DE69821534T2 - Zubereitung enthaltend ein vinyl-reaktives Fliesshilfsmittel - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend ein vinylreaktives Koaleszenzmittel.
- Auf Wasser basierende Polymere, die eine niedrige Glasübergangstemperatur ("Tg") aufweisen, können in Beschichtungen ohne Weichmacher formuliert werden. Diese Beschichtungen weisen oft eine unzureichende Härte für viele Anwendungen auf. Viele Anwendungen, wie etwa Glanz- und Halbglanzfarbformulierungen, erfordern die Eigenschaften eines harten Polymers, d. h. eines Polymers mit einer Tg signifikant über der Umgebungstemperatur. Um diese Voraussetzungen zu erfüllen, wird typischerweise ein flüchtiges Koaleszenzmittel oder Weichmacher verwendet, um die Filmbildung zu erreichen. Die Verwendung dieser flüchtigen Lösungsmittel in Beschichtungen wird wegen der Umweltverschmutzung und Geruchsproblemen zunehmend kritisch betrachtet.
- Es wurden Versuche unternommen, "reaktive Koaleszenzmittel" zu verwenden. Reaktive Koaleszenzmittel sind Verbindungen, die in ähnlicher Weise wie ein konventionelles Koaleszenzmittel bei der Filmbildung helfen, die aber nicht flüchtig sind und reagieren, um ein Teil der endgültigen Beschichtung zu werden.
- US-Patent Nr. 4,141,868 offenbart die Verwendung von Dicyclopentenyloxyethylmethacrylat ("DCPOEMA") als ein reaktives Koaleszenzmittel. Vinylreaktive Koaleszenzmittel sind reaktive Koaleszenzmittel, die eine Vinylgruppe enthalten. Beispiele für vinylreaktive Koaleszenzmittel sind DCPOEMA, Dicyclopentenyloxyethylacrylat ("DCPOEA"), Dicyclopentenyloxyacrylat ("DCPOA") und Dicyclopentenyloxymethacrylat ("DCPOMA").
- US-A-4540738 offenbart die Verwendung von Hydrochinon, um vorzeitige Polymerisierung zu verhindern. US-A-4145503 und US-A-4131580 offenbaren die Zugabe eines Ketonoxims oder eines Aldehydoxims als Stabilisierungsmittel in Vinylpolymer-enthaltenden Zusammensetzungen.
- Trotz der Offenbarung besteht weiterhin ein Bedürfnis nach stabilen reaktiven Koaleszenzmitteln zur Verwendung in Beschichtungszusammensetzungen.
- Wir haben überraschenderweise gefunden, dass stabile reaktive Koaleszenzmittel zur Verwendung in Beschichtungszusammensetzungen durch Zugabe eines Inhibitors zum reaktiven Koaleszenzmittel erhalten werden können.
- Die vorliegende Erfindung liefert eine Zusammensetzung umfassend:
zwischen 1% und 25% eines vinylreaktiven Koaleszenzmittels, bezogen auf das Verhältnis des Gewichts des reaktiven Koaleszenzmittels zum Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
zwischen 1 ppm und 10.000 ppm eines Inhibitors, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4-Methoxyphenol, 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy, 4-Oxo-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, und Di-tertiärbutylnitroxyl, bezogen auf das Verhältnis des Gewichts des Inhibitors zum Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und
zwischen 74% und 99% eines Emulsionspolymers, bezogen auf das Verhältnis des Gewichts des Emulsionspolymers zum Gesamtgewicht der Zusammensetzung. - Die Inhibitoren, die in dieser Erfindung nützlich sind, sind 4-Methoxyphenol ("MEHQ"), 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy ("4-HT"), 4-Oxo-2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy (jeweils erhältlich von Aldrich Chemical Company) und Di-tertiärbutylnitroxyl (erhältlich von Nova Molecular Technologies, Lake Geneva, Wisconsin). Die Inhibitoren werden typischerweise verwendet in Mengen von 1 ppm bis 10.000 ppm, bezogen auf das Verhältnis des Gewichts des Inhibitors zum Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Bevorzugt sind Inhibitormengen von 100 ppm bis 1.000 ppm. Besonders bevorzugt sind Inhibitormengen von 200 ppm bis 700 ppm.
- Die reaktiven Koaleszenzmittel, die in dieser Erfindung nützlich sind, werden hergestellt durch Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind. Zum Beispiel können direkte Veresterung, Transveresterung oder die Verwendung von sauren Halogeniden eingesetzt werden, um Alkohole in Ester umzuwandeln. Beispiele schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf: Dicyclopentenyloxyethylacetat, Dicyclopentenyloxyethylbutyrat, Dicylcopentenyloxy-2-(2-Hydroxyethoxy)ethan, Dicyclopentenyloxy-2-(2-Butoxyethoxy)ethan, Dicyclopentenyloxyhexanol, Dicyclopentenyloxyhexan, Dicyclopentenyloxybutan, Dicyclopentenyloxy-(2-Methyl)propan, und 1,2-bis(Dicyclopentenyloxy)ethan.
- Die reaktiven Koaleszenzmittel werden typischerweise in Mengen von 1% bis 25%, bezogen auf das Verhältnis des Gewichts des reaktiven Koaleszenzmittels zum Gesamtgewicht der Zusammensetzung eingesetzt. Bevorzugt sind Mengen des reaktiven Koaleszenzmittels von 2% bis 20%. Besonders bevorzugt sind Mengen des reaktiven Koaleszenzmittels von 5% bis 15%.
- Diese Erfindung kann bei jedem Emulsionspolymer angewendet werden. Die Herstellung von Emulsionspolymeren ist im Stand der Technik bekannt, siehe z. B. US-Patent Nr. 5,346,954.
- Es folgt eine Liste von Produkten, die in dieser Erfindung verwendet wurden, und ihre Herkunft:
Produkt Herkunft Tamol®165 Rohm and Haas Company Triton®CF-10 Union Carbide Drew®ZV-22 Ashland Chemical Company RM-2020NPR Rohm and Haas Company Ti-Pure®R-706 DuPont Chemical Company Rhoplex®EXP-3361 Rohm and Haas Company Scotch®Tape Minnesota Mining and Manufacturing Company Tamol®731 Rohm and Haas Company BYK-22 BYK-Chemie GmbH GR-7M Union Carbide Triton®XN-45S Union Carbide - Die folgenden Beispiele sollen die Verbindungen und Zusammensetzungen dieser Erfindung und ihre Verwendung als stabile reaktive Koaleszenzmittel zeigen.
- Beispiel 1 - Verbesserte Stabilität von DCPOEMA
- Reaktive Koaleszenzmittel, die ungesättigte Vinylgruppen enthalten, können im Kanister wegen Restverunreinigungen im Polymer polymerisieren. Die geringe Stabilität des Koaleszenzmittels offenbart sich als Verlust der filmbildenden Eigenschaften der formulierten Beschichtung im Laufe der Zeit. DCPOEMA ist ein reaktives Koaleszenzmittel, das, beim Kauf 100 ppm Hydrochinon enthält. Verschiedene Inhibitorarten und -mengen wurden vor der Verwendung in einer Beschichtungszusammensetzung zu DCPOEMA zugegeben. Die Gemische von reaktivem Koaleszenzmittel und Inhibitor wurden vor den Zusammensetzungen hergestellt durch Zugabe von DCPOEMA zu einer festgelegten Menge eines Inhibitors in fester Form. Die Gemische wurden dann zu einem Teil der Stammlösung von Farbe 1 nachträglich zugegeben. Ein Teil jeder Probe wurde für 10 Tage bei 60°C (140°F) aufbewahrt. Für jede Probe wurde die minimale Filmbildungstemperatur ("MFFT") gemessen. Wenn das DCPOEMA stabil war, blieb die MFFT, verglichen mit der Kontrollprobe, niedrig. Wenn das DCPOEMA instabil war, war die MFFT gegenüber der Kontrolle erhöht. Das DCPOEMA wurde als stabil betrachtet, wenn die MFFT um weniger als 5°C anstieg, nachdem die Probe für 10 Tage bei 60°C (140°F) aufbewahrt wurde. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Farbe 1
- Eine Stammformulierung der Farbe, die kein Koaleszenzmittel enthielt, wurde hergestellt wie folgt:
18 g Wasser, 1,61 g Tamol®165, 0,50 g Triton®CF-10, 0,25 g Drew®ZV-22, 3,75 g RM-2020NPR, und 45,0 g Ti-Pure®R-706 wurden mit einer Hochgeschwindigkeits-Dispergiervorrichtung für 15 Minuten zerkleinert. Zu dem Gemisch wurden unter weiterem Mischen 131,27 g EXP-3361, 0,25 g Drew®ZV-22, 1,18 g RM2020NPR, und 40,25 g Wasser zugegeben. - Probe 1 war eine Kontrollprobe der Farbe 1 mit DCPOEMA, aber ohne zusätzlichen Inhibitor.
- Probe 2 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 0,29 g festem 4-HT, gelöst in 57,71 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Probe 3 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 0,60 g festem 4-HT, gelöst in 59,40 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Probe 4 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 1,20 g festem 4-HT, gelöst in 58,80 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Probe 5 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 2,37 g festem 4-HT, gelöst in 56,88 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Probe 6 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 0,30 g MEHQ, gelöst in 59,70 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Probe 7 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 0,60 g MEHQ, gelöst in 59,40 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Probe 8 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 1,16 g MEHQ, gelöst in 56,84 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Probe 9 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 2,42 g MEHQ, gelöst in 58,08 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Vergleichsprobe 10 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 0,24 g HQ, gelöst in 57,71 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Vergleichsprobe 11 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 0,60 g HQ, gelöst in 59,40 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Vergleichsprobe 12 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 1,19 g HQ, gelöst in 58,31 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Vergleichsprobe 13 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 0,31 g PTZ, gelöst in 61,69 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Vergleichsprobe 14 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 0,61 g PTZ, gelöst in 60,39 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Vergleichsprobe 15 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,55 g eines Gemisches von 1,21 g PTZ, gelöst in 59,29 g DCPOEMA, mit 244,06 g Farbe 1.
- Der MFFT-Test wurde durchgeführt wie folgt
- Scotch®-Klebeband biaxialorientiertes Polypropylen wurde auf einem ICI Sheen MFFT Bar SS-3300 angebracht. Die Proben wurden unter Verwendung eines 1-Inch Würfel Sheen Film-Applikators mit einem Abstand von 75 Mikrometer über dem Klebeband heruntergezogen. Nach 60 bis 90 Minuten wurde die MFFT abgelesen als der Punkt, bei dem der Film kontinuierlich und nicht rissig wird.
- Der Filmbildungstest bei niedrigen Temperaturen wurde wie fort durchgeführt
- Die Proben wurden mit einem Pinsel auf weiße Kiefernbretter aufgebracht. Die Farbe wurde in Streifen rechtwinklig zur Länge des Brettes aufgebracht. Jede Probe wurde gewogen, um eine Verteilungsrate von 41,8 m2/Liter sicherzustellen. Die gestrichenen Bretter wurden für 24 Stunden bei 4,5°C (40°F)/70% relativer Feuchtigkeit getrocknet. Ein Vergrößerungsglas wurde verwendet, um das Ausmaß der Rissbildung in dem Farbenfilm zu bestimmen. Das Ausmaß der Rissbildung wurde nach der folgenden Skala verzeichnet:
10 = keine, 9 = sehr geringe, 8 = sehr geringe/leichte, 7 = leichte, 6 = leichte/moderate, 5 = moderate, 4 = moderate/schwere, 3 = schwere, 2 = schwere/sehr schwere, 1 = sehr schwere. - Ein Wert von 10 gilt als Bestehen des Tests.
- Die Ergebnisse zeigen, dass 4-HT und MEHQ die Stabilität von DCPOEMA verbessern. HQ und PTZ verbesserten die Stabilität von DCPOEMA nicht.
- Beispiel 2 - Die Menge des Inhibitors, die benötigt wird, um DCPOEMA zu stabilisieren
- Die Menge von 4-HT, die benötigt wird, um Stabilität in kommerziellen Polymeren zu liefern, wurde beurteilt. Die Proben wurde hergestellt durch Zugabe von 4-HT zum Latex, dieser wurde als modifizierter Latex bezeichnet. Der modifizierte Latex wurde dann in Farben formuliert. Unterproben der Proben 16–19 wurden für 30 Tage bei 60°C (140°F) aufbewahrt. Unterproben der Proben 20–23 wurden für 10 Tage bei 60°C (140°F) aufbewahrt. Die MFFT wurde für jede Probe gemessen. Die Ergebnisse werden in den Tabellen 2 und 3 gezeigt.
- Farbe 2
- Farbe 2 wurde für die Proben 16–19 wie folgt hergestellt:
72 g Wasser, 12 g Tamol®731, 2 g Triton®CF-10, 2 g BYK22, 20 g RM-2020NPR, und 300 g Ti-Pure®R-706 wurden mit einer Hochgeschwindigkeits-Dispergiervorrichtung für 15 Minuten zerkleinert. Zum Gemisch wurden unter fortgesetztem Mischen 106,32 g Wasser, 2 g GR-7M, 544,14 g modifiziertes Rhoplex®AC-261, 26,84 g DCPOEMA, 2 g BYK-22, und 10 g Wasser zugegeben. - Farbe 3
- Farbe 3 wurde für die Proben 20–23 wie folgt hergestellt:
72 g Wasser, 12 g Tamol®731, 2 g Triton®CF-10, 2 g BYK 22, 20 g RM-2020NPR, und 300 g Ti-Pure®R-706 wurden mit einer Hochgeschwindigkeits-Dispergiervorrichtung für 15 Minuten zerkleinert. Zum Gemisch wurden unter fortgesetztem Mischen 106,32 g Wasser, 2 g GR-7M, 544,14 g modifiziertes Rhoplex®EXP-3361, 26,84 g DCPOEMA, 2 g BYK-22, und 10 g Wasser zugegeben. - Probe 16 war eine Kontrollfarbe 2 mit DCPOEMA, aber ohne zusätzlichen Inhibitor.
- Probe 17 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 3,84 g eines 5%-igen wässrigen 4-HT-Gemisches mit 961,85 g Farbe 2.
- Probe 18 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 7,68 g eines 5%-igen wässrigen 4-HT-Gemisches mit 961,85 g Farbe 2.
- Probe 19 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 11,50 g eines 5%-igen wässrigen 4-HT-Gemisches mit 961,85 g Farbe 2.
- Probe 20 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 20,24 g eines 5%-igen wässrigen 4-HT-Gemisches mit 2.929,60 g Farbe 3.
- Probe 21 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 26,99 g eines 5%-igen wässrigen 4-HT-Gemisches mit 2.946,35 g Farbe 3.
- Probe 22 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 43,50 g eines 5%-igen wässrigen 4-HT-Gemisches mit 2.949,10 g Farbe 3.
- Probe 23 wurde hergestellt durch Zusammenfügen von 58,10 g eines 5%-igen wässrigen 4-HT-Gemisches mit 2.963,70 g Farbe 3.
- Die Tabellen 2 und 3 zeigen, dass so geringe Mengen wie 400 ppm von 4-HT wirksam waren, um das reaktive Koaleszenzmittel zu stabilisieren.
Claims (2)
- Zusammensetzung umfassend: zwischen 1% und 25% eines Vinyl-reaktiven Koaleszenzmittels, bezogen auf das Verhältnis des Gewichts des reaktiven Koaleszenzmittels zum Gesamtgewicht der Zusammensetzung; zwischen 1 ppm und 10.000 ppm eines Inhibitors, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4-Methoxyphenol, 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy, 4-Oxo-2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy, und Di-tertiärbutylnitroxyl, bezogen auf das Verhältnis des Gewichts des Inhibitors zum Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und zwischen 74% und 99% eines Emulsionspolymers, bezogen auf das Verhältnis des Gewichts des Emulsionspolymers zum Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
- Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Vinyl-reaktive Koaleszenzmittel Dicyclopentenyloxyethylmethacrylat und der Inhibitor 4-Methoxyphenol ist.
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