NO840843L - Koalesceringsmidler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører estere av alkyl diglykoletere med mono- og dikarboksylsyrer og bruken derav som koalesceringsmidler; i polymerlatekser benyttet i malingssammensetninger.

Det kreves at nesten alle polymerlatekser som benyttes kommer-sielt, danner sterke, sammenhengende og adherende filmer når de påføres på en substratoverflate og får anledning til å tørke. Ved lagring og påføring må polymerpartiklene i lateksen normalt ha bevegelsesfrihet for å bibeholde lateksens stabilitet, for å fremme bindeevnen og for å lette påføring. Etter påføring må imidlertid polymerpartiklene sammensmeltes til en kontinuerlig film. Dette er spesielt viktig i det tilfelle polymerlatekser benyttes i malingssammensetninger.

Malingssammensetninger inneholder derfor i tillegg til polymerlateksen, pigmenter og fyllstoffer, et filmdannende hjelpemiddel vanligvis betegnet et "koalesceringsmiddel". Koalescerings-middelets funksjon er ikke bare å virke som et oppløsnings-middel, men også å virke som et temporært mykningsmiddel for polymeren i lateksen for å mykne polymeren og for å senke glass-overgangstemperaturen og dermed hjelpe og forbedre dannelsen av en kontinuerlig film. Koalesceringsmiddelet bør dessuten være flyktig nok til å forsvinne når den påførte maling får tørke, men bør fordampe langsommere enn de andre bestanddelene slik som glykol-frostvæsker eller tørkeretarderende midler i malingssammensetningene for derved å forbli i filmen inntil etter at disse ikke-oppløsningsmidlene som forsinker film-koalescering, har fordampet. Koalesceringsmidlene bør være stabile i nærvær av vann og bør være forenlige med de andre bestanddelene i sammensetningene slik som pigmenter og fyllstoffer og, av størst viktighet, med polymerlateksen uten å

ha skadelig innvirkning på lateksens kolloidstabilitet. Fak-torer slik som flyktighet, lukt, toksisitet, forenlig med vandige systemer og råmaterial-omkostninger har også blitt tatt i betraktning. Generelt har et utvalg av flyktige orga-

niske oppløsningsmidler vært vidt utbredt benyttet som koalesceringsmidler. Eksempler på de mer vanlig benyttede oppløsningsmidler er: Dietylenglykolmonoetyleter ("karbitol") dietylenglykolmonobutyleter (butyl "karbitol") dietylenglykolmonoetyleteracetat ("karbitol"-acetat") heksylenglykol

butoksyetoksypropanol (BEP")

n-propoksypropanol ("propasol P")

n-butoksypropanol ("propasol B")

etylenglykolmonobutyleteracetat (butyl-"cellosolve"-acetat)

dietylenglykolmonobutyleteracetat (butyl-"carbitol"-acetat) fenylglykoletereter

trimetylpentandiolaisobutyrat ( "teksanol")

Valget av et spesielt koalesceringsmiddel for en spesiell la-teks vil avhenge av lateksens natur og denønskede bruk av lateksen. Et viktig forhold er å bestemme om det er mer sann-synlig om koalesceringsmiddelet vil være i lateksens vandige fase eller polymerfase. Noen av koalesceringsmidlene er full-stendig blandbare med vann i alle mengdeforhold, mens andre har begrenset blandbarhet. De mest polare midlene er vanligvis blandbare med vann.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en

ny rekke estere som kan benyttes som koalesceringsmidler i kraft av deres ønskede egenskaper med hensyn til oppløsnings-middelevne, vann-blandbarhet, flyktighet, lukt og pris uten vesentlig å forringe noen andre ønskede egenskaper hos et slikt middel.

Foreliggende oppfinnelse omfatter således en ester med den generelle formel: hvor X representerer gruppen

hvor er en C, - C. alkylgruppe, hver av 3^ og R., representerer den samme eller forskjellige rettkjedede eller for-grenede alkylengruppe, og hver av X og Y representerer et helt tall fra 2 til 4, og R er valgt fra en etylgruppe, en propylgruppe, X, og"cnH2nx nvor n er et helt tall mellom 1 og 8, og hvor X har den ovenfor angitte betydning.

Esteren kan således avledes fra en alkyldiglykoleter og en karboksylsyre. Karboksylsyren som benyttes for å fremstille esteren kan velges fra en eller flere av en alifatisk, alicyklisk og en aromatisk mono- eller dikarboksylsyre og funksjonelt substituerte derivater derav.

Spesifikke eksempler på slike estere innbefatter både monoestrene, slik som propionatene, n-butyratene og iso-butyratene, og diestrene slik som oksalatene, malonatene og suksinatene av

1) Dietylenglykol-monometyleter, dietylenglykolmonoetyleter, dietylenglykol-mono n-propyleter, dietylenglykol-mono-iso-propyleter, dietylenglykol-mono n-butyleter, dietylenglykol-mono-iso-butyl-eter og dietylenglykol-mono-tertiærbutyleter; 2) dipropylenglykol-monometyleter, dipropylenglykol-monoetyleter, dipropylenglykol-mono n-propyleter, dipropylenglykol-mono-iso-propyleter, dipropylenglykol-mono n-butyleter, dipropylenglykol-mono-iso-butyleter og dipropylenglykol-mono-tertiær butyleter; 3) dibutylenglykol-monometyleter, dibutylenglykol-monoetyleter, dibutylenglykol-mono n-propyleter, dibutylenglykol-mono-iso-propyleter, dibutylenglykol-n-butyleter, dibutylenglykol-mono-iso-butyleter og dibutylenglykol-mono-tertiær butyleter; og 4) butoksyetoksypropanol.

Både mono- og diestrene ifølge foreliggende oppfinnelse kan fremstilles ved hjelp av en hvilken som helst konvensjonell forestringsprosess, f.eks. ved omsetning av den passende diglykoleter med et overskudd av den passende syren. For å lette reaksjonen kan en konvensjonell forestringskatalysator, f.eks. para-toluensulfonsyre, benyttes. Reaksjonen kan om ønsket ut-føres i nærvær av et nedrivningsmiddel. Estrene kan deretter utvinnes ved standard destillasjon eller teknikker for rest-ester-utvinning.

Forestringsreaksjonen kan utføres ved anvendelse av hvilket som helst av følgende blandingskombinasjoner: (a) en enkel syre og en enkel diglykoleter,(b) en enkel syre og en blanding av diglykoletere, (c) en blanding av syrer og en enkel diglykoleter og (d) en blanding av syrer og en blanding av diglykoletere. Det resulterende produkt i det tilfelle en blanding av reaktanter anvendes, vil i tillegg til de symme-triske (di)estere inneholde en blanding av usymmetriske estere.

Estrene ifølge oppfinnelsen er spesielt egnede for anvendelse som koalesceringsmidler.

Den virkelige mengden av koalesceringsmiddel som er nødvendig i en polymerlateks vil avhenge av polymerens natur (spesielt dens glassovergangstemperatur og minimum filmdannende temperatur og hardhet), mengden av pigment og fyllstoff i sammen-setningen og lateksens sluttanvendelse. Det er hensikts-messig fra 0,5 til 10 vekt-% i emulsjonen, fortrinnsvis fra 1 til 6 vekt-% i emulsjonen. De høyere konsentrasjoner i dette området er mest egnet for eksteriøranvendelser. Foreliggende oppfinnelse illustreres ytterligere under henvisning til følgende eksempler.

Fremstilling av etylendiglykolpropionat ( EDGP)

Propionatesteren av etyldiglykoleter ble fremstilt under anvendelse av en standard forestringsteknikk, omsetning av et overskudd av etyldiglykoleter med propionsyre under anvendelse av para-toluensulfonsyre (PTSA) som katalysator og sykloheksan som nedrivningsmiddel.

En typisk tilførsel for fremstilling av ca. 5 liter EDGP (mer enn 98% ren) er som følger:

Forestringen ble utført i en 10-liters kjele utstyrt med en 20-platers Oldershaw kolonne med en diameter på 5 cm og med en Dean- og Stark-topp for å fjerne vann dannet i reaksjonen. Forestring ble fortsatt inntil propionsyren var oppbrukt.

Produktet ble destillert ved redusert trykk under anvendelse av en 20-platers, 5 cm Oldershaw-kolonne. Etyldiglykolpropionat destillerte over mellom 140 og 142°C ved 50 mmHg.

Vurdering av etyldiglykolpropionat ( EDGP) som koalescerende oppløsningsmiddel

Studiet av effektiviteten til etyldiglykolpropionat (EDGP) som et koalisceringshjelpemiddel i latekssammensetninger ble utført ved sammenligning med ytelsesevnen for kommersielle koalesceringshjelpemidler. Disse koalesceringshjelpemidler ble vurdert med noen emulsjonspolymerer. Leverandørene av disse materialer og noen typiske egenskaper for disse er vist i nedenstående tabell 5. For hver mulige kombinasjon av koalesceringshjelpemidler og polymer , ble følgende egenskaper vurdert: minimum filmdannende temperatur (MFFT) motstandsdyktighet overfor skuring

Minimum filmdannende temperatur ( MFFT)

I dette forsøk ble ble koalesceringshjelpemidlene tilsatt til kommersielle emulsjoner i flere konsentrasjoner. Hver blanding ble deretter påført på en aluminium-temperaturgradient plattform. Termometeret ble festet til plattformen for å

måle temperaturgradienten fra ende til ende. Hele platen ble innelukket i en plastboks gjennom hvilken tørr nitrogen ble passert for å unngå vannkondensasjon.

Ved tørking ble det dannet en klar film ved den varmere enden og en hvit, uklar eller frostaktig film ved den kaldere enden. Overgangspunktet ble notert og rapportert som minimum filmdannende temperatur.

Følgende koalesceringshjelpemidler ble vurdert i følgende forskjellige polymerer:

Etyldiglykolpropionat (EDGP, ex BP Chemicals)

- Cofenex P "(ex Rhone-Poulenc): n-propyl - alkandioat

n - 2, 3, 4

- Texanol "(ex Eastman Chem Produit/

2,2,4-Trimetyl-l,3 pentandiolmonoisobutyrat HO.CH2 .C (CH3) 2"CH2 [0 .CO.CH (CH3) 21 -CH (CH-j) 2

- Dalpad A. (ex Dow)

fenolisk eter av monoetylenglykol

- Cofenex IB (ex Rhone-Poulenc):

Isobutyl alkandioat

Resultatene er angitt i nedenstående tabell 1.

Lignende resultater fra effekter av jkoalesceringshjelpemiddel på minimum filmdannende temperatur (ved 3 vekt-% på emulsjonspolymerer) er angitt i nedenstående tabell 2.

I tabell 1 illustrerer bare resultater angående EDGP oppfinnelsen mens de andre gjelder sammenligningsforsøk.

Tabell 1

Minimum filmdannende emulsjonstemperaturer ( °C) i forhold

til konsentrasjon av koalesceringshjelpemiddel

Resultatene i tabell 1 og 2 ovenfor viser at etyldiglykolpropionat er effektiv når det gjelder å senke den minium filmdannende temperatur til forskjellige emulsjonspolymerer.

EDGP synes i det minste ekvivalent og i de fleste tilfeller overlegen sammenlignet med alle de andre vurderte koalesce-ringsh jelpemidlene.

Motstandsdyktighet overfor skuring

Ved forsøket vedrørende motstandsdyktighet overfor skuring bestemmes den evne en lateksmaling har til å motstå vaske-middel-vasking av malingfilmen. Forsøket ble foretatt i en Erichsen model 494 Tester (DIN 53 778 p.2 ans ASTM D 2486). Malinger som skulle undersøkes, ble påført på spesielle

sorte "Leneta Scrub"-testpaneler og fikk tørke ved 23°C i en uke. Malingoverflaten ble skurt med 0,25% natriumdodesylbenzen-sulfonat-vannblanding under anvendelse av en kost som ble beveget frem og tilbake i en rett linje. Etter 500 sykler ble den grad i hvilken det sorte substrat hadde blitt synlig, obserbert.

Resultatene ble tolket på sammenligningsbasis.

Skuring-motstandsdyktigheten for lateksmalinger inneholdende forskjellige koalesceringshjelpemidler (inkludert EDGP) er vist i nedenstående tabell 4:

Standardsammensetningen for benyttet pigmentert lateksmaling for vurdering av effekten av EDGP på skuring-motstandsdyktighet er vist i tabell 3.

Etter fremstilling av slipemiddel ble lateksen inkorporert

for dannelse av malingformuleringer med følgende sammensetning:

Slipmiddel: 83,5%

Lateksemulsjon: 16%

Koaliseringsmiddel: 0,5%

I tabell 4 illustrerer bare resultater angående EDGP oppfinnelsen mens de andre gjelder sammenligningsforsøk.

Som angitt i tabell 4 viser EDGP god skurbarhet og er sammen-lignbar med de andre koalesceringshjelpemidlene som i dag anvendes i malingindustrien.

Claims (8)

1. Ester,karakterisert vedden generelle formel:

hvor R er gruppen

hvor R^er en - alkylgruppe, hver av R ? og R^representerer en lik eller forskjellig, rettkjedet eller forgrenet alkylengruppe, og hver av x og y representerer et helt tall fra 2 til 4, og R er valgt fra en etylgruppe, en propylgruppe, X, og 3 -C n H2_ n X hvor n er et helt tall mellom 1 og 8, og hvor X har den ovenfor angitte betydning.

2. Ester ifølge krav 1,karakterisertved at den er avledet fra en alkyldiglykoleter og en karboksylsyre.

3. Ester ifølge krav 2,karakterisertved at karboksylsyren som er benyttet for fremstilling av esteren er valgt fra en eller flere av en alifatisk, alicyklisk og en aromatisk mono- eller dikarboksylsyre og funksjonelt substituerte derivater derav.

4. Ester ifølge hvilket som helst av de foregående krav 1-3,karakterisert vedat esteren er valgt fra monoestrene og diestrene av a) dietylenglykolmonometyleter, dietylenglykolmonoetyleter, dietylenglykol-mono-n-propyleter, dietylenglykol-mono-iso-propyleter, dietylenglykol-mono n-butyleter, dietylenglykol-mono-butyleter og dietylenglykol-mono-tertiær butyleter; b) dipropylenglykolmonometyleter, dipropylenglykol-monoetyleter, dipropylenglykol-mono n-propyleter, dipropylenglykol-mono-iso-propyleter, dipropylenglykol-mono n-butyleter, dipropylenglykol-mono-iso-butyleter og dipropylenglykol-mono-tertiær butyl-eter; c) dibutylenglykol-monometyleter, dibutylenglykol-monoetyleter, dibutylenglykol-mono-n-propyleter, dibutylenglykol-mono-iso-propyleter, dibutylenglykol-mono n-butyleter, dibutylenglykol-mono-iso-butyl-eter og dibutylenglykol-mono-tertiær butyleter; og d) butoksyetoksypropanol.

5. Ester ifølge krav 4,karakterisertved at monoestrene er valgt fra propionater, n-butyrater og isobutyrater, og at diestrene er valgt fra oksalater, malo-nater og suksinater.

6. Ester ifølge krav 1,karakterisertved at den utgjøres av etyldiglykolpropionat.

7. Malingsammensetning,karakterisertved at den som koalesceringsmiddel omfatter en ester ifølge hvilket som helst av de foregående krav 1-6.

8. Malingsammensetning ifølge krav 7,karakterisert vedat den er emulsjon inn-befattende en polymerlateks, og hvor koalesceringsmiddelet er til stede i en mengde fra 0,5 til 10% vekt/vekt av emulsjonen .