DE102005026996A1

DE102005026996A1 - Harzzusammensetzungen

Info

Publication number: DE102005026996A1
Application number: DE102005026996A
Authority: DE
Inventors: Tu-Yi Wu; Lung-Lin Hsu; Mao-Jung Yeh; Chin-Mu Lee
Original assignee: Eternal Chemical Co Ltd
Current assignee: Eternal Materials Co Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-01-19
Also published as: AU2005202556A1; US7504450B2; KR20060048323A; CA2509314C; TWI284668B; US20060004133A1; JP2006022327A; JP4571539B2; CA2509314A1; TW200602435A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Harzzusammensetzung, die in der Lage ist, UV-Licht zu absorbieren, und die anorganische Partikel und ein Harz umfasst, das Einheiten eines Acrylatmonomers einpolymerisiert enthält. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann zu einer Beschichtungsmasse für ein Substrat formuliert werden, um dem beschichteten Substrat UV-Beständigkeit und gute Witterungsbeständigkeit zu verleihen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die in der Lage ist, ultraviolettes Licht zu absorbieren. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann zu einer Beschichtungsmasse für ein Substrat formuliert werden, um dem beschichteten Substrat UV-Beständigkeit und gute Witterungsbeständigkeit zu verleihen.

UV-Licht hat viele nachteilige Auswirkungen auf den menschlichen Körper, die Umgebung und Materialien. Beispielsweise kann der menschliche Körper unter Katarakt, Hautkrebs, Hautverbrennungen und Hautverdickung leiden, wenn er UV-Licht im Übermaß ausgesetzt wird; und wenn ein Material UV-Licht während eines langen Zeitraums ausgesetzt wird, wird es beispielsweise gelb, spröde und deformiert.

Um die von UV-Licht verursachten Schäden zu verringern, wurde nach einem starken und effektiven UV-Licht absorbierenden Material, wie ein UV-Lichtabsorbens, gesucht. Das UV-Lichtabsorbens ist jedoch ein organisches Material, beispielsweise Benzotriazole, und hat die Nachteile einer kurzen Wirkungszeit, kurzen Lebensdauer und der Toxizität. Um diese Nachteile zu beseitigen, wurden kürzlich nanoskalige anorganische Partikel als Ersatz für die UV-Lichtabsorbentien entwickelt.

Auch wenn anorganische Partikel, die mit UV-Lichtabsorbentien verbundenen Nachteile beseitigen können und die Fähigkeit besitzen, UV-Licht besser als UV-Lichtabsorbentien zu absorbieren, liegen sie üblicherweise in Form eines Pulvers oder in Sol-Gel-Form vor und können nicht so einfach auf ein Substrat aufgetragen werden, wenn nicht ein Bindemittel verwendet wird. Üblicherweise verwendete Bindemittel besitzen jedoch keine gute Witterungsbeständigkeit und die aus anorganischen Partikeln in Kombination mit üblicherweise verwendeten Bindemitteln hergestellte Beschichtung ist nach Oxidation und Abbau gealtert, wird pulverförmig und rissig und löst sich sogar von dem Substrat.

Nach umfangreicher Forschung wurde gefunden, dass nicht nur die UV-absorbierenden Eigenschaften anorganischer Partikel beibehalten, sondern auch die Witterungsbeständigkeit verbessert werden kann, wenn anorganische Partikel in ein Harz inkorporiert werden, das Acrylatmonomereinheiten einpolymerisiert enthält. Die erfindungsgemäße Lösung kann die oben erwähnten mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile effektiv vermeiden.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, UV-Licht zu absorbieren und die anorganische Partikel und ein Harz umfasst, das ein Acrylatmonomer als polymerisierte Einheiten enthält. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann zu einer Beschichtungsmasse formuliert werden, die auf ein Substrat aufgetragen werden kann, um dem beschichteten Substrat UV-Beständigkeit und gute Witterungsbeständigkeit zu verleihen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine Zusammensetzung zur Verfügung, die in der Lage ist, UV-Licht zu absorbieren, und die anorganische Partikel und ein Harz umfasst, das Einheiten eines Acrylatmonomers einpolymerisiert enthält.

Die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendeten anorganischen Partikel, die in der Lage sind UV-Licht zu absorbieren, unterliegen keinen besonderen Beschränkungen. Beispielsweise kann es sich, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, um Zinkoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Calciumcarbonat oder Gemische davon handeln. Die Größe der anorganischen Partikel liegt üblicherweise im Bereich von 1–100 nm, vorzugsweise 20–50 nm.

Die Menge an anorganischen Partikeln in der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung beträgt 0,01–20 Gew.%, vorzugsweise 1–5 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Das für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeignete Harz umfasst einpolymerisierte Einheiten eines Acrylatmonomers der folgenden

worin R₁ für Wasserstoff oder Methyl steht; und R₂ für Wasserstoff, eine aromatische C₆-C₁₈-Gruppe, eine aliphatische C₁-C₁₈-Gruppe, oder eine Hydroxyalkylgruppe der Formel C_nH_2nOH, wobei n = 2~10, NH₂ oder C₁₀H₁₇ steht.

Vorzugsweise ist das in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendete Acrylatmonomer ausgewählt unter (Meth)acrylsäure, Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Isooctyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat und Hydroxyethyl(meth)acrylat und Mischungen davon.

Erfindungsgemäß kann das Harz, welches Einheiten eines Acrylatmonomers einpolymerisiert enthält, ein Polymer, das nur aus Acrylatmonomeren aufgebaut ist oder ein Polymer sein, das aus dem Acrylatmonomer und anderen Monomeren, wie Styrol oder einem tertiären Carbonsäureester, aufgebaut ist.

Der zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete tertiäre Carbonsäureester entspricht der folgenden Formel:

worin R₃, R₄ und R₅ unabhängig voneinander für geradkettiges oder verzweigtes Alkyl der Formel C_mH_2m+1 steht, worin m für eine ganze Zahl von 1 bis 15 steht und R₆ ein Rest ist, der ausgewählt ist unter:

Vorzugsweise ist der tertiäre Carbonsäureester ausgewählt unter gesättigtem tertiärem Decancarbonsäurevinyl-, gesättigtem tertiärem Nonancarbonsäurevinyl- und gesättigtem tertiärem Decancarbonsäureepoxypropylester und Gemischen davon.

Die Menge an Harz, das Einheiten eines Acrylatmonomers einpolymerisiert enthält, in der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung beträgt 99,99–70 Gew.%, vorzugsweise 99–90 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann gegebenenfalls ein Härtungsmittel umfassen, um eine Quervernetzung mit dem Bindemittel durch eine chemische Bindung zwischen den Molekülen zu bilden. Die Art des für die vorliegende Erfindung brauchbaren Härtungsmittels ist dem Fachmann bekannt, beispielsweise handelt es sich um ein Polyisocyanat. Die Menge des Härtungsmittels in der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung liegt im Bereich von 0–10 Gew.%, vorzugsweise 1–5 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann zu einer Beschichtungsmasse formuliert werden, indem dem Fachmann bekannte Additive inkorporiert werden. Die erhaltene Beschichtungsmasse kann auf die Oberfläche geeigneter Substrate, wie Metalle, Legierungen, Holzgegenstände, Kunststoffe, Polymerfilme oder Ledergegenstände, aufgetragen werden, um der Oberfläche der Substrate UV-absorbierende Eigenschaften und gute Witterungsbeständigkeit zu verleihen.

Die folgenden Beispiele dienen lediglich zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung und sind nicht gedacht, den Umfang der Erfindung zu begrenzen. Verschiedene Variationen und Modifikationen, die vom Fachmann vorgenommen werden können ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen, werden daher als zur Erfindung gehörig betrachtet.

BEISPIEL 1
Jeweils 31,3 g Methylethylketon und Toluol wurden zu 157,8 g eines Acrylatharzes (Eterac 7361, Eternal) (etwa 50% Feststoffgehalt) gegeben. Die Mischung wurde gerührt (bei 1000 upm). Anschließend wurden insgesamt 3 g 35nm Zinkoxid/Bariumsulfat und 15,2 g eines Härtungsmittels (Desmodur 3390, Bayer) nacheinander zugegeben, wobei 250,0 g einer Beschichtungsmasse (40% Feststoffgehalt) gebildet wurden, die dann auf ein UX-150-Substrat (von Teijin) aufgetragen wurde. Nach dem Trocknen wurde ein 10 μm-Beschichtungsfilm erhalten. Nach 7-tägigem Stehen wurde ein Bewitterungstest (unter Verwendung der QUV-Bewitterungstestvorrichtung der Q-panel Company) an dem Film durchgeführt. Die Ergebnisse des Tests sind in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt.
BEISPIEL 2
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die 3 g 35 nm Zinkoxid/Bariumsulfat nicht verwendet wurden. Die Ergebnisse des Tests sind in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt.
BEISPIEL 3
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass das 35 nm Zinkoxid/Bariumsulfat durch ein UV-Lichtabsorbens (Tinuvin 1130, Ciba) ersetzt wurde. Die Ergebnisse des Tests sind in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt.
BEISPIEL 4
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass das Acrylatharz durch ein Styrol-Acrylat-Copolymer (Eterac 7315, Eternal) ersetzt wurde. Die Ergebnisse des Tests sind in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1: Vergilbungsindex (YI) in Abhängigkeit von der Zeit, der die Probe während des beschleunigten QUV-Bewitterungstests ausgesetzt war.
Ein Vergleich der Ergebnisse des Beispiels 1 mit denjenigen des Beispiels 2 zeigt, dass die Zugabe von anorganischen Partikeln zu einem Acrylatharz die Vergilbungsbeständigkeit erhöht.
Ein Vergleich der Ergebnisse des Beispiels 1 mit denjenigen des Beispiels 3 zeigt, dass hinsichtlich der Vergilbungsbeständigkeit anorganische Partikel besser sind als organische UV-Lichtabsorbentien. Anorganische Partikel absorbieren daher UV-Licht besser als ein organisches UV-Lichtabsorbens.
Ein Vergleich der Ergebnisse des Beispiels 1 mit denjenigen des Beispiels 4 zeigt, dass die Verwendung eines Styrol-Acrylat-Copolymers ebenfalls eine akzeptable Vergilbungsbeständigkeit ergibt.

Claims

Zusammensetzung, die in der Lage ist, UV-Licht zu absorbieren, umfassend anorganische Partikel und ein Harz, das Einheiten eines Acrylatmonomers einpolymerisiert enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die anorganischen Partikel ausgewählt sind unter Zinkoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Calciumsulfat, Bariumsulfat und Calciumcarbonat und Mischungen davon.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Partikelgröße der erwähnten anorganischen Partikel im Bereich von 1–100 nm liegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Partikelgröße der erwähnten anorganischen Partikel im Bereich von 20–50 nm liegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Acrylatmonomer der Formel
entspricht, worin R₁ für Wasserstoff oder Methyl steht; und R₂ für Wasserstoff, eine aromatische C₆-C₁₈-Gruppe, eine aliphatische C₁-C₁₈-Gruppe, eine Hydroxyalkylgruppe der Formel C_nH_2nOH, wobei n = 2~10, NH₂ oder C₁₀H₁₇ steht.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das Acrylatmonomer ausgewählt unter (Meth)acrylsäure, Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Isooctyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat und Hydroxyethyl(meth)acrylat und Mischungen davon.
Beschichtungsmasse zum Auftragen auf die Oberfläche eines Substrats, umfassend die Zusammensetzung nach Anspruch 1.
Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche eines Substrats, wobei man die Zusammensetzung nach Anspruch 1 auf die Oberfläche des Substrats aufträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem Substrat um ein Metall, eine Legierung, einen Holzgegenstand, einen Kunststoff, einen Polymerfilm oder einen Ledergegenstand handelt.