DE69812232T2

DE69812232T2 - Beschichtungszusammensetzung und Verfahren zur Beschichtung

Info

Publication number: DE69812232T2
Application number: DE69812232T
Authority: DE
Inventors: Ward Thomas Brown
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: US6027763A; EP0889100A1; CN1205917A; BR9802340A; NZ330786A; CA2241120A1; MY132809A; JPH11104561A; CN1079707C; AU7195598A; SG71810A1; DE69812232D1; US6306952B1; EP0889100B1

Description

Erfindungsgebiet

Diese Erfindung betrifft Beschichtungszusammensetzungen mit geringem Gehalt an VOC, welche schnell trocknend und leicht aufzutragen sind, deren Herstellung und Verwendung.

Erfindungshintergrund

Es war lange erwünscht sowohl die Trocknungszeit von Beschichtungszusammensetzungen, insbesondere bei Verwendung als Straßenverkehrsfarben, sowie aus Umweltschutzgründen den Gehalt an flüchtigen organischen Bestandteilen (VOC) in diesen zu verringern (die erlaubte Menge an VOC, die in die Luft in den Vereinigten Staaten aus Straßenverkehrsfarben abgegeben werden darf, wird voraussichtlich auf weniger als 150 Gramm VOC pro Liter der Farbe herabgesetzt werden). Diese beiden Eigenschaften sind jedoch in Konflikt miteinander, da das Ersetzen von VOC mit Wasser im allgemeinen die Trocknungszeit erhöht, insbesondere unter hohen Umgebungsfeuchte-Bedingungen, die typischerweise im Bereich von 65% bis 90% variieren.
Die Verbesserung der Trocknungsgeschwindigkeit von wässrigen Zusammensetzungen wurde z. B. in der EP-A 7210003 versucht, durch Anwenden eines zweistufigen Vorgehens, wobei zuerst eine Schicht aus wässrigem Polymer aufgetragen wird, unmittelbar gefolgt von der Auftragung eines Verdickers, um die Trocknung zu beschleunigen. Dieser Ansatz ist jedoch aufwendig, und der Zweistufen-Doppelpack-Ansatz, den er erfordert, schlägt darin fehl, die dritte erwünschte Eigenschaft von Beschichtungszusammensetzungen zu erfüllen, nämlich dass sie leicht aufzutragen sind.
Die EP-A-0063018 entspricht der US-4 395 524 und beschreibt Acrylamidcopolymer- Verdicker und deren Verwendung bei der Verdickung von wässrigen Polymerlatices und Latexfarben.
Die EP-A-0614955 beschreibt färbungsresistente Latexfarben, die mit nicht Zellulose basierten Verdickungsmitteln verdickt werden, einschließlich Polyurethanverdickungsmitteln des Assoziativtyps.
Diese Erfindung stellt sich dem Problem des Verringerns des VOC-Gehalts von Beschichtungszusammensetzungen, die schnelltrocknend und in einem einzelnen Schritt durch herkömmliche einstufige Auftragungsmittel, wie etwa durch luftvernebelndes Aufsprühen (air-atomized spray) luftfreies Aufsprühen, luftunterstütztes Aufsprühen und Hochvolumen-Niederdruckaufsprühen leicht aufzutragen sind.

Angabe der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine schnell trocknende Einzelpackungsfarbe mit einer nach ASTM D-1640 eingestuften Bindezeit bis zur Anfassbarkeit (set-to-touch time) von weniger als 10 Minuten, enthaltend eine wassergetragene Beschichtungszusammensetzung, die weniger als 100 Gramm flüchtiger organischer Bestandteile pro Liter der Farbe enthält, und umfassend
(a) ein Latexbindemittel,
(b) 0,01 Volumenprozent bis 10 Volumenprozent basierend auf dem Gesamtvolumen der Zusammensetzung, eines Assoziativverdickers, wobei der Assoziativverdicker ein hydrophob modifiziertes, wasserlösliches Polymer ist, und
(c) 0,2 Volumenprozent bis 10 Volumenprozent, basierend auf dem Gesamtvolumen der Zusammensetzung, eines wasserlöslichen, flüchtigen, organischen Lösungsmittels;
und wobei die Mengen des Assoziativverdickers und des flüchtigen organischen Lösungsmittels so bemessen sind, dass die Farbe eine Viskosität in der Dose (in-can-viscosity) von 1 Pa·s bis 6 Pa·s, gemessen zum Zeitpunkt der Auftragung, mittels eines Brookfield Viskosimeters mit einer #3 Spindel bei 30 Umdrehungen pro Minute, aufweist. Vorzugsweise liegt die Pigmentvolumenkonzentration der Farbe im Bereich von 40% bis 70%, jeweils in Volumenprozent basierend auf dem Gesamtvolumen der Farbe. Vorzugsweise hat die Zusammensetzung einen Feststoffgehalt im Bereich von 50% bis 85%, jeweils in Volumenprozent, basierend auf dem Gesamtvolumen der Zusammensetzung. Vorzugsweise ist der Verdicker aus der Gruppe bestehend aus hydrophoben ethoxylierten Urethanharzen (HEUR-Verdicker), hydrophobisierte alkalilösliche/aufquellbare Emulsionen (HASE- Verdicker), Acrylamid-Copolymere, sowie Mischungen davon ausgewählt; besonders bevorzugt ist der Verdicker ein hydrophobes ethoxyliertes Urethanharz (HEUR Verdicker). Vorzugsweise ist das Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Aceton, Methylacetat, Tetrahydrofuran, Ethylacetat, Methylethylketon, Propylenglycolmethyläther, Ethylenglycolmethyläther, Methanol, Isopropanol, n-Propanol, sec-Butanol, Isobutanol, n-Butanol, sowie Mischungen davon ausgewählt.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats zur Verfügung, umfassend:
i) Auftragen einer Schicht aus einer schnell trocknenden Einzelpackungsfarbe wie definiert unter Umgebungsbedingungen auf die Oberfläche des Substrats; und
ii) Verdampfen des Lösungsmittels aus der Schicht, um eine Beschichtung auf dem Substrat zu bilden.
Vorzugsweise wird das Lösungsmittel aus der Schicht innerhalb eines Bereiches von 10 Sekunden bis 30 Minuten unter hohen Feuchtebedingungen verdampft.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist es, dass sie eine Zusammensetzung mit einer ausreichend niedrigen Viskosität in der Dose gewährleistet, so dass eine daraus hergestellte Farbe leicht mittels herkömmlichen Einkopf-Straßenverkehrsfarbenauftragungsvorrichtungen aufgesprüht werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Farbschicht, enthaltend die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, mit einer schnelleren Geschwindigkeit trocknet als eine Schicht aus herkömmlichen wassergetragenen Farben, sogar unter hohen Feuchtebedingungen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Definitionen hier verwendeter Begriffe:
"GPC Gewichtsmittelmolekulargewicht" bedeutet das Molekulargewicht eines Polymers, bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie (GPC), unter Verwendung eines Differentialrefraktometers als Detektor. Eine Reihe von 3 GPC-Säulen, gepackt mit Styrol/Divinylbenzol Kügelchen mit Porengrößen im Bereich von 100 bis 10.000 · 10&supmin;¹&sup0; m (100 bis 10.000 Angström) wird typischerweise bei der Analyse verwendet. Im allgemeinen wird Tetrahydrofuran (THF) als Lösungsmittel verwendet, mit einer Geschwindigkeit von 1,0 ml/Minute durch die GPC-Säulen fließend. Die Temperatur der Säule wird üblicherweise bei 40ºC gehalten.
Das Instrument, wie etwa das von Polymer Laboratories, Amherst, Massachusetts and American Polymer Standards Co., Mentor, Ohio gelieferte, wird zuerst bezüglich des Molekulargewichts kalibriert, unter Verwendung von eng verteiltem Polystyrol-oder Polymethacrylstandards. Das Gewichtsmittelmolekulargewicht der Probe wird anschließend unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt:
Gewichtmittelmolekulargewicht (Mw) = Σ(R · M)/ΣH
worin R die oberhalb der Basislinie zu einer gegebenen Zeit gemessene Detektorantwort ist, und M das Molekulargewicht zu dieser Zeit ist, bestimmt aus dem Kalibrationslogarithmus. Die Summation wird über die Elutionszeit vom Peakstart bis zur Elutionszeit am Peakende gemacht. Diese Summation ist die Zahl, die als Gewichtsmittelmolekulargewicht angegeben wird. Weitere Details der Gelpermeationschromatographie (GPC) sind zu finden auf Seite 4, Kapitel I von "The Characterization of Polymers" (die Charakterisierung von Polymeren), veröffentlicht von Rohm und Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania im Jahre 1976.
Die "Glasübergangstemperatur (Tg)" ist ein enger Bereich der Temperatur, gemessen mittels herkömmlicher Differenzthermoanalyse (DSC), während dessen amorphe Polymere vom Zustand relativ harter brüchiger Gläser zu relativ weichen viskosen Gummen übergehen. Um die Tg mittels dieses Verfahrens zu messen werden die Copolymerproben getrocknet, auf 120ºC angeheizt, rapide auf -100ºC abgekühlt, und anschließend auf 150ºC mit einer Rate von 20ºC /Minute aufgeheizt, während die Daten gesammelt werden. Die Tg wurde als der Mittelpunkt der Sattelstufe (inflection) unter Verwendung der Halbhöhenmethode gemessen.
"Latexbindemittel" bedeutet "dispergiertes Polymer", "solubilisiertes Polymer" (beide unten definiert), oder eine Mischung davon.
"Dispergiertes Polymer" bedeutet Polymerteilchen, die in einem wässrigen Medium kolloidal dispergiert und stabilisiert sind.
"Solubilisiertes Polymer" umfasst "wasserlösliches Polymer", "wasserreduzierbares Polymer" oder eine Mischung davon. Wasserlösliches Polymer bedeutet ein in einem wässrigen Medium gelöstes Polymer. Wasserreduzierbares Polymer bedeutet ein Polymer, das in Wasser und in mit Wasser mischbarem Lösungsmittel gelöst ist. Solubilisiertes Polymer resultiert in einer Polymerlösung, die dadurch charakterisiert ist, dass sie eine selbstgruppierende Konstante (K) der Mooneygleichung [1/Inhrel = 1/BC - K/2.5] von null aufweist. Im Unterschied dazu hat ein dispergiertes Polymer ein (K) von 1,9. Die Details der Mooneygleichung sind in dem Artikel mit dem Titel "Physical Characterization of Water Dispersed and Soluble Acrylic Polymers" (Physikalische Charakterisierung von wasserdispergierten und löslichen Acrylpolymeren) von Brendley et al., in "Nonpolluting Coatings and Coating Processes" (nicht umweltverschmutzende Beschichtungen und Beschichtungsverfahren) veröffentlicht von Plenum Press 1973 und herausgegeben von Gordon and Prane, beschrieben.
"Polymerteilchengröße" meint den Durchmesser der Polymerteilchen, gemessen unter Verwendung eines Brookhaven Model B1-90 Teilchengrößemessgerätes von Brookhaven Instruments Corporation, Holtsville, New York, welches eine quasi-elastische Lichtstreuungstechnik anwendet, um die Größe der Polymerteilchen zu messen. Die Intensität der Streuung ist eine Funktion der Teilchengröße. Es wird der Durchmesser verwendet, der auf einem intensitätsgerichteten Durchschnitt basiert. Diese Technik ist beschrieben im Kapitel 3, Seiten 48-61, von Uses and Abuses of Photon Correlation Spectroscopy in Particle Sizing (Anwendung und Mißbrauch von Photonen-Korrelationsspektroskopie bei der Teilchengrößenbestimmung) von Weiner et al., in der 1987er Auflage der American Chemical Society Symposiumsreihe.
"Polymerfeststoffe" bedeutet Polymer in seinem trockenen Zustand.
"(Meth)acrylat" umfasst Acrylat und Methacrylat.
"Viskosität in der Dose"(in-can-viscosity") ist die Viskosität einer Farbe im Moment der Auftragung, wie etwa der Zeitpunkt des Aufsprühens der Farbe auf die Oberfläche eines Substrates.
Normalerweise führt die Gegenwart eines Assoziativsverdickers in einer Beschichtungszusammensetzung dazu, die Viskosität in der Dose einer Farbe, welche eine solche Zusammensetzung enthält, bis zu einem Niveau ansteigen zu lassen, wo es sehr schwer wird, die Farbe mittels herkömmlicher Auftragungsmittel aufzutragen. Der Anmelder hat unerwarteter Weise herausgefunden, dass man durch Steuerung der Menge des Assoziativverdickers und durch Zusetzen eines wasserlöslichen flüchtigen organischen Lösungsmittels zu der Zusammensetzung in einem bestimmten unerwarteten Gehalt, eine Viskosität in der Dose erreichen kann, die ausreicht, dass die Farbe mittels herkömmlichen Sprühvorrichtungen aufsprühbar ist, während sie nach der Auftragung auf ein Substrat schnell trocknet. Die Viskosität einer Farbe, welche die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält, gemessen bei Umgebungstemperatur mittels eines Brookfields Model LVT Viskosimeters von Brookfield Engineering Laboratories INC., Stoughton, Massachusetts; (# 3 Spindel @ 30 UPM), variiert im Bereich von 1,0 Pa·s. bis 6,0 Pa·s., vorzugsweise 1,0 Pa·s. bis 3,5 Pa·s. (1.000 bis 6.000, vorzugsweise 1000 bis 3500 Centipoise (cps). Wenn die Viskosität die obere Grenze übersteigt, wird es sehr schwierig, die Farbe mittels herkömmlichen Ein- Schritt-Sprühauftragungsvorrichtungen aufzusprühen. Wenn die Viskosität unter das untere Limit fällt, würde es zu lange dauern, bis eine Farbschicht trocknet.
Es wird angenommen, dass der Assoziativverdicker in der wassergetragenen Zusammensetzung die Viskosität der wassergetragenen Beschichtungszusammensetzung teilweise durch Ausbilden eines Netzwerks aus Verdickermolekülen und Polymerteilchen erhöht. Dieses Netzwerk wird durch die Assoziation der Verdickerhydrophoben mit sich selbst und mit der Oberfläche der Polymerteilchen ausgebildet. Wasserlösliche flüchtige organische Lösungsmittel neigen dazu, diese hydrophoben Abschnitte zu solvatisieren und deren Tendenz zur Assoziierung zu verringern, wodurch die Fähigkeit der Verdicker die Viskosität der Beschichtung zu erhöhen gehemmt wird. Wenn eine Schicht aus einer Farbe, welche die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält, auf eine Substratoberfläche aufgetragen wird, verdampft das flüchtige wasserlösliche organische Lösungsmittel sehr rasch, und die hydrophoben Abschnitte des Verdickers fangen an zu assoziieren, wodurch die Viskosität erhöht wird. Daher wird die Endviskosität hoch genug sein, dass die Schicht trocknet und sich schnell in einer Beschichtung absetzt, wenn eine ausreichende Menge an Verdicker verwendet wird.
Die Menge des zu der Zusammensetzung zugesetzten Assoziativverdickers ist so, dass eine frisch aufgetragene Schicht aus der Farbe, welche die Zusammensetzung enthält, eine obere Abbindezeit bis zur Anfassbarkeit (set-to-touch-time), gemessen nach ASTM D 1640, von weniger als 10 Minuten aufweist, vorzugsweise weniger als 8 Minuten, und insbesondere bevorzugt weniger als 5 Minuten. Der ASTM D 1640-Test wird bei einer Umgebungstemperatur im Bereich von 20ºC bis 23ºC und 50 ± 2% relativer Feuchte mit einem Film von 0.305 mm (12 mil) Nassfilmdicke durchgeführt. Die niedrigste Abbindzeit bis zur Anfassbarkeit nach dem ASTM D 1640-Test beträgt 10 Sekunden. Der Anmelder hat unerwarteter Weise entdeckt, dass durch Einstellen der Menge des Assoziativverdickers, der zu der Zusammensetzung zugesetzt wird, die vorgenannte Einstufung der Abbindezeit bis zur Anfassbarkeit für die Farbe, welche die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält, erhalten werden kann, wenn Assoziativverdicker im Bereich von 0,01% bis 10%, vorzugsweise im Bereich von 0,05% bis 2% zugesetzt wird. Alle Prozentangaben sind in Volumenprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Farbe.
Es sollte klar sein, dass die tatsächliche Trocknungszeit der Schicht aus der Farbe, welche die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält, sich von der nach dem ASTM D 1640-Test eingestuften Trocknungszeit unterscheidet, da die tatsächliche Trocknung von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, wie etwa Umgebungstemperaturen und Schichtdicke. Die Nassfilmdicke der Schicht aus der Farbe, abhängig von der beabsichtigten Verwendung, variiert im allgemeinen im Bereich von 0,025 mm (1 mil) bis 0,75 mm (30 mils). Bei Verwendung als Metallbeschichtung kann sie im Bereich von 0,025 mm (1 mil) bis 0,25 mm (10 mils) variieren, und wenn sie als eine Straßenverkehrsmarkierung verwendet wird, kann sie im Bereich von 0,25 mm (10 mils) bis 0,75 mm (30 mils) variieren. Die tatsächliche Trocknungszeit einer solchen Schicht variiert im allgemeinen im Bereich von 10 Sekunden bis 30 Minuten.
Der Assoziativverdicker, manchmal auch als hydrophobmodifiziertes wasserlösliches Polymer bekannt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann jeder Verdicker oder Rheologiemodifizierer sein, welcher mindestens zwei hydrophobe Abschnitte enthält, die durch hydrophile Abschnitte getrennt sind. Ein hydrophober Abschnitt ist so definiert, dass er jede organische Umgebung sein kann, wenn der Anknüpfungspunkt/die Anknüpfungspunkte der hydrophilen Abschnitte durch Bindungen zu Wasserstoffatome ersetzt würden, eine Löslichkeit in Wasser bei 20ºC von weniger als 1 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht des hydrierten hydrophoben Abschnittes aufweisen würde. Ein hydrophiler Abschnitt ist als jede organische Umgebung definiert, die, wenn der Anknüpfungspunkt/die Anknüpfungspunkte zu den hydrophoben Abschnitten durch Wasserstoffatome ersetzt würde, eine Löslichkeit in Wasser bei 20ºC bei einem pH zwischen 2 und 12 von mehr als 5 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der hydrierten hydrophoben Abschnitte, aufweist.
Beispiele geeigneter Assoziativverdicker umfassen die hydrophob ethoxylierten Urethanharze (HEUR Verdicker), die im allgemeinen Umsetzungsprodukte von Polyethyleneglycolen mit Diisocyanaten sind. Einige dieser Assoziativverdicker sind im U.S. Patent Nr. 4,155,892 beschrieben. Die HEUR-Verdicker sind Urethanpolymere mit mindestens drei niedrigmolekulargewichtigen hydrophoben Gruppen, wovon mindestens zwei terminale (externe) hydrophobe Gruppen sind. Viele der Polymere enthalten auch eine oder mehrere interne hydrophobe Gruppen. Die hydrophoben Gruppen enthalten zusammen eine Gesamtzahl von mindestens 20 Kohlenstoffatomen und sind durch hydrophile (wasserlösliche) Gruppen miteinander verknüpft. Die Größe der hydrophoben Gruppen variiert im Bereich von 50 bis 700 Gramm pro Mol, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 Gramm pro Mol und insbesondere bevorzugt im Bereich von 200 bis 350 Gramm pro Mol. Das Molekulargewicht der Verdicker ist so, dass sie leicht in Wasser solubilisiert werden können, entweder durch Selbst-Solubilisierung oder durch Interaktion mit einem bekannten Solubilisierungsmittel, wie etwa einem wassermischbaren Alkohol oder Tensid. Das Molekulargewicht der Verdicker liegt im Bereich von 5.000 bis 200.000, vorzugsweise im Bereich von 5.000 bis 50.000, stärker bevorzugt im Bereich von 10.000 bis 30.000 und insbesondere bevorzugt im Bereich von 15.000 bis 20.000.
Die HEUR-Polymere werden in nicht-wässrigen Medien hergestellt und sind die Reaktionsprodukte oder mindestens die Reaktanden (a) und (c) der folgenden Reaktanden: (a) mindestens ein wasserlöslicher Polyetherpolyol, (b) mindestens ein wasserunlösliches organisches Polyisocyanat, (c) mindestens eine monofunktionale hydrophobe organische Verbindung ausgewählt aus den monofunktionalen Aktivwasserstoffverbindungen und organischen Monoisocyanaten, sowie (d) mindestens eines polyhydrischen Alkohols oder polyhydrischen Alkoholethers. Die gebildeten Produkte umfassen die folgenden:
(1) Umsetzungsprodukte von Reaktand (a) enthaltend mindestens drei Hydroxylgruppen, und der vorgenannten organischen Monoisocyanate;
(2) Umsetzungsprodukte von Reaktand (a), Reaktand (b) enthaltend zwei Isocyanatgruppen, und der vorgenannten Aktivwasserstoff enthaltenden Verbindungen. Solche Verbindungen mit einem Äquivalentverhältnis von (a) zu (b) von 0,5 : 1 bis 1 : 1;
(3) Umsetzungsprodukte von Reaktand (a), Reaktand (b), enthaltend mindestens drei Isocyanatgruppen und die Aktivwasserstoff enthaltenden Verbindungen;
(4) Umsetzungsprodukte von Reaktand (a), Reaktand (b) und der organischen Monoisocyanate; sowie
(5) Umsetzungsprodukte von Reaktanden (a), (b), (d) und der organischen Monoisocyanate.
Die HEUR-Verdicker sind bevorzugt. Einer der Vorteile der Verwendung von HEUR- Verdickern ist, dass eine daraus hergestellte Farbe keinen starken Geruch aufweist, der typischerweise mit Beschichtungszusammensetzungen mit hohem pH einhergeht.
Eine andere Art von Assoziativverdicker umfasst hydrophobisierte alkalilösliche/aufquellbare Emulsionen (HASE-Verdicker), die im allgemeinen Copolymere mit hohen Anteilen von (Meth)acrylsäure mit hydrophoben Monomeren sind.
Ein wiederum anderer Typ von Assoziativverdicker ist ein Acrylamidcopolymerverdicker, wie etwa der in dem U.S. Patent Nr. 4,395,524 beschriebene. Ein derartiger Verdicker ist eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen, nicht ionischen oder anionischen Vinyladditionscopolymers aus mindestens 50 Gewichtsprozent Acrylamid, 0,01 bis 50 Gewichtsprozent eines N-substituierten Acrylamids und, gegebenenfalls bis zu 49,99 Gewichtsprozent andere Vinylmonomere. Der Substituent am Stickstoff des Acrylamids ist Hydrocarbyl und hat 6 oder mehr Kohlenstoffatome, oder ist eine derartige Hydrocarbylgruppe verknüpft mit dem Stickstoff über eine Polyoxyalkylenkette. Das GPC-Gewichtsmittelmolekulargewicht des Copolymers ist größer als 30.000, jedoch geringer als 2 Millionen.
Der Polyacrylamidverdicker ist vorzugsweise ein Copolymer aus Acrylamid und einem oder mehreren N-substituierten Acrylamiden. In anderen Ausführungsformen ist es ein Copolymer dieser Amide und anderer Vinylmonomere, vorzugsweise hydrophile, wie etwa Hydroxypropylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxyethylacrylat, Methacrylsäure, Acrylsäure, und insbesondere N-Vinylpyrrolidon. Ionische Acrylamidcopolymere werden durch Copolymerisation mit ionisierbaren Monomeren hergestellt, vorzugsweise Methacrylsäure, Acrylsäure und Itaconsäure. Nichtionische Copolymere werden hergestellt, durch Verwendung von N-Vinylpyrrolidon oder der Hydroxyalkylacrylate oder -Methacrylate oder Hydroxy-, Alkoxy-, oder Polyalkoxyalkylacrylate und -Methacrylate, wobei die bevorzugten Alkylgruppen in diesen Verbindungen 2 bis 4 Kohlenstoffe und insbesondere bevorzugt 2 oder 3 aufweisen, d. h., dass sie Ethoxy- oder Propoxy-Materialien sind.
Der Acrylamidcopolymerverdicker ist ein Produkt einer freien radikalen Polymerisation, vorzugsweise durchgeführt in einer Atmosphäre, die im wesentlichen frei von Sauerstoff ist, und einen freien radikalischen Starter in den üblichen Mengen, wie etwa zwischen 0,05 und 20 Milliäquivalenten pro 100 Gramm (meq/100 g) Monomer verwendet. Ein Kettenüberträger kann über einen breiten Konzentrationsbereich mit 0,05 bis 20 meq/100 g von dibasischen Säuren, wie etwa Halbestern, anderen Alkyl- und substituierten Alkylamiden der Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure (mono- und di-Amide), Fumarsäure (mono und di-Amide) sowie Itaconsäure (mono- und di-Amide), Methacrylamid, Diacetonacrylamid, Alkylvinylether, wie etwa Butylvinylether, und Ureidomonomere, einschließlich solcher mit zyklischen Ureidogruppen eingesetzt werden. Eine andere Variation beim Einbau des hydrophilen Monomers ist es beispielsweise, wenn ein Monomer im Polymerisationsmix enthalten ist, welcher selbst nicht hydrophil ist, aber bei der Verarbeitung oder in einem nachfolgenden Schritt verändert wird, z. B., durch Hydrolyse, um die Hydrophilizität zu gewährleisten; Anhydrid- und Epoxid-enthaltende Monomere sind Beispiele. Andere Beispiele sind die Ester des Vinylalkohols wie etwa Vinylformat, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat und Vinylversatat. Die Hydrolyse dieser Monomere erzeugt Vinylalkohol-mer-Einheiten in dem Polymer, wobei die mer-Einheiten hydrophil sind. Das bevorzugte Monomer aus diesen ist Vinylacetat.
Wie vorher festgestellt umfasst die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein flüchtiges wasserlösliches organisches Lösungsmittel. Der Anteil an flüchtigem wasserlöslichem organischem Lösungsmittel ist so bemessen, dass eine Farbe, welche die Zusammensetzung enthält, leicht mittels herkömmlicher Sprühtechniken versprüht werden kann, wie etwa Luftsprühnebel, luftfreiem Aufsprühen, luftunterstütztem Sprühen und Hochvolumen- Niederdrucksprühen. Wenn das flüchtige wasserlösliche organische Lösungsmittel aus einer aufgetragenen Schicht aus einer Farbe, welche die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält, verdampft, wirkt der Assoziativverdicker, der in der Schicht vorliegt, so, dass er im wesentlichen die Viskosität erhöht, wodurch die set-to-touch- Trocknungsgeschwindigkeit der Schicht beschleunigt wird. Im allgemeinen steigt die Viskosität um mindestens das Dreifache der Viskosität in der Dose der Farbe beim Verdampfen des Lösungsmittels aus der Schicht an. Der Anmelder hat unerwarteterweise herausgefunden, dass die vorgenannten unerwarteten Ergebnisse erreicht werden, wenn das flüchtige wasserlösliche organische Lösungsmittel im Bereich von 0,2% bis 10%, vorzugsweise im Bereich von 1% bis 10% und insbesondere bevorzugt im Bereich von 1% bis 5%, alles in Volumenprozentangaben basierend auf dem gesamten Farbvolumen, zu der Zusammensetzung zugesetzt wird.
Das flüchtige wasserlösliche organische Lösungsmittel, das zur Verwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist, umfasst jedes organische Lösungsmittel, das bei 20ºC in Wasser mit mindestens 5 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der wässrigen Lösung löslich ist, und das eine Verdampfungsgeschwindigkeit aufweist, die gleich ist oder größer als die von N- Butylalkohol. Beispiele geeigneter Lösungsmittel umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Aceton, Methylacetat, Tetrahydrofuran, Ethylacetat, Methylethylketon, Propylenglycolmethylether, Ethylenglycolmethylether, Methanol, Ethanol, Isopropanol, n- Propanol, sec-Butanol, Isobutanol, t-Butanol, n-Butanol, Ethylacetat, Propylenglycolmonomethyletheracetat, Ethylenglycolmonomethyletheracetat, Propylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonomethylether und Mischungen davon. Die bevorzugten Lösungsmittel sind Aceton und Methanol. Aceton ist eher bevorzugt.
Die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein Latexbindemittel, das ein dispergiertes Polymer mit Polymerteilchen sein kann, die in einem wässrigen verdampfbaren Träger dispergiert sind, oder es kann sich dabei um ein wasserlösliches Polymer, ein wasserreduzierbares Polymer, eine Mischung des wasserlöslichen und wasserreduzierbaren Polymers in dem wässrigen verdampfbaren Träger oder eine Mischung des dispergierten, wasserreduzierbaren und wasserlöslichen Polymers in dem wässrigen verdampfbaren Träger handeln. Sofern erwünscht, kann das Latexbindemittel eine Mischung aus einem dispergierten Polymer in einem wasserlöslichen oder einem wasserreduzierbaren Polymer umfassen. Das Latexbindemittel in der Form dispergierter Polymerteilchen ist bevorzugt, wobei die Teilchengröße der dispergierten Polymerteilchen im Bereich von 20 bis 1000 Nanometer, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 300 Nanometer, stärker bevorzug im Bereich von 100 bis 250 Nanometern variiert.
Das zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Latexpolymer umfasst ein Emulsionspolymer von mono- oder poly-ethylenisch ungesättigten olefinischen Vinyl- oder Acrylmonomeren, einschließlich Homopolymeren und Copolymeren von derartigen Monomeren. Insbesondere kann das dispergierte Polymer Poly(vinylacetat) und Copolymere von Vinylacetat (vorzugsweise mindestens 50 Gewichtsprozent) mit einem oder mehreren aus Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Styrol, Vinyltoluol, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, Maleinsäure und Ester davon, oder einem oder mehreren der Acryl- und Methacrylsäureester, die in den U. S. Pat. Nr. 2,795,564 und 3,356, 627 erwähnt sind, umfassen, mit Polymeren, die als filmbildende Bestandteile von wasserbasierten Farben gut bekannt sind. Ferner kann das dispergierte Polymer Homopolymere von C&sub2; bis C&sub4;&sub0; alpha- Olefine wie etwa Ethylen, Isobutylen, Octen, Nonen und Styrol umfassen, sowie Copolymere von einem oder mehreren dieser Kohlenwasserstoffe mit einem oder mehreren Estern, Nitrilen oder Amiden der Acrylsäure oder der Methacrylsäure oder mit Vinylestern wie etwa Vinylacetat und Vinylchlorid oder mit Vinylidenchlorid; sowie Dienpolymere, wie etwa Copolymere von Butadien mit einem oder mehreren aus Styrol, Vinyltoluol, Acrylnitril, Methacrylnitril sowie Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure. Es ist auch relativ üblich, eine geringe Menge, wie etwa 0,5 bis 2,5% oder mehr, eines Säuremonomers in die Monomermischung, die zur Herstellung der oben erwähnten Copolymere mittels Emulsionspolymerisation verwendet wird, einzuschließen. Verwendete Säuren umfassen Acryl-, Methacryl-, Itacon-, Citracon-, Croton-, Malein-, Fumarsäure, sowie das Dimer von Methacrylsäure.
Die Vinylacetat-Copolymere sind gut bekannt und umfassen Copolymere wie etwa Vinylacetat/Butylacrylat/2-Ethylhexylacrylat, Vinylacetat/Butylmaleat, Vinlacetat/Ethylen, Vinylacetat/Vinylchlorid/Butylacrylat, sowie Vinylacetat/Vinylchlorid/Ethylen.
Andere geeignete Monomere, aus welchen das Latexbindemittel polymerisiert werden kann, umfassen mindesten eins oder mehrere der folgenden Monomere, wie etwa Acryl- und Methacrylestermonomere eineschließlich Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl- (meth)acrylat, 2-Etylhexyl(meth)acrylat, Decyl(meth)acrylat, Lauryll(meth)acrylat, Isobornyl(meth)acrylat, Isodecyl(meth)acrylat, Oleyl(meth)acrylat, Palmityl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat, hydroxyethyl(meth)acrylat, sowie Hydroxypropyl(meth)acrylat; Säurefunktionale Monomere, wie etwa Acrylsäure, Methacrylsure, Crotonsäure, Itaconsäure, Fumarsäure und Maleinsäure; Monomethylitaconat, Monomethylfumarat, Monobutylfumarat, Maleinanhydrid, Acrylamid oder substituierte Acrylamide, Natriumvinylsulfonat, Phosphoethyl(meth)acrylat, Acrylamidopropansulfonat, Diacetonacrylamid, Glycidylmethacrylat, Acetoacetylethylmethacrylat, Acrolein sowie Methacrolein, Dicyclopentadienylmethacrylat, Dimethylmetaisopropenylbenzylisocyanat, Isocyanatoethylmethacrylat, Styrol oder substituierte Styrole, Butadien, Ethylen, Vinylacetat oder andere Vinylester, N-Vinylpyrrolidon, Aminomonomere wie etwa N,N'-Dimethylamino und (Meth)acrylat.
Die zur Herstellung des Latexbindemittels der vorliegenden Erfindung verwendeten Polymerisationstechniken sind im Stand der Technik gut bekannt. Das Bindemittel kann durch Emulsions- oder Lösungspolymerisation hergestellt werden, vorzugsweise mittels freier radikalischer Initiation. Die Polymerisation kann kontinuierlich oder satzweise durchgeführt werden. Es können entweder thermische oder Redoxstarterverfahren angewendet werden.
Der Polymerisationsprozess wird typischerweise mittels herkömmlicher freier radikalischer Starter eingeleitet, welche umfassen: Wasserstoffperoxid, Hydroperoxide wie etwa t- Butylhydroperoxid, Dialkylperoxide wie etwa Di-t-butylperoxid, Peroxyester wie etwa t- Butylperoxypivalat, Diacylperoxide wie etwa Benzoylperoxid, Azoverbindungen wie etwa 2,2'-Azobisisobutyronitril, sowie Ammonium und Alkalipersulfate wie etwa Natriumpersulfat, üblicherweise mit einem Gehalt von 0,05% bis 2 Gewichtsprozent, alles Gewichtsprozente basierend auf dem Gesamtgewicht der Monomermischung. Redoxsysteme unter Verwendung der gleichen Starter, gekoppelt mit geeigneten Reduktionsmitteln wie etwa Natriumbisulfit, Natriumhydrosulfit, Natriumformaldehydsulfoxylat und Ascorbinsäure können mit ähnlichen Gehalten verwendet werden.
Kettentransfermittel können in einer Menge verwendet werden, die ausreicht, um das erwünschte GPC-Gewichtsmittelmolekulargewicht zu gewährleisten. Für die Zwecke des Regulierens des Molekulargewichts des gebildeten Latexbindemittels umfassen geeignete Transfermittel gut bekannte halogenorganische Verbindungen wie etwa Kohlenstofftetrabromid und Dibromodichloromethan, Schwefel-enthaltende Verbindungen wie etwa Alkylthiole einschließlich Ethanethiol, Butanethiol, tert-Butyl- und Ethylmercaptoacetat, wie auch aromatische Thiole, oder diverse andere organische Verbindungen, welche Wasserstoffatome aufweisen, die leicht während der Polymerisation durch freie Radikale abstrahiert werden können. Zusätzliche geeignete Kettentransfermittel oder Bestandteile umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Butylmercaptopropionat, Isooctylmercaptopropionat, Bromoform, Bromotrichloromethan, Kohlenstofftetrachlorid, Alkylmercaptane wie etwa 1-Dodecanthiol, tertiäres Dodecylmercaptan, Octylmercaptan, Tetradecylmercaptan und Hexadecylmercaptan, ferner Alkylthioglycolate wie etwa Butylthioglycolat, Isooctylthioglycolat und Dodecylthioglycolat, Thioester, oder Kombinationen davon. Mercaptane sind bevorzugt.
Wenn das Latexbindemittel in der Form eines dispergierten Polymers verwendet wird, wird die Polymerteilchengröße durch die Menge herkömmlicher Tenside, die während des Emulsionspolymerisationsprozesses zugesetzt werden, gesteuert. Herkömmliche Tenside umfassen anionische, nichtionische Emulgatoren oder deren Kombinationen. Typische anionische Emulgatoren umfassen die Salze von Fettsäuren, Kolophoniumsäuren und naphthenischen Säuren, Kondensationsprodukte von Naphthalensulfonsäure und Formaldehyd mit niedrigem Molekulargewicht, Carbonsäurepolymere und Copolymere des angemessenen HLB (hydrophil-lipophil-balance), Alkali- oder Ammoniumalkylsulfate, Alkylsulfonsäure, Alkylphosphonsäure, Fettsäuren, sowie oxethylierte Alkylphenolsulfate und -Phosphate. Typische nichtionische Emulgatoren umfassen Alkylphenolethoxylate, polyoxyethylenierte Alkylalkohole, Aminpolyglycolkondensate, modifizierte Polyethoxyaddukte, langkettige Carbonsäureester, modifizierte terminierte Alkylarylether und Alkylpolyetheralkohole. Typische Tensidbereiche liegen zwischen 0,1 bis 6 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Monomermischung.
Alternativ kann das Latexbindemittel vielstufige Polymerteilchen umfassen, die zwei oder mehrere Phasen verschiedener geometrischer Strukturen aufweisen, wie etwa Kern/Schale oder Kern/Hüllenteilchen, Kern/Schalenteilchen mit Schalenphasen, die den Kern unvollständig verkapseln, Kern/Schalenteilchen mit einer Vielzahl von Kernen und interpenetrierende Netzwerkteilchen. In all diesen Fällen wird die Mehrheit der Oberfläche des Teilchens durch mindestens eine äußere Phase besetzt sein, und das Innere des Polymerteilchens wird durch mindestens eine innere Phase besetzt sein. Die äußere Phase der vielstufigen Polymerteilchen wiegt 5 Gewichtsprozent bis 95 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht des Teilchens. Es ist oft erwünscht, dass jede Stufe der vielstufigen Polymerteilchen eine unterschiedliche Tg aufweist. Sofern erwünscht kann jede Stufe dieser vielstufigen Polymerteilchen mit verschiedenen GPC-Gewichtsmittelmolekulargewichten ausgestattet sein, wie etwa die vielstufige Polymerteilchenzusammensetzung, die im US-Patent 4,916,171 offenbart ist.
Zusätzlich kann die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Beschichtungszusammensetzung Standardsformulierungszusätze umfassen, wie etwa Coalesziermittel, Pigmente, Streckmittel (extender), Entschäumer, Tenside, Benetzungsmittel, Dispergierhilfsmittel, Wachse, Gleithilfsmittel (slip aids), sowie Vernetzer. Die Koaleszierhilfsmittel wie hier verwendet sind solche filmbildenden Mittel, die aus einer aufgetragenen Schicht verdampfen, im wesentlichen nachdem die Verdampfung des flüchtigen wasserlöslichen organischen Lösungsmittels und des in der aufgetragenen Schicht vorhandenen Wassers erfolgt ist.
Die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird im allgemeinen mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 50% bis 85% zur Verfügung gestellt, alles in Volumenprozenten basierend auf dem Gesamtvolumen der Zusammensetzung.
Die Farbe, welche die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält, wird im allgemeinen mit einer Pigmentvolumenkonzentration im Bereich von 40% bis 70% zur Verfügung gestellt, alles in Volumenprozent basierend auf dem Gesamtvolumen der Farbe.
Sofern erwünscht, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung das Aufbringen von Glaskügelchen auf eine Schicht einer Straßenverkehrsmarkierungsfarbe, welche die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält, umfassen, bevor die Schicht trocknet, um die Haftung der Glaskügelchen auf der auf eine Straßenoberfläche aufgetragenen Schicht sicher zu stellen. Oberflächlich angebrachte Glaskügelchen auf Straßenverkehrsmarkierungen wirken als Lichtreflektoren. Wenn Glaskügelchen nicht verwendet werden, könnten die Straßenverkehrsmarkierungen unter Nacht- und Schlechtwetterbedingungen schwierig zu sehen sein. Daher werden nahezu alle Straßenverkehrsmarkierungen generell mit Glaskügelchen versehen, d. h. Glaskügelchen werden auf der Oberfläche der Beschichtungen aufgestreut und befestigt, grob geschätzt mit einer Geschwindigkeit von 0,72 bis 2,9 kg oder mehr pro Liter der Farbe für eine Nacht- und Schlechtwettersichtbarkeit. Die Glaskügelchen werden mittels im Stand der Technik bekannter Verfahren aufgebracht, wie etwa durch Aufsprühen der in einem Luftstrom aufgenommenen und beförderten Glaskügelchen und Fallenlassen auf die Oberfläche der Schicht, oder durch Verstreuen der Glaskügelchen mit einer vorher bestimmten Geschwindigkeit aus einem Lagerwagen (storage hopper) der oberhalb der Schicht der Straßenverkehrsfarbe positioniert ist. Die Glaskügelchen werden über der Schicht aufgetragen, während die Schicht noch in ihrem "Nass-Zustand" ist, d. h. bevor die Schicht trocknet, um die Straßenverkehrsfarbmarkierung auszubilden. Die Menge von auf die Schicht aufgebrachten Glaskügelchen hängt von der Größe, dem Refraktionsindex und der Oberflächenbehandlung der Glaskügelchen ab. Die typischen für Straßenverkehrsmarkierungen spezifizierten Glaskügelchen werden unter der Bezeichnung AASHTO M 247-81 (1993) beschrieben, entwickelt von der American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D. C. Gegebenenfalls können Glaskügelchen mit der Straßenverkehrsfarbe vor deren Auftragung auf Straßenoberflächen vorgemischt werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um eine schnell trocknende Beschichtung zu erzeugen, die als Gehwegs- oder Straßenmarkierungsfarbe für Beton, Asphalt oder bituminöse Straßen, Gehwege oder Parkplätze, eine Metallschutzbeschichtung, eine Abdichtung für Dächer oder andere Gebäudebestandteile sowie eine Beschichtung für Mauerwerk, Holz, Kunststoffe, gewebte und nicht-gewebte Stoffe und Fasern, Glas, Leder oder Papier verwendbar ist.

Testverfahren

Die folgenden Testverfahren wurden verwendet, um die in den unten angegebenen Beispielen wiedergegebenen Daten zu erzeugen.

Set-to-Touch Trocknungstest

Dieser Test wurde gemäß ASTM-Verfahren D 1640 ausgeführt. Eine Schicht mit einer Nassfilmdicke von 0,305 mm (12 mil) aus einer Testfarbe, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, oder von einer Vergleichsfarbe, wurde auf ein Aluminiumblech aufgetragen. Die Schicht wurde dann in periodischen Zeitabständen leicht mit einem Finger berührt. Die Abbindezeit bis zur Trockenheit (set-to-dry-time) wurde aufgezeichnet, wenn die Schicht nicht länger am Finger haftete.

Messung der Farbenviskosität in der Dose (In-can Paint Viscosity)

Die Viskositäten der Farben in der Dose wurden mittels eines Brookfield Model LVT Visometers von Brookfiels Engineering Laboratories 114C, Stoughton, Massachusetts, unter Verwendung einer #3 Spindel bei @30 UPM gemessen.

Beispiele

Assoziativverdickerpräparat

Beispiele von Assoziativverdickern (T1 und T2) unten in Tabelle 1 gezeigt, wurden mittels dem folgenden Standardverfahren hergestellt:
Ein 100 ml Dreihalsrundkolben wurde mit einem Rückflusskühler ausgestattet, der mit einem mit CaSO&sub4; gefüllten Trockenrohr verbunden war, einem Gaseinlassrohr, einer Serumkappe sowie einem Magnetrührer. Die festen Bestandteile (markiert mit * in der Tabelle 1 unten) wurden in den Kolben eingefüllt, das System wurde mit trockenem Stickstoff gespült, der Rührer wurde eingeschaltet und anschließend wurde der Kolben erwärmt bis die festen Bestandteile schmolzen. Die flüssigen Bestandteile wurden dann in den Kolben über die Serumkappe in der unten in Tabelle 1 angegebenen Reihenfolge eingespritzt, anschließend wurde die Mischung unter Rückfluss 5 Stunden lang erhitzt. Anschließend wurde 10 g Ethanol zu dem Kolben zugesetzt, und man ließ eine weitere Stunde refluxieren. Die resultierenden Lösungen wurden in offene Glasschalen eingegossen und in einem 71ºC (160 F) Ofen 4 Tage lang platziert, bis die gesamten flüchtigen Anteile entfernt waren. Die resultierenden Feststoffe wurden anschließend in Methanol aufgelöst, um eine 33,3 gewichtsprozentige Lösung basierend auf dem Gesamtgewicht der Lösung herzustellen. Tabelle 1
1 = von Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wisconsin
2 = von Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wisconsin
Mn = mittleres Zahlengewichtsmittelmolekulargewicht
* dies waren feste Bestandteile

Farbenpräparat

Die folgenden Master Batches wurden durch Zusammenmischen der unten in Tabelle 2 angegebenen Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge hergestellt. Tabelle 2
1 = Rhoplex® TP-257 Emulsionspolymer, von Rohm und Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania
2 = Tamol® 901 Dispergiermittel bei 30 Prozent basierend auf den Feststoffen von Rohm und Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania
3 = Drewplus® L-493 Entschäumer von Drew Chemical Company, Boonton, New Jersey
4 = TiPure® R-900 Titandioxidweißpigment, von E. I. duPont de Nemours & Company, Wilmington, Delaware
5 = Omyacarb® -5 gemahlenes natürliches Calciumcarbonat, geprüft nach ASTM D 1199, Typ GC, Grade II mit einer Zahlengewichtsmittelteilchengröße von 5,5 · 10&supmin;&sup6;m (5,5 microns) mit einer maximalen Ölabsorptionszahl von 10, geliefert on Omya, Inc., Proctor, Vermont
6 = Texanol® Esteralkohol von Eastman Chemicals, Kingsport, Tennessee
7 = Triton® X-405 Octylphenoxypolyethoxyethanoltensid von Union Carbid Chemicals, Inc., Danbury, Connecticut mit 70 Gewichtsprozent Feststoffanteilen
* diese Bestandteile wurden vorgemischt
Die folgenden Testfarben P&sub1; bis P&sub4; und P&sub5; sowie die Vergleichstestfarben CP&sub1; bis CP&sub5; wurden hergestellt durch Zusammenmischen der unten aufgelisteten Inhaltsstoffe in der angegebenen Reihenfolge. Die Menge des zugesetzten Verdickungsmittels wurde so eingestellt, dass die Viskosität, die in der später angegebenen Tabelle 7 aufgelistet ist, erreicht wurde. Tabelle 3
1 = Aceton
2 = Diethylenglycolbutylether
3 = Ethylenglycolbutylether
4 = Acrysol(F) RM-825 Assoziativverdicker von Rohm und Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania
5 = Acrysol® ASE-60 Nichtassoziativverdicker von Rohm und Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania
* diese Bestandteile wurden vorgemischt
Die höchste Menge an VOC in den Testfarben war in P&sub2; bei 86 g pro Liter der Farbe und die geringste Menge lag in PS vor, mit 80 g pro Liter der Farbe. Dementsprechend waren alle Testfarben gut innerhalb des vorgeschlagenen oberen Grenzwerts für VOC in Farbe. Zum besseren Vergleich hatten die Vergleichsfarben auch einen VOC-Gehalt in ähnlichen Mengen. Testergebnisse Tabelle 4
1 = Lösungsmittel mit hoher Flüchtigkeit
2 = Lösungsmittel mit niedriger Flüchtigkeit
3 = Acrysol® RM-825 Assoziativverdicker von Rohm und Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania
4 = Acrysol® ASE-60 Nicht-Assoziativverdicker von Rohm und Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania
Die Tabelle 4 oben zeigt die set-to-touch Trocknungszeiten in Minuten, die für die verschiedenen Zusammensetzungen mit im wesentlichen der gleichen Viskosität erhalten wurde (Der erste Satz von P1-P4 und CP&sub1; und der zweite Satz von P&sub5;, CP&sub2;-CP&sub5;). Aus den in Tabelle 4 gezeigten Testergebnissen kann entnommen werden, dass die zugesetzte Lösungsmittelmenge zu der Farbe gesteigert wird (P&sub1; versus P&sub2; und P&sub3; versus P&sub4;), wobei sich die set-to-dry Zeit wesentlich verringert. Aufgrund von Einschränkungen unter Umweltsgesichtspunkten gibt es jedoch eine Grenze, wie viel Lösungsmittel zu der Zusammensetzung zugesetzt werden kann.
Ferner zeigt die Tabelle 4 auch, dass wenn ein Assoziativverdicker (P&sub5;) durch einen Nicht- Assoziativverdicker(CP&sub5;) in der Zusammensetzung ersetzt wird, es dann einen beträchtlichen Anstieg der set-touch-dry-Zeit gibt. Ganz ähnlich war die set-to-touch-Trocknungszeit beträchtlich höher als bei der Farbe, welche den Assoziativverdicker und ein wasserlösliches hochflüchtiges organisches Lösungsmittel in den Mengen wie früher offenbart (PS) enthalten war, wenn kein Assoziativverdicker verwendet wurde (CP&sub2;) oder wenn ein niedrig flüchtiges Lösungsmittel verwendet wurde (CP&sub3;) oder wenn kein Lösungsmittel verwendet wurde (CP&sub4;). Dementsprechend kann gesehen werden, dass der Anmelder unerwarteterweise herausgefunden hat, dass durch Einbau eines bestimmten erwünschten Gehaltes an Assoziativverdicker und eines hochflüchtigen wasserlöslichen organischen Lösungsmittel in der Beschichtungszusammensetzung eine Einzelpackungsfarbe mit niedrigem VOC-Gehalt, die auf einfache Weise mittels herkömmlicher Vorrichtungen aufgetragen werden kann, wie etwa mittels eines Einzelsprühkopfs, und die schnell trocknende Eigenschaften aufweist, erhalten werden kann.

Claims

1. Eine schnell trocknende Einzelpackungsfarbe mit einer nach ASTM D-1640 eingestuften Abbindezeit bis zur Anfassbarkeit (set-to-touch time) von weniger als 10 Minuten, enthaltend eine wassergetragene Beschichtungszusammensetzung, enthaltend weniger als 150 Gramm flüchtiger organischer Bestandteile pro Liter der Farbe, und umfassend

a) ein Latexbindemittel

b) 0,01 Vol.% bis 10 Vol.-%, basierend auf dem Gesamtvolumen der Zusammensetzung eines Assoziativ-Verdickers, wobei der Assoziativ-Verdicker ein hydrophobmodifiziertes wasserlösliches Polymer ist, sowie

c) 0,2 Vol.% bis 10 Vol.%, basierend auf dem Gesamtvolumen der Zusammensetzung eines wasserlöslichen flüchtigen organischen Lösungsmittels;

wobei die Mengen des Assoziativ-Verdickers und des flüchtigen organischen Lösungsmittels so bemessen sind, dass die Farbe eine Viskosität in der Dose (in-can viscosity) von 1 Pa·s bis 6 Pa·s, gemessen zum Zeitpunkt der Auftragung, mittels eines Brookfield Viskometers mit einer #3 Spindel bei 30 Umdrehungen pro Minute, aufweist.

2. Farbe nach Anspruch 1, wobei die Pigmentvolumen-Konzentration der Farbe im Bereich von 40% bis 70%, jeweils in Vol.-% basierend auf dem Gesamtvolumen der Farbe liegt.

3. Farbe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zusammensetzung einen Feststoffgehalt im Bereich von 50% bis 85%, jeweils in Vol.%, basierend auf dem Gesamtvolumen der Zusammensetzung aufweist.

4. Farbe nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Verdicker aus der Gruppe bestehend aus hydrophoben ethoxylierten Urethanharzen (HEUR-Verdicker), hydrophobisierten alkalilöslichen/aufquellbaren Emulsionen (HASE-Verdicker), Acrylamidcopolymeren, sowie Mischungen davon ausgewählt ist.

5. Farbe nach Anspruch 4, wobei der Verdicker ein hydrophobes ethoxyliertes Urethanharz (HEUR-Verdicker) ist.

6. Farbe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Aceton, Methylacetat, Tetrahydrofuran, Ethylacetat, Methylethylketon, Propylenglycolmethylether, Ethylenglycolmethylether, Methanol, Isopropanol, n-Propanol, sec-Butanol, Isobutanol, n-Butanol, sowie Mischungen davon ausgewählt ist.

7. Verfahren zum Beschichten eines Substrates:

i) Auftragen einer Schicht aus einer schnell trocknenden Einzelpackungsfarbe nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Umgebungsbedingungen auf die Oberfläche des Substrats; und

ii) Verdampfen des Lösungsmittels aus der Schicht, um die Beschichtung auf dem Substrat zu bilden.