FI109356B - Puun päällystämiseen tarkoitetut vesipitoiset polymeeridispersiot - Google Patents

Description

109356

PUUN PÄÄLLYSTÄMISEEN TARKOITETUT VESIPITOISET POLYMEERI-DISPERSIOT

Tämä keksintö koskee vesipitoisia polymeeridispersioita, joita voidaan käyttää lakkoina puuhun, jolloin syntyy läpinäkyvä suo-jaava pintakäsittely.

US 5,070,136 kuvaa vesipitoisia kopolymeeridispersioita, joissa kopolymeeri on muodostunut 85-98,5 painoprosentista metakrylaat-teja, 0,5-4 painoprosentista (met)akryylihappoa, 0,5-4 painoprosentista (met)akryyliamidia, 0,5-4 painoprosentista α,β-etee-ni- tai polytyydyttymätöntä yhdistettä ja 0-3 paino-%:sta kar-bonyylipitoista a,β-eteenityydyttymätöntä yhdistettä. On todettu, että metakrylaatit ovat Cj.^-monoalkoholeja. On todettu, että n-butyylimetakrylaatti tai tämän seos korkeintaan 25 painoprosentin kanssa metyylimetakrylaattia on edullinen. Tällaista seosta käytetään kolmessa US 5,070,136:n neljästä esimerkistä. Havaitsimme, että jos n-butyylimetakrylaattia käytetään yksinään (s.o. ilman metyylimetakrylaattia), kovettunut päällyste voi olla taipuvainen olemaan melko pehmeä.

0,5-1 moolia (moolia kohti karbonyylipitoista monomeeria) ali-; faattisen dikarboksyylihapon dihydratsidia voidaan lisätä dis-, ··. persioon lisäsilloitusaineeksi.

.!. Puun päällystämiseen sopiva koostumus saadaan formuloimalla ko-; ; polymeeridispersio erilaisten komponenttien kanssa, mukaanluet-’·· · tuna haihtuvat sulauttavat aineet. On tarpeellista, että näissä koostumuksissa on mukana sulauttavia aineita, koska kopolymee-rillä on filminmuodostuslämpötila (s.o. MFFT, minimifilminmuo-dostuslämpötila), joka on riittävän korkea, että ilman näitä haihtuvia sulauttavia aineita muodostuisi helposti kirkas filmi.

• :’· Kuitenkin on ei-toivottua, että on tarpeen lisätä haihtuvia su-lauttavia aineita, erityisesti koska jotkut aineet, joita usein • ·. käytetään sulauttavina aineina (kuten etyleeniglykolibutyylieet-terit), ovat aineita, joita jotkut lainsäädännölliset päättäjät uskovat tarvittavan välttää.

i 2 109356

Sen vuoksi olisi toivottavaa pystyä formuloimaan kopolymeeri, jota voidaan käyttää puun viimeistelyaineena, mutta jolla on matala filminmuodostuslämpötila ja jossa voidaan näin ollen käyttää pientä määrää sulauttavaa ainetta tai välttää sulauttavan aineen käyttämistä.

Keksinnössä tarjoamme käyttöön vesipitoisen polymeeridispersion, jossa polymeeri muodostetaan 70-90 painoprosentista alkyylimetakrylaattia, jossa on 0-30 painoprosenttia C^-alkyylimetakrylaattia ja 50-90 painoprosenttia C4_12-alkyylimetakrylaattia; 5-20 painoprosentista styreeniä tai alkyylistyreeniä; 2-10 painoprosentista vesiliukoista eteenityydyttymätöntä raono-meeria; 0,5-4 prosentista polyeteenityydyttymätöntä monomeeria; ja 0-4 prosentista karbonyylipitoista eteenityydyttymätöntä monomeeria .

Muitakin häiritsemättömiä monomeerejä voi olla mukana häiritsemättömiä määriä, mutta tavallisesti niitä ei käytetä, niin että polymeeri yleensä koostuu olennaisesti määritellyistä monomee-reistä.

Alkyylimetakrylaatti on edullisesti muodostunut kokonaan butyy-limetakrylaatista tai muusta C4-12-alkyylimetakrylaatista. Met-akrylaatti voi kuitenkin olla seos Cx.a-alkyylimetakrylaatista ja C4_12-alkyylimetakrylaatista. Voidaan esimerkiksi käyttää seosta, jossa on 5-15% metyylimetakrylaattia ja 70-90% butyylimetakry-laattia. Alkyyli voi olla lineaarinen, haarautunut tai syklinen. C1_3-alkyylimetakrylaatin määrä on edullisesti alle 10%, usein alle 5%. C4_12-alkyylimetakrylaatin määrä on tavallisesti yli 70%, usein 75 tai 80-90%. n-Butyylimetakrylaatin sijasta muita mahdollisesti käytettäviä korkeampia alkyylimetakrylaatteja ovat 3 109356 sekundäärinen tai tertiäärinen butyylimetakrylaatti, syklohek-syylimetakrylaatti, 2-etyyliheksyylimetakrylaatti ja lauryylime-takrylaatti.

Monomeerit sisältävät myös 5-20 paino-% styreeniä tai alkyyli-styreeniä, kuten metyyli- tai etyylistyreeniä. Styreenin määrä on tavallisesti ainakin 7%, mutta ei yleensä ole enempää kuin noin 15-17 %. Arvot 10-15 painoprosentin vaiheilla ovat yleensä parhaita.

On tunnettua, että styreenin ja metyylimetakrylaatin homopoly-meereillä on samanlaiset lasiutumislämpötilat ja että styreeni-monomeerien muodostaman kopolymeerin lasiutumislämpötilan voi-j täisiin olettaa olevan saman kuin lasiutumislämpötilan kopoly- meerilla, joka on muodostunut monomeeriseoksesta, joka on muuten sama, paitsi että styreeni on korvattu samalla määrällä metyyli-metakrylaattia. Tavallisesti sama korrelaatio on polymeeridis-persion filminmuodostuslämpötilan ja siinä olevan polymeerin lasiutumislämpötilan välillä, ja niinpä voitaisiin olettaa, että styreeniä ja metyylimetakrylaattia voitaisiin käyttää vaihtoehtoisesti komonomeereina yhdessä esimerkiksi butyylimetakrylaatin kanssa ilman, että merkittävästi muutetaan dispersion filminmuo-: · dostuslämpötilaa. Olemme kuitenkin yllättäen havainneet, että lisäämällä styreeniä pieniä määriä, tavallisesti ei enempää kuin 15-20 paino-% maksimissaan, antaa polymeeridispersion, jolla on : yllättävän alhainen filminmuodostuslämpötila ja joka kuitenkin on kovuudeltaan ja muilta fysikaalisilta ominaisuuksiltaan hyvä.

Erityisesti, jos muutetaan US 5,070,136:ssa esitettyjä edullisia kopolymeereja (jotka oli muodostettu butyylimetakrylaatin ja metyylimetakrylaatin seoksesta) korvaamalla osa metyylimetakry-laatista tai se kokonaan styreenillä tai alkyylistyreenillä, saadaan filminmuodostuslämpötila laskemaan samalla kun säilyte-... . tään polymeerin ja siitä saatujen päällysteiden kovuus ja muut _,· toivotut fysikaaliset ominaisuudet. Näin ollen on mahdollista . . alentaa sulauttavien aineiden määrää koostumuksessa ilman, että : *. nostetaan filminmuodostuslämpötilaa ja/tai on mahdollista formu-loida koostumus niin, että se muodostaa filmin alemmassa lämpö- 4 109356 tilassa.

Vesiliukoinen eteenityydyttymätön monomeeri, jota käytetään, voidaan valita erilaisista liukoisista eteenityydyttymättömistä monomeereista, kuten eteenityydyttymättömät karboksyylihapot ja (met)akryyliamidi. Edullisesti monomeerit ovat seos (met)akryy-lihaposta ja (met)akryyliamidista. Niinpä siinä on esimerkiksi edullisesti 0,5-5% (usein 0,5-2%) metakryylihappoa tai edullisesti akryylihappoa tai niiden seosta, ja 0,5-5% (usein 0,5-2%) akryyliamidia. Parhaan liuotinresistenssikyvyn saamiseksi lopulliseen päällysteeseen on edullista, että mukana on 2-4%, usein 3%:n vaiheilla karboksyylihappoa, edullisesti akryylihappoa.

Polyeteenityydyttymättömät yhdisteet ovat tyypillisesti dietee-ni- tai trieteenityydyttymättömiä yhdisteitä. Yhdisteiden tulisi olla liukoisia monomeeriseokseen. Sopivia monomeereja ovat di-vinyyliaromaattiset yhdisteet, kuten divinyylibentseeni, C2_24-diolien, kuten butaanidiolin ja heksaanidiolin diakrylaatit ja dimetakrylaatit, divinyylieteeniurea ja muut divinyyliureat, ja diallyyli- ja triallyyliyhdisteet, kuten diallyyliftalaatti ja triallyyli-isosyanuraatti. Polyeteenityydyttymättömän yhdisteen määrä on yleensä 0,5-2,5%. Näiden aineiden lisääminen aiheuttaa : silloittumisen polymeerirunkojen väliin.

Polymeeri sisältää edullisesti lisäksi 0,5-4%, usein 0,5-3% kar- i · : .· bonyylipitoista tyydyttymätöntä monomeeria. Esimerkkejä ovat akroleiini, metakroleiini, diasetoniakryyliamidi, diasetonimet-akryyliamidi, 2-butanonimetakrylaatti ja vinyyliasetoasetaatti.

Kun, niinkuin on edullista, tällainen yhdiste on mukana (tyypillisesti sitä on 1-3 paino-%), on edullista, että dispersioon lisätään dihydratsidia, joka reagoi karbonyyliyhdisteen kanssa, ·.· jolloin tapahtuu lisäsilloittuminen. Dihydratsidin määrä on ... · yleensä 0,5-1 moolia moolia kohti karbonyylipitoista monomeeria. Dihydratsidi on edullisesti alifaattisen dikarboksyylihapon, • · edullisesti C4.lfi-dikarboksyylihapon, dihydratsidi. Esimerkkejä : '.· sopivista dihydratsideista ovat adipodihydratsidi, glutarodihyd-V*; ratsidi ja sukkiinidihydratsidi.

i 5 109356

Polyxneeridispersio voidaan tehdä tavanomaisella öljy-vedessä-emulsiopolymeroinnilla, tyypillisesti kiintoainepitoisuuteen 20-60 paino-%, usein ainakin 40%, esim. 40-50% painosta. Polyme-rointi voidaan suorittaa käyttäen tavanomaisia valinnaisia lisäaineita, kuten emulgaattorit, suojakolloidit ja ketjunsiirtoai- neet. Yleensä dihydratsidi lisätään polymeroinnin jälkeen· | Päällystekoostumus voidaan formuloida sekoittamalla polymeeri-dispersion kanssa tavanomaisia filminmuodostuslisäaineita, ja yleensä dihydratsidi (ellei sitä ole aikaisemmin lisätty). Tavanomaisia filminmuodostusaineita ovat yleensä filmiä muodostavat sulauttavat aineet, jotka ovat edullisesti haihtuvia. Edullisia sulauttavia aineita ovat polykarboksyylihappojen alkyyli-esterit, tavallisesti alifaattisten dikarboksyylihappojen, kuten adipiinihapon ja/tai glutaarihapon ja/tai meripihkahapon dime-tyyli- tai di-isobutyyli- tai muu dialkyyli- (tavallisesti Cj.g-esterit). Muita sulauttavia aineita, joita voidaan käyttää, ovat propeeniglykolin tai polypropeeniglykolin alkyylieetteri ja al-kyylieetteriasetaatti, alkyyliryhmän ollessa edullisesti C1_8-alkyyli, tavallisesti n-butyyli. Koostumuksissa ei edullisesti ole eteeniglykolin ja polyeteeniglykolin alkyylieettereitä ja *,*. alkyylieetteriasetaatteja (esimerkiksi dieteeniglykolimonoetyy-: t lieetteriä), koska nämä aineet eivät ole välttämättömiä keksin-nössä saatavien edullisten filminmuodostusominaisuuksien kannal-·’·* ta. Sulauttavan aineen keksinnössä käytetty kokonaismäärä perus-: .· tuen päällystekoostumukseen on yleensä alueella 1-5%, ja keksinnön etu on se, että saadaan hyviä tuloksia pienemmillä määrillä kuin muuten tarvittaisiin, jolloin tyypillisesti määrä ei ole enempää kuin 4% ja edullisesti ei enempää kuin 3% painosta päällystekoostumukseen nähden.

i »

Muita tavanomaisia lisäaineita, joita voidaan lisätä mukaan dis- ! 4 t persioihin, ovat vahat, tasoitusaineet, kuten piiyhdisteet, värit ja paksunnosaineet. Koostumus on edullisesti formuloitu si-,ten, että sillä on korkeat valonläpäisyominaisuudet (usein yli . . 90%) ja että se antaa olennaisesti kirkkaan päällysteen.

< * :,·· Päällystekoostumus voidaan riippuen sen formulointitavasta le- 6 109356 vittää sivelemällä alustalle, joka on tarkoitus päällystää. Tämä alusta on tavallisesti puuta. Päällystetty alusta voidaan kuivata huoneenlämmössä tai se voidaan panna korkeampiin lämpötiloihin (esimerkiksi jopa 80°C:een) tavanomaiseen tunneliin tai muihin kuivaajiin. Tämä nopeuttaa lopullista silloittumista ja päällysteen kovettumista.

Kovettuneet päällysteet ovat kulutuskestäviä ja siten ovat helposti hiottavissa ja niillä on hyvät kerrostumisominaisuudet ja hyvä kemiallinen kestävyys.

Seuraavassa muutamia esimerkkejä.

Esimerkki 1

Muodostetaan kopolymeeridispersio seuraavasta monomeeriseoksesta n-butyylimetakrylaatti 78,9 paino-% styreeni 12,6 paino-% metakryylihappo 1,4 paino-% akryylihappo 1,4 paino-% diasetoniakryyliamidi 1,9 paino-% i i · '·,,, 1,4-butaanidiolidiakrylaatti 1,9 paino-% : i akryyliamidi 1,9 paino-% » · >

» I

: .* Muodostettiin 1 kg kopolymeeridispersiota ottamalla 437 g mono-,V meeriseosta, joka oli valmistettu ylläolevilla suhteilla, ja emulgoitiin tämä seos 213 g:n kanssa vettä siten, että mukana oli 17 g 27% sulfatoidun 3-moolietoksyloidun C12_14-rasva-alkoho-lin natriumsuolan vesiliuosta.

t · I 1 ' : 226 g vettä ja 17 g samaa emulgaattoriliuosta lämmitettiin as- • t f ·.· tiassa 80-90°C:een ja lisättiin typpeä ja säädettiin sitten noin » t 85°C:een. Astiassa olevaan vesiliuokseen lisättiin 3,65 g liuosta, jossa oli 2 g ammoniumpersulfaattia 73 g:ssa vettä, jonka * jälkeen lisättiin 34 g monomeeriemulsiota. Lämpötilan annettiin ; . nousta eksotermisen polymeroitumisen johdosta 88°C:een ja jääh-’·. dytettiin sitten 85°C:een ja pidettiin tässä lämpötilassa 15 7 109356 minuuttia. Monomeeriemulsion loppu lisättiin 2,5 tunnin kuluessa ja käynnistysliuoksen loppu lisättiin 3 tunnin kuluessa pitäen lämpötilaa jälleen noin 85°C:ssa. Kun koko lisäys oli suoritettu, saatua polymeeriemulsiota pidettiin 85°C:ssa vielä 1 tunti. Dispersio jäähdytettiin 40°C:n alapuolelle ja lisättiin 11 g adipiinidihydratsidia ja sekoitettiin kunnes se täysin liukeni.

Tuotteella oli seuraavat ominaisuudet: kiintoaine-% 44,0 pH 3,9 viskositeetti (Brookfield RVT) 0,1 Ns/m2 (100 cps)

MFFT 38°C

Esimerkki 2

Esimerkin 1 menettely toistettiin, paitsi että styreeni korvattiin metyylimetakrylaatilla.

Tuotteella oli seuraavat ominaisuudet: kiintoaine-% 44,0 pH 3,9 : viskositeetti (Brookfield RVT) 0,05 Ns/m2 (50 cps)

MFFT 48°C

f ’ Erilaisten sulauttavien aineiden vaikutus esimerkkien 1 ja 2 tuotteiden minimifilminmuodostuslämpötilaan (MFFT) määritettiin.

Erityisesti muodostettiin päällystekoostumukset kustakin dispersiosta sekoittamalla 79,55 paino-osaa dispersiota 0,2 paino-osan kanssa tavanomaista alustankostususainetta tasapainon, 100 pai-[t\ \ no-osaan saakka, ollessa seos vedestä ja erilaisista määristä ; · · erilaisia sulauttavia aineita. Saaduilla päällystekoostumuksilla ] oli kiintoainepitoisuus 35 paino-%. Kolme sulauttavaa ainetta , tutkittiin seuraavalla tavalla: 8 109356 A - seos adipiini-, glutaari- ja meripihkahappojen puh distetuista dimetyyliestereistä B - propeeniglykoli-n-butyylieetteri C - propeeniglykoli-n-butyylieetteriasetaatti

Erilaisia määriä sulauttavia aineita käyttämällä saatujen pääl-lystekoostumusten minimifilminmuodostuslämpötila määritettiin, ja tulokset on esitetty seuraavissa taulukoissa.

% p/p A MFFT (°C) MFFT (°C) hartsi 1 (STY) hartsi 2 (MMA) 0 38,0 48,0 1 22,5 29,5 2 12,0 19,0 3 4,55 11,50 4 0 5,50 5 - 1,10 0,50 6 0 ::: % p/p b mfft (°c) mfft (°c) ::: hartsi 1 (STY) hartsi 2 (MMA) 0 38,0 48,0 : Λ 1 32,8 39,0 2 25,0 31,0 3 19,0 24,0 4 13,0 18,5 5 7,5 13,0 ^ 6 2,5 8,0 7 -0,5 4,0 ' 8 0,50 9 109356 % p/p C MFFT (°C) MFFT (°C) hartsi 1 (STY) hartsi 2 (MMA) 0 38,0 48,0 1 31,0 39,0 2 24,0 30,0 3 18,0 22,5 4 12,0 15,5 5 6,0 9,0 6 - 0,5 4,0 7 - 1,5 0,5

On ilmeistä, että keksinnön koostumuksilla, jotka perustuvat bu-tyylimetakrylaatin ja styreenin kopolymeereihin, on alemmat fil-minmuodostuslämpötilat kuin vastaavilla koostumuksilla, jotka on muodostettu käyttäen metyylimetakrylaattia styreenin sijasta.

Kaikissa tapauksissa päällystekoostumukset kuivuivat puuhun ποιοι dostaen kirkkaan, kulutusta kestävän ja kemiallisesti kestävän suojaavan lakkapäällyksen.

Claims (7)

109356

1. Vesipitoinen polymeeridispersio, tunnettu siitä, että se on muodostettu 0-30 painoprosentista Cx-3-alkyylimetakrylaattia; 50-90 painoprosentista C4_12-alkyylimetakrylaattia; jolloin alkyylimetakrylaatin kokonaismäärä on 70-90 painoprosenttia; 5-20 painoprosentista styreeniä tai alkyylistyreeniä; 2-10 painoprosentista vesiliukoista eteenityydyttymätöntä mono-meeria; 0,5-4 painoprosentista polyeteenityydyttymätöntä monomeeria; ja ! 0-4 painoprosentista karbonyylipitoista eteenityydyttymätöntä monomeeria.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dispersio, tunnettu siitä, että alkyylimetakrylaatti sisältää 75-90 paino-% butyylimetakry-laattia ja 0-10 paino-% metyylimetakrylaattia, ja styreenin määrä on 7-17 paino-%.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dispersio, tunnettu siitä, että vesiliukoinen eteenityydyttymätön monomeeri koostuu 0,5-5%:sta (met)akryylihappoa ja 0,5-5%:sta (met)akryyliamidia.

4. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen disper- ! sio, tunnettu siitä, että karbonyylipitoista monomeeria on 0,5-4% ja että dispersio lisäksi sisältää dikarboksyylihapon dihydratsidia karbonyylimonomeerin silloittamiseksi.

5. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen dispersio, tunnettu siitä, että alkyylimetakrylaatti on vain C4_12-alkyylimetakrylaattia, ja että styreenin määrä on 10-15 paino-%.

6. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen disper- 109356 sio, tunnettu siitä, että se sopii puun päällystämiseen ja lisäksi sisältää sulauttavaa ainetta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen dispersio, tunnettu siitä, että sulauttava aine on valittu dikarboksyylihapon di-alkyylies-tereistä, propeeniglykolin alkyylieetteristä ja propeeniglykolin alkyylieetteriasetaatista.