DE2627320C2

DE2627320C2 - Filmbildungshilfsmittel für Dispersionsfarben

Info

Publication number: DE2627320C2
Application number: DE2627320A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Chem. Dr. 4650 Gelsenkirchen Bischoff; Heinrich 4000 Düsseldorf Linden
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1985-01-17
Also published as: GB1579672A; NL7705876A; DE2627320A1

Description

R₁-CH-CH₂ und R₁-CH-CH₂

Il Il

OH OR₂ OR₂ OH

I II

In denen R, einen Alkylrest mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen und R₃ einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet.

Die Umsetzungsprodukte aus 1,2-Epoxyalkanen und Alkoholen können nach llteraturbeksnnten Verfahren erhalten werden. Setzt man die Ausgangsstoffe In Gegenwart von basischen Katalysatoren um, so erhält man die Verbindungen der Formel I. Führt man die Umsetzung In Anwesenheit von sauren Katalysatoren durch, so erhält man ein Gemisch der Isomeren Verbindungen der Formeln I und II. Für die Verwendung Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind sowohl die reinen AlkyI-2-hydroxyalkyl-äther als auch die Isomerengemische geeignet.

Beispiele für erfindungsgemäß zu verwendende Substanzen sind die aus 1,2-Epoxyhexan, 1,2-Epoxyheptan, 1,2-Epoxyocian. 1,2-Epoxydecan, 1,2-Epoxyundecan und 1,2-Epoxydodecan durch Umsetzung mit Methanol, Äthanol, n-Propanol. I-Propanol, n-Butanol und sec.-Butanol hergestellten Verbindungen und Verbindungsgemische wie Äthyl-2-hydroxyhexyiather, n-Butyl-2-hydroxyhexyläther, n-Propyl-2-hydroxyheptyl-ather, Äthyl-2-hydroxyoctyläther, sec.-Butyl-2-hydroxyoctyläther, Äthyl-2-hydroxydecylather, l-Propyl-2-hydroxyundecyläther und Methyl-2-hydroxydodecyläther sowie die den vorgenannten Elnzelverblndungen entsprechenden Isomergemische.

Die Fllmblldungshllfsmlttel werden In den Dispersionsfarben In Mengen von I bis 8 Gew.-%, bezogen auf die In der Dispersion vorhandenen Polymeren, eingesetzt.

Die mit den erUndungsgemal} zu verwendenden Koalcszcnsmltteln !hergestellten Dlsperslonsfarbcn weisen Im Vergleich zu den mit den bekannten Fllmblldungsmltteln erhaltenen Produkten eine bessere, d. h. tiefere FlImblldungstemperatur auf. Ihre Lagerstabllltät wird durch den Zusatz Im wesentlichen nicht beeinträchtigt. Die erfindungsgcmaßen Zu.sutzmlttel verdunsten schnell aus dem aufgetragenen Farbfilm; dadurch wird ein negativer Einfluß auf die l-llmhilrtc vermieden.
In den Beispielen wurden folgende Testmethoden verwendet:

1. Bestimmung der Mlndest-Fllmblldungstemperatur

Die Mlndest-Fllmblldungstemperatur (MFT) Ist die Grenztemperatur, oberhalb der eine Polymerdispersion beim Trocknen unter definierten Bedingungen einen rlQfreien Film bildet. Die Bestimmung der MFT erfolgte nach DIN 53 787. Dabei wurden die zu prüfenden Kunststoffdispersionen In einer Naßfllmstärke von 100 um auf eine waagerechte Aluminiumplatte aufgebracht. Die Platte wurde an einem Ende gekohlt, am anderen Ende beheizt, so daß ein konstantes Temperaturgefalle bestand. Um einheitliche Bedingungen während des Trocknens sicherzustellen, wurde die Metallplatte mit einer durchsichtigen Haut)·, bedeckt, die das Überleiten eines konstanten Luftstromes ermöglichte. Die Temperaturmessungen wurden mit Hilfe eines Wlderstandsthermomaters durchgeführt, das mit einem Meßfühler ausgestattet war. Die MFT wurde an der Grenzlinie zwischen rlßfrelem und rissigem Film gemessen.

2. Bestimmung der Lagerstabliltät

Als Maß für die Lagerstabliltät der Dispersionsfarben wur-Je der Anstieg der Viskosität herangezogen. Die Viskosität der Dispersionen wurde am 1. Tag nach der Herstellung gemessen. Anschließend wurden die Proben bei 50° C gelagert und die sich einstellende Viskosität nach 8 und 30 Tagen ermittelt. Zur Viskositätsmessung diente ein Rotationsviskosimeter nach Brookfield, Type LVT. Als Meßkörper wurde die Spindel Nr. 4 verwindet. Der bei 60 Umdrehungen pro Minute und einer Laufzeit von einer Minute angezeigte Wert wurde jeweils In Pa · see (Pascal - see) umgerechnet. ^m

3. Härtemessung

Die Messung der Filmhärte wurde nach DIN 53 157 mit einem Pendelgerät nach König ausgeführt. Dabei wurde ein sich auf den Anstrichfllm stützendes Pendel In Schwingungen verseut und die Zelt In see ermittelt, die erforderlich 1st, um die Auslegung des Pendels von 6° und 3° abklingen zu lassen. Die Anstrichfilme wurden durch Ausziehen der fertigen Dispersionsfarbe mit einem ZIehllneal von *50 μπι Spalthöhe auf planen Glasplatten hergestellt.

Die nachfolgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern, ohne Ihn jedoch darauf zu beschränken. »

Beispiel 1

In Proben einer wäßrigen, fei:itell!r?n Dispersion eines Styrol-Acryiat-Copolymerlsates mit einem Polymerantel) von ca. 50 Gew.-« wurden jeweils 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Dispersion, der folgenden Substanzen eingerührt:

A) Äthyl-2-hydroxyoctyläther B) Äthyl-2-hydroxydecyläther C) Dläthylenglykolmono-n-butyläther D) 2-Butoxy-2'-acetoxy-dläthyläther E) 2,2,4-Trlmethyl-3-hydroxypentyllsobutyrat

Bei den Substanzen A und B handelt es sich um Fllmblldungshllfsmlttel nach der vorliegenden Erfindung; die Produkte C, D und E sind bekannte Koaleszenzmittel. Nach erfolgter Zugabe wurden die Proben 18 Stunden lang gelagert, bevor die Mlndest-Fllmblldungstemperatur ermittelt wurde. In die Untersuchungen wurde eine Probe ohne jeglichen Zusatz mit einbezogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1 Erniedrigung der Mindest-Filmbildungstemperatur

FilmbildungshiHsmiltel	Mindest-Filmbildungstemperalur
	in ⁰C
A	4,5
B	4,0
C	10,0
D	7,0
E	9,0
ohne	21,0

Im Vergleich zu den bekannten Koaleszenzmltteln C, D und E bewirken die erfindungsgemäßen Substanzen eine um 2.5 bis 6⁰C größere Erniedrigung der Mlndest-Fllmblldungstemperatur.

Beispiel 2
Es wurden 3 Proben einer Dlsperslonsfarbe folgender Zusammensetzung hergestellt:

s Komponente I

20 g 2 gew.-%lge wäßrige Methylhydroxypropylceliulose-Lösung 8 g 10 gsw.-SBlge wäßrige Natriumtripolyphosphat-Lösung

2 g 30 gew.-%lge wäßrige Natrlumpolyacrylat-Lösung
g Titandioxid (RutU)

ίο 140 g Dolomit, mlkronlslert

30 g Talkum, mlkronlslert
30 g Glimmer, mlkronislert
70 g Wasser

Komponente II

g ca. SO gew.-%lge wäßrige Dispersion eines Styrol-Acrylat-Copolymerlsats 60 g 2 gew.-%lge wäßrige Metbylhydroxypropylcellulose-Lösung 14 g Filmbildungshilfsmittel

Komponente III

1 g konzentrierte wäßrige Ammoniak-Lösung

3 g Konservierungsmittel (3 Teile Chloracetamld + 2 Teile Natrlumbenzoat)

4 g Antischaummittel (Oleyi.ilkohol)

In die Probe Nr. 1 wurde Äthyl-2-hydroxyoctyläther, In clrs Probe Nr. 2 2,2,4-Trimethyl-3-hydroxypentyllsobutyrat (Vergleichssubstanz) In einer Menge von 1,4 Gew.-*, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion als Fllmblldungshllfsmltte! eingearbeitet. Die Probe Nr. 3 wurde ohne Fllmblldungshllfsmittel hergestellt.

Die Pigmentpaste (Komponente I) wurde In ca. 20 Minuten mit Hilfe eines schnellaufenden Mischaggregates dlsperglert. Danach wurden die Komponenten II und IH In der angegebenen Reihenfolge zugemlscht. Von den einzelnen Proben wurden Farbfilme hergestellt und bei Raumtemperatur getrocknet. Nach 3, 6, 14 und 30 Tagen wurde die Härte der Filme, wie oben beschrieben, ermittelt. Die Meßergebnisse sind in der Tabelle 2 wiedergegeben. -

Tabelle 2 Filmhärte in Abhängigkeit von der Trocknungszeit

Trocknungs	Härte in see	Probe Nr. 2	Probe Nr. 3
zeit (Tage)	Probe Nr. 1	17	42
3	(IO	17	45
6	22	17	46
14	29	34	69
30	62

Mit dem erfindungsgemäßen Filmbildungshilfsmittel der Probe Nr. 1 wird eine wesentlich bessere Fllmhärte erzielt als mit dea Vergleichsprodukt der Probe Nr. 2. Die Probe Nr. 1 erreicht nach 30 Tagen Lagerzeit fast dieselbe Fllmhärte, wie die ohne Zusatz hergestellte Probe Nr. 3.

Beispiel 3
Es wurden 3 Proben einer Glanzdispersionsfarbe folgender Zusammensetzung hergestellt:

Komponente I
64 g Propylenglykol-1,2

8 g 25 gew.-%lge wäßrige Natlumpolyacrylat-Lösung
3 g Antischaummittel (Oleylalkohol)

1 g konzentrierte wäßrige Ammoniak-Lösung

g Titandioxid (Rutil)

Komponente Il
Λϋβ Propylenglykol-1,2
'^ι5 16 g Fllmblldungshllfsml'.tel

2 g Au,!schaummittel (Oleyalkohol)

2 g Konservierungsmittel (3 Teile Chloracetamld + 2 Teile Nalrlumbenzoal)

Komponente HI

570 g ca. 46,5 gew.-%lge wäßrige Dispersion eines Acrylpolymcrcn I g konzentrierte wäßrige Ammoniak-Lösung

60 g 2 gew.-%lgc wilßrlgc Hydroxyäthylcellulose-Lösung

20 g Wasser

In die Probe Nr. I wuitlc Äthyl-2-hydroxydceylllthcr In die Probe Nr. 2 2-Buloxy-2'-iii:etoxy-dlälhylS-ther (Vergleichssubstanz) In einer Menge von 1,6 Gew.-¹M, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion als Fllmblldungshllfsmlitel eingearbeitet. Die Probe Nr. 3 wurde ohne Fllmblldungshllfsmlttel hergestellt.

D!e Pigmentpaste (Komponente 1) wurde In ca. 20 Minuten mit Hilfe eines schnellaufendcn Mischaggregates dlsperglcrt. Danach wurden die vorgcmlschtcn Komponenten Il und III In der angegebenen Reihenfolge eingerührt. Am Tag nach der Herstellung wurde die Viskosität der Proben gemessen. Anschließend wurden die Proben bei 50° C gelagert. Nach einer Lagcr/clt von 8 bzw. 30 Tagen wurde die Viskosität erneut bestimmt. Die Meßergcbnlssc sind In der Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle 3 Viskosität in Abhängigkeit von der Lagerzeit Ln&erzeit Viskosität in Pa · see -^u

(Tage) _{Probe Nr} j _{Probe Nr} 2 Probe Nr. 3

0	3,8	3,9	3,8
8	5,0	8,5	5,0
30	9,0	nicht meß	7,5
		bar, ist
		geliert

Der Anstieg der Viskosität bei andauernder Wärmebelastung Ist In der mit dem erfindungsg?.mäßen Koaleszenzmlttel hergestellten Dispersionsfarbe Nr. 1 nach 30 Tagen nur geringfügig höher als In der zusatzfreien Probe Nr. 3. Das Fllmblldungümlttel nach dem Stand der Technik In der Probe Nr. 2 bewirkt einen so starken Viskositätsanstieg, daß die Probe nach 30 Tagen Lagerung geliert vorliegt und damit unbrauchbar geworden Ist.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung von Umsetzungsprodukten aus 1,2-Epoxyalkancn mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen und aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen als Fllmblldungshllfsmlttel for Dispersionsfarben, wobei, bezogen auf die In der Dispersion vorhandenen Polymeren, 1 bis 8 Gew.-« Umsetzungsprodukte eingesetzt werden.

Dispersionsfarben sind physikalisch trocknende Beschlchtungszusammensetzungen für starre Oberflächen, die aus wäßrigen Polymerdispersionen und Pigmenten, gegebenenfalls unter Verwendung von Verdickungsmittel, Entschäumern und Konservierungsmitteln hergestellt werden. »Glanzdispersionen« enthalten zusätzlich noch niedere Glykole, beispielsweise 1,2-Propylenglyko!. Zur Verbesserung der Lagerbeständigkeit werden Dlsper-

is sionsfarben meist alkalisch eingestellt.

Wird eine wäßrige Dispersionsfarbe bei Raumtemperatur auf einen Untergrund aufgetragen und getrocknet, so zeigt der verbleibende Film meist Risse und haftet schlecht. Diese nachteiligen Erscheinungen s-.nd auf ein unvollständiges Zusammenfließen der Polymerteilchen wahrend der Trocknung zurückzuführen. Die Tendenz zur Bildung von Rissen und zur schlechten Haftung Ist um so ausgeprägter, je tiefer die Temperatur Hegt bei

der sich der Film bildet.

Man hat bereits eine Reihe von »Koaleszenzmltteln« vorgeschlagen, mit deren Hilfe es möglich sein soll, auch bei verhältnismäßig niederen Applikation- und Trocknungstemperaturen fest haftende, rißfreie Beschichtungen zu erzielen. Es handelt sich dabei um organische Losungsmittel, die erst dann, wenn nach dem Auftragen der Farbe das Wasser oder das Wasser-Glykol-Gcmlsch zum größten Teil oder vollständig aus dem Film

verdunstet Ist, die Polymerteilchen der Disperston anlösen und so Ihr vollständiges Zusammenfließen ermöglichen. Werden die Polymerteilchen bereits In der wäßrigen Dispersion gelöst, so führt dies zu unerwünschten Viskositätserhöhungen, die bei der Lagerung zum Gelleren führen können, wodurch die Dispersionsfarbe unbrauchbar wird. Nach beendeter Fllmblldung sollen die Koaleszenzmlttel Innerhalb einer tragbaren Zelt aus dem System entweichen, damit die Härte des Films nicht beeinträchtigt wird.

Als Koaleszenzmlttel wurden bereits Dläthylenglykolmono-n-butyläther, 2-Butoxy-2'-acetoxydläthyläther und 2,2,4-Trimethyl-3-hydroxy-pentyI-lsobutyrat vorgeschlagen. Diese Substanzen ermöglichen zwar eine rlßfrele Fllmbildung bei tieferen Temperaturen, sie führen aber gleichzeitig zu einer Verminderung der Filmhärte und/oder zu einer unzureichenden Lagerstabllltät der konfektionierten Dispersionsfarben. Darüber hinaus Ist bei den Estergruppen enthaltenden Koaleszenzmltteln die Möglichkeit zur Verseifung gegeben.

Es wurde nun gefunden, daß Umsetzungsprodukte aus 1,2-Epoxyalkanen mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen und aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verbesserte Fllmblldungshllfsmlttel für Disperstonsfarben darstellen.
Die Umsetzungsprodukte aus 1,2-Epoxyalkanen und aliphatischen Alkoholen entsprechen den Formeln