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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Fettsäure-modifizierten
Kohlenhydrats, das vollständig
aus erneuerbaren Quellen gewonnen werden kann, als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel
in Beschichtungen wie Farbe, Lack oder Beize. Die vorliegende Erfindung
betrifft auch Beschichtungen umfassend das reaktionsfähige Verdünnungsmittel,
insbesondere betrifft die Erfindung Alkyd-Beschichtungen.
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Alkyde
sind seit langem etablierte Bindemittel für filmbildende Beschichtungszusammensetzungen, deren ästhetische
Eigenschaften geschätzt
werden, die eine niedrige Oberflächenspannung
haben, die das Benetzen von und die Adhäsion an eine große Vielzahl
an Substraten ermöglicht
und die Pigmentbenetzung erleichtert, die in einer Vielzahl von
Techniken angewendet werden können,
die einen langlebigen Film mit adäquaten Schutzeigenschaften
bei moderaten Bedingungen im Laufe der Lebensdauer bringen und die
kostengünstig
sind. Alkyd-Bindemittel sind für
die Beschichtungsindustrie immer noch von unzweifelhafter Bedeutung.
Die Umweltbelastung und die Gesundheitsprobleme, die von der Emission
des Lösungsmittels
verursacht werden, erzwingt die Entwicklung von Beschichtungen mit
hohem Feststoffanteil oder sogar von lösungsmittelfreien Beschichtungen.
Ein Weg, den Anteil an Feststoffen in Beschichtungsformulierungen
zu erhöhen,
ist das Ersetzen flüchtiger
Lösungsmittel
durch reaktionsfähige
Verdünnungsmittel
in den Harzzusammensetzungen. Die reaktionsfähigen Verdünnungsmittel reduzieren die
Viskosität
der Farbe während
der Anwendung, liegen aber, im Gegensatz zu konventionellen Lösungsmitteln,
anschließend
in das Polymernetzwerk eingebaut vor.
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Das
Konzept der reaktionsfähigen
Verdünnungsmittel
ist im Stand der Technik der Farben mit hohem Feststoffanteil (siehe
z. B: Kapitel 6 in High Solids Alkyd Resins, K. Holmberg, Dekker,
1987) bekannt. WO 97/02326 offenbart die Verwendung von Octadienyl-Maleaten,
-Fumaraten und -Succinaten als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel in Alkyd-Formulierungen
mit hohem Feststoffanteil.
EP
0 685 543 A2 beschreibt die Verwendung von Alkylestern,
die von der Säure
eines ungesättigten
Pflanzenöls
abgeleitet wurden, in einer Beschichtungszusammensetzung, die ein
Alkyd und ein reaktionsfähiges
Verdünnungsmittel
enthält.
WO 95/12641 offenbart ein Bindemittel mit hohem Feststoffanteil
umfassend ein konventionelles Alkydharz und ein reaktionsfähiges Verdünnungsmittel,
das aus einem mehrwertigen Alkohol, einem Polyisocyanat und ungesättigten
Fettsäuren
hergestellt wird. Reaktive Verdünnungsmittel
und ebenfalls Alkyd- Präpolymere
sind teilweise ableitbar von landwirtschaftlichen Produkten, die
offensichtlich von erneuerbaren Quellen sind.
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Ein
Alkyd-Bindemittel sollte ein hohes Molekulargewicht haben, um ein
schnelles Trocknungsverhalten zu gewährleisten und um einen adäquaten Schutzfilm
zu bilden. Auf der anderen Seite sollte das Molekulargewicht des
Bindemittels gering sein, um eine niedrige intrinsische Viskosität zu garantieren
und um den Lösemittelanteil
in der Beschichtungsformulierung zu minimieren. Reaktionsfähige Verdünnungsmittel
sind bekannte Werkzeuge, um den Feststoffanteil einer Beschichtungszusammensetzung
zu erhöhen.
Ein reaktionsfähiges
Verdünnungsmittel
für Alkydsysteme
mit oxidativer Trocknung muss die folgenden Bedingungen erfüllen: Eine
niedrige intrinsische Viskosität
und eine gute Kompatibilität
mit Alkyd-Bindemitteln, um eine schnelles Viskositätsschnittverhalten
zu gewährleisten,
eine niedrige Flüchtigkeit,
um ein Verdampfen vor dem Aushärten
zu verhindern, keine toxischen Auswirkungen des reaktionsfähigen Verdünnungsmittels
und möglicher
Abbauprodukte; die Anzahl und Typen der reaktionsfähigen Stellen
im Molekül
müssen
denen des hochmolekularen Bindemittels entsprechen, um eine Quervernetzung
im polymeren Alkydnetzwerk zu ermöglichen; keine vorzeitige Quervernetzung,
um die Lagerzeit der Beschichtungszusammensetzungen zu verlängern, und
keine schädlichen
Auswirkungen auf die Filmeigenschaften wie unzureichende Härteausbildung,
Filmunklarheiten und eine verstärkte
Tendenz zu Vergilben oder Falten zu werfen.
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Es
ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, reaktionsfähige Verdünnungsmittel
zur Verfügung
zu stellen, die in Beschichtungen verwendet werden, die eine oder
mehrere der oben erwähnten
Bedingungen erfüllen.
Es ist ein weiteres Ziel, Beschichtungen zur Verfügung zu
stellen, die reaktionsfähige
Verdünnungsmittel
in Kombination mit konventionellen autooxidierbaren fetten oder
halbfetten Alkydharzen umfassen und vollständig aus erneuerbaren Quellen
erhältlich
sind. Es ist ein weiteres Ziel, Beschichtungen zur Verfügung zu
stellen, die auf einem Alkyd-Bindemittel und einem reaktionsfähigen Verdünnungsmittel
basieren, wobei die Trocknungscharakteristika und die Filmbildung
dieser Beschichtung auf derselben Stufe stehen wie konventionelle
Alkydfarben und wobei der Feststoffanteil wesentlich gesteigert
ist.
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In
einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung
eines Fettsäuremodifizierten Kohlenhydrats,
erhältlich
durch Reaktion von: (i) mindestens einem Kohlenhydrat oder einem
Acylester davon; und (ii) einer Fettsäure, einem Alkylester davon,
oder einem Derivat davon, als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel in einer Beschichtung.
Gemäß einer weiteren
Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Fettsäuremodifizierten
Kohlenhydrats als reaktionsfähiges
Verdünnungsmittel,
wobei die freien OH-Gruppen
des Kohlenhydrats nach Reaktion mit der Fettsäure, dem Alkylester davon oder
dem Derivat davon, noch weiter acetyliert werden.
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In
einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Beschichtungen,
die wenigstens ein Bindemittel und als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel
ein Fettsäure-modifiziertes
Kohlenhydrat umfassen, das erhältlich
ist durch Reaktion von: (i) mindestens einem Kohlenhydrat oder einem
Acylester davon; und (ii) einer Fettsäure, einem Alkylester davon
oder einem Derivat davon.
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Der
Ausdruck „Acyl", wie er hierin verwendet
wird, bezeichnet eine Alkylgruppe, die an eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung
angelagert ist. Insbesondere bezeichnet Acyl, wie hier verwendet,
einen Rest der Formel R1CO-, wobei R1 ein Alkyl repräsentiert.
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Der
Ausdruck „Alkyl", wie hierin verwendet,
alleine oder in Kombination, bezeichnet geradkettige und verzweigkettige
gesättigte
Kohlenwasserstoffreste, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome, vorzugsweise
1 bis 4 Kohlenstoffatome, noch bevorzugter 1 bis 2 Kohlenstoffatome
enthalten. Beispiele für
solche Reste schließen
Methyl, Ethyl, N-Propyl, Isopropyl, N-Butyl, Isobutyl, Sec-Butyl,
Tert-Butyl, 2-Methybutyl und dergleichen ein.
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Der
Ausdruck „ Kohlenhydrat", wie hierin verwendet,
schließt
Monosaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide sowie Substanzen
mit ein, die von Monosacchariden mittels Reduktion der Carbonylgruppe, beispielsweise
Alditole, mittels Oxidation einer oder mehrerer terminaler Gruppen
zu Carbonsäuren,
oder durch Austausch einer oder mehrerer Hydroxygruppen gegen ein
Wasserstoffatom, eine Aminogruppe, eine Thiolgruppe oder ähnliche
heteroatomare Gruppen abgeleitet werden. Derivate dieser Verbindungen
sind auch eingeschlossen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist der Acylester des Kohlenhydrats ein niederer Acylester, wobei „niederer", wie hier verwendet,
sich auf C1-4 Kohlenstoffatome bezieht.
Geeignete Acylester des Kohlenhydrats sind Acetat-, Propionatester
und dergleichen. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Alkylester der Fettsäure
ein kurzkettiger Alkylester, wobei „kurzkettig", wie hierin verwendet,
sich auf C1-6 Kohlenstoffatome bezieht.
Geeignete kurzkettige Alkylester von Fettsäuren sind Methylester, Ethylester
und dergleichen.
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Für die Zubereitung
des Fettsäure-modifizierten
Kohlenhydrats für
die erfindungsgemäße Verwendung,
kann die Reaktion des Kohlenhydrats oder des Acylesters davon mit
der Fettsäure
dem Alkylester davon oder dem Derivat davon gemäß verschiedener Verfahren durchgeführt werden.
Nicht-einschränkende
Beispiele für
diese Verfahren schließen
ein: Umesterung (transesterfication) des Kohlenhydrats mit einem
Fettsäureester
unter Verwendung einer Vielzahl an Katalysatoren; Acylierung des
Kohlenhydrats mit einem Fettsäurechlorid;
Acylierung des Kohlenhydrats mit einem Fettsäureanhydrid; und Acelierung
des Kohlenhydrats mit der gewünschten
Säure an
sich (siehe beispielsweise US Pat. Nr. 2,831,854 U.S Pat. Nr. 3,600,186,
U.S Pat. Nr. 3,963,699, U.S. Pat. Nr. 4,517,360 und U.S. Pat. Nr.
4,518,772. Diese Patente offenbaren geeignete Verfahren für die Zubereitung
polyoler Fettsäurepolyester).
Noch geeigneter kann das Verfahren entweder eine direkte Veresterungsreaktion
oder eine Umesterungsreaktion (transesterification oder interesterification)
sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
kann das Fettsäure-modifizierte
Kohlenhydrat für
die erfindungsgemäße Verwendung
erhalten werden durch Reaktion von: (i) mindestens einem Kohlenhydrat
und (ii) einer Fettsäure,
einem Alkylester davon oder einem Derivat davon, und durch weitere
Acetylierung des Produkts dieser Reaktion mit beispielsweise Acetanhydrid.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Fettsäure-modifizierte Kohlenhydrat für die erfindungsgemäße Verwendung
durch Umesterung (transesterification) von: (i) mindestens einem
Kohlenhydrat; und (ii) einem Alkylester von Fettsäuren oder
einem Derivat davon erhalten werden. Gegebenenfalls kann das Produkt
dieser Umesterungsreaktion (transesterification) weiter acetyliert
werden mit beispielsweise Acetanhydrid.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
kann das Fettsäure-modifizierte
Kohlenhydrat für
die erfindungsgemäße Verwendung
erhalten werden durch Veresterung (interesterfication) von: (i)
mindestens einem Kohlenhydrat-Acylester; und (ii) einem Alkylester
von Fettsäuren
oder einem Derivat davon.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
kann das Fettsäure-modifizierte
Kohlenhydrat für
die erfindungsgemäße Verwendung
erhalten werden durch Veresterung von: (i) mindestens einem Kohlenhydrat;
und (ii) einer Fettsäure
oder einem Derivat davon.
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Geeignete
reaktionsfähige
Verdünnungsmittel
für die
erfindungsgemäße Verwendung
sind jene, die durch Umesterung (interesterification oder tranesterification)
eines Kohlenhydrats oder eines Acylesters davon und einem Gemisch
an Alkylestern trocknender oder halb-trocknender Fettsäuren erhalten
werden. Die Umesterungsreaktion (interesterification) wird geeigneterweise
in Anwesenheit eines Katalysators, beispielsweise einer Base, und
in einer inerten? Atmosphäre
(z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid) und gegebenenfalls bei verringertem
Druck auf erhöhten
Temperaturen, beispielsweise von ungefähr 60 bis 140°C, vorzugsweise
von 80 bis 120°C
ausgeführt.
Alternativ können
die Ester über
eine Umesterungsreaktion (transesterification) in einem polaren
aprotischen Lösungsmittel
und in einer inerten Atmosphäre
und gegebenenfalls bei verringertem Druck erhalten werden. Geeignete
Katalysatoren schließen
K2CO3, Na2CO3, LiOH und NaOMe
mit ein. Die Umesterung (transesterification) wird vorzugsweise
ausgeführt
bei einer Temperatur von 100 bis 165°C und vorzugsweise von 140 bis
165°C. Die
freien OH-Gruppen
der resultierenden Gemische können
weiter acetyliert werden über
eine zusätzliche
Reaktion mit beispielsweise Acetanhydrid, gegebenenfalls in Anwesenheit eines
Katalysators wie wasserfreiem Natriumacetat, Zinkchlorid oder Pyridin.
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Geeignete
reaktionsfähige
Verdünnungsmittel
für die
erfindungsgemäße Verwendung
können
auch erhalten werden über
direkte Veresterung eines Kohlenhydrats mit einer Fettsäure in einem
geeigneten Lösungsmittel
wie tertiären
Aminen, Amiden oder Dimethylsulfoxid, und in Anwesenheit eines Alkali-Katalysators. Die
Veresterung kann auf Temperaturen zwischen 20 bis 180°C durchgeführt werden.
Die resultierende Gemische können
weiter acetyliert werden mit Acetanhydrid in Anwesenheit eines Katalysators
wie wasserfreiem Natriumacetat oder Zinkchlorid oder Pyridin.
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Der
Anteil des Kohlenhydrats oder des Acylesters davon am zu verwendenden
reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels
kann zusammengesetzt sein aus 1 bis 6 Kohlenhydrateinheiten. Gemäß einer
Ausführungsform
setzt sich der Kohlenhydratbestandteil aus 2 bis 4 Kohlenhydrateinheiten
zusammen. Geeignete Kohlenhydrate schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf
Mono-, Oligo- und Polysaccharide. Beispiele solcher Kohlenhydrate
schließen
beispielsweise Adonit, Arabitol, Sorbit, Mannitol, Galaktitol, Isomalt,
Lactitol, Xylit, Maltit, 1-Methyl-Glykopyranosid, 1-Methyl-Galaktopyranosid,
1-Methylmannopyransid, Saccharose, Nystose und Kestose, Trehalose,
Raffinose, Gentianose oder ein Gemisch davon ein.
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Der
Substitutionsgrad wird definiert über die Anzahl an acetylierten
Hydroxygruppen des Mono-Oligo- oder
Polysaccharids des Kohlenhydratanteils. Das Verhältnis freier zu veresteter
Hydroxylgruppen spielt eine wichtige Rolle für die Leistungsfähigkeit
des reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels.
Substitutionsniveaus von bis zu ungefähr 50 % der Kohlenhydrathydroxylgruppen
erzeugen ein Produkt mit einer Konsistenz, die von fest bis zu sirupartig
reicht. Der Substitutionsgrad des Kohlenhydrat-Anteils ist geeigneterweise
im Bereich von 50 bis 100 % und vorzugsweise im Bereich von 75 bis
100 %.
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Die
Fettsäuren,
Alkylester davon oder Derivate davon, die hierin geeignet sind,
sind nicht-trocknende, halb-trocknende
und trocknende Fettsäuren.
Mit nicht-trocknenden, halb-trocknenden
und trocknenden Fettsäuren
sind Fettsäuren
gemeint, die dieselbe aliphatische Kettenzusammensetzung wie die Öle haben,
von denen sie abgeleitet sind. Die Klassifizierung der Öle geht
auf die Jodzahl zurück;
für trocknende Öle ist die Jodzahl > 140; für halb-trocknende Öle ist die
Jodzahl im Bereich zwischen 125 und 140, und für nicht-trocknende Öle ist die
Jodzahl < 125 („Surface
coatings", von Swaraj
Paul, John Wiley und Söhne;
S. 89). In einer Ausführungsform
sind die Fettsäuren,
der Alkylester davon oder Derivate davon, die hier geeignet sind,
vorzugsweise ungesättigt.
Ungesättigte
Fettsäureanteile,
die hierin verwendet werden, sind ethylenisch ungesättigte konjugierte
oder nicht-konjugierte lange Ketten mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen,
typischerweise mindestens 10 Kohlenstoffatomen, noch typischer ungefähr 10 bis
ungefähr
24, vorzugsweise ungefähr
16 bis ungefähr
22 Kohlenstoffatome und am bevorzugtesten ungefähr 18 bis ungefähr 20 Kohlenstoffatome.
Gemäß einer
Ausführungsform
können
geeignete autooxidierbare Fettsäuren,
Akylester davon oder Derivate davon eine Jodzahl von mindestens
100 und vorzugsweise zwischen 100 und 140 haben, ausgedrückt durch
die Anzahl an Zentigramm Jod pro Gramm Fettsäure (z. B. ASTM-Testverfahren D-1959).
Typische, aber nicht beschränkende
Beispiele für
ungesättigte
Fettsäuren,
die nützlich
sind bei der Zubereitung des erfindungsgemäß zu verwendenden reaktionsfähigen Verdünnungsmittel
sind: Färberdistelfettsäure, Tallölfettsäure, Ringelblumenölfettsäure, Veroniaölfettsäure, Rapsölfettsäure, Erdnussölfettsäure, Sojabbohnenölfettsäure, Tungölfettsäure, Leinsamenölfettsäure, Sardinenölfettsäure, Heringölfettsäure, Sesamölfettsäure, Talgölfettsäure, Sonnenblumenölfettsäure, Baumwollsamenölfettsäure, und
Gemische davon.
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Geeignete
Parameter für
die Definition des erfindungsgemäß zu verwendenden
reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels
schließen
ein, sind aber nicht beschränkt
auf die Viskosität
des reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels,
sein Molekulargewicht-Zahlenmittel (Mn), seine Polydispersität und sein
Viskositätsschnittverhalten.
Beispielsweise kann das erfindungsgemäß zu verwendende Fettsäure-modifizierte
Kohlenhydrat eine Viskosität
von weniger als 30 dPa·s
bei 23°C
haben und typischerweise weniger als 20 dPa·s bei 23°C. Andere geeignete Viskosität beträgt weniger
als 15 dPa·s
und vorzugsweise weniger als 15 dPa·s.
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Ferner
haben Fettsäure-modifizierte
Kohlehydrate zur erfindungsgemäßen Verwendung
als reaktionsfähige
Verdünnungsmittel
typischerweise ein Molekulargewicht-Zahlenmittel (Mn) im Bereich
von 500 bis 10 000 und vorzugsweise von 1100 bis 6200. Gemäß einer
Ausführungsform
haben die Fettsäure-modifizierten Kohlenhydrate
ein Molekulargewicht-Zahlenmittel
im Bereich von 2400 bis 4300.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
kann das Fettsäure-modifizierte
Kohlenhydrat eine Polydispersität
im Bereich von 1 bis 3, und vorzugsweise im Bereich von 1,1 bis
1,3 haben.
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Die
Fettsäure-modifizierten
Kohlenhydrate, die als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel verwendet werden,
weisen ein gutes Gleichgewicht zwischen einer relativ niedrigen
Viskosität
und einem Molekulargewicht auf, das hoch genug ist, um den Aushärtungsprozess
nicht zu verlangsamen; sie sind vollständig abgeleitet aus erneuerbaren
Materialien und zeigen ein schnelles Verdünnungsverhalten und können daher
als reaktionsfähige
Verdünnungsmittel
in einer großen
Anzahl an Polymerformulierungen wie Farben und Lacken verwendet
werden, insbesondere für
Formulierungen, die Alkydharze umfassen.
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Das
erfindungsgemäß zu verwendende
Fettsäure-modifizierte
Kohlenhydrat ist generell geeignet als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel
für jedes
chemische Aushärtungsbindemittel
oder Bindemittelzusammensetzungen, wie beispielsweise jene, die
von H. G. Elias in Makromoleküle,
3. Auflage (1975), Seiten 715 et seq., Huthig und Wepf Verlag, Basel/Heidelberg;
in Houben-Weyl,
Methoden der organischen Chemie, Makromolekulare Stoffe, Teilbände 2 und
3, Seiten 689–2237
(1987), 4. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York; oder
von H. Wagner und H. F. Sarx in Lackkunstharze, Carl Hanser Verlag
München
(1971), 5. Auflage, beschrieben wurden.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Beschichtungen,
die wenigstens ein Bindemittel und als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel
ein Fettsäure-modifiziertes Kohlenhydrat
umfassen, das erhältlich
ist durch Reaktion von: (i) mindestens einem Kohlenhydrat oder einem
Acylester davon; und (ii) einer Fettsäure, einem Alkylester davon
oder einem Derivat davon. Gemäß einer
Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung Beschichtungen, die mindestens
ein Bindemittel und als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel ein Fettsäure-modifiziertes
Kohlenhydrat umfassen, wobei die freien OH-Gruppen des Kohlenhydrats
nach Reaktion mit der Fettsäure,
dem Alkylester davon oder dem Derivat davon weiter acetyliert werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
werden die in den Beschichtungen zu verwendenden reaktionsfähigen Verdünnungsmittel
vorzugsweise kombiniert mit autooxidierbaren Alkydharzen. Alkydharze
sind im Allgemeinen das Reaktionsprodukt der Veresterung mehrwertiger
Alkohole mit polybasischen Säuren
(oder deren Anhydriden) und Fettsäuren (oder Glyzerinestern davon).
Alkydharze sind im Stand der Technik bekannt und müssen hier
nicht weiter beschrieben werden. Die Eigenschaften werden primär von der
Natur und den Verhältnissen
der verwendeten Alkohole und Säuren
und durch den Kondensationsgrad bestimmt. Geeignete Alkydharze schließen fette
und halbfette Harze, z. B. abgeleitet von 45 bis 70 Gewichtsprozent
der Fettsäuren, mit
ein. Darüber
hinaus ist die Anwendung der reaktionsfähigen Verdünnungsmittel nicht auf einfache
Alkydharze beschränkt.
Um die Leistungsfähigkeit
der Harze zu verbessern, kann die Zusammensetzung des fetten und
des halbfetten Alkyds modifiziert werden. Beispielsweise sind Polyurethanalkyde,
Siliconalkyde, Styrolalkyde, (Meth)-Acryl-modifizierte Alkyde, Vinylierte
Alkyde, Polyamid-modifizierte Alkyde und Epoxyester auch geeignete
Harze, um mit den reaktionsfähigen
Verdünnungsmitteln
kombiniert zu werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung eine Beschichtung umfassend:
(i) als Bindemittel mindestens ein konventionelles lufttrocknendes
oder halbtrocknendes fettes oder halbfettes Alkydharz als Bindemittel,
(ii) ein Fettsäure-modifizertes
Kohlenhydrat wie oben beschrieben als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel und (iii) mindestens
ein Trockenmittel.
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Das
Verhältnis
des reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels
der vorliegenden Erfindung zum Alkydharz ist geeigneterweise im
Bereich von 2 bis 50 : 89 bis 50 Gewichtsanteilen, vorzugsweise
von 5 bis 40 : 95 bis 60 und noch bevorzugter von 10 bis 30 : 90
bis 70 Gewichtsanteilen.
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung
kann durch Mischen des erfindungsgemäß zu verwendenden reaktionsfähigen Verdünnungsmittels
mit beispielsweise mindestens einem konventionellen lufttrocknenden
oder halbtrocknenden fetten oder halbfetten Alkydharz auf eine im
Stand der Technik bekannte Weise zubereitet werden. Die Erfindung
betrifft auch Beschichtungszusammensetzungen, die einen VOC-Gehalt
unter 225 g/l und vorzugsweise unter 200 g/l haben.
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Die
Mischungen der lufttrocknenden oder halbtrocknenden fetten oder
halbfetten Alkydharze und der reaktionsfähigen Verdünnungsmittel können in
Beschichtungszusammensetzungen formuliert werden durch Mischen und,
falls angebracht, durch Verteilen und Zermahlen mit einem flüssigen Träger und
mindestens einem Trockenmittel und gegebenenfalls Pigmenten, Füllstoff-/Streckmitteln
und verbessernden und aufbauenden Zusätzen.
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Geeignete
organische Lösungsmittel
als flüssiges
Trägermaterial
in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
schließen
aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe,
Alkoholether, Alkoholetherester, Alkoholester und Gemische davon
ein. Typische, aber nicht beschränkende
Beispiele sind: Lackbenzine, desaromatisierte Lackbenzine, Lackbenzine
mit höherem
Flammpunkt, Isoparafine, Butylglykol, Butyldiglykol, Propylenglykolmonomethylether
und Dipropylenglykolmonomethylether. Lösungsmittelgemische können auch
verwendet werden. Das Lösungsmittel
stellt typischerweise ungefähr
10 bis ungefähr
20 Gewichtsprozent und vorzugsweise ungefähr 10 bis ungefähr 15 Gewichtsprozent.
Es kann jedoch auch ein wässriger
Träger
einschließlich
eines geeigneten Emulgators sein, der die Harzzusammensetzung in
Form einer Emulsion enthält.
Die Polymerisierung der erfindungsgemäßen lufttrocknenden Zusammensetzungen
wird durch sogenannte Trockenmittel oder Sikkative beschleunigt.
Beispiele für
geeignete Trockenmittel sind Salze von (zyklo-)aliphatischen, natürlichen
oder synthetischen Säuren
wie beispielsweise Linolsäure,
Naphtensäure,
2-Ethyl-Hexansäure
und Neodekansäure
verschiedener Metalle wie Kobalt, Mangan, Eisen, Blei, Zirkonium,
Strontium, Aluminium, Kalzium, Barium, Bismut, Zink, Lithium und
Kalium. Trockenmittel sind unterteilt in primäre Trockenmittel, die mehr
als eine Oxidationszahl aufweisen, Koordinationstrockenmittel und
Hilfstrockenmittel. Um die katalytische Aktivität der primären Metalltrockenmittel zu
unterdrücken
und um vorzeitige Oxidation auszuschließen, kann ein Anti-Hautbildungsmittel
wie Methylethylketoxim, n-Butylketoxim
und Cyklohexanketoxim in der Beschichtungszusammensetzung vorliegen.
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Der
optionale Farbstoffbestandteil der Beschichtungszusammensetzungen
umfasst eine oder mehrere anorganische oder organische, transparente
oder nicht-transparente Pigmente. Nichtbeschränkende Beispiele für solche
Pigmente sind Titandioxid, Eisenoxide, Kohlenschwarz, gemischte
Metalloxide, Mono-Azo- und Di-Azopigmente, Kupferphthalcyanine und
Anthrachinone. Geeignete Streckmittel sind beispielsweise Kalziumcarbonat,
Bariumsulfat, Kaolin, Talkum, Kieselgur, Glimmer und Zinkoxid.
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Zusätzlich zu
den oben erwähnten
Bestandteilen können
diese erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen
einen oder mehrere unterstützende
Zusätze
enthalten. Nichtbeschränkende
Beispiele für solche
Materialien schließen
ein: Pigment- und Substratbenetzungsmittel, Anti-Durchsackmittel,
Anti-Oxidanzien, Bakteriozide, Fungizide, Insektizide, Schaumunterdrückungsmittel,
Gleitmittel, Fluss- und Verlaufmittel, UV-absorbierende Mittel, HALS-Radikalfänger, Korrosionsinhibitoren,
Mattierungsmittel, Wachse, Flammschutzmittel, Verlust an Trockenheit-Inhibitoren,
optische Aufheller, Adhäsionsverstärker und
Anti-Krater-Zusätze.
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Diese
Beschichtungszusammensetzungen umfassend die erfindungsgemäßen reaktionsfähigen Verdünnungsmittel
können
beispielsweise für
die Beschichtung von Holz, Plastik, Leder, Textilien, Glas, Keramik oder
Metallen verwendet werden. Sie können
mit jedem bekannten Verfahren wie Sprayen, Bürsten, Fluten, Gießen, Tauchen
und Rollen angewendet werden.
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Die
Erfindung ist in den Tabellen 1–3
illustriert.
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Beispiele
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Benutzte Testverfahren
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Die
folgenden Eigenschaften wurden für
einige oder alle Farben, die im Folgenden beispielhaft genannt werden,
gemessen:
Die scherungsarme Farbenviskosität wurde mit einem HAAKE VT500-Viskosimeter
unter Verwendung einer zylindrisch geformten e E30-Spindel bei einer
Rotationsgeschwindigkeit von 179 Umdrehungen/Minute und bei 23°C gemessen.
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Die
scherungsreiche Farbenviskosität
wurde übereinstimmend
mit dem ICI-Kegel & Platten-Verfahren (ASTM D
4287) bei einer Scherrate von 10 000 s–1 in
dPa·s.
gemessen.
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Der
Feststoffanteil und das VOC-Niveau der Formulierungen wurden aus
dem Prozentsatz an Feststoffmaterial der einzelnen Komponenten und
der spezifischen Schwere des verwendeten Lösungsmittels berechnet.
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Die
Trocknungsstadien der Farbenformulierungen wurden unter Verwendung
eines BK-Trocknungsrekorders
(Sheen Instruments Ltd.) bewertet. Eine 150 μm dicke feuchte Farbschicht
wurde auf einen 30,5 × 2,5 cm
großen
Glasstreifen gegeben. Eine vertikale, stumpfe Nadel wird im frisch
aufgetragenen Film durch eine 5 g-Beladung platziert und dann durch
die trocknende Farbe mit einer Geschwindigkeit von 24,4 mm/h in
paralleler Richtung zur Länge
der Beschichtung gezogen.
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Die
Faltenbildung wurde mittels visueller Bewertung des getrockneten
Films nach Auftragen einer feuchten Schicht mit einer Dicke von
300 μm auf
Glasfelder bestimmt. Die Ergebnisse sind nach der „Sigmaskala" wiedergegeben, wo
0 einen vollständig
glatten Film anzeigt und 5 eine ernsthafte Faltenbildung über die gesamte
Filmoberfläche
bedeutet.
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Die
Elastizität
des Farbfilms wird mittels der Erichsen-Tiefungspüfung nach
ISO 1520 bewertet. Mittels eines mechanisch angetriebenen Eindringkörpers und
einer Linse wird die Tiefe des Eindringens ermittelt, bei der die
Beschichtung zu brechen beginnt.
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Die
Glanzstufe eines Farbfilms wurde 24 Stunden nach dem Trocknen mit
einem Dr. Lange Refo 3-Reflektometer gemäß ISO 2813 gemessen.
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Die
Verlaufrate wurde über
das Ausmaß des
Verblassens von Bürstenmarkierungen
nach Anwendung und über
die Glattheit der getrockneten Oberfläche bewertet. Die Verlaufrate
wird mittels einer Notationsskala von 1 (guter Verlauf) bis 5 (schlechter
Verlauf) eingestuft.
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Um
die Vergilbungstendenz der Formulierungen zu bewerten, wird ein
beschleunigtes Verfahren verwendet, das in American Paint & Coating Journal,
17. Januar, 1994, Seite 44, beschrieben ist. Für diesen Test wird ein feuchter
Farbfilm auf die Rückseite
einer Lenata Form 2A aufgetragen, um Absorption des Ammoniums durch
das Papier zu verhindern. Nach 7 Tagen des Trocknens wird der beschichtete
Abschnitt der Karten ausgeschnitten und auf die Innenseite eines
Eimers geklebt. 10 Tropfen 25 %-igen Ammoniums wurden in einem kleinen
Uhrenglas am Boden des Eimers platziert und der Deckel wurde geschlossen.
Die Felder wurden nach 6-stündiger Ammoniumexposition
entfernt und die Farbe wurde innerhalb von 5 Minuten bestimmt. Die Weißheit eines
Farbfilms wird vor und nach den 6 Stunden Exposition in einer Ammoniumatmosphäre durch Verwendung
des Cie-lab-Algorithmus gemessen.
-
Die
Adhäsion
der Farbfilme auf Fichte und gealterten Alkyden wurde gemäß dem Kreuzschraffur-Verfahren
(ISO 2409) und dem Querschnitttest (ASTM D3359) bestimmt. Auf die
Substrate wurde ein 100 μm
dicker feuchter Farbfilm aufgetragen und für 1 Woche unter Umgebungsbedingungen
getrocknet. Nach 1 Woche wurden Einschnitte in den Film gemacht
und die Adhäsion
wurde durch das Klebebandwegzieh-Verfahren getestet. Die Adhäsionsrate
wurde mittels einer Notationsskala von 0 (sehr gute Adhäsion) bis
5 (schwache Adhäsion)
bewertet.
-
Die
Glanzbeibehaltung der Farbfilme unter Bedingungen artifiziell beschleunigter
Verwitterung wurde in einem QUV-A-Kabinett (QUV Q-Feld) nach ASTM
G53 bestimmt. Die Farbe wurde auf ein Aluminium Q-Feld aufgetragen,
für 3 Wochen
unter Umgebungsbedingungen gealtert und danach einem Zyklus von
4 Stunden UV-A-Licht und 4 Stunden Kondensation mit demineralisiertem
Wasser in Abwesenheit von UV-Licht exponiert. Die Glanzwerte für einen
Winkel von 60° wurden
für mindestens
6 Wochen überwacht
und sind in Tabelle 3 dargestellt.
-
Für relative
Eigenschaften wurde eine Notationsskala von 1 (gut) bis 5 (schlecht)
verwendet.
-
Angewandte Analyseverfahren:
-
Die
Molekulargewichtsverteilung wurde mittels Gel-Permeationschromatographie
(GPC-Apparat von Millipore)
mit THF als Lösungsmittel,
3 Säulen
Plgel 5 mm, Mixt-D von Polymer-Laboratories
und einer Kalibrierungskuve mit kommerziellen Polystyrolstandards
bestimmt.
-
Der
Säurewert
wurde nach dem ASTM-Verfahren D 1980–87 gemessen und der Wert ist
in mg KOH/g angegeben.
-
Der
Hydroxyl-Wert wurde nach ASTM-Verfahren D 1957–86 gemessen und der Wert ist
in mg KOH/g angegeben.
-
Der
Substitutionsgrad (DS) stellt diesubstituierten Saccharosefunktionen
dar; er wurde mittels quantitativer 13C-NMR
unter Verwendung eines Bruker DPX 300 Spektrometers ermittelt.
-
Soweit
nicht anders definiert sind alle Reagenzien von Acors Organics oder
Merck kommerziell erhältlich.
-
FAME
ist die Abkürzung
für Fettsäuremethylester.
-
Beispiel 1
-
Zubereitung
des Sorbitlinoleats
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugefügt:
940
pbw an N,N-,Dimethylacetamid;
91 pbw Sorbit;
734 pbw Färberdistel
FAME (Radia 30139, von Oleon);
8,3 pbw Kaliumcarbonat.
-
Das
Gemisch wurde auf eine Temperatur von 160 bis 165°C unter einem
Stickstoffstrom erhitzt. Nach 9 Stunden wird das Lösungsmittel
und jegliches verbleibendes Methanol bei reduziertem Druck (20 Pa)
destilliert. Das resultierende Produkt wurde in Petroleumether (PE)
(Siedepunkt: 40–60°C) aufgelöst und mit
1,2 Äquivalenten
Wasserstoffperoxid (2 % wässrige
Lösung;
1 Mol pro Mol Innulin) im Verlauf von 2 Stunden bei einer Temperatur
von 15 bis 20°C
behandelt.
-
Das
resultierende reaktionsfähige
Verdünnungsmittel
hatte folgende Eigenschaften:
Färberdistel-FAME-Gehalt: ungefähr 15 Mol%
Substitutionsgrad:
ungefähr
5
Polydispersität:
1,1
Molekulargewicht-Zahlenmittel: 1,1 × 103
Viskosität: < 1 dPa·s bei
23°C
-
Beispiel 2: Saccharose-Octalinoleate
-
Zubereitung
des reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugefügt:
150
Gewichtsanteile (pbw) Saccharose-Octaacetat;
521,3 pbw Färberdistel
FAME (Radia 30139, von Oleon).
-
Das
Gemisch wurde auf eine Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck für 15 Minuten
erhitzt. Dann – unter
einem Stickstoffstrom – wurden
7,5 pbw Natriummethoxid zugesetzt. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemischs auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Aufgrund der Bildung von
Methylacetat stieg der Druck im Reaktionsgefäß zeitweise auf ungefähr 50–150 mbar.
Das Heizen wurde bei reduziertem Druck und bei einer Temperatur
von 110 bis 115°C
für eine Zeitdauer
von 8 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
Stoffe fortgesetzt. Nach Abkühlen
auf ungefähr
40°C wurde
das Reaktionsgemisch durch Zusatz von 40 pbw Eisessig abgestoppt.
Zu dem resultierenden Gemisch wurden nacheinander 1,6 L PE (Sp.;
40–60°C) und 0,4
L Methanol zugesetzt. Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde
die PE-Schicht 5-mal mit Methanol (ungefähr 200 ml) gewaschen.
-
Das
reaktionsfähige
Verdünnungsmittel,
das nach Verdampfen der flüchtigen
Stoffe erhalten wurde, hatte die folgenden Eigenschaften:
Substitutionsgrad
(Linoleat): 8
Färberdistel
FAME-Gehalt: 5 %
Hydroxyl-Wert: 14,6
Säure-Wert: 2,3
Polydispersität: 1,1
Molekulargewicht-Zahlenmittel:
2,7 × 103
Viskosität: 1,8 dPa·s bei 23°C.
-
Beispiel 3: Methylglykosid-Tetralinoleat
-
Zubereitung des reaktionsfähigen Verdünnungsmittels
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugesetzt:
100 Gewichtsanteile (pbw) 1-Methyl-2,3,4,6-Tetraacetyl-Glykopyranosid;
322
pbw Färberdistel
FAME (Radia 30139, von Oleon);
-
Das
Gemisch wurde auf eine Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck für 15 Minuten
erhitzt. Dann – unter
einem Stickstoffstrom – wurden
8,8 pbw Natriummethoxid zugesetzt. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemischs auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Aufgrund der Bildung von
Methylacetat stieg der Druck im Reaktionsgefäß zeitweise auf ungefähr 50–150 mbar.
Das Heizen wurde bei reduziertem Druck und bei einer Temperatur
von 110 bis 115°C
für eine Zeitdauer
von 4 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
Stoffe fortgesetzt. Nach Abkühlen
auf ungefähr
40°C wurde
das Reaktionsgemisch durch Zusatz von 30 pbw Eisessig abgestoppt.
Zu dem resultierenden Gemisch wurden nacheinander 1,2 L PE (Sp.:
40–60°C) und 0,3
L Methanol zugesetzt. Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde
die PE-Schicht 5-mal mit Methanol (ungefähr 100 ml) gewaschen.
-
Das
reaktionsfähige
Verdünnungsmittel,
das nach Verdampfen der flüchtigen
Stoffe erhalten wurde, hatte die folgenden Eigenschaften:
Substitutionsgrad
(Linoleat): 3,9
Färberdistel
FAME-Gehalt: 15 %
Hydroxyl-Wert: 4,4
Säure-Wert: 2,5
Polydispersität: 1,1
Molekulargewicht-Zahlenmittel:
1,7 × 103
Viskosität: 1 dPa·s bei 23°C.
-
Beispiel 4: 1-Kestose/Nystose-Linoleat
-
Zubereitung
des reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugesetzt:
425 Gewichtsanteile (pbw) eines Gemischs
von 1-Kestoseacetat (5 Mol %) und Nystoseacetat (95 Mol %);
1122
pbw Färberdistel
FAME (Radia 30139, von Oleon);
-
Das
Gemisch wurde auf eine Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck für 15 Minuten
erhitzt. Dann – unter
einem Stickstoffstrom – wurden
42,5 pbw Natriummethoxid zugesetzt. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde
die Temperatur des Reaktionsgemischs auf 110–115°C angehoben. Nach wenigen Minuten
begann die Reaktion. Aufgrund der Bildung von Methylacetat stieg
der Druck im Reaktionsgefäß zeitweise
auf ungefähr 50–150 mbar.
Das Heizen wurde bei reduziertem Druck und bei einer Temperatur
von 110 bis 115°C
für eine Zeitdauer
von 10 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
Stoffe fortgesetzt. Nach Abkühlen
auf ungefähr
40°C wurde
das Reaktionsgemisch durch Zusatz von 178 pbw Eisessig abgestoppt.
Zu dem resultierenden Gemisch wurden nacheinander 4,5 L PE (Sp.;
40–60°C) und 0,7
L Methanol zugesetzt. Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde
die PE-Schicht 5-mal mit Methanol (ungefähr 500 ml) gewaschen.
-
Das
reaktionsfähige
Verdünnungsmittel,
das nach Verdampfen der flüchtigen
Stoffe erhalten wurde, hatte die folgenden Eigenschaften:
Substitutionsgrad
(Linoleat): 2,5
Färberdistel
FAME-Gehalt: 5 %
Hydroxyl-Wert: 49,8
Säure-Wert: 8,4
Polydispersität: 1,1
Molekulargewicht-Zahlenmittel:
3,8 × 103
Viskosität: 7,5 dPa·s bei 23°C.
-
Beispiel 5: Saccharose-Octacalendulat
-
Zubereitung
des reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugesetzt:
101,6 Gewichtsanteile (pbw) Saccharose-Oktaacetat;
358,6
pbw Calendula FAME (Gemisch von Calendulasäure und Linolsäure), zubereitet über ein
Natriummethoxid, Alkoholyse von Calendulaöl.
-
Das
Gemisch wurde auf eine Temperatur von 75–80°C bei reduziertem Druck für 15 Minuten
erhitzt. Dann – unter
einem Stickstoffstrom – wurden
6,5 pbw Natriummethoxid zugesetzt. Im Vakuum (20–30 mbar) wurde die Temperatur
des Reaktionsgemischs auf 110–115°C angehoben.
Nach wenigen Minuten begann die Reaktion. Aufgrund der Bildung von
Methylacetat stieg der Druck im Reaktionsgefäß zeitweise auf ungefähr 50–150 mbar.
Das Heizen wurde bei reduziertem Druck und bei einer Temperatur
von 110 bis 115°C
für eine Zeitdauer
von 6 Stunden unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen
Stoffe fortgesetzt. Nach Abkühlen
auf ungefähr
40°C wurde
das Reaktionsgemisch durch Zusatz von 35 pbw Eisessig abgestoppt.
Zu dem resultierenden Gemisch wurden nacheinander 1 L PE (Sp.: 40–60°C) und 0,4
L Methanol zugesetzt. Nach Abtrennung der Methanolschicht wurde
die PE-Schicht 5-mal mit Methanol (ungefähr 100 ml) gewaschen.
-
Das
reaktionsfähige
Verdünnungsmittel,
das nach Verdampfen der flüchtigen
Stoffe erhalten wurde, hatte die folgenden Eigenschaften:
Substitutionsgrad:
8
Calendula FAME-Gehalt: 5 %
Hydroxyl-Wert: 17,2
Säure-Wert:
3,8
Polydispersität:
1,3
Molekulargewicht-Zahlenmittel: 2,7 × 103
Viskosität: 7 dPa·s bei
23°C.
-
Beispiel 6: Saccharose-Linoleat
-
Zubereitung
des reaktionsfähigen
Verdünnungsmittels
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugesetzt:
1875 pbw N,N-Dimethylacetamid;
102,6
pbw Saccharose;
675 pbw Färberdistel
FAME (Radia 30139, von Oleon);
20 pbw Kaliumcarbonat.
-
Das
Gemisch wurde auf eine Temperatur von 120–122°C bei reduziertem Druck (2,4 × 103–2,6 × 103 Pa) erhitzt. Nach 17 Stunden wurde das
Lösungsmittel
und jegliches verbleibendes Methanol bei reduziertem Druck (20 Pa)
weiter abdestilliert. Das resultierende Produkt wurde in Petroleumether
(Siedepunkt: 40–60°C) aufgelöst und mit
einem Äquivalent
Wasserstoffperoxid (3 % wässrige
Lösung;
5 Mol pro Mol Saccharose) für 45
Minuten bei einer Temperatur von 20–25°C behandelt. Die organische
Phase wurde abgetrennt und mehrere Male mit Methanol gewaschen,
um überschüssiges Färberdistel
FAME zu entfernen.
-
Das
resultierende reaktionsfähige
Verdünnungsmittel,
das nach Verdampfen der flüchtigen
Stoffe erhalten wurde, hatte die folgenden Eigenschaften:
Färberdistel
FAME-Gehalt: 10 bis 15 Mol%
Substitutionsgrad: 6
Polydispersität: 1,1
Molekulargewicht-Zahlenmittel:
2,3 × 103
Viskosität: 3,5 dPa·s bei 23°C.
-
Beispiel 7: Saccharose-Linoleatacetat
-
Zubereitung des reaktionsfähigen Verdünnungsmittels
-
Umesterung (transesterification):
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugesetzt:
1874 pbw N,N-Dimethylacetamid;
102,6
pbw Saccharose;
675 pbw Färberdistel
FAME (Radia 30139, von Oleon);
-
Das
Gemisch wurde mit einem Stickstoffstrom geklärt und auf eine Temperatur
von ungefähr
70°C für 15 Minuten
erhitzt. Dann wurden 20 pbw Kaliumcarbonat zugesetzt. Daraufhin
wurde die Temperatur der Reaktion auf 120–122°C angehoben. Das Erhitzen wurde
bei dieser Temperatur für
einen Zeitraum von 20–24 Stunden
unter gleichzeitiger Destillation der flüchtigen Stoffe (Lösungsmittel
und Methanol) fortgesetzt. Die verbleibenden Lösungsmittel wurden bei reduziertem
Druck abdestilliert. Der so erhaltene Rückstand wurde in Petroleumether
(PE) (Siedepunkt: 40–60°C) aufgelöst und durch
Celite gefiltert. Der nach Verdampfung der flüchtigen Stoffe bei reduziertem
Druck erhaltene Rückstand
wurde im nächsten
Schritt ohne weitere Reinigung verwendet.
-
Acetylierung:
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugesetzt:
1125 pbw N,N-Dimethylacetamid
702
pbw rohes Saccharose-Linoleat
3,6 pbw Natriumacetat
-
Zu
dem resultierenden Gemisch wurden 75 pbw Essigsäureanhydrid bei einer Temperatur
von 70–75°C über einen
Zeitraum von ungefähr
30 Minuten (unter einem Stickstoffstrom) zugesetzt. Das Erhitzen und
Rühren
wurde für
einen Zeitraum von weiteren 4 Stunden fortgesetzt.
-
Daraufhin
wurden das Lösungsmittel,
das überschüssige Acetanhydrid
und die Essigsäure
bei reduziertem Druck (20 Pa) abdestilliert. Der erhaltende Rückstand
wurde in PE aufgelöst
und durch Celite gefiltert. Das Filtrat wurde aufeinander folgend
mit flüssiger
Chlorlösung
(10 %), Wasser und Methanol gewaschen.
-
Das
resultierende reaktionsfähige
Verdünnungsmittel,
das nach Verdampfen der flüchtigen
Stoffe erhalten wurde, hatte die folgenden Eigenschaften:
Färberdistel
FAME-Gehalt: 5 bis 10 Mol%
Substitutionsgrad (Linoleat): 6
Substitutionsgrad
(Acetat): 2
Polydispersität:
1,1
Molekulargewicht-Zahlenmittel: 2,6 × 103
Viskosität: 1,8 dPa·s bei
23°C.
-
-
Bindemittel A: Zubereitung
-
In
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugesetzt:
1500 Gewichtsanteile (pbw) N,N-Dimethylacetamid;
93,7
pbw Inulin (Raftlin HP, von Orafti);
270 pbw Färberdistel
FAME (Radia 30139, von Oleon);
15,2 pbw Kaliumcarbonat.
-
Das
Gemisch wurde auf einer Temperatur von 160–165°C unter einem Stickstoffstrom
erhitzt. Nach 6 Stunden wurde das Lösungsmittel und jegliches verbleibende
Methanol bei reduziertem Druck abdestilliert. Das resultierende
Produkt wurde in Petroleumether (Siedepunkt: 40–60°C) aufgelöst und mit einem Äquivalent Wasserstoffperoxid
(2 %-ige wässrige
Lösung;
1 Mol pro Mol Monosaccharideinheit) für 40 Minuten bei einer Temperatur
von 35°C
behandelt.
-
Das
resultierende Bindemittel hatte die folgenden Eigenschaften:
Substitutionsgrad:
1,1
Färberdistel
FAME-Gehalt: 12 Mol %
Polydispersität: 1,2
Viskosität einer
81,5 prozentigen Lösung
nach Gewicht in ShellSol D40-Lösungsmittel
(von Shell): 60 dPa·s bei
23°C.
-
Bindemittel B: Zubereitung
-
Im
einem geeigneten Reaktionsgefäß wurde
folgendes zugesetzt:
1800 pbw N,N-Dimethylacetamid;
113,7
pbw Inulin (Raftlin HP, von Orafti);
396 pbw Färberdistel
FAME (Radia 30139, von Oleon);
18,5 pbw Kaliumcarbonat.
-
Das
Gemisch wurde auf einer Temperatur von 160–165°C unter einem Stickstoffstrom
erhitzt. Nach 6 Stunden wurde das Lösungsmittel und jegliches verbleibende
Methanol bei reduziertem Druck (20 Pa) abdestilliert. Das resultierende
Produkt wurde in Petroleumether (Siedepunkt: 40–60°C) aufgelöst und mit einem Äquivalent
Wasserstoffperoxid (2 %-ige wässrige
Lösung;
1 Mol pro Mol Monosaccharideinheit) für 40 Minuten bei einer Temperatur
von 35°C
behandelt.
-
Das
resultierende Bindemittel hatte die folgenden Eigenschaften:
Färberdistel
FAME-Gehalt: 18 Mol %
Substitutionsgrad: 1,3
Polydispersität: 1,2
Viskosität einer
92,5 prozentigen Lösung
nach Gewicht in ShellSol D40-Lösungsmittel:
90 dPa·s
bei 23°C.
-
Bindemittel
C
-
Bindemittel
C ist ein konventionelles Alkyd, lufttrocknend; es ist ein fettes
(64% Öl)
Alkydharz basierend auf Soyaöl,
das mit Pentaerythritol verestert ist; die Viskosität liegt
bei 32–46
dPa·s
bei 23°C
bei einem Feststoffanteil von 77 % und einem Säurewert unter 10 mg KOH/g.
-
-
-
Ref.
3 ist ein kommerziell erhältliches
Farbenprodukt, das auf dem Bindemittel C basiert: Es ist eine lufttrocknende
Farbe für
Außen
und Innen basierend auf Alkydharzen mit einer VOC von 334,4 g/l.
-
Wie
in den Tabelle 1, 2 und 3 illustriert ist, haben die erfindungsgemäßen Farben
genauso gute mechanische und physikalische Eigenschaften wie die
Vergleichsfarben.
-
Darüber hinaus
hat eine Farbe, die mit dem Bindemittel C formuliert wird, eine
VOC um 350 g/l. Die Wirkung des reaktionsfähigen Verdünnungsmittels wird durch das
folgende verdeutlicht: Vermengen des Bindemittels C mit den erfindungsgemäßen reaktionsfähigen Verdünnungsmitteln
reduziert die VOC auf Werte unter 250 g/l ohne dabei die anderen
Eigenschaften der Farben zu beeinträchtigen.
