NO315166B1 - Fargestoffsammensetning for malingsprodukter og anvendelse derav - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fargestoffsammensetning for anvendelse i oppløsnings-bårede malingsprodukter og anvendelse derav. Fargestoffsammensetningen omfatter 2-75 vekt% av en pigment-komponent (A) bestående av en eller flere organiske og/eller uorganiske pigmenter og eventuelle ekstenderpigmenter, 10-60 vekt% av en fortynningskomponent (B) bestående av en eller flere organiske oppløsningsmidler, ingen av disse er en alifatisk alkohol eller aromatisk hydrokarbon, og 10-50 vekt% av en bindemiddelkomponent (C) bestående av en aller flere bindemidler oppløselig i fortynningskomponent (B). Sammensetningen kan i tillegg omfatte inntil 5 vekt% av en additivkomponent (D) bestående av en eller flere additiver som er egnet for anvendelse i fargestoffer. De ovenfor nevnte områder av mengder av komponentene (C) og (D) er beregnet som 100 % ikke-flyktig/aktivt materiale hvor opp løsningsmidlene som sannsynligvis er inneholdt i den leverte formen er inkludert i fortynningskomponent (B). Fargestoffene ifølge oppfinnelsen kan bli anvendt i brekking av farge. De blir imidlertid fortrinnsvis anvendt i brekkingssystemer inneholdende en serie av fargepastaer som tillater brekking av forskjellige typer basismalinger i fargeanlegg, distribusjonsvarehus, salgspunkter, eller på stedet for industrielle kunder.

I beskrivelsen blir begrepet "malingsprodukter" benyttet i sin bredeste mening og refererer til industrielle og handelsvarebelegg, malinger, lakk, vernisser, fyllstoffer, trebeis og lignende flytende substanser for påføring av forskjellige overflater som et beskyttende og dekorativt belegg. Farger og fargepastaer er farge, fargestyrke og reologi-kontrollerte pigmentdispersjoner med høyt innhold av faste stoffer.

Brekkingssystemer.

Malingsprodukter kan bli brekket ved tilsetning til dem høyfargede brekkmalinger, eller med hensyn på pigrnentering, ennå mer konsentrerte fargestoffer (=fargepastaer). Brekkingen blir gjennomført i ferdiglagede malingsprodukter, hvite eller fargede kalt basismalinger. Farge og ugjennomsiktighet av basismalingene avhenger av mengden av pigmenter, særlig hvite pigmenter. Basismalingene kan bli erstattet med basislakk/vemisser.

Brekkmalingene er normalt produkt-spesifike, dvs de blir fremstilt separat for hver malingstype som skal bli tonet. Antall pigmenter, farger og typer malinger er begrenset.

Konsentrerte fargepastaer kan bli anvendt som en del et brekkingssystem. Disse systemene tillater brekking av et hvitt område av forskjellige typer malingsprodukter med en serie av fargestoffer. Arbeidsmengde, antall ferdige produkter og behov for lagringsrom vil være redusert, og malingsanlegg og distribusjonsmarked som forbedrer og øker servicen.

Systemet involverer brekkingsmaskiner lokalisert i forskjellige punkter i distribusjons-kjeden. I et malingsanlegg foregår brekkingen i realtivt store satser ("i-anlegget"), meget ofte i henhold til mottatte ordre. Basismalinger som blir levert til distribusjonsvarehus og salgssteder, blir vanligvis tonet direkte i salgspakningen ("i-boksen").

I de siste brekkingssystemene blir brekkingsformlene registrert i hukommelsen i en PC (en formeldatabank). Maskinen dispenserer automatisk korrekte blandingsforhold av fargestoffer i basismalingen i henhold til en forhåndsbestemt formel. Ingrediensen blir grundig blandet i en rister og den tonede malingen er klar for bruk. Avhengig av antall farger som er ønskelig, er 1-10 basismalinger pr hver malingstype og 5-40 fargestoffer pr brekkingssystem nødvendig.

Malingsproduktene blir for det meste tonet i fargenyanser som gis som kodenummer eller produsentens egne fargekort eller på de fargekort som baseres på nasjonale eller internasjonale fargenyansestandarder (RAL, BS, NCS etc). Det er også mulig å knytte brekkingsmaskinen til et fargetilpasningssystem som muliggjør brekking i henhold til fargeprøve. Antall fargenyanser er således i praksis uendelig.

Det er alltid anbefalelsesverdig å anvende brekkingssystemet (som inneholder basismalinger, fargestoffer, dispensering og blandesystem og dataprogrammer for bearbeiding av farge), når det er mulig. Det hjelper å redusere lager, begrense kostnadene, sikre kvalitet og få bedre kundeservice. Noen basismalinger, særlig hvite baser blir også solgt i store mengder utonet.

Fremstilling av fargestoffer.

Komponenter.

Fargestoffer omfatter generelt en pigmentkomponent og et flytende medium i hvilken pigmentene er dispergert. Dispersjonsmediet består av minst et fortynningsmiddel, som er et organisk oppløsingsmiddel eller vann, og av et bindemiddel og/eller dispergerings/fuktningsmiddel. I tillegg til et dispergeringsmiddel kan andre additiver også bli anvendt.

Dispersjon oe dispersionsmedier.

Pigmenter blir først blandet med dispersjonsmediet. Dispersjonen av pigmenter har vist seg å foregå i tre trinn:

1) fukting av partikkeloverflater og porer med mediet

2) nedbryting og dispersjon av pigmentpartikler (agglomerater og aggregater)

3) fukting og stabilisering av dispergerte primærpartikler og små agglomerater og aggregater.

Dispersjonen blir gjennomført ved å anvende utstyr der yteevnen er basert på høy skjære-, støt- og/eller kavitasjonskrefter. Forskjellige typer dispersjonsutstyr basert å satsvis eller kontinuerlig operasjon kan bli anvendt; støt-, kule-, småsteins-, sand-, perle, valse- eller kolloidkvemer; attritorer, turboblandere, høy-hastighetsskivedispenserer etc. Dispersjon av pigmenter avhenger mer ofte av prosessbetingelser og type utstyr enn av totalenergitilførsel i dispersjonsprosessen.

Dispersjonsmediet på den annen side spiller en viktig rolle i en dispersjonsprosess. Mediet bør være i stand til å fukte og stabilisere pigmenter og være kompatibel med forskjellige malingstyper.

I fuktningsfasen fortrenger først det flytende dispersjonsmediet luft i porene og på overflaten av pigmentagglomerator og aggregater. Faktorer som påvirker fuktningsevnen innbefatter f.eks. grensesnittspenninger på pigment/væskefase, kontaktvinkel og viskositet i væsken. For effektiv fuktning bør disse verdiene være lave.

Gjennom elektrostatisk og/eller sterisk stabilisering blir et lag dannet på overflaten av de dispergerte pitmentpartiklene og forhindrer dem mot festing til hverandre gjennom flokkullering eller tilsvarende mekanisme. Dersom partiklene blir for store blir de separert gjennom sedimentering. Konsistensen kan til slutt bli modifisert ved tilsetning av et tykningsadditiv til fargestoffet for å reterdere pigmentsegmentering.

De samme fortynningsmidlene har blitt anvendt i produksjon av fargestoffer som blir utnyttet som oppløsningsmidler i fargene som skal brekkes. Bindemidlene som vanligvis benyttes i malinger kan imidlertid bare sjelden bli anvendt i fargestoffer, fordi de ikke er raskt kompatible med andre bindemidler, og de har ofte for høye viskositeter og dårlig pigmentdispergering/fuktningsegenskaper. Spesielle fargebindemidler blir derfor brukt og disse har bedre egenskaper med hensyn på polaritet og/eller oppløselighet. I bindemiddel-frie fargestoffer blir bare dispergeringsmidler og fortynningsmidler, slik som vann og organiske oppløsningsmidler særlig glykoler anvendt som et medium.

Fargestoffer har ofte produkt eller nyanserelaterte problemer med hensyn på stabilitet, glans, reproduserbarhet, renhet i nyanse eller andre lignende egenskaper. For å overvinne disse problemene er det nødvendig med forskjellige additiver, det viktigste av dette er dispergerings- og fuktningsmidler, i tillegg til fortynningsmidler og bindemidler.

Glykol som inneholder fargepastaer og vandige fargepastaer, såkalte universelle fargestoffer er egnet for brekking av både vann- og oppløsningsmiddel-bårede dekorative malingsprodukter.

Glykolfargestoffer inneholder alkylenglykol, vanligsvis etylen eller propylenglykol (DE-3 839 294) som et fortynningsmiddel. Vandige fargestoffer har vann (GB-2 266 320) eller vann og glykol (DE-1 519 254 og EP-444 950) eller vann og andre hjelpeoppløsings-middel som dietylenglykolmonoetyleter (EP-462-557) som fortynningsmiddel. Ytterligere essensielle komponenter av et fargestoff er pigmenter og ikke-ioniske og/eller anioniske dispergeringsmidler. Celluloseeter (DE-1 519 254), polyetylenglykol og hydroksyetyl-etylenurea(EP-462 557) blant andre blir anvendt som et bindemiddel. US 5074887 beskriver et fargestoffpreparat som omfatter natriumlaktat og glyserol/glykol.

Ulempen ved glykolfargestoffer er at de vanligvis inneholder skadelige komponenter når det betraktes ut fra helsesmessig og sikkerhet ved arbeidet eller miljømessig synspunkt slik som etylenglykol og dispergeringsmidler av alkylfenoletoksylater, som videre forringer egenskapene ved oppløsningsmiddel-bårede malinger, særlig glans, tørking og vannresistens. Rene vandige fargestoffer er betydelig bedre på basis av sikkerhet enn glykolinneholdende fargestoffer. Deres anvendelse i oppløsningsmiddel-bårede malinger er imidlertid begrenset.

Ved forsøk på å utvide rekkevidden av anvendelse av fargestoffer til industrielle malinger, har universelle fargstoffer som ikke inneholder vann blitt utviklet. Disse kan inneholde

1) et vann-oppløselig eller dipsergerbart bindemiddel, og

2) et fortynningsmiddel som er blandbart, delvis eller fullstendig, både i vann og i organisk oppløsningsmiddel og 3) typisk en eller flere ikke-ioniske eller anioniske dispergeringsmidler. Produksjon av slike universelle fargestoffer nevnes f.eks. i patentbeskrivelse EP-507 202. Fargestoffer ifølge beskrivelsen inneholder 0,5-5% av et ikke-ionisk dispergeringsmiddel og 20-50% av et vann-blandbart organisk oppløsningsmiddel.

Fargestoffer som er egnet for anvendelse i oppløsningsmiddel-bårede malingsprodukter som trykkfarger, emaljemalinger og industrielle bakebelegg inneholder f.eks. følgende fortynningsmidler: toluen, xylen og andr aromatiske hydrokarboner, n-butanol og etylenglykoletere eller eterestere (SE-72 08650-7 og EP448 347, eksempler). Naturlige harpikser, alkydharpikser, ureaharpikser, aldehydharpikser, ketonharpikser og akrylharpikser har f.eks. blitt anvendt som et bindemiddel. Noen av fortynningsmidlene (glykoletere, glykoleterestere, etere etc.) som nevnes i patentbeskrivelsen betraktes å være skadelig på helsen. Oppløsningsmidler som blir anvendt i disse produktene har meget ofte en motbydelig lukt og/eller de er helseskadelige og derfor må innpakningene bli utstyr med passende fareklassifikasjon.

Det er et mål med oppfinnelsen å skaffe tilveie fargestoffer som er stabile i malinger og fargenyanser uten å ha en negativ effekt på malingsegenskaper slik som glans, tørke/herdetider eller vannresistens. Et annet formål ved oppfinnelsen er å skape fargestoffer som tilfredsstiller kravene med hensyn på helse og sikkerhet under arbeid og miljømessige aspekter; fargestoffene må ikke være helsefarlige eller skadelige for miljøet og de må ikke ha en ubehagelig lukt. Disse målene blir oppnådd ved formulering av et nytt fargestoff som er egnet for brekking av oppløsnings-bårede malingsprodukter. Denne fargestoffsammensetningen for oppløsningsmiddelbårede malingsprodukter omfatter 2-75 vekt-% av en pigmentkomponent (A) bestående av en eller flere organiske og/eller uorganiske pigmenter og eventuelle ekstenderpigmenter, 10-60 vekt% av en fortynnings-komponent (B) bestående av en eller flere organiske oppløsningsmidler som ikke er en alifatisk alkohol eller aromatisk hydrokarbon, 10-50 vekt%, beregnet som 100 % ikke-flyktig materiale, av en bindemiddelkomponent (C) bestående av en eller flere bindemidler oppløselig i fortynningskomponent (B), og eventuelt inntil 5 vekt%, beregnet som 100 % aktivt materiale, av en additivkomponent (D) bestående av en eller flere additiver som er egnet for anvendelse i fargestoffer, kjennetegnet ved at 20-100 % av totalvekten av fortynningskomponenten (B) består av en bionedbrytbar ester av melkesyre og en Ci-Cio- alkohol og 70-100 % av totalvekten av bindemiddel-komponent (C) består av en ketonaldehydharpiks, ketonharpiks og/eller aldehydharpiks minst delvis oppløselig i malingsoppløsnings-midler inkludert alifatiske hydrokarboner.

Selv om estere av melkesyren og de nevnte harpiksene allerede er tidligere kjent, er kombinasjonen som nå presenteres ny, og basert på sammenlignbare tester viser den også synergi.

Det er nå blitt oppdaget at problemene i en stor grad kan unngås dersom dispergerings-mediet i fargestoffene for malingsproduktene er en bindemiddeloppløsning der 1) fortynningsmiddelet omfatter minst et organisk oppløsningsmiddel (forskjellig fra en alifatisk alkohol eller aromatisk hydrokarbon) som har et riktig nivå av polaritet og flyktighet, og av denne er 20-100 % en bionedbrytbar ester av melkesyre og en lavere alkohol, fortrinnsvis etyl eller isopropyllaktat, klassifisert som ikke-skadelig. 2) 70-100 % av bindemiddelkomponenten omfatter minst en relativt lav molekylmasseketonaldehyd, keton og/eller aldehydharpiks oppløselig i det foran nevnte fortynningsmiddelet, og mulig 0-30 % av et annet fargestoffbindemiddel kompatibelt med den nevnte harpiksdelen.

Fargestoffer i foreliggende oppfinnelse er egnet for anvendelse for brekking av oppløsnings-bårede malingsprodukter, også de fortynnet i alifatiske hydrokarbonene (white spirit) og/eller med høyt innhold av faste stoffer (såkalte HS-malinger). De kan bli anvendt særlig i malinger, der de flyktige organiske forbindelsene av disse skal være så sikre som mulig på bakgrunn av helse og sikkerhet under arbeid og miljømessige aspekter. Mengden av fargestoffer som blir tilsatt er generelt 0-15 volum% av malingen og derfor påvirker oppløsningsmiddelinnholdet av et fargestoff mer eller mindre mengden og kvalitet av oppløsningsmiddelet som er tilstede i den tonede malingen.

Oppfinnelsen omfatter følgelig også anvendelse av en fargestoffsammensetning ifølge oppfinnelsen ved brekking av oppløsningsmiddel-bårede, white spirit inneholdende, malingsprodukter og malingsprodukter som har et høyt innhold av faste stoffer.

I motsetning til tidligere kjente løsninger er tilsetning av f.eks. alkylfenolbasert dispergeringsmidler, som er klassifisert som miljømessig toksiske og skadelige særlig for fisk ikke nødvendig. Generelt kan man si at anvendelse av store mengder dispergerings-midler har en negativ effekt på egenskapene i en malingsfilm. Dispergeringsmidlene kan også inneholde ikke-ønskede oppløsningsmidler som et fortynningsmiddel.

Vektsammensetning av fargestoffer i foreliggende oppfinnelse ligger innenfor følgende grenser:

Vektprosent av fargede pigmenter i et fargestoff i foreliggende oppfinnelse varierer fra 2 -75 % og av ekstenderpigmenter fra 0 - 50 %.

Komponentklassene (B), (C) og (D) blir beskrevet i mer detalj under. Det er mulig å velge mange andre komponenter ved siden av de som nevnes og derfor er presentasjonen bare for å illustrere, ikke begrense oppfinnelsen.

Pigmentkomponent (A).

Fargestoffene i foreliggende oppfinnelse er pigmentkonsentrasjoner som er konsentrerte i fargepigmenter i forhold til volum. De valgte pigmentene bør ha mulighet til å dekke et meget omfattende område av fargenyanser og de kan ikke negativt påvirke påføring og holdbarhetsegenskaper til de forskjellige malingstypene.

Basert på deres kjemiske struktur kan organiske fargepigmenter bli kategorisert f.eks. som følger: azo (monoazo, diazo, p-naftol, naftol AS, benzimidazolon, diazokonden-sasjon etc), metallkompleks, isoindolinon og isoindolin, ftalocyanin, kvinakridon, preinon og perylen, antrakvinon, diketopyrrolopyrrol (DPPI, dioxazine, kvinoftalon og fluoriserende pigmenter. Som hovedkategorier blir ofte gitt 1) azopigmenter og 2) ikke-azo eller polycykliske pigmenter.

Tilsvarende kategorier av uorganiske pigmenter er f.eks. :pigmenter i elementær form (karbon, aluminium etc), oksider og oksidhydroksydpigmenter (TiCb, Fe203, FeO(OH) etc), oksidblandede pigmenter (4BiV04Bi2Mo06, (Co,Ni,Zb)2TiC>4, Cu(Fe,CR)204 etc.) sulfid og sulfatpigmenter (ZnS, BaSCU, ZnS+BaSC>4 etc) kromat og kromatmolybdatblande-fasepigmenter (PbCr04+PbS04, PbCr04+PbS04+PbMo04 etc.) komplekssalt-pigmenter (f.eks. jernblå eller komplekssalter av ammonium og natriumferriferrocyanider) og silikatpigmenter (ultramariner (Na7AleSi6024S3) etc).

Anvendelse av uorganisk kadmium, bly, zink og kromatpigmenter bør unngås pga deres toksisitet.

Følgende organiske og urogansike pigmenter blant annet kan bli anvendt i fargepastaene (varemerkene varierer avhengig av produsent):

Organiske pigmenter:

Fargestoffene kan inneholde i tillegg til fargepigmenter også hvitpigmenter og ekstenderpigmenter, for eksempel:

Ved valg av pigment må det rettes oppmerksomhet mot de forskjellige typene av maling til hvilken fargestoffene blir anvendt. Viktige pigmentegenskaper ved siden av farge, dekkevne og tonestyrke er også reaktivitet i sure eller alkaliske betingelser, enkelhet når det gjelder dispersjon (fuktningsegenskaper, oljeabsorpsjon), finhet (gjennomsnittlig partikkelstørrelse og partikkelstørrelsefordeling), spesifik areal, lyshet, lysfasthet, resistens til kjemikalier, ytre holdbarhet og varmeresistens.

Pigmenter blir vanligvis levert i pulverform (partikkelstørrelse 20-100 um) eller granulatform (partikkelstørrelse 2000-5000 um), hvori pigmentkrystallene, dvs primære partikler danner løsbunnede agglomerater eller aggregater som mindre og tettere klynger.

Gjennomsnittlig størrelse på de primære partiklene av organiske pigmenter er fra 0,01 til 0,1 um, for organiske og hvite pigmenter med god ugjennomsiktighet fra 0,1 til 1,0 um, og for ekstenderpigmenter fra 1 til 5um. Formålet med å oppmale er å redusere partikkelstørelse av pigmentene tilstrekkelig fint til å oppnå en ønsket nyanse med maksimal brekkingsstyrke.

Tallrike pigmenter kan bli anvendt til å produsere fargestoffer i foreliggende oppfinnelse, også pigmenter med dårlig dispergerbarhet som kvinakridoner.

Fortynningskomponent (B).

For å begrense skadelig miljømessig virkning på et fargestoff, må oppmerksomhet rettes mot valg av raskt bionedbrytbare organiske oppløsningsmidler som et fortynningmiddel for fargestoffene i foreliggende oppfinnelse. Oppløsningsmidlene inndamper under tørking/herdefasen og derfor er resten av fargestoffet som er igjen i malingsfilmen på ingen måte raskt bionedbrytbar.

Substanser betraktes å være raskt nedbrytbare dersom følgende nivåer av bionedbrytbarhet blir oppnådd iløpet av en 28-dagers bionedbrytbar studie (testinstruksjoner fra OECD eller EU):

i tester basert på oppløst organisk karbon (DOC): 70 %

i tester basert på oksygenforbruk av karbondioksidgenerering: 60 % av teoretisk

maksimum.

Disse nivåene av bionedbrytbarhet må bli oppnådd iløpet av 10 dager fra start av nedbryting, hvilket punkt blir tatt som tiden når 10 % av substansen har blitt brutt ned.

I tillegg kan forhold av biologisk og kjemisk forbruk av oksygen også bli anvendt ved bestemmelse av bionedbrytbarhet. Dersom BOD5/COD-forhold (nedre indeks menes 5 dagers testperiode) er større enn 0,5, kan substansen bli betraktet som raskt bionedbrytbar.

Fortynningsmiddelet bør inneholde hovedsakelig oppløsningsmidler som ikke trenger en spesiell fareklassifisering når det gjelder helse eller miljømessig fare. Deler av raskt bionedbrytbare produkter, slik som 2-butanol (BOD5/(COD = 0,89) har blitt klassifisert som skadelige for helse og/eller miljøet og de tilfredsstiller ikke dette krav. Oppløsnings-midlene i foreliggende oppfinnelse kan ikke inneholde aromatiske hydrokarboner.

Ved valg av et oppløsningsmiddel må man ta i betraktning f.eks. Hansen-oppløselighets-parametere ^-^HfD = "dispersjon", P = "polar" og H="hydrogen"), relativ flyktighet (=100 med n-butylacetat) og lukt. Oppløselighetsparameterområdet til et fortynnings-middel må muliggjøre kombinasjoner med forskjellige malingstyper. Flyktighetskravene avhenger delvis av malingstypeprodukt og fargestoff det er beregnet for. Fargestoffer for ovnsemalje, kan f.eks. inneholde oppløsningsmidler med lavere flyktighet enn for lufttørkende malinger.

Minst 20 vekt%, fortrinnsvis 20-50 vekt% av et fargefortynningsmiddel fra foreliggende oppfinnelse må omfatte estere av melkesyre, dvs estere av 2-hydroksypropansyre og alkholer som metanol, etanol, propanoler eller butanoler med følgende generelle formel:

Det er foretrukket å anvende etyl eller isopropyllaktat med realtive flyktigheter på henholdsvis 22 og 18. Disse sammen med fargebindemidler fra foreliggende oppfinnelse danner oppløsninger med lav viskositet og gode pigmentfuktning/dispergerings-egenskaper. De er videre vann-oppløselige, ikke-skadelige til miljøet (CO2 og H20 som bionedbrytbare produkter), i praksis ufarlige for helsen, stabile ved normaltemperaturer og svak lukt.

Lavere laktater er ekstremt velegnet som oppløsningsmidler for tallrike malings-bindemidler. Deres gode pigmentfuktningsevne skyldes sannsynligvis det faktum at molekylen har både en polar hydroksylgruppe og en estergruppe. Fortynningsmiddelet i fargestoffet fra foreliggende oppfinnelse kan omfatte fra 0 til 80 vekt%, fortrinnsvis fra 50 til 80 vekt% av andre oppløsningsmidler enn laktater. Lavere etere eller eterestere av propylenglykol kan bli anvendt. Følgende kommersielle tilgjengelige kvaliteter (produsent Dow) kan nevnes som eksempel:

Fellestrekk ved disse oppløsningsmidlene er lav toksisitet, bionedbrytbarhet og svak lukt. De kan adskilles fra hverandre når det gjelder flyktighet, vannoppløselighet og kjemisk reaktivitet. Dowanol PnBa er et vann-uoppløselig, inert og raskt bionedbrytbart oppløsningsmidddel. Det er egnet som et fortynningsmiddel for fargestoffer som er anvendt for brekking av 2-komponent polyuretanbelegg. Fargestoffene for uretanbelegg må ikke inneholde vann eller oppløsningsmidler, slik som alifatiske Ci-Q-alkoholer, som lett reagerer med isocyanatgurpper. Konvensjonelle oppløsningsmidler forskjellig fra alkoholer, f.eks. estere, etere, ketoner, alifatiske eller alicykliske hydrokarboner etc kan bli anvendt som fargefortynningsmidler så lengde de ikke har blitt klassifisert som helsefarlige eller farlige for miljøet. På den annen side kan en begrensende faktor for deres bruk være en sterk luft (n-butylacetat, ketoner, etc).

Bindemiddelkomponent (C).

Minst 70 vekt%, fortrinnsvis 80-100 vekt% av bindemiddelet av fargestoffene i foreliggende oppfinnelse består fortrinnsvis av et lavmolekylvekt (antallsmidlere molekylmasse Mn er i området 500-3000) ketonaldehyd. Keton og/eller aldehydharpiks oppløselig i alle hovedmalingsoppløsningsmidlene som innbefatter alifatiske hydrokarboner (white spiriter, isoparafiner). Mykningspunktene til harpiksene av denne type er normalt 65-90°C. De danner i hovedmengden organiske oppløsningsmidler av fargeløse lavviskositetsoppløsninger som muliggjør en høy pigmentkonsentrasjon i et fargestoff. Fortynningsmiddel/bindemiddelkombinasjoner av foreliggende oppfinnelse har vist seg meget effektive dispersjonsmedier for organiske og uorganiske fargepigmenter. Deres gode yteevne blir bekreftet ved at fargestoffene knapt krever dispergering-/fuktnings-midler, anvendelse av dette har inntil nå nesten alltid vært en regel.

Produksjon av ketonaldehydharpikser og ketonharpikser egnet for fargestoffer i forreliggende oppfinnelse involverer vanligvis polykondensasjon av aldoltype med en alkalisk katalysator og som reaktanter ikke-cykliske eller cykliske alifatiske ketoner (f.eks. cykloheksanon) alene eller mer vanlig med alifatiske aldehyder (f.eks. formaldehyd). En mer detlajert beskrivelse av produksjon av slike harpikser er tilgjengelig i litteraturen (f.eks. De-28 31613 og D. Atti & S. Patil: Paintindia, Vol. 43, No. 9 (Sept. 1993), pp. 15-20). Egenskapene disse harpiksene vedrørende f.eks. mykningspunkt, oppløselighet og kompatibilitet varierer avhengig av råmaterialbasis og produksjonsmetode. Hva de har imidlertid har felles er at de i det minste er delvis oppløselige i alifatiske hydrokarboner.

Aldehydharpiksene blir fremstilt fra urea og alifatiske aldehyder slik som formaldehyd og isobutyraldehyd ved å anvende cyklo- og polykondensasjonsreaksjoner. Produsenten av slike harpikser er kjent f.eks. fra BASF patentbeskrivelse EP-0 002 794 og DE-OS-3 641 997 Al.

Følgende kommersielle tilgjenglige produkter blant andre kan nevnes som egnede bindemidler for fargestoffene: Synthetic Resin EP TC, en ketonformaldehydharpiks (mykningspunkt tilnærmet 70°C) fremstilt av Huls AG; Laropal K 80, et polykonden-sasjonsprodukt av cykloheksanon (mykningsmpunkt 75-85°C) fremstilt av BASF AG; og Laropal A 81, en aldehydharpiks basert på urea og alifatiske aldehyder (mykningspunkt 80-90°C) produsert av BASF AG. De nevnte harpiksene blir levert som pelleter oppløselig i hydrokarbonene, alkoholene, estere, ketoner, glykoletere etc malingsoppløsningsmidler. Selv om disse forbindelsene typisk er oppløselig i alifatiske hydrokarboner, kan noen av dem bare ha en begrenset oppløselighet i fortynnede oppløsninger av alifatiske hydrokarboner.

Oppløsninger laget av disse harpiksene i laktater kombineres godt med oppløsnings-middel-bårede malingsprodukter. Kompatibilitetstester har blitt gjennomført for en gruppe forskjellige typer malinger med bindemidler slik som alkydharpikser, modifiserte alkydharpikser (styrenert, uretan og silikonalkyder), termoplaster og reaktive akrylharpikser, melamin og ureaharpikser, polyesterharpikser, epoksyharpikser og deres kombinasjoner med vinylpolymerer, nitrocellulose (NC) og celluloseacetatbutyrat

(CAB).

Foreliggende oppfinnelse tillater erstatning av maksimalt 30 vekt%, fortrinnsvis 0-20 vekt% av ketonaldehyd, keton og/eller aldehydharpiks med andre egnede fargebindemidler slik som visse modifiserte termoplastakrylharpikser, av disse kan Plexigum P 28 (Rohm) og Disperse-Ayd 8 og 15 (Daniel Products) nevnes som eksempler. Harpiksen er tilgjengelig som pelleter (100 % faststofifnnhold) eller som oppløsninger (50-70 % faststoffirmhold) i organiske oppløsningsmidler (PG monometyleteracetat, white spirit etc).

Additivkomponent (D).

Fargestoffene i foreliggende oppfinnelse krever additiver bare i eksepsjonelle tilfeller. Additiver omfatter totalt inntil 5 % (beregnet som 100 % aktivt materiale) av vekten av fargestoff. Additiver kan ikke inneholde komponenter som er helsefarlige eller farlige for miljøet.

Dispergeringsmidlene kan bli tilsatt som fargestoffer som inneholder pigmenter med dårlig dispergerbarhet. Mulige dispergeirngsmidler innbefatter ordinære, ikke-ioniske (alkyleteretoksylater, alkylglykosider, alkylamidetoksylater, estere av glycerol, sorbitanestere etc, men ikke alkylfenolderivater), anioniske (fettsyresåper, alkylbenzen-og alkylsulfonater, alkylsulfonatmetylesstere, alkyleter- og alkylsulfater, alkylfosfater etc) og amfolytter (alkylsulfo- og alkylbetain, teknisk soyalecitiner etc) disperingsmidler og ofte blandinger av disse. Anvendelse av såkalte polymere dispergeringsmidler hvis ytelse er basert på sterisk stabilisering av pigment er meget fordelaktig i et ikke-vandig medium. De polymere dispergeringsmidlene blir vanligvis levert fortynnet i et organisk oppløsningsmiddel for å forenkle behandling. Fargestoffene som inneholder de polymere dispergeringsmidlene har ypperlig lagringsstabilitet, dvs glans, fargenyanse og andre egenskaper i den tonede malingen endres ikke selv under en lang lagringsperiode. Mengden som skal bli tilsatt avhengig av pigmentet som ble anvendt og er vanligvis 2-10 %, i foreliggende oppfinnelse 0-5 % (beregnet som 100 % aktivt materiale) av fargevekten. Under blir gitt noen få eksempler av kommersielt tilgjengelige produkter: Solsperse (Zeneca Colours), Disperbyk 160 (Byk-Chemie), Elvacite (Du Pont) og Efka Polymer (Efka Chemical) områder av dispergeringsmidler. Mer detaljert informasjon når det gjelder deres kjemiske struktur, virkningsmekanisme og anvendelse kan man finne i produsentenes produktinformasjon og litteratur, f.eks. J. D. Schofield, "Polymeric dispersants", Handbook of Coatings Additives, ed. L.J. Calbo. Marcel Dekker, Volume 2, pp. 71-104.

Andre additiver kan også bli tilsatt fargestoffene. Mest vanlig av disse er reologiadditiver som ble anvendt for å forbedre konsistens, fluiditet og tilsvarende reologiske egenskaper i et fargestoff. Mengden av det tilsatte varier fra 0 til 2 % av fargestoffvekt (beregnet som 100 % aktivt materiale).

Foreliggende oppfinnelse angår videre bruk av den nevnte fargestoffsammensetningen alene eller som en del av en serie av fargestoffer for oppløsningsmiddel-bårede malingsprodukter, inkludert malinger fortynnet i white spirit og malinger med høyt innhold av faste stoffer (såkalt HS-malinger).

EKSEMPLER

Fremstilling av fargestoffsammensetningene i foreliggende oppfinnelse blir illustrert ved hjelp av praktiske eksempler. Noen sammenligningseksempler er innbefattet hvori fargestoffene som ble fremstilt ved å anvende metodene av allerede kjent teknologinivå. Brekkingstestene ble laget ved å anvende forskjellige typer basismalinger med fargestoffene.

Fremstilling av fargestoffsammensetninger og fargestoffegenskaper.

Følgende fargestoffer ble fremstilt (se tabell 1).

Fargestoffene ble testet (se tabell 2) slik de var umiddelbart etter fremstilling på følgende egenskaper:

Stabiliteten i fargestoffene ble testet også etter en 6 ukers lagringsperiode ved å anvende samme tester. En økning eller minskning i viskositet skal forbli innenfor akseptable grenser.

Brekkingstester med fargestoffer

Fargestoffene ble testet ved brekking av følgende malingstyper:

1. Alkydmaling

2. Polyuretanmaling

3. Epoksymaling

Formlene for de hvite basismalingene (såkalte A-basismalinger) som ble anvendt i brekkingstestene er gitt i tabelle 3. Fargestoffene er naturlig egnet for brekking og også andre oppløsningsmiddel-bårede malingsprodukter av samme eller forskjellig type, i tillegg til nevnte malingstyper.

Testene ble gjennomført ved dispensering av fargestoffet i en basismaling og risting av blandingen i en malingsrister i 2 minutter.

Følgende egenskaper hos de tintede malingene ble testet ved standardbetingelser (temperatur +23°C og relativ fuktighet 50 %):

En flokkulleringstest ble gjennomført ved tilsetning av 9,5 ml av et fargestoff til 250 ml basismaling. Et oppstrøk av den brekkede malingen ble gjort med en applikator (f.eks. 150 um) på et oppstrøkspapir. Med en gang det oppstrøkne nesten er overflatetørt blir en dråpe av fersk maling tilsatt på dette og våtmalingen blir gnidd mot den tørre malingen med en fingerspiss i sirkulære bevegelser inntil malingen er festet. Teststykket får deretter anledning til å tørke og nyansen av det utgnidde området blir sammenlignet med nyansen av resten av malingsfilmen. En eventuell nyanseforskjell er et tegn på flokkullering som blir bedømt ved å anvende en relativ skala fra 0 til 3:

0 = ingen flokkullering

3 = sterk flokkullering

Akseptansen ved de tilsatte fargestoffene i en basismaling i et brekkingssystem er kritisk i den betydning at dess mindre flokkullering som forekommer dess bedre er det for å oppnå f.eks. reproduserbarhet av en fargenyanse.

I pendelhardhet og glanstester blir 25 ml fargestoff tilsatt 250 ml basismaling. To oppstrøk blir gjort på glassplate, en med 150 um og en med en 300 um applikator. Herdingsprosessen blir fulgt ved å måle pendelhardhet for både filmtykkelser etter 1,3, 7 og 14 dagers tørking. Glansverdier ved 60° blir målt etter 14 dager med et glansmeter.

I et brekkingssystem kan fargestoffene ikke påvirke de fysikalske egenskapene til basismalingene for mye. Fargestoffene er ikke egnet for brekking, dersom f.eks. tapet av glans er signifikant.

Resultatene av tester med de fremstilte testfargestoffene er vist i tabell 4 og 5.

OPPSUMMERING

Fargstoffsammensetning.

Fargestoffene av sammenligningseksemplene fra A til C og fra eksemplene 1 til 5 er gule jemoksidfargestoff. Fargestoff A ble fremstilt i henhold til eksemel Al i patentbeskrivelse EP-507 202 ved oppmaling av pigmentet til en partikkelstørrelse av mindre enn 10 um. Fargestoff B har samme dispersjonsmedium som fargestoff A. Pigmentinnholdet var imidlertid øket fra 35 % til 44 %, dvs til samme nivå som i eksempel 2. Fortynningsmiddel av fargestoffe er xylen, tidligere vanlig i bruk. I andre hensynseende er sammensetningen lik den som i fargestoff 3. Fargestoffer A og B inneholder 6-7 % av et dispergeringsmiddel, mens fargestoffer 1-5 og C ikke inneholder noe dispergeringsmiddel i det hele tatt.

Bindemiddelet i rødt jemoksidfargestoff i sammenligningseksempel D er en akrylharpiks (Disperse Ayd 15) levert som en 60 % oppløsning i propylenglykolmonometyleteracetat. Isopropyllaktat fra foreliggende oppfinnelse ble anvendt som et hjelpefortynningsmiddel. Fargestoff fra eksempel 6 har en aldehydharpiks som bindemiddel, mens fargestoff fra eksempel 7 har en aldehydharpiks kombinert med ovenfor nevnte akrylharpiks.

Kvinakridoner er organiske pigmenter med dårlig dispergerbarhet. Mindre mengder av dispergeringsmiddel kan bli tilsatt fargestoffene i foreliggende oppfinnelse for å forenkle oppmaling av pigmentet. Fargestoff fra eksempel 8 inneholder 0,2 %, fargestoffet i eksempel 9 inneholder 2,5 % av et polymert dispergeringsmiddel. Fargestoffet fra sammenligningseksempel 1 ble laget ved å anvende tilsvarende pigmentering som fargestoffene fra eksempel 8 og 9, men samme dispergeringsmiddel som anvendt for fargestoff A. Fargestoff E inneholder tilnærmet 9 % av et ikke-ionisk dispergeringsmiddel.

Carbon black er også etterspurte pigmenter når det ble anvendt i fargeformuleringer. Derfor ble også svarte fargestoffer 10,11 og F alle med pigmentinnhold på 8,6 % fremstilt. Fargestoff fra eksemplene 10 og 11 adskiller seg fra hverandre når det gjelder både deres bindemidler og fortynningsmidler. Ingen av fargestoffene inneholder et dispergeringsmiddel. Dispergeirngsmediet i sammenligningseksempel F er den samme som i fargstoff A. Fargestoff F inneholder til og med 10 % av et dispergeringsmiddel.

Nevnte innhold av dispergeringsmiddel blir betegnet som 100 % aktivt materiale.

Fargstoffegenskaper

Alle fargestoffer, unntatt sammenligsningseksempler C og E var enkle å oppmale og deres KU viskositet og stabilitet var innenfor toleransene.

Brekkingstester i malinger

Fargestoffene (eksemlene l-l 1) fra oppfinnelsen flokkullerte ikke i noen av testmalingene. Fargestoffene i sammenligningseksemplene, med unntagelse for D, flokkullerte i to eller tre av testmalingene (fargestoffer B og F dårligst).

Epoksymalinger led av en reduksjon i glans med fargestoffer B og D fra sammenlignings-eksempler; med fargestoff B var verdiene tilnærmet halvparten av verdiene til en utonet maling. Glansverdier endres ikke vesentlig i eksemplene der fargstoffene fra foreliggende oppfinnelse eller fargstoffene A, C, E og F fra sammenligningseksemplene ble anvendt.

Brekkingen hadde knapt noen påvirkning på utvikling av pendelhardhet i alkydmalings-filmer som ble påført med en 150 um applikator og det var heller en økning i hardhet av filmene påført med en 300 um applikator. Gjennomsnittlig hardhet av polyuretan og epoksybelegg avtok; svakt i filmer påført med en 150 um applikator, mer i filmer påført med en 300 um applikator. Fordi nivå av fargestofftilsetning var relativt høy (10 volum%) og hvert fargestoff ble tilsatt separat, er de reduserte pendelhardhetsverdiene som nevnt fremdeles akseptable.

I praksis blir fargene vanligvis laget ved blanding av flere fargestoffer (i henhold til fargeformelen) og de tilsatte mengdene er mindre. Effektene av fargestoffene på hardhet og andre filmegenskaper kan bli kontrollert ved å rette mer oppmerksomhet mot f.eks. flyktighet av oppløsningsmiddelblandinger og oppløsningsmiddelretensjoner av bindemidlene som ble anvendt i belegg/malingsformuleringene.

Claims (17)

1. Fargestoffsammensetning for oppløsningsmiddel-bårede malingsprodukter omfattende 2-75 vekt% av en pigmentkomponent (A) bestående av en eller flere organiske og/eller uorganiske pigmenter og eventuelle ekstenderpigmenter, 10-60 vekt% av en fortynnings-komponent (B) bestående av en eller flere organiske oppløsningsmidler som ikke er en alifatisk alkohol eller aromatisk hydrokarbon, 10-50 vekt%, beregnet som 100 % ikke-flyktig materiale, av en bindemiddelkomponent (C) bestående av en eller flere bindemidler oppløselig i fortynningskomponent (B), og eventuelt inntil 5 vekt%, beregnet som 100 % aktivt materiale, av en additivkomponent (D) bestående av en eller flere additiver som er egnet for anvendelse i fargestoffer, karakterisert ved at 20-100% av totalvekten av fortynningskomponenten (B) består av en bionedbrytbar ester av melkesyre og en Ci-Cio- alkohol og 70-100 % av totalvekten av bindemiddel-komponent (C) består av en ketonaldehydharpiks, ketonharpiks og/eller aldehydharpiks minst delvis oppløselig i malingsoppløsnings-midler inkludert alifatiske hydrokarboner.

2. Fargestoffsammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at 20-50 vekt% med hensyn på totalvekten av fortynningsmiddelkomponent (B) består av den bionedbrytbare ester av melkesyre og Ci-Cio -alkohol,

3. Fargestoffsammensetning ifølge kravene 1 og 2, karakterisert ved at den bionedbrytbare esteren av melkesyre og alkoholen er et laktat med den generelle formel der R er en Ci-C4-alkylgruppe.

4. Fargestoffsammensetning ifølge krav 3, karakterisert v e d at den bionedbrytbare esteren av melkesyre og Ci-C4-alkohol (B) er et etyllaktat eller et isopropyllaktat.

5. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at inntil 80 vekt%, fortrinnsvis 50-80 vekt%, med hensyn på vekten av fortynningsmiddelkomponent (B) består av en C1-C4-alkyleter eller av en Ci-C4-alkyleterester av etylenglykol eller propylenglykol, fortrinnsvis en propylen-glykolmonometyleter, propylenglykolmonobutyleter, propylenglykolmonometyleter-acetat, propylenglykolmono n-butyleteracetat eller dipropylenglykoldimetyleter, fortrinnsvis propylenglykolmonobutyleteracetat.

6. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at 80-100 vekt% med hensyn på totalvekten av bindemiddelkomponent (C) består av en ketonaldehydharpiks, ketonharpiks og/eller aldehydharpiks også oppløselig i alifatiske hydrokarboner.

7. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den nevnte ketonaldehydharpiks, ketonharpiks og/eller aldehydharpiks av bindemiddelkomponent (C) er en harpiks med et myknings-punkt mellom 65 og 90°C.

8. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det nevnte ketonaldehydharpiks, ketonharpiks og/eller aldehydharpiks av bindemiddelkomponent (C) er en harpiks med en antalls-midlere molekylmasse Mn i området 500-3000 g/mol.

9. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte ketonaldehydharpiks av bindemiddel-komponent (C) er en harpiks fremstilt ved polykondensasjon av aldol-typen av ikke-cykliske eller cykliske alifatiske ketoner og alifatiske aldehyder.

10. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte ketonharpiks som er oppløselig i alifatiske hydrokarboner av bindemiddelkomponent (C) er en harpiks fremstilt ved kondensasjon av aldo-typen av ikke-cykliske eller cykliske alifatiske ketoner.

11. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte aldehydharpiks som er oppløselig i alifatiske hydrokarboner av bindemiddelkomponent (C) er en harpiks fremstilt ved cyklo- eller polykondensasjonsreaksjon av urea og et alifatisk aldehyd.

12. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at inntil 30 vekt%, fortrinnsvis inntil 20 vekt% med hensyn på totalvekten av bindemiddelkomponent (C) består av en termoplastakrylharpiks.

13. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at pigmentkomponent (A) består av en eller flere organiske pigmenter valgt fra følgende pigmentgruppe: azopigmenter, metall-komplekspigmenter, isoindolinon- og isoindolinpigmenter, ftalacyaninpigmenter, kvinakridonpigmenter, perinon- og perylenpigmenter, antrakvinonpigmenter, diketo-pyrrolopyrrolpigmenter, dioksazinpigmenter, kvinoftalonpigmenter og fluoresens-pigmenter.

14. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at pigmentkomponent (A) består av en eller flere uorganiske pigmenter valgt fra følgende pigmentgrupper: elementære pigmenter, oksid- og oksidhydroksidpigmenter, oksidblande-fase pigmenter, sulfid- og sulfatpigmenter, kromat- og kromatmolybdatblande-fase pigmenter, komplekssalt-pigmenter og silikat-pigmenter.

15. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at additivkomponenten (D) består av en eller flere additiver i " valgt fra ikke-ioniske dispergerings-midler, anioniske dispergeringsmidler, amfolytiske dispergeringsmidler og/eller polymere dispergeringsmidler.

16. Fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at additivkomponenten (D) består av en eller flere reologiadditiver som er egnet for anvendelse i fargestoffer.

17. Anvendelse av en fargestoffsammensetning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav ved brekking av oppløsningsmiddel-bårede, white spirit inneholdende, malingsprodukter og malingsprodukter som har et høyt innhold av faste stoffer.