NO309279B1 - Vandige polymerdispersjoner for belegging av trematerialer - Google Patents

Abstract

En vandig polymerdispersjon hvor kopolymeren er dannet av. 70-90 vekt% alkylmetakrylat som utgjøres av 0-30 vekt% C_-alkylmetakrylat og 50-90 vekt% c_-alkylmetakrylat;. 5-20 vekt% styren eller alkylstyren;. 2-10 vekt% vannløselig etylenisk umettet monomer;. 0,5-4% polyetylenisk umettet monomer; og. 0-4% karbonylholdig etylenisk umettet monomer,. som er spesielt egnet for innarbeidelse i blandinger for belegging på tre.

Description

Denne oppfinnelse angår vandige polymerdispersjoner som kan anvendes som trelakk under tilveiebringelse av et trans-parent beskyttende sluttbelegg.

US-patent 5 070 13 6 beskriver vandige kopolymer-disper-sjoner hvor det er utformet en kopolymer av 85-98,5 vekt% metakrylater, 0,5-4 vekt% (met)akrylsyre, 0,5-4 vekt% (met)-akrylamid, 0,5-4 vekt% av en a, (3-etylenisk eller flerumettet forbindelse, og 0-3 vekt% av en karbonylholdig a, (3-etylenisk umettet forbindelse. Det angis at metakrylatene fortrinnsvis er dannet av C^-monoalkoholer. Det angis at n-butylmetakrylat eller en blanding av dette med opp til 25 vekt% metylmetakrylat er foretrukket. En slik blanding anvendes i tre av de fire eksempler i US-patent 5 070 136. Vi finner at hvis n-butylmetakrylat anvendes alene (d.v.s. uten metylmetakrylatet), har de herdede sluttbelegg tendens til å være ganske mykt.

0,5-1 mol (pr. mol karbonylholdig monomer) av et dihydrazid av en alifatisk dikarboksylsyre kan tilsettes til dispersjonen som et tilleggs-tverrbindingsmiddel.

Det er tilveiebrakt en blanding som er egnet for belegging av tre, ved utforming av kopolymer-dispersjonen med forskjellige komponenter, innbefattende flyktige koaleserende midler. Det er nødvendig å innarbeide flyktige koaleserende midler i slike blandinger på grunn av at kopolymeren har en filmdanningstemperatur (d.v.s. MFFT, minimal filmdannende temperatur) som er tilstrekkelig høy til at det ikke lett vil fås en klar film i fravær av koaleserende midler. Nødvendig-heten av innarbeidelse av flyktige koaleserende midler er imidlertid uønsket, særlig siden noen av materialene som ofte anvendes som koaleserende midler (så som etylenglykolbutyl-etere) er materialer som en del lovgivende myndigheter mener bør unngås.

Det vil derfor være ønskelig å kunne utforme en kopolymer som kan anvendes i et sluttbelegg for tre, men som kan ha lav filmdannende temperatur og som således kan gi mulighet for anvendelse av en liten mengde koaleserende middel eller unngåelse av koaleserende middel.

Ved oppfinnelsen tilveiebringes det en vandig polymer-

dispersjon hvor polymeren er dannet av

70-90 vekt% alkylmetakrylat tilveiebrakt ved 0-30 vekt% C^-alkylmetakrylat og 50-90 vekt% C4.12-alkylmetakrylat;

5-20 vekt% styren eller alkylstyren;

2-10 vekt% vannløselig etylenisk umettet monomer;

0,5-4 vekt% polyetylenisk umettet monomer; og 0-4 vekt% karbonylholdig etylenisk umettet monomer.

Andre ikke-forstyrrende monomerer kan innarbeides i ikke-forstyrrende mengder, men disse unngås vanligvis, slik at polymeren vanligvis i det vesentlige består av de definer-te monomerer.

Alkylmetakrylatet utgjøres fortrinnsvis fullstendig av butylmetakrylat eller annet C4.12-alkylmetakrylat. Metalkry-latet kan imidlertid være en blanding av C^-alkylmetakrylat med et C4.12-alkylmetakrylat. Det kan for eksempel anvendes en blanding av 5-15 vekt% metylmetakrylat og 70-90 vekt% butylmetakrylat. Alkylet kan være lineært, forgrenet eller syklisk. Mengden av C^-alkylmetakrylat er fortrinnsvis under 10 vekt%, ofte under 5 vekt%. Mengden av C4.12-alkylmetakrylatet er vanligvis over 70 vekt%, ofte 75 eller 80-90 vekt%. I stedet for n-butylmetakrylat, innbefatter andre høyere alkylmetakrylater som kan anvendes, sek.- eller tert.-butylmetakrylat, cykloheksylmetakrylat, 2-etylheksylmet-akrylat og laurylmetakrylat.

Monomerene innbefatter også 5-20 vekt% styren eller alkylstyren, så som metyl- eller etylstyren. Mengden av styrenet er vanligvis minst 7 vekt%, men vanligvis ikke mer enn ca. 15 eller 17 vekt%. Verdier på omkring 10-15 vekt% er vanligvis best.

Det er kjent at homopolymerer av styren og av metylmetakrylat har like glasstransisjons-temperaturer, og at glasstransisjons-temperaturen for en kopolymer av monomerer som innbefatter,styren, vil ventes å være lik glasstransisjons-temperaturen for en kopolymer av en blanding av monomerer som er de samme, bortsett fra at styren er erstattet med den samme mengde metylmetakrylat. Det er vanligvis en viss overensstemmelse mellom filmdannings-temperaturen for en polymerdispersjon og glasstransisjons-temperaturen for polymeren i den, og således vil det ventes at styren- og metylmetakrylat kan anvendes om hverandre som komonomerer med for eksempel butylmetakrylat uten at den filmdannende temperatur for dispersjonen forandres i noen betydelig grad. Vi har imidlertid overraskende funnet at innarbeidelse av styren i små mengder, vanligvis ikke mer enn 15-20 vekt% maksimalt, gir en polymerdispersjon med overraskende lav filmdannende temperatur og har likevel gode hardhetsegenskaper og andre fysiske egenskaper.

Modifisering av de foretrukkede kopolymerer vist i US-patent 5 070 136 (utformet av en blanding av butylmetakrylat og metylmetakrylat) ved erstatting av en del av, eller alt, metylmetakrylatet med styren eller alkylstyren resulterer spesielt i reduksjon av den filmdannende temperatur, mens hardheten og andre ønskelige fysiske egenskaper hos polymeren og belegg av denne, bibeholdes. Resultatet av dette er at det er mulig å redusere mengden koaleserende middel i blandingen uten at den filmdannende temperatur økes, og/eller at det er er mulig å utforme blandingen slik at den danner en film ved lavere temperatur.

Den vannløselige etylenisk umettede monomer som anvendes, kan velges blant forskjellige løselige, etylenisk umettede monomerer så som etylenisk umettede karboksylsyrer og (met)akrylamid. Monomerene er fortrinnsvis en blanding av (met)akrylsyre og (met)akrylamid. Det er således for eksempel fortrinnsvis 0,5-5 vekt% (ofte 0,5-2 vekt%) metakrylsyre eller, fortrinnsvis, akrylsyre eller en blanding av disse, og 0,5-5 vekt% (ofte 0,5-2 vekt%) akrylamid. For oppnåelse av den beste løsningsmiddel-bestandighet hos sluttbelegget er det foretrukket å innarbeide 2-4 vekt%, ofte rundt 3 vekt%, karboksylsyre, fortrinnsvis akrylsyre.

De polyetylenisk umettede forbindelser er typisk diety-lenisk eller trietylenisk umettede forbindelser. Forbindel-sene bør være løselige i monomerblandingen. Egnede monomerer innbefatter aromatiske divinylforbindelser så som divinyl-benzen, diakrylater og dimetakrylater av C2_24-dioler så som butandiol og heksandiol, divinyletylenurea og andre divinyl-urea-forbindelser, og diallyl- og triallylforbindelser så som diallylftalat og triallylisocyanurat. Mengden av den polyetylenisk umettede forbindelse er vanligvis 0,5-2,5 vekt%. Innarbeidelse av slike materialer bevirker tverrbinding mellom polymerskjelettene.

Polymeren innbefatter fortrinnsvis i tillegg 0,5-4 vekt%, ofte 0,5-3 vekt%, av en karbonylholdig umettet monomer. Eksempler innbefatter akrolein, metakrolein, diacetonakrylamid, diacetonmetakrylamid, 2-butanonmetakrylat og vinylacetoacetat.

Når en slik forbindelse innarbeides (typisk i en mengde på 1-3 vekt%), hvilket er foretrukket, er det foretrukket å innarbeide i dispersjonen et dihydrazid som vil reagere med karbonylforbindelsen under tilveiebringelse av ytterligere tverrbinding. Mengden dihydrazid er vanligvis 0,5-1 mol pr. mol karbonylholdig monomer. Dihydrazidet er fortrinnsvis et dihydrazid av en alifatisk dikarboksylsyre, fortrinnsvis en C4.16-dikarboksylsyre. Eksempler på egnede dihydrazider er adipodihydrazid, glutardihydrazid og suksinodihydrazid.

Polymerdispersjonen kan lages ved hjelp av vanlig olje-i-vann-emulsjonspolymerisering, typisk til et innhold av faststoffer på 20-60 vekt%, ofte minst 40 vekt%, f.eks. 40-50 vekt%. Polymeriseringen kan utføres under anvendelse av vanlige valgfrie additiver så som emulgatorer, beskyttende kolloider og kjedeoverføringsmidler. Vanligvis tilsettes dihydrazidet etter polymeriseringen.

Det kan utformes en belegningsblanding ved at vanlige filmdannende additiver blandes med polymerdispersjonen, og

vanligvis dihydrazidet (dersom ikke dette er blitt innarbei-det tidligere). De vanlige filmdannende additiver innbefatter vanligvis filmdannende koaleserende midler som fortrinnsvis er flyktige. Foretrukkede koaleserende midler er alkyl-estere av polykarboksylsyrer, vanligvis dimetyl eller diiso-butyl eller annet dialkyl (vanligvis C^g-estere) av ali-fatiske dikarboksylsyrer så som adipinsyre og/eller glutarsyre og/eller ravsyre. Andre koaleserende midler som kan anvendes, innbefatter alkyleteren og alkyleteracetatet av propylenglykol eller polypropylenglykol, idet alkylgruppen fortrinnsvis er C^-alkyl, vanligvis n-butyl. Blandingene er

fortrinnsvis fri for alkyletere og alkyleteracetater av etylenglykol og polyetylenglykol (for eksempel dietylen-glykol-monoetyleter) , siden slike materialer er unødvendige på bakgrunn av de foretrukkede filmdannende egenskaper som kan fås ved oppfinnelsen. Den totale mengde koaleserende middel som anvendes ved oppfinnelsen, basert på belegningsblandingen, er vanligvis i området 1-5 vekt%, og en fordel ved oppfinnelsen er at det kan oppnås gode resultater med lavere mengder enn det som ellers ville trenges, og således er mengden typisk ikke mer enn 4 vekt%, og fortrinnsvis ikke mer enn 3 vekt%, basert på belegningsblandingen.

Andre vanlige additiver som kan innarbeides i dispersjo-nene, innbefatter voksarter, matteringsmidler så som silika-forbindelser, fargestoffer og fortykningsmidler. Blandingen utformes fortrinnsvis slik at den har høye lysutstrålings-egenskaper (ofte over 90%) og gir et hovedsakelig klart belegg.

Belegningsblandingen kan, avhengig av utformningsmåten for den, påføres ved hjelp av påstryking med pensel på det underlag som skal belegges. Dette underlag er vanligvis tre.

Det belagte underlag kan tørkes ved romtemperatur eller underkastes forhøyede temperaturer (for eksempel opp til 80°C) i vanlig tunnelltørker eller andre tørkeanordninger. Dette akselererer den endelige tverrbinding og herding av belegget.

De herdede belegg er bestandige overfor slitasje og kan således lett slipes og har gode stablingsegenskaper og god kjemisk bestandighet.

Nedenfor følger noen eksempler.

Eksempel 1

En kopolymerdispersjon utformes av følgende blanding av monomerer

1 kg av kopolymer-dispersjonen ble dannet ved tilveiebringelse av 437 gram av monomerblandingen, i de forhold som er angitt ovenfor, og emulgering av denne blanding i 213 gram vann i nærvær av 17 gram av en 27% vandig løsning av natrium-saltet av sulfatert 3 mol etoksylert C12.14.f ettalkohol. 22 6 gram vann og 17 gram av den samme emulgatorløsning ble oppvarmet i en beholder til 80-90°C og gjennomblåst med nitrogen og deretter justert til ca. 85°C. 3,65 gram av en løsning av 2 gram ammoniumpersulfat i 73 gram vann ble tilsatt til den vandige løsning i beholderen, fulgt av 34 gram av monomer-emulsjonen. Temperaturen fikk stige ved eksoterm polymerisering til 88°C, og deretter ble blandingen avkjølt til 85°C og holdt ved denne temperatur i 15 minutter. Resten av monomer-emulsjonen ble tilsatt i løpet av 2% time, og resten av initiatorløsningen ble tilsatt i løpet av 3 timer, mens temperaturen ble holdt på ca. 85°C. Når alle tilsetnin-ger var fullstendig, ble den resulterende polymer-emulsjon holdt ved 85°C i ytterligere 1 time. Dispersjonen ble av-kjølt til under 40°C, og 11 gram adipindihydrazid ble tilsatt og omrørt inntil fullstendig oppløsning.

Produktet hadde følgende egenskaper:

Eksempel 2

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt, bortsett fra at styrenet ble erstattet med metylmetakrylat.

Produktet hadde følgende egenskaper:

Virkningen av forskjellige koaleserende midler på den minimale filmdannende temperatur (MFFT) for produktene fra eksempler 1 og 2 ble bestemt.

Spesielt ble belegningsblandinger av hver dispersjon dannet ved blanding av 79,55 vektdeler av dispersjonen med 0,2 vektdeler av et vanlig underlagsfuktemiddel, og resten, til 100 vektdeler, var en blanding av vann og variable mengder av forskjellige koaleserende midler. De resulterende belegningsblandinger hadde et faststoffinnhold på 35 vekt%. Tre koaleserende midler ble undersøkt som følger: A-en blanding av raffinerte dimetylestere av adipinsyre, glutarsyre og ravsyre

B - propylenglykol-n-butyleter

C - propylenglykol-n-butyleteracetat

Den minimale filmdannende temperatur for de resulterende belegningsblandinger utformet med forskjellige mengder av det koaleserende middel ble bestemt, og resultatene er vist i følgende tabeller.

Det fremgår at blandingene ifølge oppfinnelsen, basert på kopolymerer av butylmetakrylat og styren, har lavere filmdannende temperaturer enn de tilsvarende blandinger som dannes under anvendelse av metylmetakrylat i stedet for styrenet. I alle tilfellene tørket belegningsblandingene på tre under dannelse av et klart, slitasje-bestandig og kjemi-kalie-bestandig beskyttende lakkbelegg.

Claims (7)

1. Vandig kopolymerdispersjon, karakterisert ved at kopolymeren er dannet av 70-90 vekt% alkylmetakrylat som utgjøres av 0-30 vekt% Cj.j-alkylmetakrylat og 50-90 vekt% C4.12-alkylmetakrylat; 5-20 vekt% styren eller alkylstyren; 2-10 vekt% vannløselig etylenisk umettet monomer; 0,5-4 vekt% polyetylenisk umettet monomer; og 0-4 vekt% karbonylholdig etylenisk umettet monomer.

2. Dispersjon ifølge krav 1, karakterisert ved at alkylmetakrylatet utgjøres av 75-90 vekt% av et butylmetakrylat og 0-10 vekt% metylmetakrylat, og mengden av styren er 7-17 vekt%.

3. Dispersjon ifølge krav 1, karakterisert ved at den vannløselige etylenisk umettede monomer utgjøres av 0,5-5 vekt% (met)akrylsyre og 0,5-5 vekt% (met)akrylamid.

4. Dispersjon ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den karbonylholdige monomer er tilstede i en mengde på 0,5-4 vekt% og at dispersjonen dessuten innbefatter dihydrazid av dikarboksylsyre for tverrbinding med karbonyl-monomeren.

5. Dispersjon ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at alkylmetakrylatet utgjøres av bare C4_12-alkylmetakrylat, og mengden av styren er 10-15 vekt%.

6. Dispersjon ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den er egnet for belegging på tre og dessuten innbefatter et koaleserende middel.

7. Dispersjon ifølge krav 6, karakterisert ved at det koaleserende middel er valgt blant dialkylestere av dikarboksylsyre, alkyleter av propylenglykol og alkyleteracetat av propylenglykol.