DE69132661T9

DE69132661T9 - Verwendung von Säure-Base-Indikatoren zur Verbesserung der Nassdeckkraft von Emulsionsfarben

Info

Publication number: DE69132661T9
Application number: DE69132661T
Authority: DE
Inventors: Marcellus Gerardus Jongerius; Ronald Johannes Spierdijk
Original assignee: Fina Research SA
Current assignee: Total Research and Technology Feluy SA
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 2005-06-09
Also published as: ATE203262T1; DK0488980T3; ES2160571T4; DK0488980T5; EP0488980B1; ES2160571T3; EP0488980A1; DE69132661T2; DE69132661D1

Description

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Entwicklungssystems mit Naßdeckfähigkeit zum Erhalten von Emulsionsanstrichfarben mit im wesentlichen gleichen Naß- und Trockendeckfähigkeiten.
Es ist aus der Japanischen Patentanmeldung Nr. 60-170764 (1985, S. Aoyanagi et al. von K. K. Toshiba) bekannt, daß die Zugabe einer basischen Substanz und eines Farbentwicklungsindikators zu einem Lack erlaubt, die Anwendungsverarbeitbarkeit zu verbessern, durch leichtes Unterscheiden der überzogenen Teile und der nicht überzogenen Teile während Anwendung, wobei ein transparenter Lackfilm nach Trocknen belassen wird. Jedoch zeigen sowohl nasse (gefärbte) wie trockene (transparente) Lackfilme nach dieser Offenbarung keine Deckfähigkeit.
CH-A-464415 offenbart die Zugabe einer gefärbten Komponente zu Adhäsiven oder Anstrichfarben, deren Farbe verschwindet oder ihre Intensität bei Trocknen verliert, unter Erleihtern von Anwendung, wenn das Adhäsiv oder Anstrichfarbe die gleiche Farbe wie das Substrat hat oder transparent ist.
Viele Emulsionsanstrichfarben, insbesondere hochpigmentierte, haben inhärent eine niedrigere Deckfähigkeit, wenn naß als wenn trocken. Als eine Konsequenz ist es notwendig, einen Überschuß von Titandioxid hinzuzufügen, um eine ausreichende Naßdeckfähigkeit zu erhalten. Titandioxid ist teurer als Wasser, somit besteht in der Technik ein Verlangen nach einem Verfahren zum Verbessern der Naßdeckfähigkeit von Emulsionsanstrichfarben, insbesondere zum Erhalten von im wesentlichen gleichen Naß- und Trockendeckfähigkeiten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Naßdeckfähigkeit von Emulsionsanstrichfarben zu verbessern durch Einführen eines Entwicklungssystems mit Naßdeckfähigkeit, das nicht die Trockendeckfähigkeit ändert.
Emulsionsanstrichfarbenzusammensetzungen bestehen im wesentlichen aus einer Dispersion in Wasser von einem oder mehreren Bindemitteln, einem oder mehreren Pigmenten, einem oder mehreren Füllstoffen, wahlfrei einem oder mehreren Farbstoffen, und im allgemeinem einem oder mehrereren Additiven.
Da optische Eigenschaften sich auf das Volumen des Pigments beziehen, ist eines der in dieser Technik verwendeten Konzepte die Pigmentvolumenkonzentration (hier im nachfolgenden: pvc): die pvc ist das Volumen von Pigmenten und Füllstoffen relativ zu dem Gesamtvolumen des trockenen Anstrichfarbenfilms. Wenn die pvc sich erhöht, wird ein Wert erreicht, bei dem es ungenügend Medium gibt, vollständig die Teilchen von Pigmenten und Füllstoffen zu umgeben. Jene Konzentration ist als die kritische Pigmentvolumenkonzentration (cpvc) bekannt. Emulsionsanstrichfarben mit geringer pvc, wie hier verwendet, sind unter der cpvc formulierte Anstrichfarben, während Emulsionsanstrichfarben mit hoher pvc über der cpvc formuliert sind.
Die Deckfähigkeit einer weißen Anstrichfarbe hängt von dem Streuen des einfallenden Lichts ab, welches selbst von dem Brechungsindex der verschiedenen enthaltenen Komponenten abhängt. Die dominante Position von TiO₂ (insbesondere der Rutilform davon) als weißes Pigment wird durch seinen hohen Brechungsindex von 2,7 erklärt, der mit typischen Werten von etwa 1,5 für Anstrichfarbenbindemittel zu vergleichen ist. Verdünner oder Füllstoffe sind definiert, einen Brechungsindex ähnlich zu typischen Anstrichfarbenbindemitteln zu haben, und tragen somit nicht zu der Deckfähigkeit in einer trockenen Emulsionsanstrichfarbe bei.
In Emulsionsanstrichfarben mit hoher pvc wird in der nassen Anstrichfarbe vorhandenes Wasser (Brechungsindex = 1,3) durch Lufthohlräume (Brechungsindex = 1,0) in dem trockenen Film ersetzt, wodurch in den meisten Fällen ein Anstieg an Deckfähigkeit erzeugt wird. Somit mußten jene Emulsionsanstrichfarben mit einer Naßdeckfähigkeit unter ihrer Trockendeckfähigkeit vor dieser Erfindung mit einem Überschuß von Titandioxid über der Menge formuliert werden, die verlangt wird, die gewünschte Trockendeckfähigkeit zu erhalten. Die Verwendung dieser Erfindung ist jedoch weder auf Anstrichfarben mit hoher pvc noch auf Emulsionsanstrichfarben mit einer Naßdeckfähigkeit unter ihrer Trockendeckfähigkeit beschränkt.
Es ist jetzt festgestellt worden, daß die Naßdeckfähigkeit einer Emulsionsanstrichfarbenzusammensetzung durch Einführen eines Entwicklungssystems darein erhöht werden kann, das die Trockendeckfähigkeit nicht ändert.
In einer bevorzugten Ausführungsform zum Durchführen der Erfindung wird zu der Emulsionsanstrichfarbe, von der die Naßdeckfähigkeit zu erhöhen ist, eine geringe Menge eines Säure-Basen Indikators, wobei der Indikator farblos ist, wenn unter saurer Form und einen pKa Wert, enthalten zwischen 6 und 10, vorzugsweise zwischen 7 und 9, hat, und genügend basisches Material zum Entwickeln der gefärbten basischen Form hinzugegeben. Der pKa Wert ist definiert als pKa = –log (H⁺)(A^–)/(HA), wobei HA und A^– die sauren bzw. basischen Formen darstellen, und wobei Klammern anstelle der üblichen eckigen Klammern zum Anzeigen von Konzentrationen verwendet werden.
Als geeignete Säure-Base Indikatoren können (geordnet nach sich erhöhenden pKa Werten) 6,8-Dinitro-2,4-(1H)chinazolindion (gelb, wenn unter basischer Form), m-Nitrophenol (gelb), o-Cresolphthalein (rot), Phenolphthalein (rosa), Ethyl-bis(2,4-dimethylphenyl)acetat (blau), Thymolphthalein (blau) und Mischungen davon genannt werden.
Die in der Emulsionsanstrichfarbe benötigte Säure-Base Indikatorkonzentration und der pH Wert werden leicht bestimmt:
die Intensität der entwickelten Farbe hängt (i) von der inhärenten Intensität der Farbe der basischen Form des Säure-Basen Indikators und (ii) von der tatsächlichen Konzentration der basischen Form ab, die selbst von dem pH der Anstrichfarbe gemäß der bekannten Gleichung: (A^–) = 10^–pKa/(10^–pKa + 10^–pH) = Ka/(Ka + (H⁺)) abhängt.
Typische Werte von Indikatorkonzentration liegen im Bereich von 0,001 bis 4 Gew.% (basierend auf der Emulsionsanstrichfarbe), vorzugsweise von 0,01 bis 0,3 Gew.%.
Irgendeine basische Substanz kann verwendet werden, den gewünschten pH Wert zu erreichen; Entfärbung des Säure-Base Indikators wird durch die Reaktion der basischen Substanz mit dem atmosphärischen Kohlendioxid (und durch Verdampfung irgendwelcher vorhandenen flüchtigen basischen Substanz) erzeugt. Als Beispiele von basischen Substanzen können Natriumhydroxid, Ammoniak, 2-Amino-2-methyl-1-propanol, 2- Dimethylamino-2-methyl-1-propanol und Mischungen davon genannt werden.
Zusätzlich zum Erhöhen der Naßdeckfähigkeit liefert die Erfindung auch Emulsionsanstrichfarben, die eine Farbe haben, die, wenn naß, unterschiedlich von ihrer Farbe, wenn trocken, ist (ein deutlicher Vorteil, wenn das Substrat die gleiche Farbe wie die trockene Anstrichfarbe hat). Beide Vorteile verlangen, daß die Intensität der in der nassen Emulsionsanstrichfarbe entwickelten Farbe ausreichend dauern sollte, ansonsten würde die Deckfähigkeit des noch nassen Überzugs falsch unzureichend erscheinen, während der noch nasse Überzug nicht länger von einem Substrat der gleichen Farbe wie der trockenen Anstrichfarbe unterschieden werden könnte. Kontrollieren, wie lange die Farbintensität (und somit die erhöhte Naßdeckfähigkeit) im wesentlichen konstant bleibt, wird äußerst leicht durch Einstellen der Pufferkapazität der basischen Emulsionsanstrichfarbe erzielt.
Diese Erfindung ist weder auf irgendeine Art von Bindemitteldispersion noch auf irgendeine Art von Pigment oder Füllstoff beschränkt. Sie wird ferner mittels der folgenden Beispiele beschrieben, die nicht den Umfang der Erfindung beschränken sollen.
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel A

Zwei Emulsionsanstrichfarben wurden mit der folgenden Zusammensetzung (alle Zahlen in Gew.%) hergestellt:

– Titandioxidpulver (Rutilform, Durchschnittsdurchmesser 0,0003 mm)	5,00
– Aluminiumsilikatpulver	4,00
– Chloritpulver	10,00
– Calciumcarbonatpulver	24,00
– Opazitätspolymer	5,00
– Acrylpolymer (Repolem^TM 2126) als 60% Dispersion in Wasser (d.h. 4,80 Gew.% Acrylpolymer)	8,00
– 2-Amino-2-methyl-1-propanol	2,00– –
– Natriumhydroxid	0,08
– Wasser und Additive	41,82
– Phenolphthalein (Beispiel 1) oder zusätzliches Wasser (Vergleichsbeispiel A)	0,10

Der pH der Anstrichfarben betrug 10,77 (Beispiel 1) oder 10,80 (Vergleichsbeispiel A).
Die Naßdeckfähigkeit wurde unter Verwenden des internationalen Standards ISO-2814-1973 mit den folgenden Besonderheiten bestimmt:

– Erichsen Blockapplikatormodell 288/120
– Naßschichtdicke: 0,15 mm
– Opazitätsaufzeichnungsform 2A von der Leneta Company
– unmittelbar mit einem klaren transparenten Film überzogene nasse Anstrichfarbenfilme
– Macbeth MM 2200 Spektrophotometer.

Die Deckfähigkeitsmessungen ergaben die folgenden Ergebnisse:
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel B

Zwei Emulsionsanstrichfarben wurden mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt (alle Zahlen in Gew.%):

– Titandioxidpulver (Rutilform, Durchschnittsdurchmesser 0,0003 mm)	5,00
– Aluminiumsilikatpulver	4,00
– Chloritpulver	10,00
– Calciumcarbonatpulver	24,00
– Opazitätspolymer	5,00
– Acrylpolymer (Repolem^TM 2126) als 60% Dispersion in Wasser (d.h. 4,80 Gew.% Acrylpolymer)	8,00
– Natriumhydroxid	0,30
– Wasser und Additive	43,65
– Phenolphthalein (Beispiel 2) oder zusätzliches Wasser (Vergleichsbeispiel B)	0,05

Der pH der Anstrichfarben betrug 11,27 (Beispiel 2) oder 11,31 (Vergleichsbeispiel B).
Die Naßdeckfähigkeit wurde gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenem Verfahren bestimmt.
Die Deckfähigkeitsmessungen ergaben die folgenden Ergebnisse:

Claims

Verwendung eines Entwicklungssystems mit Naßdeckfähigkeit zum Verbessern der Naßdeckfähigkeit von Emulsionsanstrichfarben, wobei das System Emulsionsanstrichfarben zur Verfügung stellt, die eine Farbe haben, die, wenn naß, unterschiedlich von ihrer Farbe, wenn trocken ist, wobei das System aus einem Säure-Base Indikator und ausreichend basischem Material zum Entwickeln der gefärbten basischen Form besteht.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Indikator farblos ist, wenn unter saurer Form, und einen pKa Wert, enthalten zwischen 6 und 10, hat.
Verwendung nach Anspruch 2, wobei der Indikator einen pKa Wert, enthalten zwischen 7 und 9, hat.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Indikator in einer Menge von 0,001 bis 4 Gew.%, basierend auf der Emulsionsanstrichfarbe, verwendet wird.
Verwendung nach Anspruch 4, wobei der Indikator in einer Menge von 0,01 bis 0,3 Gew.%, basierend auf der Emulsionsanstrichfarbe, verwendet wird.
Verwendung nach Anspruch 2, wobei der Indikator aus der Gruppe, bestehend aus 6,8-Dinitro-2,4-(1H)Chinazolindion, m-Nitrophenol, o-Cresolphthalein, Phenolphthalein, Ethyl-bis(2,4-dimethylphenyl)acetat, Thymolphthalein und Mischungen davon ausgewählt ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die basische Emulsionsanstrichfarbe gepuffert ist.
Emulsionsanstrichfarbenzusammensetzungen, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthalten ein Entwicklungssystem mit Nassdeckfähigkeit zum Verbessern der Nassdeckfähigkeit von Emulsionsanstrichfarben, wobei das System Emulsionsanstrichfarben zur Verfügung stellt, die eine Farbe haben, die, wenn naß, unterschiedlich von ihrer Farbe, wenn trocken ist, wobei das System aus einem Säure-Base Indikator und ausreichend basischem Material zum Entwickeln der gefärbten basischen Form besteht.
Emulsionsanstrichfarbenzusammensetzungen nach Anspruch 8, wobei der Indikator farblos ist, wenn unter saurer Form, und einen pK_a Wert, enthalten zwischen 6 und 10, hat.
Emulsionsanstrichfarbenzusammensetzungen nach Anspruch 9, wobei der Indikator einen pK_a Wert, enthalten zwischen 7 und 9, hat.
Emulsionsanstrichfarbenzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Indikator in einer Menge von 0,001 bis 4 Gew.%, basierend auf der Emulsionsanstrichfarbe, verwendet wird.
Emulsionsanstrichfarbenzusammensetzungen nach Anspruch 11, wobei der Indikator in einer Menge von 0,01 bis 0,3 Gew.%, basierend auf der Emulsionsanstrichfarbe, verwendet wird.
Emulsionsanstrichfarbenzusammensetzungen nach Anspruch 9, wobei der Indikator aus der Gruppe, bestehend aus 6,8-Dinitro-2,4-(1H)Chinazolindion, m-Nitrophenol, o-Cresolphthalein, Phenolphthalein, Ethyl-bis(2,4-dimethylphenyl)acetat, Thymolphthalein und Mischungen davon ausgewählt ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die basische Emulsionsanstrichfarbe gepuffert ist.