DE1031910B

DE1031910B - Waessrige Anstrichfarbe, insbesondere Kasein-, Kautschuklatex- oder oelmodifizierte Alkydharzfarbe

Info

Publication number: DE1031910B
Application number: DEG11845A
Authority: DE
Inventors: William Schubert Kather
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1952-05-27
Filing date: 1953-05-27
Publication date: 1958-06-12

Description

Wäßrige Anstrichfarbe, insbesondere Kasein-, Kautschuklatex-oder ölmodifizierte Alkydharzfarbe Die Erfindung betrifft wäßrige Anstrichfarben mit verbesserten Eigenschaften, die durch einen geringen Gehalt eines wasserlöslichen Alkalimetallsalzes einer kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriolverbindung gekennzeichnet sind.
In der Anstrichtechnik, insbesondere im Bauwesen, haben wäßrige Anstrichfarben (Emulsionsfarben und Emulsionsbinder) in den letzten Jahren große Bedeutung gewonnen. Es sei nur verwiesen auf die Kasein, ölmodifizierte Alkydharze und. Kautschuklatices enthaltenden Emulsionsfarben und -binder. Derartige wäßrige Anstrichfarben sind jedoch mit gewissen Nachteilen behaftet, Der Kaseinfilm ist nur bedingt asch- und wischfest, und die Kaseinanstrichfarben lassen sich insbesondere auf Putz nur schwer verstreichen und haben keinen besonders guten Verlauf. Kautschuklatexfarbanstriche haften nach dem Trocknen schlecht auf dem Untergrund. Schließlich werden wäßrige Anstrichfarben leicht fleckig.
Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile durch Zusatz einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen Alkali.metallsalz.es eines kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols verhindert werden können. Die wasserlöslichen Alkalirnetallsalze des kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols (nachstehend kurz als »Alkalisiliconat« bezeichnet) können auch in Form von wasserfreien Pulvern verwendet werden, die dem trockenen Kasein oder den verschiedenen anderen wäßrigen Anstrichfarben beigegeben werden. In gewissen Fällen, wenn die Stabilität der wäßrigen Anstrichfarbe durch die Zugabe des Alkalisiliconats verändert werden kann, ist die Zusammensetzung der Farbe dem "Zusatz anzupassen, z. B. durch Wahl geeigneter Emulgierungsmittel.
Es ist schon bekannt, Siliconharze Farben zuzusetzen, um deren Wärmebeständigkeit zu verbessern oder den solche Zusätze enthaltenden Farbfilmen höhere Festigkeit und Zähigkeit zu verleihen. Die als Zusätze verwendeten Siliconharze sind jedoch wasserunlöslich. Durch Zusatz anderer siliziumhaltiger Stoffe als der wasserlöslicher Alkalisiliconate, z. B. Siliconöle oder Siliconharze, werden nicht die gleich guten Ergebnisse erzielt, wie aus den folgenden Vergleichsversuchen hervorgeht.
A. Herstellung einer Lösung eines Natriumsalzes von Methylsilantriol 1 Mol Methyltrichlorsilan wird schnell und unter Rühren zu einer Menge Wasser gegeben, die größer als die zur Hydrolyse sämtlicher an Silizium gebundener Chloratome erforderliche ist. Die erhaltene Lösung wird stehengelassen, bis sich das gesamte gebildete Methylpolysiloxan als feines Pulver ausgeschieden hat. Das Pulver wird abfiltriert, säurefrei gewaschen, filtriert und getrocknet. 25 Teile des festen, im wesentlichen aus vernetzten C H3 Si 01,5 Einheiten bestehenden Methylpolysiloxans werden in 26,7 Teilen einer 50%igen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd aufgelöst. Danach wird mit weiteren 55,2 Teilen Wasser verdünnt. Unter kräftigem Rühren wird eine Lösung des Natriumsalzes von Methylsilantriol in Wasser erhalten, die insgesamt 30% Feststoffe und 20% Methylpolysiloxan (berechnet als C H3 Si 01,5) enthält.
Das Natriumsalz des Methylsilantriols (auch Natriummethylsiliconat genannt) hat vermutlich in verdünnter, wäßriger Lösung die Strukturformel I und kann zu einer weißen Substanz mit der Molekularformel II getrocknet werden: B. Herstellung einer Lösung eines Methylpolysiloxanliarzes Eine Mischung aus 90 Teilen Methyltrichlorsilan und 10Teilen Dimethyldichlorsilan wird unter kräftigem Rühren mit einem Gemisch aus 66,7 Teilen Toluol, 66,7 Teilen sek. Butylalkohol und 333,3 Teilen Wasser zu einem Methylpolysiloxanharz hydroysiert. Die gebildete wäßrige Schicht wird abgetrennt und die Harzlösung säurefrei gewaschen. Danach wird die Harzlösung mit Toluol auf 34% Harzfeststoffgehalt eingestellt. Diese Harzlösung wird bei Zimmertemperatur mit einer geringen Menge Kaliumhydroxyd ersetzt, um die Viskosität auf 350 cP zu bringen. Das Kaliumhydroxyd der Harzlösung wird mit einer geringen Menge Essigsäure neutralisiert, die Harzlösung filtriert, und danach wird mit weiteren Mengen Toluol auf einen Harzfeststofgehalt von 15 % eingestellt.
Versuch 1 Eine wäßrige Alkydharzemulsionsfarbe, kurz Alkydfarbe genannt, von folgender Zusammensetzung Gesamt-Pigmentgehalt ................. 52% davon Titandioxyd . . . . . . . . . . . .. .. . . . 1311/o Lithopone ........................ 49'°/o Aluminiumsilikat ................. 23% Glimmerpulver ................... 9% Diatomeenerde ... .. .. .. ........... 6% Gesamt-Bindemittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480/0 davon mit Rizinusöl modifiziertes Glycerin-Phthalat-Alkydharz ...... 29% Wasser ... .. .. .. .. .. .. ........... 68% Emulgiermittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3% wird auf eine ebene, poröse Gipsoberfläche gestrichen. Andere gleiche Gipsflächen werden mit solchen wäßrigen Alkydharzgrundemulsionen bestrichen, denen erstens 0,5 und 1 Gewichtsprozent des unter A beschriebenen Natriumsiliconats - (berechnet als C H3 Si 01,5) und zweitens 0,5 und 1 Gewichtsprozent des unter B beschriebenen Methylpolysiloxanharzes zugesetzt wurden. Die angegebene Gewichtsmenge der siliziumhaltigen Zusätze ist bezogen auf das Gesamtgewicht der Alkydharzfarbe.

Die überzogenen Gipsflächen werden 3 Stunden bzw. 33 Tage bei Zimmertemperatur an der Luft getrocknet. Danach werden die überzogenen Oberflächen in üblicher Weise auf Abwaschbarken geprüft, indem laufend eine wäßrige Lösung eines Reinigungsmittels auf die bestrichene Oberfläche aufgebracht wird, während diese mechanisch mit einer Bürste gemäß den Vorschriften der Federal Specification TT-P-141 b des Bureau of Federal Supply vom 15. Januar 1949 gebürstet wird. Es wird so lange gebürstet, bis ein Teil des -Farbfilmes aufreißt oder von der Unterlage abgerieben ist, so daß die Unterlage zum Vorschein kommt. Die Anzahl der Bürstenstriche, die erforderlich ist, üm die Unterlage freizulegen, wird bestimmt. In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse dieser Bürstenprüfung an verschiedenen überzogenen Oberflächen angegeben. Jedes Versuchsergebnis stellt den Mittelwert von sechs Versuchen dar. In der Tabelle bezieht sich der Ausdruck »Natriumsiliconat« auf das Natriumsalz des Methylsilantriols, wie es gemäß A hergestellt wurde, und der Ausdruck »Methylharz« auf das Methylpolysiloxanharz, hergestellt nach B.

Tabelle 1

Abwaschbarkeit

Zusatz nach nach

. 3 Stunden I 33 Tagen

Ohne ..... . .............. 8 12 Striche

0,5% Natriumsiliconat .... - 16 "

1 -0/ö Natriumsiliconat ..... 12 18 "

0,50/0 Methylharz ........ - 13 "

1 % Methylharz . . . . . . . . . . 4 12 "

Versuch 2 Es wird eine basische Kaseinfarbe durch Mischen von 72 g Wasser mit 100 g einer pulverigen Zusammensetzung aus Gewichtsprozent Kasein ........................ 7 gelöschter Kalk ................ 3 amorphes Calciumkarbonat .. ... 40 Magnesiumsilikat .............. 30 Aluminiumsilikat .............. 15 Titancalciumoxyd .............. 5 hergestellt.

Diese Kaseinfarbe wird dann entsprechend Versuch 1 auf Gipsoberflächen aufgestrichen. Andere Gipsoberflächen werden mit der gleichen Kaseinfarbe überzogen, die aber einmal 1 Gewichtsprozent des Natriumsalzes von Methylsilantriol nach A (berechnet als C H3 Si O1,5) und zum anderen 1 Gewichtsprozent Methylpolysiloxanharz gemäß B enthält. Die angegebenen Mengen der Zusätze beziehen sich auf den Feststoffgehalt der Kaseinfarbe. Die gestrichenen Oberflächen werden 40 Tage bei Zimmertemperatur der Luft ausgesetzt und danach der Abwaschprüfung gemäß Versuch 1 unterworfen. Die Probe ohne Zusatz ebenso wie die das Methylpolysiloxanharz enthaltende Probe erforderten im Mittel von zwölf Versuchen 19 Bürstenstriche, bevor die Unterlage zum Vorschein kam, während die das Natriumsalz des Methylsilantriols enthaltende Kaseinfarbe im Mittel von zwölf Versuchen erst nach 25 Bürstenstrichen bis zur Unterlage durchgebürstet ist.
Bei den Versuchen 1 und 2 sind die unter Verwendung des Natriumsalzes von Methylsilantriol hergestellten Farbanstriche glatter und zeigen weniger Pinselfurchen als die Oberflächen der Kontrollproben oder der Oberflächen, die mit dem Methylpolysiloxanharz als Zusatz hergestellt wurden.
Es ergibt sich also: Durch Einführung einer geringen Menge eines Metallsalzes eines kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols in eine wäßrige Anstrichfarbe wird deren Abwaschbarkeit gegenüber entsprechenden Farben verbessert, die kein Alkalisiliconat enthalten oder in die eine äquivalente Menge eines Organopolysiloxanharzes eingeführt wurde.
Es werden ganz unterschiedliche Vorteile erzielt, wenn geringere Mengen Alkalimetallsalz eines kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols, beispielsweise Natriumsalz des Methylsilantriols, in eine wäßrige Anstrichfarbe, wie eine Kaseinfarbe und eine Alkydharzfarbe, eingeführt werden und wenn zu den gleichen Farben an Stelle des Alkalisiliconats eine äquivalente Menge Organopolysiloxanha,rz, beispielsweise ein Methylpolysiloxanharz, gegeben wird.
Durch Zusatz einer geringen Menge eines Alkalinietallsalzes eines kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols zu einer wäßrigen Anstrichfarbe wird das Aussehen der hiermit überzogenen Oberflächen wesentlich verbessert, was daraus hervorgeht, daß weniger Pinselfurchen auf der überzogenen Oberfläche entstehen, als wenn die ummodifizierte wäßrige Anstrichfarbe verwendet wird; ähnliche Verbesserungen des Aussehens gestrichener Oberflächen können durch Anwendung äquivalenter Mengen eines Organopolysiloxanharzes, beispielsweise eines Methylpolysi.loxanharzes, an Stelle des Alkalisiliconats nicht erzielt werden.
Die Alkalimetallsalze, für deren Herstellung kein Schutz beansprucht wird, können z. B. nach den Vor- Schriften der USA.-Patentschrift 2 507 200 hergestellt werden. Derartige Salze sind schon für sich zur wasserabweisenden Imprägnierung verschiedener Stoffe, insbesondere Cellulosefasern, verwendet worden. Die das lösliche Metallsalz enthaltende Lösung wird mit Wasser zu der gewünschten Konzentration verdünnt, gegebenenfalls mit Salzen, wie .Aluminiumnitrat und Aluminiumacetat, gemäß Patentanmeldung G 11844IVc/8k neutralisiert und dann zusammen mit der wäßrigen Anstrichfarbe verwendet. Die Lösung des Alkalisiliconats kann aber auch entwässert und das Metallsalz in Form eines feinteiligen Pulvers der Anstrichfarbe vor oder nach Vermischung mit Wasser zugefügt werden.
Im allgemeinen wird die wäßrige Lösung der Siliconate in möglichst konzentrierter Form, z. B. von 20 bis 50%, bezogen auf Trockensubstanz, hergestellt. Später, vor der Zumischung zu den wäßrigen Anstrichfarben, können die hochkonzentrierten Lösungen mit Wasser verdünnt werden. Gegebenenfalls können der wäßrigen Lösung des Metallsalzes geringe Mengen von mit Wasser mischbaren Alkoholen, Ketonen oder Athern zugefügt werden, um die Stabilität der Lösungen zu erhöhen und ihr-en Gefrierpunkt zu erniedrigen. Äthanol ist besonders wirkungsvoll und stabilisiert die wäßrige Lösung des Alkalisiliconats bei Konzentrationen von ungefähr 4 bis 40%.
Die in Verbindung mit den wäßrigen Anstrichfarben anwendbaren Mengen der Siliconate können innerhalb weiter Grenzen schwanken. Die Verbesserung der Eigenschaften der für die Überzugszwecke anzuwendenden Anstrichfarbe auf wäßriger Grundlage tritt ein, wenn, bezogen auf das Gewicht der Festsubstanzen in der Wasseranstrichfarbe (z. B. Farbkörper, Binder usw.), Mengen von ungefähr 0,1 bis 7% Alkalisiliconat (d. h. R Si 02 M, wobei R ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest und M ein Alkalimetall ist) verwendet werden. Die Konzentration des Alkalisiliconats, bezogen auf Gewichtsgrundlage und bei echnet als R Si 01,5, wobei R ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest ist, soll vorzugsweise zwischen 0,05 bis 7% des Gesamtgewichtes der in der Anstrichfarbe vorhandenen Festsubstanzen liegen. Je nach der besonderen Grundlage der Wasserfarbe, der Art des verwendeten Alkalisiliconats, der Stärke der erwünschten Wirkung usw. können höhere oder niedere Konzentrationen des Alkalisiliconats angewendet werden.
Überraschenderweise hängt die Menge des Metallsalzes auch von der Art der Oberfläche ab, auf die die wäßrige Anstrichfarbe aufgetragen wird. Gipsoberflächen und leichte Bauplatten z. B. benötigen verschiedene Mengen des Siliconats, um gleiche Eigenschaften zu erhalten. Im allgemeinen wird, besonders bei Gipsuntergrund, um so weniger Alkalisiliconat nötig sein, je dichter die Oberfläche ist.
Bei einem Zusatz des Siliconats zu Latexfarben, die auf Gipsoberflächen aufgetragen werden, stellt man fest, -daß der natriummethylsiliconathaltige Farbfilm nach Lufttrocknung eine größere Haftfähigkeit auf der Gipsoberfläche hat als ein Farbfilm ohne Natriummethylsiliconat. Der Farbfilm mit Zusatz wird durch wäßrige Substanzen kaum fleckig, während der fleckige Anteil des Farbfilms ohne Zusatz trotz mehrmaligem Waschen fleckig blieb.
An Stelle der beschriebenen wasserhaltigen An-@trichfarben können auch andere Arten von Farben auf Wassergrundlage verwendet werden. So kann man Sojaeiweiß zusammen mit der Kaseinfarbe oder an Stelle letzterer verwenden. Außerdem kann man Kasein in geringen Mengen zusammen mit den erwähnten Alkydharz- und Kautschuklatexfarben verwenden.
An Stelle des Natriummethylsiliconats können auch andere organische Alkalisiliconate (Alkalisalze anderer Organosilantriolverbindungen), wie Kaliumniethylsiliconat, Natriumphenylsiliconat und Natriumiithylsiliconat, Verwendung finden. Im allgemeinen können die bei der Durchführung der Erfindung verwendeten organischen Alkalisiliconate der allgemeinen Formel entsprechen, in der R ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest und M ein Alkalimetall ist.
Die alkalisiliconathaltigen wäßrigen Anstrichfarben sind auch zum Überziehen anderer Oberflächen, z. B. von Holz, hervorragend geeignet. Die erhaltenen Farbfilme lassen sich leicht, ohne Beeinträchtigung des Farbfilmes, abwaschen und haften in vielen Fällen auch besser auf der darunterliegenden Oberfläche.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Wäßrige Anstrichfarbe, insbesondere Kasein-Kautschuklatex- oder ölmodifizierte Alkydharzfarbe, gekennzeichnet durch einen geringen Gehalt, vorzugsweise 0,05 bis 5 Gewichtsprozent (berechnet als R Si O1,5, R ist ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest), eines wasserlöslichen Alkalisalzes einer kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriolverbindung, vorzugsweise eines Natriumsalzes des Methylsilantriols.
2. Wäßrige Anstrichfarbe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen geringen zusätzlichen Gehalt an Alkoholen, Ketonen oder Äthern.
3. Wäßrige Anstrichfarbe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstrichfarbe das Alkalisalz des kohlenwasserstoffsubstituierten Silantriols als trockenes Pulver beigemischt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 507 200, 2 587 636, 2 258 218, 2 588 828; Ref. von »Off. Digest Federat. Paint Varnish Products Clubs.«, 1951, S. 629 biss 635, im Chem. Zentralblatt, 1952, S. 3739.