SE426842B - Sett att framstella ett vattenlosligt och lufttorkande lackbindemedel av alkydtyp - Google Patents

Description

10 _15 20 25 30 èn 40 7804795-8 2 framställa färger av dessa typer, som ger lika blanka ytor. som de kon- ventionella lösningsmedelslösta lackerna. Utmärkande för dessa färger är även begränsad smutstâlighet och minskad tvättbarhet, vilket medför att de är avgjort mindre användbara än vanliga lacker vid målning av inredningssnickerier, kök, badrum etc. De färgskikt, som bildas av dessa färgtyper, kan sammanfattningsviskarakteriseras såsom alltför porösa för att ge godaegenskaper.

Större framgång har man haft med att ersätta de konventionella organiska lösningsmedlen med vatten i ugnstorkande eller andra härdande, men ej huvudsakligen lufttorkande, lacker. Sådana produkter utgör en direkt 'tillämpning av Höhnels bekanta patent från år 1948 (brittiska patentet nr 665 195), enligt vilket en fria karboxylgrupper innehållan- de polyester av den typ, som i nutida språkbruk kallas alkyd, göres vattenlöslig och vattenspädbar genom att neutraliseras med ammoniak eller alkylaminer etc. till (alkyl-)ammoniumtvålar, vilka under lackens inbränning reagerar med likaså vattenlösta karbamid- eller melamin- hartser. Lacker av denna typ har under de senare åren vunnit ganska vid- sträckt användning vid industriell lackering, speciellt för s.k. (rostskydds-)primers.

Vid nyssnämnda användning spaltas i regel de vattenlösliga (alkyl-)ammoniumtvälarna praktiskt taget fullständigt under avgivande av ammoniak eller fri amin, som avgår med ventilationsluften i tork- ugnsanläggningen. Enligt en allmänt spridd och i facklitteraturen ofta förekommande uppfattning är detta fullständiga sönderfall av tvålarna ett nödvändigt villkor för att färgskiktet skall bli vattenbeständigt.

I tidsskriften "Pigment and Resin Technology", maj 1977, sid. l3-14, kan man t.ex. under rubriken "Formulation of water thinnable paints" läsa om såsom tvålar vattenlösta alkyder att "neutraliseringsmedlet måste färflyktigas fullständigt från lackfilmen, ty annars nedsättes vatten- beständigheten“.

En följd av denna uppfattning har uppenbarligen blivit, att färg- ash lackfackmän ansett att lufttorkande lacker knappast kan tillverkas av vattenlösta alkydtvålar, utan att de får en katastrofalt dålig vattenbeständighet, eftersom tvålarna ej kan antagas bli fullständigt' sönderdelade. Om å andra sidan det skulle lyckas att framställa tvålar som sönderdelas fullständigt under torkningsförloppet, har man uppen- barligen förutsatt, att denna sönderdelning sker under avgivning av ammoniak eller fri amin i mängder som ur yrkeshygienisk synpunkt innebär att fastställda hygieniska gränsvärden överskrids. I tidskriften.

"Farbe und Lack, årg. 83, nr 7, 1977, sid. 595, kan man i sammanfatt- 10 15 20 25 HF då c 7894795-8 3 ningen till artikeln "Einige Aspekte der Säure/Base-Wechselwirkung“ av Charles M. Hansen exempelvis läsa att "ur oljesyrafilmer kan aminer ganska snabbt frigöras genom förångning".

Först på senare tid har det klarlagts, att nyssnämnda uppfatt- ningar om förloppet vid lufttorkning av alkydtvålar är missvisande. I arikeln "Vattenlösta färger - en sund tanke?" (Färg och Lack gi (l878) nr 5) visas, att ammonium- eller alkylammoniumförtvålade alkyder av ovannämnt slag kan lufttorka utan att avgiva fri ammoniak eller aminer i yrkeshygieniskt vådliga mängder, samt att den bildade, luft- torkande lackfilmen innehåller en avsevärd andel av den från början befintliga alkydtvâlen (dess innehåll av kväve) i permanent bunden form och således bidrager väsentligt till filmens egenskaper. Överraskande nog visade det sig, att de därigenom uppkomna filmerna har en mycket god vattenbeständighet, glans etc., särskilt i jämförelse med filmer bildade av de välkända plastdispersionsfärgerna.

I slutet av nämnda artikel påpekas dessutom, att motsvarande al- kalimetallförtvålade alkydprodukter däremot ej alls är vattenbeständiga utan lätt kan tvättas bort även sedan filmen torkat.

Enligt föreliggande uppfinning har nu den nyssnämnda skillnaden mellan olika slag av alkydtvålar visat sig kunna utnyttjas på ett över- raskande och speciellt fördelaktigt sätt.

Förfaringssättet enligt uppfinningen innebär nämligen att den fria karboxylgrupper innehållande alkyden först neutraliseras endast delvis, (alltså ej fullständigt och tillräckligt för att göra produk- ten klart vattenlöslig). Neutraliseringen utföres med ammoniak eller amin (eller annan kvävebas), varvid mängden bildad (alkyl-)ammonium- salt (tvål) begränsas så, att ingen eller nästan ingen fri ammoniak (amin) senare avgår under filmens torkning. Den begränsade mängden ammoniumtvål kvarstannar i stället i den torra filmen och ger denna önskad vattenbeständighet. I Den i första steget endast delvis neutraliserade alkyden försät- tes i ett andra neutraliseringssteg med ett vattenlösligt alkali, före- trädesvis ett alkaliskt reagerande salt av en oorganisk eller organisk syra, till dess att lösningens pH är mellan 6 och 8, företrädesvis ca 7.

Den därvid bildade alkalimetalltvålen gör alkydprodukten klart vatten- löslig, då den användes vid lackberedning, men tillåter efter färgens applicering torkning tilllen film med normala egenskaper och med en endast obetydligt nedsatt vattenbeständighet.

Företrädesvis användes ett alkydharts, vars karboxylgrupper ger alkyden ett syratal av 20-70 mg KOH/g eller 0,36-1,25 mekv/g. 10 15 20 25 .gp 7804795-8 4 Üppfinningen belyses närmare nedan med ett UTFÖRINGSEXÉMPEL Fem olika klarlacker (opigmenterade färger), betecknade nr l - nr 5, bereddes i enlighet med fölande tabell, som förutom ingredien- serna även klargör i vilken ordningsföljd dessa tillsattes samt vissa väsentliga egenskaper hos resp. lackše TABELL Lack nummer - ll 2 3 4 5 90,9%-ig alkydlösning 44,0 44,0 44,0 44,0 44,0 Trietylamin, 100% 2,9 'e - 1,6 1,6 - Boraxlösning, 10% - 42,0 - 20,0 22,0 Trietylamin, 100% - + - - 1,6 Etylglykol 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 Sickativlösning 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 Metyletylketoxim 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Vatten (dest.) 25,0 - .25,0 7,0 5,5 summa viktsaelar' as,9 1oo,o e4,e se,s 87,1 Lackens (vattenlösningens) pH-värde 7,2 6,8 5,9 7,0 7,0 Vattenbeständighet hos lack- filmen på glaspanel efter 20 timmars torkning, provad enl. SIS 18 41 61 (Petriskål).

Exponeringstid, minuter, till glansminskning hus filmens våta yta. ca 80 < 1 ca 80 50 < 2 Pendelhårdhet (Königpendel) bestämd enl. SIS 18 41 86 på glaspanel efter 20 tim- mars torktid, sekunder 7 9 S 10 9 Pendelhårdhet efter 44 tim- mar, sekunder 12 14 8 24 20 10 15 20 25 JO 35 m 7804795-8 g Skillnaden i sammansättning mellan lackerna gäller som synes huvudsakligen arten och mängden av neutraliseringsmedel (tvålbil- dare). Endast klarlack nr 4 framställdes helt i enlighet med uppfin- ningen. Som synes neutraliserades den först delvis genom tillsats av trietylamin i en mängd, som vid lack nr 3 visat sig otillräcklig för fullständig neutralisering och icke givit en klar vattenlösning med acceptabla målningsegenskaper. Därefter fullbordades neutrali- dseringen till pH ca 7,0 genom tillsats av natriumtetraborat iborax) i vattenlösning. Bestämningen av pH utfördes med en glas-ka1omelkombina- tionselektrod. Övriga lacker belyser effekten av neutralisering utförd på sätt som_avviker från förfarandet enligt uppfinningen. I I samtliga fall användes samma alkydharts innehållande fria karboxylgrupper (syratal 50), Det motsvarar till sin uppbyggnad den produkt, som i brittiska patentet nr 665 195 kallas "Component II" och definieras närmare i anspråk nr 7-9 i denna patentskrift. I Var och en av lackerna nr l till 5 bereddes av 40 viktsdelar alkydharts, räknat som 100-procentigt, För neutraliseringsproceduren löstes detta harts i 2 viktsdelar etyldiglykol och 2 viktsdelar etylglykol, och användes således i form av en lösning med torrsubstans- halten 90,9 viktsprocent och viskositeten 2,2 Pa.s vid 50°C.

Tillsatt sickativlösning motsvarar 0,05 Co + 0,3 Ba + 0,15 Zn räknat som % metall på mängden fast, oneutraliserad alkyd. Metyl- etylketoxim användes som skinnförhindrande medel.

Av tabellen framgår vidare, att lack nr 3 innehöll samma beståndsdelar som lack nr l men neutraliserades endast till hälften, varvid den ej gav en klar vattenlösning och vid applicering och torkning ej avgav någon påvisbar mängd ammoniak eller amin. Båda lackerna hade emellertid som synes ungefär samma vattenbeständighet vid provning efter 20 timmars torktid, Lack nr 2 däremot, som neutraliserades med en lösning av natrium- tetraborat (borax), hade praktiskt taget ingen vattenbeständighet efter* samma tid: Den bildade natriumtvålen är uppenbarligen relativt lätt- löslig i vatten. Lackfilmen, som har normalt utseende, är tydligen helt nanvändbar på grund av sin bristande vattenbeständighet.

Vid beredningen av lack nr 4 neutraliserades i enlighet med uppfinningen först alkyden ifråga med samma mängd trietylamin, som an- vändes i lack nr 3, och därefter fortsattes neutraliseringen genom tillsättning av boraxlösning liksom vid lack nr 2, ehuru endast i en mängd som erflmakadesför att den till slut helt klara vattenlösningen 10 15 20 25 7 8 0 4 7 9 5 - 8 6 skulle få ett pH av 7,0. Som synes uppnådde lack nr 4 en vattenbe- ständighet något understigande den hos lack nr l, vilken neutralisera- des med enbart trietylamin, men samtidigt en hårdhet, som var överläg- sen de övriga lackerna.

Vid applicering av lackerna nr 3 och nr 4 på wallboardskivor med diameter ca 20 cm placerade i exsickatorer med en luftvolym av ca 3 liter kunde under torkningsförloppet ingen med drägerrör påvisbar mängd trietylaminånga upptäckas, inte ens då det enligt bruksanvisningen föreskrivna antalet slag med drägerpumpen fördubblades. Tillägges bör, att ångkoncentrationen vid målningsarbete i ventilerade lokaler givetvis blir ännu mindre. Vid liknande applicering av lack nr 1, som neutrali- serades fullständigt med enbart trietylamin, kunde däremot trietylamin- ånga påvisas i exsickatorluften - ca 5-10 ppm vid 5 pumpslag.

En jämförelse mellan lack nr 4 och lackerna l-3 visar att syftet med förfaringssättet enligt uppfinningen kunde uppnås genom den partiel- la förtvâlningen med trietylamin efterföljd av fullständig förtvâlning med borax.

Vid ett försök med lack nr 5 däremot, där ordningen mellan neutraliseringsstegen omkastats, så att man först neutraliserade med natriumtetraborat och därefter med trietylamin (i båda fallen i unge- fär samma mängd som fallet var vid lack nr 4) erhölls en lackfilm med praktiskt taget lika dålig vattenbeständighet som vid lack nr 2, vilka neutraliserades med enbart borax.

Exemplet visar således tydligt, att ordningen mellan neutralise- ringsstegen är avgörande för färgskiktets egenskaper. Tilläggas bör även att med lack nr 5 applicerad på wallboard i en exsickator avgavs en påvisbar mängd trietylamin vid provning på exsickatorluften med írägerrör (liksom vid lack nr 1).

Förfaringssättet är ej begränsat till.de i exemplet beskrivna förhållandena, utan kan givetvis tillämpas med användning av olika ekvivalenta medel inom ramen för uppfinningen, såsom anges i följande patentkrav.

Claims (3)

7804795-8 P A T E N T K R A V

1. Sätt att framställa ett vattenlösligt och vattenspädbart, lufttorkande lackbindemedel av alkydtypf varvid i ett alkydharts in- gående fria karboxylgrupper neutraliseras med en kvävebaserad kompo- nent, såsom ammoniak eller en amin, för bildande av ett vattenlösligt ammoniumsalt, k ä n n e t e c k n a t a v att neutraliseringen sker i två steg, varvid i ett första steg tillsättes en för delvis neutralisering avpassad mängd av nämnda komponent, så att en begräns sad mängd vattenlösligt ammoniumsalt bildas, och i ett andra steg tillsättes en för fullständig neutralisering tillräcklig mängd vatten- lösligt alkali, företrädesvis ett i vattenlösning alkaliskt reageran- de salt av en oorganisk eller organisk syra.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att man använder ett alkydharts, vars karboxylgrupper ger alkyden ett syratal av 20-70 mg KOH/g eller 0,36-1,25 mekv/g.

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att den i det andra neutraliseringssteget tillsatta alkalimängden avpassas så, att en vattenlösning av bindemedlet erhåller ett pH- värde av 6-8, företrädesvis ca 7. ANFURDA PUBLIKATIONER: DE 2 044 903 (CÛQD 5/02) I