DE69504600T2

DE69504600T2 - Wässrige, schnell trocknende Aerosol-Beschichtung

Info

Publication number: DE69504600T2
Application number: DE69504600T
Authority: DE
Inventors: Homayoun Blue Bell Pennsylvania 19422 Jamasbi
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: EP0693540A2; SG52157A1; DK0693540T3; CN1064064C; EP0693540A3; CA2154057C; AU695176B2; DE69504600D1; JPH0860033A; KR960004473A; AU2500995A; EP0693540B1; US5451627A; CA2154057A1; CN1121945A; JP4083249B2; BR9503329A; US5633314A; KR100383328B1; TW288034B

Description

WÄSSERIGE, SCHNELL TROCKNENDE AEROSOLBESCHICHTUNG

Die Erfindung betrifft im allgemeinen wässerige - auch als wasserhaltige bekannte, Aerosol-Überzugszusammensetzungen und insbesondere eine glanzgesteuerte Aerosol-Überzugszusammensetzung mit verbessertem Trocknungsvermögen, verbesserter Härte und Alkalibeständigkeit gegenüber strömenden, wasserhaltigen Systemen.
Aerosol-Anstrichstoffzusammensetzungen, die als Träger und Treibmittel für filmbildende Polymere flüchtige organische Lösungsmittel verwenden, sind bekannt und werden in breitem Maße verwendet. Die Anwesenheit von organischen Lösungsmitteln in Aerosolzusammensetzungen ruft jedoch ernste Umweltprobleme hervor. Darüber hinaus erzeugen sie Gefahrenbedingungen am Arbeitsplatz, da solche organischen Lösungsmittel leicht entflammbar sind. Obwohl wässerige Aerosol-Anstrichstoffzusammensetzungen in gewissem Umfang die Probleme von Toxizität und Entflammbarkeit lösen, sind ein immer noch bestehendes Problem die, verglichen mit organischen Lösungsmittel enthaltenden Systemen, in wasserhaltigen Systemen beobachteten im allgemeinen längeren Trocknungszeiten.
Des weiteren sind Hochglanz-Aerosol-Anstrichstoffzusammensetzungen, die im allgemeinen lösungsmittelhaltig sind, zum Überziehen von Lösungsmittel-empfindlichen Oberflächen, wie den Oberflächen von Ledersubstraten im allgemeinen nicht geeignet.
Eine Vielzahl von Polymeren, die als Filmbildner bekannt sind, wie. Acrylharze, Alkydharze, Epoxyester und Vinylpolymere und -copolymere, können in wässerigen Aerosolzusammensetzungen als filmbildende Polymere verwendet werden. Wasserhaltige Aerosol-Anstrichstofformulierungen, die ein Gemisch aus Dimethylether, Wasser und einem wasserhaltigen Lösungsmittel, wie einwertigem Alkohol, als Träger und Treibmittel aufweisen, sind bekannt. Das Dimethylether-haltige Treibmittelsystem wird als geeignet für wasserlösliche (WS) Polymere und wasserverdünnbare [ebenfalls bekannt als wasserverdünnbar (WR)] Emulsionspolymere, die als filmbildende Polymere verwendbar sind, angesehen.
EP-A-0 526 036 offenbart Überzüge mit verbesserter Trocknungszeit, pH-Bereichsstabilität, Härte und Glanz. Solche Überzüge bestehen aus einer wässerigen Aerosol-Überzugszusammensetzung, die die Verwendung eines Gemisches aus einem wasserlöslichen Salz eines dispergierbaren Acryl- Polymers mit einem wasserlöslichen Ammonium- oder Aminsalz eines trocknenden, ölmodifizierten Copolymers in einem aktiven Träger- und Treibmittelsystem mit Dimethylether, Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, einbeziehen.
US-A-4 450 253 beschreibt ein filmbildendes Polymer, umfassend ein ölmodifiziertes Acrylesterpolymer, das durch Neutralisation mit einer Base, wie Ammoniak oder einem Amin, wasserlöslich gemacht wurde. Dieses filmbildende Polymer wird durch Verwendung eines einphasigen, wasserhaltigen Träger- und Treibmittelsystem, das Dimethylether, Wasser und wasserlösliche, polare, organische Lösungsmittel aufweist, auf ein Substrat aufgetragen. In Spalte 6, Zeilen 56-64 wird in dieser Patentschrift, ein Produkt von Rohm and Haas Company, Acrysol® WS-24 Acryldispersionsharz als ein ölmodifizierter Acrylsäureester, der als ein filmbildendes Polymer geeignet ist, ausgewiesen. Dies ist nicht richtig; Acrysol® WS-24 Acryldispersionsharz, das im allgemeinen mit einem Feststoffgehalt von 36% in Wasser angewendet wird, ist nicht ölmodifiziert und ist auch in keiner Variante der in dieser Patentschrift beschriebenen Erfindung ölmodifiziert. Während US-A-4 450 253 filmbildende Polymere, die ölmodifizierte Polyester darstellen, betrifft, sollte die Angabe zu Acrysol® WS-24 in dieser Offenbarung ignoriert werden.
Im allgemeinen lösen einwertige Alkohole keine nicht-ölmodifizierten Acrylpolymere, wie Poly(methylmethacrylat) [PMMA]. Jedoch wurde unerwarteterweise gefunden, daß bestimmte thermoplastische Polymere und Copolymere der Ester von Methacrylsäure in bestimmten Gemischen von Alkohol und Wasser gelöst werden. Verglichen mit anderen organischen Lösungsmitteln trocknen diese Lösungen schnell bei Raumtemperatur unter Erzeugung harter und zäher Filme. Wie hierin definiert, sind thermoplastische Acrylpolymere jene, 100%igen, festen thermoplastischen Acrylpolymere, hergestellt als Pulver oder Pellets, die durch einfache Lösungsmittelverdampfung einen Film erzeugen können, im Gegensatz zu ölmodifizierten Polymeren, die eine weitere Behandlung zum Härten erfordern.
Gemäß einem ersten Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf eine wässerige Aerosol-Überzugszusammensetzung gerichtet, umfassend ein thermoplastisches Acrylpolymer, solubilisiert in einer wässerigen Lösung eines einwertigen Alkohols zur Bildung einer solubilisierten Acryllösung, wobei das thermoplastische Acrylpolymer eine massegemittelte Molekülmasse im Bereich von 105000 bis 200000 und eine Tg im Bereich von 35ºC bis 105ºC aufweist.
Die wässerige Aerosol-Überzugszusammensetzung kann weiter ein Gemisch der solubilisierten Acrylsäurelösung mit einer steuernden Menge eines auf Wasser basierenden Acrylpolymers zum Bereitstellen des gewünschten Glanzgrades und Alkalibeständigkeit umfassen, wobei das auf Wasser basierende Acrylpolymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus wasserlöslichem Acrylpolymer, wasserverdünnbarem Acrylpolymer und einer Kombination davon.
Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Überzugszusammensetzung gerichtet, umfassend das Zugeben eines einwertigen Alkohols zu Wasser zur Bildung einer wässerigen Lösung, das Solubilisieren eines thermoplastischen Acrylpolymers mit einer massegemittelten Molekülmasse im Bereich von 105000 bis 200000 und einer Tg im Bereich von 35ºC bis 105ºC in dieser wässerigen Lösung zur Bildung einer solubilisierten Acryllösung und das Mischen eines wasserhaltigen Acrylpolymers mit dieser solubilisierten Acryllösung, um einen gewünschten Glanzgrad und eine Alkalibeständigkeit für den Überzug, resultierend aus dieser wässerigen Überzugszusammensetzung, bereitzustellen. Die Erfindung umfaßt in einem weiteren Aspekt ebenfalls ein mit einer wie vorstehend definierten Zusammensetzung überzogenes Substrat.
Die vorliegende Erfindung spricht die Probleme der längeren Trokkenzeiten an, die im allgemeinen bei herkömmlichen wässerigen Aerosolsystemen beobachtet werden, die ölmodifizierte Acrylharze als Filmbildner verwenden. Sie sorgt außerdem für umweltsichere wässerige Aerosol-Überzugszusammensetzungen, die Überzüge mit verbesserter Alkalibeständigkeit, Härte und Glanz erzeugen, die gleich jenen sind, denen man normalerweise bei Beschichtungen, die lösungsmittelhaltige Aerosolzusammensetzungen verwenden, begegnet, oder diese übertrifft. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls stark glänzende Aerosol-Anstrichstoffzusammensetzungen bereit, die Lösungsmittel-empfindliche Substratoberflächen nicht schädigen oder beeinträchtigen.
Eine breite Vielzahl von thermoplastischen Acrylsäurepolymeren, die Polymere sowie Copolymere, die vorstehend beschrieben wurden, einbeziehen, sind als Filmbildner in den Aerosolzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet.
Diese thermoplastischen Acrylpolymere werden mit einer massegemittelten Molekülmasse von 105000 bis 200000 und vorzugsweise 105000 bis 120000 bereitgestellt. Die massegemittelte Molekülmasse, wie hierin definiert, bedeutet den Durchschnitt der gewichtsbezogenen Molekulargewichte der Gewichtsfraktionen, wie auf Seiten 6-10, Kapitel II aus The Characterization of Polymers, herausgegeben von Rohm and Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania, 1976, beschrieben. Die massegemittelte Molekülmasse wird durch Gelpermeationschromatographie, wie auf Seite 4, Kapitel IV, von The Characterization of Polymers, herausgegeben von Rohm and Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania, 1976, unter Verwendung von Polymethylmethacrylat als Standard bestimmt.
Diese thermoplastischen Acrylsäurepolymere zeigen im allgemeinen eine Glasübergangstemperatur (Tg), die von 35ºC bis 105ºC, vorzugsweise 35ºC bis 40ºC und am meisten bevorzugt 40ºC schwankt. Die Tg ist als die Temperatur definiert, bei der die Eigenschaften des Polymers, wie Viskosität, Schlagbeständigkeit, Härte, wesentliche Änderungen, eingehen. Die Tg des Acrylsäurepolymers wird durch Austauschen der Gewichtsprozentsätze und der Tg der Monomerkomponenten des Acrylsäurepolymers in der bekannten Fox-Gleichung, beschrieben in Bulletin of American Physics Society, Band 1, 3. Ausgabe, Seite 123 (1956) und auf Seiten 20-21, Kapitel IV von The Characterization of Polymers, veröffentlicht von Rohm and Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania, 1976, berechnet.
Die zur Verwendung in der Aerosolzusammensetzung der vorliegenden Erfindung geeigneten thermoplastischen Acrylpolymere weisen gewöhnlich eine Säurezahl im Bereich von 2 bis 12, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 4, auf. Die Säurezahl, wie hierin definiert, ist eine Zahl, ausgedrückt in Milligramm Kaliumhydroxid, dividiert durch Gramm des neutralisierten Polymers.
Diese thermoplastischen Acrylpolymere können durch gut bekannte Polymerisationsverfahren, wie Suspensionspolymerisation und Emulsionspolymerisation, von ethylenisch ungesättigten Monomeren hergestellt werden. Suspensionspolymerisation ist bevorzugt. Der Acrylsäuregehalt ergibt sich aus der Polymerisation von Acrylat- oder Methacrylatestern, wie beispielsweise Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, i-Butylmethacrylat, Acrylsäure, Methacrylsäure und Acryloxypropionsäure. Die thermoplastischen Acrylsäurepolymere werden vorzugsweise durch Suspensionspolymerisieren von Ethylmethacrylat und Methacrylsäure oder Methylmethacrylat, Ethylacrylat und Methacrylsäure hergestellt, wobei die vorhergehenden am meisten bevorzugt sind.
Unter den kommerziell erhältlichen thermoplastischen Acrylsäurepolymeren, die zur Verwendung hierin geeignet sind, sind jene, hergestellt von Rohm and Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania, unter der Han delsmarke Acryloid® Acrylharze im festen Zustand, die als 100% Feststoffpulver oder in pelletierter Form erhältlich sind.
Diese thermoplastischen Acrylpolymere werden vorzugsweise bei Raumtemperatur in einer vorstehend hergestellten wässerigen Lösung von einwertigem Alkohol, wie Isopropanol, n-Butanol oder 3A Alkohol (Gewichtsprozent - 95% Ethanol und 5% Isopropanol) hergestellt unter Bildung einer solubilisierten Acrylsäurelösung. Isopropanol ist bevorzugt. Die wässerige Lösung wird durch Auflösen von 60% bis 95%, vorzugsweise 70 Gew.-% einwertigem Alkohol in Wasser hergestellt. Der Ausdruck "solubilisiert", wie hierin definiert, bedeutet "gelöst" oder "in Lösung gehend". Es ist erwünscht, vor dem Solubilisieren des thermoplastischen Acrylsäurepolymers den einwertigen Alkohol in Wasser zu lösen. Ein solcher Schritt scheint zu verhindern, daß der Alkohol das Polymer quillt und Trübung in der erhaltenen wässerigen Lösung verursacht.
Nachstehende Tabelle 1 stellt die durch Solubilisieren von 40 Gewichtsprozent eines Acryloid® Acrylsäurepolymers in verschiedenen einwertigen Alkoholen bei verschiedenen Alkohol-zu-Wasser-Gewichtsverhältnissen erhaltenen Löslichkeitsdaten bereit: Tabelle 1
Der Gewichtsprozentsatz des thermoplastischen Acrylsäurepolymers, das in der wässerigen Lösung des einwertigen Alkohols solubilisiert wird, wird gemäß der gewünschten Trocknungsgeschwindigkeit des erhaltenen Überzugs eingestellt. Durch Verringern des Gewichtsprozentsatzes des solubilisierten thermoplastischen Acrylsäurepolymers werden schnellere Trocknungsgeschwindigkeiten der erhaltenen Überzugsbeschichtung erreicht. Der Gewichtsprozentsatz des in wässeriger Lösung des einwertigen Alkohols und Wasser solubilisierten thermoplastischen Acrylsäurepolymers kann von 5% bis 45%, vorzugsweise 30% bis 40%, am meisten bevorzugt 40%, alle in Gewichtsprozent der solubilisierten Acrylsäurelösung, schwanken.
Nachstehende Tabelle 2 stellt den Löslichkeitsbereich des thermoplastischen Acrylsäurepolymers (Harz), solubilisiert bei verschiedenen Isopropanol (IPA)-zu-Wasser-Gewichtsverhältnissen, bereit: Tabelle 2
Das Aussehen des Überzugs, der sich aus der vorangehenden Aerosol-Überzugszusammensetzung ergibt, ist eben. Der Glanz des erhaltenen Überzugs kann jedoch durch Mischen der solubilisierten Acrylsäurelösung mit einer gesteuerten Menge eines wasserhaltigen Acrylpolymers variiert werden. Die "Kontrollmenge" ist als die Menge von wasserhaltigem Acrylpolymer in Gewichtsprozent definiert, die ausreicht, um den gewünschten Glanzgrad und die gewünschte Alkalibeständigkeit eines daraus erhaltenen Überzugs zu erreichen. Durch Erhöhen der Menge des mit der solubilisierten Acrylsäurelösung vermischten wasserhaltigen Polymers ist man in der Lage, einen glänzenderen Überzug zu erhalten. Die wasserhaltigen Acrylsäurepolymere, die zur Verwendung in dieser Weise geeignet sind, umfassen ein wasserlösliches Acrylpolymer, ein wasserverdünnbares Acrylpolymer oder eine Kombination der zwei. Das wasserlösliche Acrylsäurepolymer ist bevorzugt.
Das wasserlösliche Acrylpolymer, das zur Verwendung wie vorstehend in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, weist eine massegemittelte Molekülmasse im Bereich von 20000 bis 250000, vorzugsweise 20000 bis 200000, wie durch Gelpermeationschromatographie, bezogen auf Poly(methylmethacrylat) als Standard, eine Säurezahl im allgemeinen im Bereich von 30 bis 160, vorzugsweise 100, und eine Tg im Bereich von 30ºC bis 140ºC, vorzugsweise 45ºC, auf. Das wasserlösliche Acrylsäurepolymer kann etwa 40% bis 60% Butylacrylat und 20% bis 40% Methylmethacrylat mit geringeren Anteilen von Styrol und Methylacrylat umfassen. Der gewünschte Glanzgrad und die Alkalibeständigkeit, der aus der Aerosol-Überzugszusammensetzung der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, wird durch Mischen von auf das Gewicht von 2% bis 12%, vorzugsweise 8%, des auf Wasser basierenden Acrylsäurepolymers mit der solubilisierenden Acryl säurelösung erhalten. Diese Angaben in Gewichtsprozent basieren auf dem Gesamtgewicht des Gemischs, das das wasserlösliche Acrylsäurepolymer und die solubilisierte Acrylsäurelösung umfaßt.
Eine Vielzahl von wasserlöslichen Acrylsäurepolymeren, die von Rohm and Haas Company als Acrysol® Acryldispersionsharze vertrieben werden, sind zur Verwendung in dieser Erfindung geeignet.
Wie vorher ausgewiesen, kann das wasserhaltige Acrylsäurepolymer ein wasserverdünnbares Acrylatcopolymer mit niedrigem Molekulargewicht mit copolymerisierten Einheiten eines Alkylacrylats und eines Alkylmethacrylats, worin die Alkylgruppe 3 bis 5 Kohlenstoffatome aufweist, umfassen. Die bevorzugten Copolymere umfassen 5% bis 20% Butylacrylat und 30% bis 60% Isobutylmethacrylat auf das Gewicht. Zusätzlich kann die Zusammensetzung 10% bis 30 Gewichtsprozent eines copolymerisierten trocknenden Öls, wie Leinsamenöl, Sojabohnenöl, chinesisches Holzöl, Sonnenblumenöl oder andere polyungesättigte Öle, umfassen. Schließlich kann die Zusammensetzung 10% bis 20 Gewichtsprozent olefinisch ungesättigter Säure oder Säureanhydrid, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure und dergleichen oder ein Anhydrid davon umfassen. Die massegemittelte Molekülmasse des Copolymers ist im allgemeinen im Bereich von 300 bis 20000, vorzugsweise 6000 bis 12000, am meisten bevorzugt 8000 bis 10000. Der gewünschte Glanzgrad und die Alkalibeständigkeit der aus der Aerosol-Überzugszusammensetzung der vorliegenden Erfindung erzeugten Überzüge wird durch Vermischen von 2% bis 30%, vorzugsweise 8 Gew.-%, des wasserverdünnbaren Acrylatcopolymers mit niederem Molekulargewicht mit solubilisierter Acrylsäure erhalten. Diese Gewichtsprozentangaben basieren auf dem Gesamtgewicht des Gemisches, das wasserverdünnbares Acrylatcopolymer mit niederem Molekulargewicht und die solubilisierte Acrylsäurelösung enthält.
Ein wasserverdünnbares Copolymer von Butylacrylat mit niederem Molekulargewicht und Isobutylmethacrylat mit einer massegemittelten Molekülmasse von 9000 ist am meisten bevorzugt.
Wie vorher ausgewiesen, kann das wasserhaltige Acrylpolymer eine Kombination von wasserlöslichen und wasserverdünnbaren Acrylpolymeren umfassen. Um eine solche Kombination zu bilden, wird das wasserverdünnbare Acrylpolymer neutralisiert und die Viskosität mit Wasser verdünnt, um Ausfällung des Polymers zu verhindern. Die Neutralisation kann vorher oder, nachdem die Trockner zu dem Polymer gegeben werden, stattfinden, jedoch im allgemeinen vor der Verdünnung mit Wasser. Nachdem Wasser zugegeben wurde, kann das wasserlösliche Acrylpolymer zugegeben werden, um die Kombination zu bilden. Wenn die vorstehend angegebene Reihenfolge der Zugabe nicht eingehalten wird, würde es schwieriger sein, die Kombination von wasserlöslichen und wasserverdünnbaren Acrylpolymeren zu bilden.
Das Gewichtsverhältnis des wasserlöslichen Acrylsäurepolymers zu dem wasserverdünnbaren Copolymer mit geringem Molekulargewicht gewöhnlich 20/80 bis 80/20, während das bevorzugte Gewichtsverhältnis 40/60 bis 60/40 sein sollte. Wenn die Gewichtsverhältnisse außerhalb der vorstehenden Bereiche liegen, sind die Kombinationen weniger stabil und die daraus hergestellten Überzüge sind minderwertig.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Aerosolzusammensetzung vor, geschaffen zur Bereitstellung eines kontinuierlichen Films auf einem Substrat nach der Entnahme aus einer geeigneten Behältervorrichtung, wie beispielsweise einer Aerosoldose. Das in der vorliegenden Erfindung angewendete Treibmittelaktivstoff-Trägersystem schließt vorzugsweise Dimethylether und Wasser ein. Dimethylether ist eine farblose, stabile, polare Flüssigkeit mit einem Gefrierpunkt von minus 25ºC. Die erfindungsgemäße Aerosolzusammensetzung kann 5% bis 60%, vorzugsweise 25% bis 50%, Dimethylether auf das Gewicht, basierend auf dem Gesamtgewicht der Aerosolzusammensetzung, umfassen. Während es bevorzugt ist, daß Dimethylether das einzige Treibmittel ist, können unter einigen Umständen bis zu 50 Gewichtsprozent Dimethylether durch ein weiteres flüssiges Treibmittel, wie einen aliphatischen Kohlenwasserstoff oder einen fluorierten Kohlenwasserstoff, ersetzt sein. Des weiteren kann, falls erwünscht, auch ein gasförmiges Treibmittel, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Stickstoff(I)oxid, verwendet werden.
Wasser liegt in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in einer Menge im allgemeinen schwankend von 10%: bis 70%, vorzugsweise 20% bis 60 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht der Aerosol-Anstrichstoffzusammensetzung, vor.
Die erfindungsgemäße Aerosol-Überzugszusammensetzung kann weiterhin Additive, wie ein Tensid, Pigment, pH-Stabilisator, Antischaummittel, Weichmacher, Trockenmittel, einschließen. Im allgemeinen liegen weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung eines Pigments, vor. Geeigneterweise würden die verbleibenden vorangehenden Additive, falls vorliegend, wenn sie 3 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, nicht übersteigen würden, für jedes Additiv und gewöhnlich nur bis zu 1% oder 2% jedes weiteren Additivs vorliegen.
Ein Gemisch eines thermoplastischen Acrylsäurepolymers, solubilisiert in einer vorstehend hergestellten wässerigen Lösung von einem einwertigen Alkohol mit einem wasserhaltigen Acrylpolymer in einem wasserhaltigen Träger und Treibmittelsystem mit Dimethylether und Wasser, stellt Anstrichstoffzusammensetzungen mit den gewünschten filmbildenden und trocknenden Eigenschaften bereit, die nicht erhalten werden, wenn das wasserverdünnbare Copolymer mit niederem Molekulargewicht ohne das wasserlösliche Acrylpolymer angewendet wird. Die Überzugseigenschaften werden weiterhin erhöht, wenn das wasserverdünnbare Polymer mit geringem Molekulargewicht Lufthärtung eingeht.
Die vorliegende Überzugszusammensetzung ist zur Verwendung in vielen Überzugsanwendungen geeignet, wie beispielsweise Holzlacke, Druckfarben, Überzüge auf Lösungsmittel-empfindlichen Substraten, wie Leder, Dichtungsmittel, Überdrucklacke, Etikettenlacke, Papierstreichmittel, Wandverzierungen, keramische Bindemittel, vakuummetallisierte Überzüge, Überzüge über polymere Substrate, Verkehrs- und Zonenmarkierungsanstrichstoffe, Glasüberzüge, Wandüberzüge, klare Überzüge an empfindlichen Substraten, wie jene von Kunstobjekten.
Die nachstehenden Testverfahren wurden zur Bewertung der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Aerosol-Überzugszusammensetzungen, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, angewendet. Sofern nicht anders ausgewiesen, wurden alle Tests unter standardisierten Verfahren, die von der American Society of Testing Materials (ASTM), Philadelphia, Pennsylvania, entwickelt wurden, durchgeführt.

TESTVERFAHREN

- Trocknungszeit bis zum Berühren.......ASTM D-1640
- Glanz......ASTM D-523 (Der 20 Grad und 60 Grad Glanz wurden mit Glanzmeßgerät, hergestellt von The Gardner Instrument Company, gemessen)
- Bleistifthärte.......ASTM D-1737 (6H war der härteste Bleistift und 6B war der weichste Bleistift)
- Kreuzschraffurhaftung.......ASTM D-3359 (an einer Skale von 1 bis 10, 1 gibt geringe Haftung und 10 gibt keinen Verlust an Haftung wieder)
- Wasserbeständigkeit........Ein Wassertropfen wurde auf der beschichteten Oberfläche für einen ausgewiesenen Zeitraum belassen. Bleistifthärte wurde am Beginn und am Ende des Tests gemessen.
-Alkalibeständigkeit..........Ein Ein Tropfen 7%iger Lösung NH&sub4;OH wurde auf der beschichteten Oberfläche für einen ausgewiesenen Zeitraum belassen. Das Aussehen wurde am Beginn und am Ende des Tests untersucht.
-Wassertauchen.......Ein beschichtetes Probenstück wurde in Wasser für 2 Stunden getaucht. Bleistifthärte wurde am Beginn und am Ende des Tests gemessen.
-Feuchtigkeitshaftung........Kreuzschraffurhaftung wurde unmittelbar, nachdem das beschichtete Probenstück aus dem vorstehend beschriebenen Wassertauchtest entfernt wurde, gemessen. Eine weitere Kreuzschraffurhaftung wurde 2 Stunden später gemessen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung werden in den nachstehenden Beispielen im einzelnen beschrieben.
Drei klare wasserhaltige Zusammensetzungen wurden wie nachstehend hergestellt:
85 Gewichtsteile Isopropylalkohol wurden in 15 Gewichtsteilen desionisiertem Wasser zu einer wässerigen Lösung gelöst. Isopropylalkohol @ 91% Stärke mit einem Flammpunkt von 18ºC, Dampfdruck von 34 mmHg bei 20ºC und einem spezifischen Gewicht von 0,818 bei 20ºC, erhältlich von Union Carbide Inc., wurde verwendet. 100% feste Pellets des thermoplastischen Acrylpolymers wurden dann in der wässerigen Lösung bei 40 Gewichtsprozent der Lösung gelöst.
Zu der vorstehend beschriebenen Lösung wurde wasserverdünnbares Copolymer mit niederem Molekulargewicht bei drei unterschiedlichen Stärken, nämlich 27%, 19% und 0 Gewichtsprozent gegeben, um die Wirkung des wasserverdünnbaren Copolymers mit niederem Molekulargewicht auf Glanz, Anhaftung, Alkalibeständigkeit und Wassertropfenwirkung, die sich auf dem Überzug ergibt, zu analysieren.
Nachstehende Tabelle 3 stellt die Zusammensetzung der drei Probenformulierungen bereit. Tabelle 3
Jede von diesen Probenformulierungen wurde auf 60 Grad Glanz, Kreuzschraffuranhaftung, Alkalibeständigkeit (2 Stunden) und Wasserbeständigkeit (2 Stunden) untersucht. Haftung von 10 zeigt die beste Haftung. Aus nachstehender Tabelle 4 wird klar, daß es eine direkte Beziehung zwischen der Menge an wasserverdünnbarem Acrylatcopolymer mit niederem Molekulargewicht, das in der Formulierung vorliegt, und dem erhaltenen Glanz des gesamten Systems gibt, d.h. so wie die Menge des wasserverdünnbaren Acrylatcopolymers mit niederem Molekulargewicht sich erhöht, wird sich auch der Glanz des daraus erhaltenen Überzugs verbessern. Tabelle 4
Die nachstehenden Tests wurden durchgeführt, um die Vorteile des vorliegenden Überzugs gegenüber herkömmlichen Überzügen zu zeigen.
Zwei weiße Anstrichstoffzusammensetzungen wurden hergestellt. Eine herkömmliche Zusammensetzung unter Verwendung von wasserverdünnbarem Acrylatcopolymer mit niederem Molekulargewicht als Harz und eine auf der vorliegenden Erfindung basierende Zusammensetzung, die ein Gemisch von 40 Gewichtsprozent des thermoplastischen Acrylpolymers in einem 70/30-Gemisch von Isopropylalkohol und Wasser mit dem wasserlöslichen Acrylsäurepolymer umfaßte.
Beide Zusammensetzungen verwendeten Triton® CF-10 nichtionischen Alkylarylpolyether, hergestellt von The Industrial Chemical Division of Union Carbide Chemical and Plastic Co., Triton® CF-10 nichtionischer Alkylarylpolyether wird als Flüssigkeit vertrieben und wird als gering schäumendes Benetzungsmittel für in Latex-Anstrichstoffen verwendete Pigmente angewendet.
Beide Zusammensetzungen wurden mit dem weißen Pigment Tipure® R-900 Titandioxidpigment, vertrieben von duPont de Nemours Co. Inc., Wilmington, Delaware, pigmentiert.
Die herkömmliche Zusammensetzung schloß weiterhin metallische Trockner von 0,15 Gewichtsteilen Kobaltnaphthenat und 0,20 Gewichtsteilen Mangannaphthenat, vertrieben von Tenneco Chemicals Inc., ein.
Nachstehende Tabelle 5 faßt die Zusammensetzung auf Gewichtsprozentbasis zusammen. Tabelle 5
Beide Zusammensetzungen wurden als ein Überzug mit 25,4 um (1,0 mil) ± 25 um (0,10 mil) Trockenfilmdicke über Stahlplatten aufgetragen. Die Spezifikationen des Überzugs von diesen beiden Zusammensetzungen werden in nachstehender Tabelle 6 ausgewiesen. Tabelle 6
72 Stunden später wurden die überzogenen Stahlplatten unter gleichen Umgebungsbedingungen getestet. Die Zusammenfassung der Testergebnisse ist in nachstehender Tabelle 7 ausgewiesen. Tabelle 7
Die vorangehende Tabelle 7 zeigt, daß der gehärtete Überzug, der aus der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Überzug auf den nachfolgenden Gebieten bereitstellt:
1. Schnellere Trockenzeit bis zum Anfassen;
2. Verbesserten 20 und 60 Grad Glanz;
3. Verbesserte Härte; und
4. Verbesserte Alkalibeständigkeit.

Claims

1. Wäßrige Aerosol-Überzugszusammensetzung, umfassend ein thermoplastisches Acrylpolymer, solubilisiert in einer wäßrigen Lösung eines einwertigen Alkohols zur Bildung einer solubilisierten Acryllösung, wobei dieses thermoplastische Acrylpolymer eine massegemittelte Molekülmasse im Bereich von 105.000 bis 200.000 und eine Tg im Bereich von 35 bis 105ºC aufweist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Acrylpolymer eine massegemittelte Molekülmasse im Bereich von 120.000 bis 200.000 aufweist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die solubilisierte Acryllösung 5 bis 45 Gew.-% von diesem thermoplastischen Acrylpolymer umfaßt.

4. Zusammensetzung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei dieses thermoplastische Acrylpolymer eine Säurezahl im Bereich von 2 bis 12 aufweist.

5. Zusammensetzung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei diese wäßrige Lösung 60 bis 95 Gew.-% von einem einwertigen Alkohol umfaßt, welcher Isopropanol, n-Butanol oder 3A-Alkohol umfaßt.

6. Zusammensetzung nach einem vorangehenden Anspruch, weiter umfassend ein wasserhaltiges Acrylpolymer, vermischt mit dieser solubilisierten Acryl lösung, wobei dieses wasserhaltige Acrylpolymer ein wasserlösliches Acrylpolymer, ein wasserverdünnbares Acrylpolymer oder eine Kombination davon umfaßt.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei dieses wasserlösliche Acrylpolymer in der Mischung ein wasserverdünnbares Acrylat-Copolymer mit copolymerisierten Einheiten von einem Alkylacrylat und einem Alkylmethacrylat umfaßt, wobei die Alkylgruppe 3 bis 5 Kohlenstoffatome aufweist.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei dieses wasserlösliche Acrylpolymer in der Mischung im Bereich von 2 bis 12 Gew.-% von dieser Mischung vorliegt und eine massegemittelte Molekülmasse im Bereich von 20.000 bis 200.000 und/oder eine Tg im Bereich von 30 bis 140ºC und/oder eine Säurezahl im Bereich von 30 bis 160 aufweist.

9. Zusammensetzung nach einem vorangehenden Anspruch, weiter umfassend bis zu 20 Gew.-% eines Pigments und bis zu 3 Gew.-% von jeweils einem grenzflächenaktiven Mittel, einem pH-Stabilisierungsmittel, einem Antischaummittel, einem Weichmacher oder einem Trockenstoff.

10. Überzogenes Substrat, erhältlich durch Beschichten dieses Substrates mit einer Zusammensetzung, wie in einem vorangehenden Anspruch definiert, und Trockenlassen der Zusammensetzung.

11. Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Überzugszusammensetzung, umfassend

das Zugeben eines einwertigen Alkohols zu Wasser zur Bildung einer wäßrigen Lösung,

das Solubilisieren eines thermoplastischen Acrylpolymers mit einer massegemittelten Molekülmasse im Bereich von 105.000 bis 200.000 und einer Tg im Bereich von 35 bis 105ºC in dieser wäßrigen Lösung zur Bildung einer solubilisierten Acryllösung und

das Mischen eines wasserhaltigen Acrylpolymers mit dieser solubilisierten Acryllösung, um einen gewünschten Glanzgrad und eine Alkalibeständigkeit für den Überzug, resultierend aus dieser wäßrigen Überzugszusammensetzung, bereitzustellen.