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Die vorliegende Erfindung betrifft eine wäßrige Dispersion eines hydrophoben
Melaminharzes, wobei die Dispersion als Vernetzungsmittel für wäßrige
Beschichtungszusammensetzungen nützlich ist und ausgezeichnete Lagerungsbeständigkeit,
thermische Beständigkeit und mechanische Beständigkeit besitzt.
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Es sind wäßrige Dispersionen bekannt, die durch Dispergieren eines
hydrophoben Melaminharzes in Gegenwart eines als Dispersionsstabilisator
dienenden wasserlöslichen Harzes in Wasser hergestellt werden. Für die Herstellung
der wäßrigen Dispersion nützliche wasserlösliche Harze umfassen Acrylharze,
Alkydharze, Epoxyharze und dergleichen, die hydrophile Gruppen, beispielsweise
Carboxyl- und Aminogruppen, aufweisen. Viele dieser Harze weisen eine
geradkettige Struktur auf.
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Jedoch haben diese wäßrigen Harzdispersionen Nachteile. Die Viskosität der
Dispersionen verringert sich während der Lagerung bei Raumtemperatur oder
erhöhten Temperaturen oder unter mechanischer Belastung deutlich und sie
verursachen folglich bei Verwendung als Beschichtungszusammensetzung in der
Regel Gardinenbildung oder ein Abplatzen. Die Dispersionen sind auch insofern
nachteilig, als sie wegen der großen Menge an wasserlöslichem Harz, das für die
Dispergierung des hydrophoben Melaminharzes in Wasser verwendet wird,
zähflüssig werden. Die zähflüssigen Dispersionen sind wahrscheinlich verantwortlich
für eine nicht ausreichende Zerstäubung bei Verwendung als
Sprühbeschichtungszusammensetzung und sie sind daher nicht wünschenswert.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen
wäßrigen Harzdispersion, die frei von den Nachteilen herkömmlicher wäßriger
Dispersionen hydrophober Melaminharze ist.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
neuen wäßrigen Harzdispersion, die ausgezeichnete Lagerbeständigkeit, thermische
Beständigkeit und mechanische Beständigkeit aufweist.
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Diese und andere erfindungsgemäßen Aufgaben werden aus der folgenden
Beschreibung verständlicher.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine wäßrige Harzdispersion
bereitgestellt, die hergestellt wird durch Dispergieren eines Pfropfharzes (A) und eines
hydrophoben Melaminharzes (B) in einem wäßrigen Medium, wobei das Pfropfharz
(A) ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 10.000 bis 100.000 und eine
Säurezahl von 5 bis 80 aufweist und aus einem hydrophoben Teil und einem
hydrophilen Teil besteht, wobei der hydrophile Teil ein Gewichtsmittel des
Molekulargewichts von 5000 bis 50.000 und eine Säurezahl von mindestens 20
aufweist.
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Die Erfinder haben umfassende Untersuchungen durchgeführt, um die
Nachteile der herkömmlichen wäßrigen Dispersionen hydrophober Melaminharze zu
überwinden, und sie haben festgestellt, daß bei Verwendung dieses speziellen
Pfropfharzes als Stabilisator für die Dispergierung des hydrophoben Melaminharzes
sich die ergebende Dispersion in der Lagerungsbeständigkeit, thermischen
Beständigkeit und mechanischen Beständigkeit deutlich verbessert und die als
Dispersionsstabilisator zu verwendende Menge des Pfropfharzes vermindert werden
kann.
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Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage dieser neuen Erkenntnisse
fertiggestellt worden.
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Das Pfropfharz (A) und das hydrophobe Melaminharz (B), die
erfindungsgemäß verwendet werden, werden nachstehend beschrieben.
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Das Pfropfharz (A), das zur gleichmäßigen Dispergierung des hydrophoben
Melaminharzes (B) in Wasser verwendet wird, weist ein Gewichtsmittel des
Molekulargewichts von 10.000 bis 100.000 und eine Säurezahl von 5 bis 80 auf und
besteht aus einem hydrophoben Teil und einem hydrophilen Teil. Der hydrophile Teil
weist ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 5000 bis 50.000 und eine
Säurezahl von mindestens 20 auf.
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Die die Hauptketten- und die Seitenkettenteile des Pfropfharzes (A) bildenden
Harzgerüste sind nicht besonders begrenzt und können jeweils mindestens ein
Element umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Acrylharzen,
Polyesterharzen, Polyurethanharzen und Epoxyharzen besteht. Die Harzgerüste der
Hauptketten- und der Seitenketten-Einheiten können gleich oder verschieden sein.
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In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, ein Pfropfharz (A) mit beiden
Teilen aus einem Acrylharz zu verwenden. Als nächstes werden hauptsächlich die
für die Hauptketten- und Seitenketten-Einheiten nützlichen Acrylharze beschrieben.
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Das den Hauptkettenteil bildende Acrylharz ist hydrophober Natur. Der
Hauptkettenteil kann durch Polymerisation eines Acrylmonomeren hergestellt
werden.
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Für den Hauptkettenteil nützliche Acrylmonomere umfassen beispielsweise
Carboxyl-freie Verbindungen, die eine polymerisierbare ungesättigte Doppelbindung
pro Molekül aufweisen. Beispiele für Carboxyl-freie Acrylmonomere sind Monoester
der Acryl- oder Methacrylsäure mit einem einwertigen Alkohol mit 1 bis 20
Kohlenstoffatomen wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat,
Butyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)-
acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat und dergleichen, C&sub2;&submin;&sub1;&sub8;-Alkoxyalkylester der Acryl-
oder Methacrylsäure wie Methoxybutyl(meth)acrylat, Methoxyethyl(meth)acrylat,
Ethoxybutyl(meth)acrylat, Ethoxypropyl(meth)acrylat und dergleichen,
Hydroxylhaltige Acrylmonomere, beispielsweise C&sub2;&submin;&sub8;-Hydroxyalkylester von Acryl- oder
Methacrylsäure wie 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxybutyl(meth)acrylat,
Hydroxypropyl(meth)acrylat und dergleichen, Glycidylgruppen enthaltende
Monomere wie Glycidylmethacrylat und dergleichen, und Methacrylamid, N-Methylol-
(meth)acrylamid, N-Methoxymethyl(meth)acrylamid und ähnliche Stickstoffhaltige
Acrylmonomere und dergleichen. Diese Monomere können allein oder in Mischung
miteinander verwendet werden.
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Falls erforderlich kann ein Carboxyl-haltiges Acrylmonomer zusammen mit
dem Carboxyl-freien Acrylmonomeren für die Hauptketten-Einheit verwendet werden.
Das gegebenenfalls zu verwendende Carboxyl-haltige Acrylmonomer ist eine
Verbindung, die mindestens eine Carboxylgruppe und eine einzelne
polymerisierbare ungesättigte Doppelbindung pro Molekül enthält. Derartige Monomere
umfassen beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und dergleichen.
Das Carboxyl-haltige Acrylmonomer kann in einer derartigen Menge verwendet
werden, daß die Hauptketten-Einheit keine höhere Säurezahl als die Seitenketten-
Einheit aufweist.
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Diese Acrylmonomere können zusammen mit Styrol, Styrolderivaten, (Meth)-
acrylnitril, Vinylacetat, Vinylchlorid, Ethylvinylether, Vinylketon, Vinyltoluol oder
ähnlichen Vinylmonomeren verwendet werden.
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Der Seitenkettenteil des Pfropfharzes (A) besteht hauptsächlich aus einem
Acrylharz. Die Seitenketten-Einheit ist von hydrophiler Natur und besitzt ein
Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 5000 bis 50.000, bevorzugt 15.000 bis
30.000 und eine Säurezahl von mindestens 20, bevorzugt 30 bis 110.
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Das den Seitenkettenteil bildende Acrylharz kann durch Copolymerisation
eines Carboxyl-haltigen Acrylmonomeren und eines Carboxyl-freien
Acrylmonomeren hergestellt werden. Diese Monomere umfassen die für die Hauptketten-
Einheit vorstehend beispielhaft genannten.
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Wenn der Seitenkettenteil ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts
außerhalb des Bereichs von 5000 bis 50.000 oder eine Säurezahl von weniger als 20
aufweist, sind die Beständigkeiten der erhaltenen wäßrigen Harzdispersion
schlechter und können eine Phasentrennung während der Lagerung mit sich
bringen.
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Die Hauptketten- und Seitenkettenteile, die beide aus Acrylharzen im
Pfropfharz (A) bestehen, sind chemisch miteinander verbunden. Die Bindungsarten sind
nicht besonders eingeschränkt und umfassen beispielsweise:
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(1) ein Verfahren, umfassend die Umsetzung einer Glycidylgruppe in einem
Glycidylgruppen-haltigen Acrylmonomer mit einigen der Carboxylgruppen in der
Hauptketten-Einheit, um darin eine polymerisierbare Doppelbindung
einzuführen, und Copolymerisation der Doppelbindung mit einer
Monomerkomponente zur Bildung des Seitenkettentells;
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(2) ein Verfahren, umfassend das Umsetzen einer Glycidylgruppe in einem
Glycidylgruppen-haltigen Acrylmonomer mit einigen der Carboxylgruppen im
Seitenkettenteil, um darin eine polymerisierbare Doppelbindung einzuführen, und
Copolymerisation der Doppelbindung mit einer Monomerkomponente zur
Bildung des Hauptkettenteils;
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(3) ein Verfahren, umfassend das Umsetzen von einer von zwei Isocyanatgruppen
in einer Diisocyanatverbindung mit einigen oder allen Hydroxylgruppen in der
Hauptketten-Einheit, Umsetzen der verbleibenden Isocyanatgruppe mit einem
Hydroxyl-haltigen Acrylmonomer, um darin eine polymerisierbare Doppelbindung
einzuführen, und Copolymerisation der Doppelbindung mit einer
Monomerkomponente zur Bildung der Seitenketten-Einheit; und
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(4) ein Verfahren, umfassend das Umsetzen einer Diisocyanatverbindung mit
einigen oder allen Hydroxylgruppen in der Seitenketten-Einheit in einem im
wesentlichen äquimolaren Verhältnis, Umsetzen der verbleibenden
Isocyanatgruppen mit einem Hydroxyl-haltigen Acrylmonomer, um darin eine
polymerisierbare Doppelbindung einzuführen, und Copolymerisation der Doppelbindung
mit einer Monomerkomponente zur Bildung der Hauptketten-Einheit.
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Die in den Verfahren (3) und (4) verwendeten Diisocyanatverbindungen
weisen zwei Isocyanatgruppen pro Molekül auf und umfassen beispielsweise
aliphatische Diisocyanate wie Hexamethylendiisocyanat,
Trimethylhexamethylendiisocyanat und dergleichen, cyclische aliphatische Diisocyanate wie hydriertes
Xylylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat und dergleichen und aromatische
Diisocyanate wie Toluylendiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat und dergleichen.
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Das (Gewichts)verhältnis des Hauptkettenteils zum Seitenkettenteil im
Pfropfharz (A) beträgt 70/30 bis 30/70, bevorzugt 60/40 bis 40/60, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Einheiten.
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Ein Harz (A) außerhalb des genannten Bereichs bezüglich des Verhältnisses
der beiden Teile ist nicht wünschenswert, da die erhaltene wäßrige Harzdispersion
eine Phasentrennung während der Lagerung auslösen kann.
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Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Pfropfharzes (A), das aus den
Hauptketten- und Seitenkettenteilen besteht, liegt im Bereich von 10.000 bis
100.000, bevorzugt 20.000 bis 80.000. Wenn das Harz (A) ein Gewichtsmittel des
Molekulargewichts von weniger als 10.000 aufweist, verschlechtert die für eine
Beschichtungszusammensetzung verwendete Dispersion die
Beschichtungseigenschaften, während bei einem Harz (A) mit einem Gewichtsmittel des
Molekulargewichts von mehr als 100.000 die für eine Beschichtungszusammensetzung
verwendete Dispersion das Erscheinungsbild des Beschichtungsfilms beeinträchtigt.
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Daher ist ein Harz (A) mit einem Molekulargewicht außerhalb des genannten
Bereichs nicht wünschenswert.
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Das Pfropfharz (A) weist eine Säurezahl von 5 bis 80, bevorzugt 25 bis 60 auf.
Wenn ein Harz (A) mit einer Säurezahl von weniger als 5 verwendet wird,
verschlechtert sich die Stabilität der wäßrigen Dispersion und eine Phasentrennung
ist wahrscheinlich. Wenn andererseits ein Harz (A) mit einer Säurezahl von mehr als
80 vorliegt, ergibt die die erhaltene Dispersion enthaltende
Beschichtungszusammensetzung einen Beschichtungsfilm, der bezüglich Wasserbeständigkeit,
Metallic-Effekt, Ebenheit, Oberflächenglätte und dergleichen verschlechtert ist.
Daher ist ein Harz (A) außerhalb des genannten Säurezahlbereichs nicht
wünschenswert.
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Es ist bevorzugt, das Pfropfharz (A) mit einem Neutralisationsmittel zu
neutralisieren, bevor es mit dem hydrophoben Melaminharz (B) vermischt wird.
Nützliche Neutralisationsmittel umfassen Alkylamine wie Monomethylamin,
Dimethylamin, Trimethylamin, Monoethylamin, Dibutylamin, Tripropylamin und dergleichen,
Alkanolamine wie Monoethanolamin, Diethanolamin, Mono(2-hydroxypropyl)amin,
2-Amino-2-methyl-1-propanol, Dimethylaminoethanol, Diethylaminoethanol und
dergleichen, Alkylenpolyamine wie Ethylendiamin, Diethylentriamin,
Triethylentetramin und dergleichen Alkylenimine wie Ethylenimin, Propylenimin und
dergleichen und Piperazin, Morpholin, Pyridin und dergleichen. Unter ihnen sind
Alkanolamine bevorzugt.
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Geeigneterweise werden hydrophobe Melaminharze (B) mit einem
Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 400 bis 5000, bevorzugt 700 bis 3000
und, wenn mit einer Wasser/Methanol-Lösungsmittelmischung (Gewichtsverhältnis
35165) verdünnt, mit einem Lösungsmittelverdünnungsverhältnis von bis zu 20,
günstigerweise von 1 bis 18, verwendet.
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Das Melaminharz (B) ist nicht besonders eingeschränkt, sofern es ein
Molekulargewicht und ein Lösungsmittelverdünnungsverhältnis in den genannten
Bereichen aufweist. Beispiele für das Harz (B) umfassen Melaminharze, die mit
mindestens einem einwertigen Alkohol wie Methylalkohol, Ethylalkohol,
Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, Isobutylalkohol, Octylalkohol, 2-Ethylhexylalkohol
und Benzylalkohol und dergleichen verethert sind.
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Die Veretherung wird vorteilhafterweise unter Verwendung mindestens eines
einwertigen Alkohols mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 4 bis 7
Kohlenstoffatomen, ausgeführt. Obwohl die Menge an Ethergruppen im Melaminharz
(B) in der vorliegenden Erfindung nicht kritisch ist, ist eine Menge von bis zu 5 Mol,
bevorzugt etwa 1,5 bis etwa 3 Mol pro Triazinring zweckmäßig. Angemessene
Mengen an Amino-, Imino- und Methylolgruppen können im Harz (B) vorhanden
sein, sofern das Harz (B) die Anforderungen bezüglich des Bereichs des
Lösungsmittelverdünnungsverhältnisses und des Molekulargewichtsbereichs erfüllt.
Die Mengen an Amino-, Imino- und Methylolgruppen sind üblicherweise jeweils 0,2
bis 2,0 Mol, bevorzugt 0,5 bis 1,5 Mol pro Triazinring.
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Das Lösungsmittelverdünnungsverhältnis des hydrophoben Melaminharzes
(B) ist ein Index, der die Löslichkeit des Harzes (B) im hydrophilen Lösungsmittel
anzeigt. Je niedriger das Lösungsmittelverdünnungsverhältnis ist, desto hydrophober
ist das Harz (B). Das Lösungsmittelverdünnungsverhältnis des Harzes (B) kann
durch ein Verfahren gemessen werden, das umfaßt das Einfüllen von 2 g Harz (B) in
einen 50 cm³ Becher, Stellen des Bechers auf einen mit einer Type Nr. 5 bedruckten
Papierbogen und tropfenweise Zugabe einer
Wasser/Methanol-Lösungsmittelmischung (Gewichtsverhältnis 35/65) unter Rühren bei einer Temperatur von
25ºC, bis die Druckschrift unleserlich wird. Das Verhältnis kann durch Dividieren der
Menge (cm³) der zugegebenen Lösungsmittelmischung durch die Menge des
verwendeten Harzes (B) berechnet werden (cm³/g).
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Beträgt das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des hydrophoben
Melaminharzes (B) weniger als 400, verschlechtert die für eine
Beschichtungszusammensetzung verwendete wäßrige Dispersion des Harzes (B) in der Regel die
Eigenschaften der Beschichtung (z. B. Wasserbeständigkeit). Beträgt das
Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Harzes (B) andererseits mehr als 5000,
verschlechtert die für eine Beschichtungszusammensetzung verwendete Dispersion
des Harzes (B) wahrscheinlich das Erscheinungsbild des Beschichtungsfilms. Daher
ist das Harz (B) außerhalb des genannten Bereichs des Gewichtsmittels des
Molekulargewichts nicht wünschenswert. Weist das Harz (B) ein
Lösungsmittelverdünnungsverhältnis von mehr als 20 auf, neigt die
Beschichtungszusammensetzung, die die sich ergebende Dispersion enthält, zur Verschlechterung der
Eigenschaften der Beschichtung und zur Gardinenbildung, wenn sie bei hoher
Feuchtigkeit angewendet wird. Das heißt, ein Harz (B) außerhalb des Bereichs des
Lösungsmittelverdünnungsverhältnisses ist nicht wünschenswert.
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Die erfindungsgemäße wäßrige Harzdispersion kann durch Dispergieren des
Pfropfharzes (A) und des hydrophoben Melaminharzes (B) in Wasser hergestellt
werden. Genauer gesagt werden die beiden Komponenten mit Vorrichtungen wie
Dispersionsmischer, Homogenisiermischer, Kugelmühlen, Sandmühlen oder
dergleichen homogen vermischt. Falls erforderlich, können Farbpigmente,
Metallpigmente, Verschnittpigmente und dergleichen mit den beiden Komponenten
kombiniert werden, und es kann eine geringe Menge eines hydrophilen
Lösungsmittels wie eines Alkohollösungsmittels oder eines Etherlösungsmittels
zugegeben werden. Dann wird allmählich entionisiertes Wasser unter starkem
Rühren in einer Menge von etwa dem 0,5 bis etwa 5-fachen des Gesamtgewichtes
der Harze (A) und (B) zugegeben, wobei eine milchigweiße oder entfärbte wäßrige
Dispersion entsteht. Die Teilchen in der pigmentfreien wäßrigen Harzdispersion
weisen eine mittlere Teilchengröße von etwa 0,05 bis etwa 0,5 um auf. Die
Rührintensität, die bei der Zugabe des entionisierten Wassers eingesetzt wird, kann
in Abhängigkeit von dem eingesetzten Rührertyp und den Mengen an verwendeten
Komponenten in geeigneter Weise gewählt werden. Beispielsweise wird bei
Verwendung eines Dispergiermischers, der bei etwa 1000 bis etwa 1500 U/min
betrieben wird, etwa 15 bis etwa 60 Minuten gerührt.
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Beispiele für Pigmente, die der wäßrigen Harzdispersion zugegeben werden,
sind Metallpigmente und Farbpigmente, die auf dem Gebiet der
Beschichtungszusammensetzungen üblicherweise verwendet werden. Spezielle Beispiele für
Metallpigmente sind Aluminiumplättchen, Kupferbronzeplättchen und dergleichen
Spezielle Beispiele für Farbpigmente sind anorganische Pigmente wie Titandioxid,
Eisenoxid, Chromoxid, Bleichromat, Ruß und dergleichen und organische Pigmente
wie Phthalocyaninblau, Phthalocyaningrün, Carbazolviolett, Anthrapyrimidingelb,
Flavanthrongelb, Isoindolingelb, Indanthrenblau, Chinacridonviolett und dergleichen.
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Bezüglich des Verhältnisses von Pfropfharz (A) und hydrophobem
Melaminharz (B) ist die Verwendung von etwa 4 bis etwa 40 Gew.-Teilen, bevorzugt
etwa 8 bis etwa 32 Gew.-Teilen Harz (A) pro 20 Gew.-Teile Feststoffe des Harzes
(B) zweckmäßig. Werden weniger als 4 Gew.-Teile des Pfropfharzes (A) verwendet,
ist es wahrscheinlich, daß sich die durchschnittliche Teilchengröße des Harzes (B) in
der wäßrigen Dispersion erhöht und die Lagerungsbeständigkeit der Dispersion
verschlechtert. Werden mehr als 40 Gew.-Teile des Harzes (A) verwendet,
verschlechtert sich in der Regel die Lagerungsstabilität der Dispersion, obwohl bei
der durchschnittlichen Teilchengröße des Harzes (B) in der Dispersion im
wesentlichen keine Änderung auftritt.
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Die erfindungsgemäße wäßrige Harzdispersion ist eine Zusammensetzung,
die unter Rühren in einem wäßrigen Medium durch Dispergieren des Pfropfharzes
(A) und des hydrophoben Melaminharzes (B) hergestellt wird. Der Zustand der
Zusammensetzung ist wie folgt. Vermutlich wird der hydrophobe Teil des
Pfropfharzes (A) auf der Oberfläche der Teilchen des hydrophoben Melaminharzes
(B) adsorbiert, während der hydrophile Teil des Pfropfharzes (A) sich in der wäßrigen
Phase befindet. Mit anderen Worten, die Teilchen des Harzes (B) werden mit dem
Pfropfharz (A) geschützt und aufgrund des hydrophilen Teils des Harzes (A) in
Wasser stabil dispergiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das hydrophobe Melaminharz (B)
unter Verwendung eines Pfropfharzes (A) als Dispersionsstabilisator anstelle eines
herkömmlichen wasserlöslichen Harzes dispergiert, wodurch sich eine Dispersion
ergibt, die deutliche Verbesserungen in der Lagerungsbeständigkeit, mechanischen
Beständigkeit und thermischen Beständigkeit aufweist. Zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Dispersion kann die Menge des Harzes (A), die für die
Dispergierung des Harzes (B) in Wasser erforderlich ist, so verringert werden, daß
die Viskosität der Dispersion gesenkt werden kann und die die Dispersion
enthaltende Beschichtungszusammensetzung für die Sprühbeschichtung ohne
weiteres zerstäubt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
Herstellungsbeispiele, Beispiele und Vergleichsbeispiele detaillierter beschrieben,
worin Teile und Prozentgehalte sich auf das Gewicht beziehen.
Herstellungsbeispiel 1: Herstellung des Pfropfharzes (A-1)
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Ethylenglycolmonobutylether (60 Teile) wurden in einen Reaktor gegeben und
in einem Stickstoffstrom auf 120ºC erhitzt. Nachdem die Temperatur auf 120ºC
gestiegen war, wurde eine Mischung aus 25 Teilen Methylmethacrylat, 48 Teilen n-
Butylacrylat, 15 Teilen 2-Hydroxyethylacrylat, 12 Teilen Acrylsäure und 2,5 Teilen
Azobisisobutyronitril über einen Zeitraum von 3 Stunden zugegeben. Nach der
Zugabe ließ man die sich ergebende Mischung 30 Minuten bei 120ºC reifen und eine
Mischung von 0,5 Teilen Azobisdimethylvaleronitril und 10 Teilen
Ethylenglykolmonobutylether wurde über einen Zeitraum von 1 Stunde zugegeben. Man ließ die
erhaltene Mischung 1 Stunde lang reifen.
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Danach wurden 0,02 Teile Hydrochinonmonomethylether und 4 Teile
Glycidylmethacrylat zugegeben und die Umsetzung wurde fortgeführt, bis die
Säurezahl des Harzes um 15 gesunken war. Nach Beendigung der Reaktion wurde
die Reaktionsmischung mit 34 Teilen Ethylenglycolmonobutylether verdünnt, auf
40ºC abgekühlt und über ein Nylongewebefilter von 200 mesh filtriert.
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Das erhaltene Reaktionsprodukt A (Gewichtsmittel des Molekulargewichts des
hydrophilen Seitenkettenteils von 23.000) hatte eine Säurezahl von 75, eine
Viskosität U (Gardner-Luftblasenviskosimeter, 25ºC) und einen nichtflüchtigen Anteil
von 50%.
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Ethylenglycolmonobutylether (50 Teile) wurde in einen Reaktor gegeben und
in einem Stickstoffstrom auf 120ºC erhitzt. Nachdem die Temperatur von 120ºC
erreicht wurde, wurde eine Mischung aus 15 Teilen Styrol, 20 Teilen
Methylmethacrylat, 30 Teilen n-Butylacrylat, 20 Teilen 2-Ethyfhexylmethacrylat, 13 Teilen 2-
Hydroxyethylacrylat, 2 Teilen Acrylsäure (das Polymer dieser Monomere wird zur
Bildung des Hauptkettenteils verwendet), 208 Teilen des vorstehend genannten
Reaktionsproduktes A und 2 Teilen Azobisisobutyronitril über einen Zeitraum von 3
Stunden zugegeben. Nach der Zugabe ließ man die sich ergebende Mischung 30
Minuten bei 120ºC reifen, eine Mischung von 0,5 Teilen Azobisdimethylvaleronitril
und 10 Teilen Ethylenglycolmonobutylether wurde über einen Zeitraum von 1 Stunde
zugegeben und man ließ die erhaltene Mischung 30 Minuten reifen. Die Mischung
wurde dann auf 70ºC abgekühlt und einer Äquivalentneutralisation mit 14,8 Teilen
Dimethylaminoethanol unterzogen. Anschließend wurde die Reaktionsmischung mit
23 Teilen Ethylenglycolmonobutylether verdünnt und mit einem 200 mesh
Nylongewebefilter bei 50ºC filtriert und man erhielt eine Emulsion des neutralisierten
Pfropfharzes (A-1) mit einer Viskosität 24 (Gardner-Luftblasenviskosimeter, 25ºC)
und einem nichtflüchtigen Anteil von 50%. Das Pfropfharz besaß ein Gewichtsmittel
des Molekulargewichts von 44.000 und eine Säurezahl von 45. Das
Gewichtsverhältnis des Hauptkettenteils zum Seitenkettenteil betrug 50/50.
Herstellungsbeispiel 2: Herstellung der Pfropfharze (A-2), (A-3), (A-4)
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Unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen Monomerkomponenten
wurden die Seitenketteneinheiten auf die gleiche Weise wie in Herstellungsbeispiel 1
hergestellt. Jede der erhaltenen Einheiten wurde mit den in Tabelle 2 angegebenen
Monomerkomponenten unter Lieferung der Pfropfharze (A-2), (A-3) und (A-4)
polymerisiert.
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Tabelle 3 zeigt die Gewichtsmittel der Molekulargewichte und die Säurezahlen
der Pfropfharze (A-1)-(A-4), die Gewichtsmittel der Molekulargewichte und die
Säurezahlen der Seitenketten-Einheiten und das Gewichtsverhältnis der
Hauptketten-Einheit zur Seitenketten-Einheit.
TABELLE 1
TABELLE 2
TABELLE 3
Herstellungsbeispiel 3: Herstellung des wasserlöslichen Acrylharzes (A-5)
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Ethylenglycolmonobutylether (60 Teile) und Isobutylalkohol (15 Teile) wurden
in einen Reaktor gegeben und in einem Stickstoffstrom auf 115ºC erhitzt. Nachdem
die Temperatur 115ºC erreicht hatte, wurde eine Mischung aus 26 Teilen n-
Butylacrylat, 47 Teilen Methylmethacrylat, 10 Teilen Styrol, 10 Teilen
2-Hydroxyethylmethacrylat, 6 Teilen Acrylsäure und 1 Teil Azobisisobutyronitril über einen
Zeitraum von 3 Stunden zugegeben. Nach der Zugabe ließ man die sich ergebende
Mischung 30 Minuten bei 115ºC reifen, eine Mischung aus 1 Teil
Azobisisobutyronitril und 115 Teilen Ethylenglycolmonobutylether wurde über einen Zeitraum
von einer Stunde zugegeben, man ließ die erhaltene Mischung 30 Minuten reifen
und filtrierte mit einem 200 mesh Nylongewebefilter bei 50ºC.
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Das erhaltene Reaktionsprodukt wies eine Säurezahl von 48, eine Viskosität
24 (Gardner-Luftblasenviskosimeter) und einen nichtflüchtigen Anteil von 55% auf.
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Das Reaktionsprodukt wurde einer Äquivalentneutralisation mit
Dimethylaminoethanol unterzogen und es wurde entionisiertes Wasser zugegeben, was die
wäßrige Acrylharzlösung (A-5) mit einem nichtflüchtigen Anteil von 50% lieferte.
Herstellungsbeispiel 4: Herstellung des hydrophoben Melaminharzes (B-1)
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Melamin (126 Teile), 80% Parafomialin (225 Teile) und n-Butanol (592 Teile)
wurden in einen 2-Liter Vierhalskolben gegeben, der mit einem Thermometer, einem
Rührer und einem Rückflußkühler versehen war, und die Mischung wurde mit ·einer
wäßrigen 10% Natriumhydroxidlösung auf einen pH von 9,5-10,0 eingestellt und 1
Stunde bei 80ºC umgesetzt (Melaminharz b-1).
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Zu der Reaktionsmischung wurden 888 Teile n-Butanol gegeben. Die sich
ergebende Mischung wurde mit einer wäßrigen 5% Schwefelsäurelösung auf einen
pH von 5,5-6,0 eingestellt und 3 Stunden bei 80ºC umgesetzt. Nach Beendigung der
Reaktion wurde die Reaktionsmischung mit einer wäßrigen 20%
Natriumhydroxidlösung auf einen pH von 7,0 - 7,5 neutralisiert, einer Konzentrierung des n-Butanols
unter Vakuum bei 60 bis 70ºC unterworfen und filtriert, wobei Melaminharz (B-1)
erhalten wurde.
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Das erhaltene Harz wurde analysiert und man stellte einen nichtflüchtigen
Anteil von 80%, ein Lösungsmittelverdünnungsverhältnis von 3,6 (bei Verdünnung
mit einer 35/65-Wasser-Methanol-Lösungsmittelmischung) und ein Gewichtsmittel
des Molekulargewichts von 800 fest.
Herstellungsbeispiel 5: Herstellung des hydrophoben Melaminharzes (B-2)
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Das in Herstellungsbeispiel 4 erhaltene Melaminharz (B-1) (500 Teile) und
Methanol (320 Teile) wurden in einen 2 Liter Vierhalskolben gegeben, der mit einem
Thermometer, einem Rührer und einem Rückflußkühler versehen war. Das
Reaktionssystem wurde mit Ameisensäure auf einen Säurewert von 1,0 eingestellt
und 6 Stunden bei 65ºC umgesetzt. Nach Vervollständigung der Reaktion wurde die
Ameisensäure mit wäßriger 1% Natriumhydroxidlösung neutralisiert, das Methanol
bei 40-60ºC im Vakuum konzentriert und die sich ergebende Mischung filtriert, wobei
Melaminharz (B-2) erhalten wurde.
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Das erhaltene Harz wurde analysiert und man stellte fest, daß es sich um ein
Methyl-Butyl-mischverethertes Melaminharz mit einem nichtflüchtigen Anteil von
70%, einem Lösungsmittelverdünnungsverhältnis von 17,3 und einem Gewichtsmittel
des Molekulargewichts von 1400 bis 1800 handelte.
BEISPIEL 1
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Das in Herstellungsbeispiel 4 erhaltene hydrophobe Melaminharz (B-1) (20
Teile als Feststoff) wurde in einen Rührwerksbehälter gegeben und das in
Herstellungsbeispiel 1 erhaltene Pfropfharz (A-1) (5 Teile als Feststoff) wurde
zugegeben. Während die Mischung mit einem Dispergiermischer mit 1000 bis 1500
U/min gerührt wurde, wurden allmählich 70 Teile entionisiertes Wasser
dazugegeben. Es wurde weitere 30 Minuten gerührt und man erhielt die wäßrige
Harzdispersion (i) der vorliegenden Erfindung mit einer Viskosität von 200 mPas
(Viskosimeter vom E-Typ, 100 U/min), die dispergierte Teilchen mit einer
durchschnittlichen Teilchengröße von 0,13 um umfaßte.
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Die durchschnittliche Teilchengröße wurde unter Verwendung eines Coulter
Model N4SD (COULTER ELECTRONIC, INC.) gemessen.
BEISPIEL 2
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Das in Herstellungsbeispiel 5 erhaltene hydrophobe Melaminharz (B-2) (20
Teile als Feststoff) wurde in einen Rührwerksbehälter gegeben und das in
Herstellungsbeispiel 1 erhaltene Pfropfharz (A-1) (5 Teile als Feststoffe) wurde
zugegeben. Danach wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt und man erhielt
eine wäßrige Harzdispersion (ii) der vorliegenden Erfindung mit einer Viskosität von
238 mPas, die dispergierte Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von
0,15 um umfaßte.
BEISPIEL 3
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Das in Herstellungsbeispiel 5 erhaltene hydrophobe Melaminharz (B-2) (20
Teile als Feststoff) wurde in einen Rührwerksbehälter gegeben und das in
Herstellungsbeispiel 2 erhaltene Pfropfharz (A-2) (5 Teile als Feststoffe) wurde
zugegeben. Danach wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt und man erhielt
eine wäßrige Harzdispersion (iii) der vorliegenden Erfindung mit einer Viskosität von
240 mPas, die dispergierte Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von
0,16 um umfaßte.
BEISPIEL 4
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Das in Herstellungsbeispiel 5 erhaltene hydrophobe Melaminharz (B-2) (20
Teile als Feststoff) wurde in einen Rührwerksbehälter gegeben und das in
Herstellungsbeispiel 2 erhaltene Pfropfharz (A-3) (5 Teile als Feststoffe) wurde
zugegeben. Danach wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt und man erhielt
eine wäßrige Harzdispersion (iv) der vorliegenden Erfindung mit einer Viskosität von
230 mPas, die dispergierte Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von
0,15 um umfaßte.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Das in Herstellungsbeispiel 5 erhaltene hydrophobe Melaminharz (B-2) (20
Teile als Feststoff) wurde in einen Rührwerksbehälter gegeben und das zum
Vergleich in Herstellungsbeispiel 2 erhaltene Pfropfharz (A-4) (5 Teile als Feststoff)
wurde zugegeben. Danach wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt und man
erhielt eine wäßrige Vergleichsharzdispersion (v) mit einer Viskosität von 240 mPas,
die dispergierte Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,17 um
umfaßte.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
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Das in Herstellungsbeispiel 5 erhaltene hydrophobe Melaminharz (B-2) (20
Teile als Feststoff) wurde in einen Rührwerksbehäfter gegeben und das zum
Vergleich in Herstellungsbeispiel 3 erhaltene Pfropfharz (A-5) (8 Teile als Feststoff)
wurden zugegeben. Danach wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt und man
erhielt eine wäßrige Vergleichsharzdispersion (vi) mit einer Viskosität von 438 mPas,
die dispergierte Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,15 um
umfaßte.
Eigenschaftsprüfungen
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Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen wäßrigen
Harzdispersionen wurden hinsichtlich Lagerungsbeständigkeit, thermischer Beständigkeit
und mechanischer Beständigkeit durch die folgenden Testmethoden geprüft.
Lagerungsbeständigkeit
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Man ließ die wäßrige Harzdispersion 30 Tage bei 20ºC stehen und prüfte die
Viskositätsschwankung und das Erscheinungsbild.
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Die Viskositätsschwankung wurde durch Subtraktion der Viskosität nach dem
Beständigkeitstest von der Viskosität sofort nach der Herstellung bestimmt
(Viskosimeter vom E-Typ, 100 U/min. 25ºC).
Thermische Beständigkeit
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Man ließ die wäßrige Harzdispersion 10 Tage bei 40ºC stehen und prüfte die
Viskositätsschwankungen und das Erscheinungsbild. Die Viskositätsschwankung
wurde nach der vorstehend genannten Methode bestimmt.
Mechanische Stabilität
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Die wäßrige Harzdispersion wurde einem Umlauftest (500 Umläufe)
unterzogen und hinsichtlich Viskositätsschwankung und Erscheinungsbild geprüft. Die
Viskositätsschwankung wurde nach dem vorstehend genannten Verfahren bestimmt.
Der Umlauftest wurde unter folgenden Bedingungen ausgeführt: 2 Liter
Probenmenge, 2 Liter/min Fließgeschwindigkeit, Verwendung einer Vorrichtung mit
einer Plunger-Pumpe, hergestellt von GRACO Inc. (USA), Rohr ¹/&sub4;" · 5 m,
Verdichtungsdruck 30 kg/cm² und Gegendruck 5 kg/cm².
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Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
TABELLE 4