines Mikrogels (stabilisierten
Mikroteilchens) der vorliegenden Erfindung gemäß. Einem 5 Liter-Kolben, der
mit einer Rührvorrichtung,
einem Heizmantel, Thermometer, Zusatztrichtern und einem Kühler ausgestattet
ist, werden 6,0 g Acrylstabilisator aus Beispiel 1, 52,8 g Acrylstabilisator
aus Beispiel 4, 233,4 g Testbenzinarten, 222,6 g Heptan, 21,0 g
Styrol, 41,3 g Methylmethacrylat, 7,3 g Hydroxyethylacrylat, 2,9
g Methacrylsäure
und 7,8 g VAZO 67 zugegeben. Die Mischung wird gerührt und
auf 100°C erhitzt.
Diesem Kolben wird dann eine Mischung von 386,7 g Testbenzinarten,
212,7 g Heptan, 25,6 g Methacrylsäure, 64,2 g Hydroxyethylacrylat,
352,7 g Methylmethacrylat, 185,9 g Styrol, 12,8 g Glycidiylmethacrylat,
1,3 g Dimethylethanolamin, 6,0 g Acrylstabilisator aus Beispiel
1, 287,6 Stabilisator aus Beispiel 4 und 5,3 g VAZO 67 über eine
Zeitspanne von 300 min zugegeben, während die Temperatur bei 100°C konstant
gehalten wird. Daraufhin erfolgt eine Haltezeit bei 100°C für 15 min
und eine zusätzliche Haltezeit
von 15 min bei 110°C.
Eine Mischung von 1,6 g tert-Butylperoctoat und 80 g Xylol wird
dann dem Kolben im Laufe von 60 min hinzugegeben, während die
Temperatur bei 110°C
konstant gehalten wird. Die Charge wird dann 120 min lang bei 110°C gehalten
und daraufhin gekühlt.
Die Feststoffe in Gewichtsprozent betragen 38,5 % und die Gardner-Holdt-Viskosität ist A-5.