WO2011082965A2 - Verwendung wässriger hybridbindemittel für glanzfarben - Google Patents

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    • C08L2201/50—Aqueous dispersion, e.g. containing polymers with a glass transition temperature (Tg) above 20°C

Definitions

  • the present invention relates to the use of aqueous hybrid binders for the production of coating compositions, in particular in high-gloss paints (high-gloss paints), and to a process for their preparation with a low residual monomer content. According to their ability to reflect light, coatings are usually classified into four categories (DIN EN 13300):
  • EP2009072 describes an acetoacetoxyethyl (meth) acrylate (AAEM) aqueous decorative and protective polymeric polymer composition containing 8-35% of an autoxidisable material (e.g., an alkyd) by caustic blending or by addition during formulation.
  • AAEM acetoacetoxyethyl acrylate
  • EP 874 875 discloses a waterborne hybrid binder composition and its use as a component in a paint or varnish mixture, wherein the hybrid binder composition has a dry content content of 60 to 95% by weight.
  • DE 313 2937 discloses a process for the preparation of water-dilutable resin preparations based on alkyd resins and / or polyacrylates, wherein the water-dilutable alkyd resin dispersion is prepared in a first stage and then the resulting alkyd resin dispersion in a second process stage with acrylic acid - or methacrylic acid is polymerized.
  • US 6,333,378 discloses water-based alkyd-acrylate hybrid systems prepared by polymerizing a previously sheared miniemulsion of an alkyd and at least one acrylate monomer having a latent oxidative functionality.
  • WO2008 / 152078 discloses VOC-poor aqueous alkyd-acrylate hybrid binders prepared by a parallel feed process, thereby resulting in binders having high acrylate residual monomer contents.
  • compositions of the prior art have the disadvantage that they do not correspond to the desired requirements in terms of gloss and / or surface smoothness, have a high proportion of alkyds and high residual monomer contents.
  • the object of the invention was therefore to develop a process for the preparation of water-based alkyd-acrylate hybrid binders, as well as their use for paints, especially for high gloss paints and their formulation, which is characterized by a very high gloss and low gloss with high opacity and low Characterize residual monomer contents.
  • the object has been achieved according to the invention by a process for preparing an aqueous polymer dispersion (PD) by free-radical emulsion polymerization of (a) at least one ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated monomer (M)
  • compositions in the form of an aqueous composition containing: at least one dispersion as defined below, optionally at least one inorganic filler and / or inorganic pigment, conventional auxiliaries, and
  • Another object of the invention is a method for increasing the gloss of a coating based on an aqueous polymer dispersion (PD), which is obtainable by free radical emulsion polymerization of at least one ⁇ , ß-ethylenically unsaturated monomer (M), by reaction with at least one water-soluble alkyd resin or an aqueous alkyd or polyurethane-alkyd emulsion following the polymerization of M and M1 or subsequent to the subsequent chemical aftertreatment (desodorizing) of the aqueous free radical acrylate polymerization, as defined above.
  • PD aqueous polymer dispersion
  • the addition of the water-soluble alkyd resin or the aqueous alkyd or polyurethane-alkyd emulsion to the polymer dispersion (PD) is preferably carried out after the emulsion polymerization for the preparation of the polymer (P).
  • the addition of the water-soluble alkyd resin or the aqueous alkyd or polyurethane-alkyd emulsion to the polymer dispersion (PD) may be carried out directly following the polymerization, i. directly after completion of the Initiatorzulaufs done.
  • the addition preferably takes place after the end of the polymerization and the subsequent stirring time as defined above. Particularly preferably, the addition takes place after the chemical deodorization. Most preferably, the addition takes place after the chemical deodorization including the previously defined stirring time.
  • the stirring time is 0 to 2 h, preferably less than 1 h, particularly preferably 30 min.
  • Another object of the invention is the use of an aqueous polymer dispersion (PD), which contains a water-soluble alkyd resin or an aqueous alkyd or polyurethane alkyd emulsion as defined above, as a component in clearcoats and in high gloss colors.
  • PD aqueous polymer dispersion
  • the gloss of the paint can be determined according to DIN 67530.
  • the paint is applied with 240 ⁇ gap width on a glass plate and dried for 72 hours at room temperature.
  • the specimen is placed in a calibrated reflectometer and, at a defined angle of incidence, the extent to which the reflected light has been reflected or scattered is determined.
  • the determined reflectometer value is a measure of the gloss (the higher the value, the higher the gloss).
  • the polymer dispersion (PD) used according to the invention preferably contains 5-60% by weight (solid), more preferably 10-50% by weight (solid), based on the total weight of the hybrid binder, at least one water-soluble alkyd resin or an aqueous alkyd or polyurethane-alkyd emulsion.
  • the use according to the invention of the water-soluble alkyd resins or of the aqueous alkyd or polyurethane-alkyd emulsions following the emulsion polymerization or following the chemical deodorization has the following advantage:
  • alkyl includes straight-chain and branched alkyl groups. Suitable short-chain alkyl groups are, for. B. straight-chain or branched Ci-Cz-alkyl, preferably Ci-C6-alkyl and particularly preferably Ci-C4-alkyl groups. These include in particular methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, 2-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, 2-pentyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl,
  • Suitable longer-chain Cs-Cso-alkyl groups are straight-chain and branched alkyl groups. These are preferably predominantly linear alkyl radicals, as they also occur in natural or synthetic fatty acids and fatty alcohols and oxo alcohols. These include z.
  • alkyl includes unsubstituted and substituted alkyl radicals.
  • alkyl also apply to the alkyl moieties in arylalkyl.
  • Preferred arylalkyl radicals are benzyl and phenylethyl.
  • C 8 -C 32 -alkenyl in the context of the present invention represents straight-chain and branched alkenyl groups which may be mono-, di- or polyunsaturated. Preferably, it is Cio-C2o-alkenyl.
  • alkenyl includes unsubstituted and substituted alkenyl radicals. Specifically, these are predominantly linear alkenyl radicals, as they also occur in natural or synthetic fatty acids and fatty alcohols and oxo alcohols.
  • octenyl nonenyl, decenyl, undecenyl, dodecenyl, tridecenyl, tetradecenyl, pentadecenyl, Hexadecenyl, heptadecenyl, octadecenyl, nonadecenyl, linolyl, linolenyl, eleostearyl and oleyl (9-octadecenyl).
  • alkylene in the context of the present invention stands for straight-chain or branched alkanediyl groups having 1 to 7 carbon atoms, eg. As methylene, 1, 2-ethylene, 1, 3-propylene, etc.
  • Cycloalkyl is preferably C4-C8-cycloalkyl, such as cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl or cyclooctyl.
  • aryl in the context of the present invention comprises mononuclear or polynuclear aromatic hydrocarbon radicals which may be unsubstituted or substituted.
  • aryl preferably represents phenyl, tolyl, xylyl, mesityl, duryl, fluorenyl, anthracenyl, phenanthrenyl or naphthyl, particularly preferably phenyl or naphthyl, these aryl groups in the case of a substitution generally being 1, 2, 3, 4 or 5 , preferably 1, 2 or 3 substituents.
  • At least one ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated monomer (M) is used, which is preferably selected from esters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 1 -C 20 -alkanols, vinylaromatics, esters of vinyl alcohol with C 1 -C 8 -monocarboxylic acids, ethylenically unsaturated nitriles, vinyl halides, vinylidene halides, monoethylenically unsaturated carboxylic and sulfonic acids, phosphorus-containing monomers, esters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 2 -C 3 0 -alkanediols, amides ⁇ , ⁇ - ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 2 -C 30
  • Suitable esters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 1 -C 20 -alkanols are methyl (meth) acrylate, methyl methacrylate, ethyl (meth) acrylate, ethyl methacrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n Butyl (meth) acrylate, sec-butyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, tert-butyl methacrylate,
  • Preferred vinyl aromatic compounds are styrene, 2-methylstyrene, 4-methylstyrene,
  • Suitable esters of vinyl alcohol with Ci-C3o-monocarboxylic acids are, for. Vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl propionate, vinyl versatate and mixtures thereof.
  • Suitable ethylenically unsaturated nitriles are acrylonitrile, methacrylonitrile and mixtures thereof.
  • Suitable vinyl halides and vinylidene halides are vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride and mixtures thereof.
  • Suitable ethylenically unsaturated carboxylic acids, sulfonic acids or derivatives thereof are acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, ⁇ -chloroacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, citraconic acid, mesaconic acid, glutaconic acid, aconitic acid, fumaric acid, the monoesters of monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids with 4 to 10, preferably 4 to 6 C atoms, for.
  • maleic acid monomethyl ester vinylsulfonic acid, allylsulfonic acid, sulfoethyl acrylate, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl acrylate, sulfopropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-acryloxypropylsulfonic acid, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonic acid, styrenesulfonic acids and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid.
  • Suitable styrenesulfonic acids and derivatives thereof are styrene-4-sulfonic acid and styrene-3-sulfonic acid and the alkaline earth or alkali metal salts thereof, e.g. For example, sodium styrene-3-sulfonate and sodium styrene-4-sulfonate. Particular preference is given to acrylic acid, methacrylic acid and mixtures thereof.
  • Examples of phosphorus-containing monomers are, for.
  • vinylphosphonic and allylphosphonic are also suitable.
  • diesters of phosphonic acid and phosphoric acid which are readily alkylated with a hydroxyalkyl (meth) and additionally simply with a different alcohol, eg. As an alkanol, are esterified.
  • Suitable hydroxyalkyl (meth) acrylates for these esters are the hereinafter referred to as separate monomers, in particular
  • Corresponding dihydrogen phosphate ester monomers include phosphoalkyl (meth) acrylates such as 2-phosphoethyl (meth) acrylate,
  • n 1 to 50 stands.
  • Suitable esters of ⁇ , ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 2 -C 3o-alkanediols are, for. 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate,
  • Suitable primary amides of ⁇ , ß-ethylenically unsaturated monocarboxylic acids and their N-alkyl and ⁇ , ⁇ -dialkyl derivatives are acrylic acid amide, methacrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, N-propyl (meth) acrylamide .
  • N- (n-nonyl) (meth) acrylamide N- (n-decyl) (meth) acrylamide
  • N-heptadecyl (meth) acrylamide N-nonadecyl (meth) acrylamide
  • N-vinyl lactams and derivatives thereof are, for. B. N-vinylpyrrolidone,
  • Suitable open-chain N-vinyl amide compounds are, for example, N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide, N-vinyl-N-ethylacetamide, N-vinylpropionamide, N-vinyl-N-methylpropionamide and
  • Suitable esters of ⁇ , ß-ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with amino alcohols are N, N-dimethylaminomethyl (meth) acrylate,
  • Suitable amides of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with diamines which have at least one primary or secondary amino group are N- [2- (dimethylamino) ethyl] acrylamide, N- [2- (dimethylamino) ethyl] methacrylamide, N- [3- (Dimethylamino) propyl] acrylamide, N- [3- (dimethylamino) propyl] methacrylamide, N- [4- (dimethylamino) butyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) butyl] methacrylamide, N- [ 2- (diethylamino) ethyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) cyclohexyl] acrylamide, N- [4- (dimethylamino) cyclohexyl] methacrylamide, etc.
  • Suitable monomers (M) are furthermore ⁇ , ⁇ -diallylamines and N, N-diallyl-N-alkylamines and their acid addition salts and quaternization products.
  • Alkyl is preferably Ci-C24-alkyl. Preference is given to N, N-diallyl-N-methylamine and N, N-diallyl- ⁇ , ⁇ -dimethylammonium compounds, such as. As the chlorides and bromides.
  • Suitable monomers (M) are also vinyl- and allyl-substituted nitrogen heterocycles, such as N-vinylimidazole, N-vinyl-2-methylimidazole, vinyl- and allyl-substituted heteroaromatic compounds, such as 2- and 4-vinylpyridine, 2- and 4-allylpyridine, and the salts thereof.
  • Suitable C 2 -C 8 monoolefins and nonaromatic hydrocarbons having at least two conjugated double bonds are e.g. For example, ethylene, propylene, isobutylene, isoprene, butadiene, etc.
  • Suitable urea group-containing monomers are, for. B. N-vinyl or
  • N-allyl urea or derivatives of imidazolidin-2-one include N-vinyl and
  • the abovementioned monomers (M) can be used individually, in the form of mixtures within a monomer class or in the form of mixtures of different monomer classes. At least 40% by weight, more preferably at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight, based on the total weight of the monomers M), of at least one monomer M1) which is selected from esters ⁇ are preferably used for the emulsion polymerization , ⁇ -ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 1 -C 20 -alkanols, vinylaromatics, esters of vinyl alcohol with
  • the monomers M1) are preferably used in an amount of up to 95% by weight, based on the total weight of the monomers M), for the emulsion polymerization.
  • the main monomers M1) are preferably selected from
  • n-pentyl (meth) acrylate n-hexyl (meth) acrylate, n-heptyl (meth) acrylate,
  • n-octyl (meth) acrylate 2-ethylhexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, styrene, 2-methylstyrene, vinyl acetate, acrylonitrile, methacrylonitrile and mixtures thereof.
  • At least one further monomer M2) which is generally present to a lesser extent (secondary monomer), can be used in the free-radical emulsion polymerization for the preparation of (PD).
  • at least one monomer M2) which is selected are used for the emulsion polymerization among ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids and the anhydrides and half-esters of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids,
  • the monomers M2) if present, in an amount of at least 0.1 wt .-%, more preferably at least 0.5 wt .-%, in particular at least 1 wt .-%, based on the total weight of the monomers M) , used for emulsion polymerization.
  • the monomers M2) are especially selected from acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, maleic anhydride, acrylic acid amide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethylacrylamide, 2-hydroxyethylmethacrylamide, acetoacetoxyethyl methacrylate (AAEM) , allyl methacrylate, vinyl methacrylate, hydroxybutenyl methacrylate, the allyl or diallyl ester of maleic acid, poly (allyl glycidyl ether), and mixtures thereof, in the form of various products in the name Bisomer ® from Laporte performance Chemicals, UK.
  • the monomers M2) are especially selected from acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, maleic anhydride, acrylic acid amide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-
  • main monomers M1 for the process according to the invention are, for example: n-butyl acrylate, methyl methacrylate;
  • n-butyl acrylate methyl methacrylate, styrene
  • An alkyd resin is understood to mean a polyester esterified with a drying oil, a fatty acid or the like (U. Poth, Polyester and Alkyd resins, Vinincz Network 2005).
  • An aqueous alkyd resin is understood to mean, in particular, a water-dilutable alkyd resin solution based on an alkyd resin having a sufficiently high acid number of preferably 20-80 mg KOH / g alkyd resin, and a weight-average molecular weight of> 5000 and ⁇ 40 000 Da, preferably> 8000 and ⁇ 35000 Da, and more preferably> 10000 and ⁇ 35000 Da.
  • the molecular weights are determined by size exclusion chromatography (SEC).
  • Acid number means the amount of potassium hydroxide, expressed in mg, which is necessary to neutralize 1 g of the sample.
  • the oil or fatty acid used is the property-determining component. It permits a subdivision according to the fatty acid triacylglycerol content (oil content, oil length) into short-oil alkyd resins with ⁇ 40%, medium-oil alkyd resins with 40-60% and long-oil alkyd resins with> 60% triacylglycerol, based on solvent-free alkyd resin (fatty acid content, if applicable). convert to triacylglycerol, factor ca. 1, 045) (oil content).
  • the solids content characterizes the "active substance content" of the dispersion according to general practice.
  • the dispersion is usually dried at a temperature between 100 and 140 ° C to constant weight (see ISO standard 1625).
  • the solids content indicates the dry matter compared to the total mass (in%).
  • the dry matter comprises the polymer, emulsifiers and inorganic salts (from initiator decomposition and neutralization). Volatiles include water and monomers that were not reacted during the polymerization.
  • the oil content of the alkyd resins used is 25-55%, the solids content in the form of delivery: 30-80%, in the form of use (after dilution with NH3 or NaOH / water) 35-50%.
  • Preferred alkyd resins are for example the products WorleeSol ® 61 A, 61 WorleeSol ® E, WorleeSol ® 65A Worlee and Synthalat ® W46 or W48 Synthalat ®, the company Synthopol.
  • aqueous alkyd resin emulsion or, for short, alkyd emulsion is understood as meaning alkyd resins, which if appropriate mixed with emulsifiers, are dispersed in water. In comparison to water-soluble or dilutable alkyd resins, alkyds with higher average molar masses are also suitable for this purpose. [U. Poth, Polyester and Alkyd Resins, Vincentz Network 2005, p 183f]
  • An aqueous polyurethane-alkyd resin emulsion is understood as meaning a polyurethane-modified alkyd resin which has been dispersed in water.
  • a urethane modification can be carried out in the alkyd synthesis, for example, by replacing part of the usual phthalic anhydride with a diisocyanate.
  • a urethane modification may be further effected by a reaction of an alkyd with an at least difunctional polyisocyanate.
  • Preferred alkyd resin emulsions are characterized by an oil content of 25-55% and an acid number of 20-60 mg KOH / g.
  • Preferred alkyd resin emulsions or polyurethane-modified alkyd resin emulsions are WorleeSol® E 150 W, WorleeSol® E 280 W, WorleeSol® E 530 W or Worlee-Sol® E 927 W.
  • PD polymer dispersion
  • At least one crosslinker may be used in addition to the aforementioned monomers (M).
  • Monomers having a crosslinking function are compounds having at least two polymerizable, ethylenically unsaturated, non-conjugated double bonds in the molecule.
  • a networking can also z. B. by photochemical activation.
  • at least one monomer with photoactivatable groups can additionally be used for the preparation of (PD).
  • Photoinitiators can also be added separately.
  • a networking can also z. Example, by functional groups which can enter into a chemical crosslinking reaction with complementary functional groups. In this case, the complementary groups may both be bonded to the emulsion polymer or for crosslinking it is possible to use a crosslinker which is capable of undergoing a chemical crosslinking reaction with functional groups of the emulsion polymer.
  • Suitable crosslinkers are z. As acrylic esters, methacrylic esters, allyl ethers or vinyl ethers of at least dihydric alcohols. The OH groups of the underlying alcohols may be completely or partially etherified or esterified; however, the crosslinkers contain at least two ethylenically unsaturated groups.
  • Examples of the underlying alcohols are dihydric alcohols such as
  • ethylene oxide or propylene oxide In addition to the homopolymers of ethylene oxide or propylene oxide and block copolymers of ethylene oxide or propylene oxide or copolymers containing incorporated incorporated ethylene oxide and propylene oxide groups.
  • underlying alcohols having more than two OH groups are trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, 1, 2,5-pentanetriol, 1, 2,6-hexanetriol, cyanuric acid, sorbitan, sugars such as sucrose, glucose, mannose.
  • the polyhydric alcohols can also be used after reaction with ethylene oxide or propylene oxide as the corresponding ethoxylates or propoxylates.
  • the polyhydric alcohols can also be first converted by reaction with epichlorohydrin in the corresponding glycidyl ether.
  • crosslinkers are the vinyl esters or the esters of monohydric, unsaturated alcohols with ethylenically unsaturated C3-C6-carboxylic acids, for example
  • Acrylic acid methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid or fumaric acid.
  • examples of such alcohols are allyl alcohol, 1-buten-3-ol, 5-hexene-1-ol, 1-octen-3-ol,
  • crosslinkers are esters of unsaturated carboxylic acids with the above-described polyhydric alcohols, for example oleic acid, crotonic acid, cinnamic acid or 10-undecenoic acid.
  • crosslinking agents are straight-chain or branched, linear or cyclic, aliphatic or aromatic hydrocarbons which have at least two double bonds which must not be conjugated in aliphatic hydrocarbons, eg. B. divinylbenzene, divinyltoluene, 1, 7-octadiene, 1, 9-decadiene,
  • Further suitable crosslinkers are the acrylic acid amides, methacrylic acid amides and N-allylamines of at least divalent amines. Such amines are for. B.
  • amides of allylamine and unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, or at least dibasic carboxylic acids, as described above.
  • triallylamine and Triallylmonoalkylammoniumsalze, z As triallylmethylammonium chloride or methyl sulfate, suitable as a crosslinker.
  • N-vinyl compounds of urea derivatives at least divalent amides, cyanurates or urethanes, for example of urea, ethylene urea, propylene urea or tartaramide, for. N, N'-divinylethyleneurea or N, N'-divinylpropyleneurea.
  • Further suitable crosslinkers are divinyldioxane, tetraallylsilane or tetravinylsilane. Of course, it is also possible to use mixtures of the abovementioned compounds. Preferably, water-soluble crosslinkers are used.
  • the crosslinking monomers also include those which, in addition to an ethylenically unsaturated double bond, a reactive functional group, eg. Example, an aldehyde group, a keto group or an oxirane group, which can react with an added crosslinker.
  • a reactive functional group eg. Example, an aldehyde group, a keto group or an oxirane group, which can react with an added crosslinker.
  • the functional groups are keto or aldehyde groups.
  • the keto or aldehyde groups are preferably bonded to the polymer by copolymerization of copolymerizable, ethylenically unsaturated compounds with keto or aldehyde groups.
  • Suitable such compounds are acrolein, methacrolein, vinyl alkyl ketones having 1 to 20, preferably 1 to 10 carbon atoms in the alkyl radical, formylstyrene, (meth) acrylic acid alkyl esters with one or two keto or aldehyde, or an aldehyde and a keto group in Alkyl radical, wherein the alkyl radical preferably comprises a total of 3 to 10 carbon atoms, for.
  • B. (meth) acryloxyalkylpropanale, as described in DE-A-2722097.
  • N-oxoalkyl (meth) acrylamides as described, for.
  • the crosslinkers are preferably a compound having at least two functional groups, in particular two to five functional groups, which can enter into a crosslinking reaction with the functional groups of the polymer, especially the keto or aldehyde groups. These include z. As hydrazide, hydroxylamine or oxime ether or amino groups as functional groups for the crosslinking of the keto or aldehyde groups. Suitable compounds with hydrazide groups are, for. B.
  • hydrazide compounds having a molecular weight of up to 500 g / mol.
  • Particularly preferred hydrazide compounds are dicarboxylic acid dihydrazides having preferably 2 to 10 C atoms. These include z.
  • adipic dihydrazide, sebacic dihydrazide and isophthalic dihydrazide are Suitable compounds with hydroxylamine or oxime ether groups are, for. As mentioned in WO 93/25588.
  • a surface crosslinking can be additionally produced.
  • a photoinitiator or siccative Suitable photoinitiators are those which are excited by sunlight, for example benzophenone or benzophenone derivatives.
  • Sikkativierung are the recommended for aqueous alkyd resins metal compounds, for example based on Co or Mn (review in U. Poth, polyester and alkyd resins, Vincentz Network 2005, p 183 f).
  • the crosslinking component is preferably used in an amount of 0.0005 to 5 wt .-%, preferably 0.001 to 2.5 wt .-%, in particular 0.01 to 1, 5 wt .-%, based on the total weight of the polymerization used monomers (including the crosslinker) used.
  • a special embodiment are polymer dispersions (PD) which contain no crosslinker in copolymerized form.
  • the radical polymerization of the monomer mixture M) can be carried out in the presence of at least one regulator.
  • Regulators are preferably used in an amount of 0.0005 to 5 wt .-%, particularly preferably from 0.001 to 2.5 wt .-% and in particular from 0.01 to 1, 5 wt .-%, based on the total weight of the Polymerization used monomers used.
  • Regulators are generally compounds with high transfer constants. Regulators accelerate chain transfer reactions and thus cause a reduction in the degree of polymerization of the resulting polymers without affecting the gross reaction rate. In the case of the regulators, one can distinguish between mono-, bi- or polyfunctional regulators, depending on the number of functional groups in the molecule which can lead to one or more chain transfer reactions. Suitable regulators are described in detail, for example, by K.C. Berger and G. Brandrup in J. Brandrup, E.H. Immergut, Polymer Handbook, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York, 1989, pp. 11-81-11 / 141.
  • Suitable regulators are, for example, aldehydes, such as formaldehyde, acetaldehyde, propionic aldehyde, n-butyraldehyde, isobutyraldehyde.
  • regulators formic acid, its salts or esters, such as ammonium formate, 2,5-diphenyl-1-hexene, hydroxylammonium sulfate, and hydroxylammonium phosphate.
  • halogen compounds for example, alkyl halides such as carbon tetrachloride, chloroform, bromotrichloromethane, bromoform, allyl bromide and benzyl compounds such as benzyl chloride or benzyl bromide.
  • Suitable regulators are allyl compounds, such as. Allyl alcohol, functionalized allyl ethers such as allyl ethoxylates, alkyl allyl ethers or glycerol monoallyl ethers. Preference is given to using compounds which contain sulfur in bound form as regulators.
  • Compounds of this type are, for example, inorganic hydrogen sulfites, disulfites and dithionites or organic sulfides, disulfides, polysulfides, sulfoxides and sulfones.
  • di-n-butyl sulfide di-n-octyl sulfide, diphenyl sulfide, thiodiglycol, ethylthioethanol, diisopropyl disulfide, di-n-butyl disulfide, di-n-hexyl disulfide, diacetyl disulfide, diethanol sulfide, di-t-butyl trisulfide, dimethyl sulfoxide, dialkyl sulfide, Dialkyl disulfide and / or diaryl sulfide.
  • thiols compounds which contain sulfur in the form of SH groups, also referred to as mercaptans.
  • Preferred regulators are mono-, bi- and polyfunctional mercaptans, mercaptoalcohols and / or mercaptocarboxylic acids. Examples of these compounds are allyl thioglycolates, ethyl thioglycolate, cysteine, 2-mercaptoethanol, 1, 3-mercaptopropanol,
  • 3-mercaptopropionic acid mercaptosuccinic acid, thioglycerol, thioacetic acid, thiourea and alkylmercaptans such as n-butylmercaptan, n-hexylmercaptan or n-dodecylmercaptan.
  • bifunctional regulators containing two sulfur atoms in bonded form are bifunctional thiols such as. As dimercaptopropanesulfonic acid (sodium salt), dimercaptosuccinic acid, dimercapto-1-propanol, dimercaptoethane, dimercaptopropan, dimercaptobutane, dimercaptopentane, dimercaptohexane, ethylene glycol bis-thioglycolate and butanediol-bis-thioglycolate.
  • polyfunctional regulators are compounds containing more than two sulfur atoms in bonded form. Examples of these are trifunctional and / or tetrafunctional mercaptans.
  • a specific embodiment relates to polymer dispersions PD, which are prepared by free-radical emulsion polymerization without the addition of a regulator.
  • the monomers can be polymerized by means of free-radical initiators.
  • the peroxo and / or azo compounds customary for this purpose can be used, for example alkali metal or ammonium peroxidisulfates, diacetyl peroxide, dibenzoyl peroxide, succinyl peroxide,
  • As initiators it is also possible to use reduction / oxidation ( red-ox) initiator systems.
  • the redox initiator systems consist of at least one mostly inorganic reducing agent and one inorganic or organic oxidizing agent.
  • the oxidation component is z. B. to the above-mentioned initiators for emulsion polymerization.
  • the reduction component is z. B. to alkali metal salts of sulfurous acid, such as.
  • the red-ox initiator systems can be used with the concomitant use of soluble metal compounds whose metallic component can occur in multiple valence states. Usual Red Ox initiator systems are z.
  • the amount of initiators is generally 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt .-%, based on all monomers to be polymerized. It is also possible to use a plurality of different initiators in the emulsion polymerization.
  • the preparation of the polymer dispersion (PD) is usually carried out in the presence of at least one surface-active compound.
  • suitable protective colloids can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular Substances, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, p. 41 1 to 420.
  • Suitable emulsifiers are also found in Houbenberg et al. Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume 14/1, Macromolecular Materials, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, pages 192 to 208.
  • Suitable emulsifiers are both anionic, cationic and nonionic emulsifiers. Emulsifiers whose relative molecular weights are usually below those of protective colloids are preferably used as surface-active substances.
  • nonionic emulsifiers are araliphatic or aliphatic nonionic emulsifiers, for example ethoxylated mono-, di- and trialkylphenols
  • Suitable anionic emulsifiers are, for example, alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (alkyl radical: C8-C22), of sulfuric acid or phosphoric acid monoesters of ethoxylated alkanols (EO degree: 2 to 50, alkyl radical: C12-C18) and ethoxylated alkylphenols (EO degree : 3 to 50, alkyl radical: C4-C9), of alkylsulfonic acids (alkyl radical: C12-Cie) and of alkylarylsulfonic acids (alkyl radical: Cg-Cis).
  • emulsifiers can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular substances, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961, pp. 192-208).
  • anionic emulsifiers are bis (phenylsulfonic acid) ethers or their alkali metal or ammonium salts which carry a C 4 -C 2 -alkyl group on one or both aromatic rings. These compounds are well known, for. From US-A-4,269,749, and commercially available, for example as Dowfax® 2A1 (Dow Chemical Company).
  • esters i. the mono- and diesters
  • the phosphoric acid with optionally up to 20-times alkoxylated Cs-Cso alkanols, especially the Monoes- ter.
  • the mono- and diesters are provided side by side as a mixture.
  • emulsifiers are also the diesters of phosphoric acid, which are easily reacted with an optionally up to 20-times alkoxylated Cs-Cso-alkanol and additionally simply with a different Ci-C3o-alkanol, preferably with a
  • Ci-C7-alkanol esterified.
  • Preferred emulsifiers are compounds of the general formula
  • emulsifiers are e.g.
  • Maphos 10T ((2-ethylhexyl) phosphate), both from BASF BTC.
  • emulsifiers are the Lutensit ® types, BASF SE, such as Lutensit ® A-EP (fatty alcohol alkoxylate, organophosphate) or Lutensit ® HC9812 (fatty alcohol ethoxylate, organophosphate, polymer).
  • the polymer dispersions (PD) according to the invention generally contain up to 20% by weight, preferably up to 10% by weight, more preferably up to 5% by weight of at least one emulsifier, based on the total weight of the monomers used for the emulsion polymerization.
  • the polymer dispersions of the invention (PD) generally contain at least 0.05 wt .-%, preferably at least 0.1 wt .-% of at least one emulsifier, based on the total weight of the monomers used for the emulsion polymerization.
  • Suitable cationic emulsifiers are preferably quaternary ammonium halides, e.g.
  • the amount of emulsifier is generally about 0.01 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 5 wt .-%, based on the amount of monomers to be polymerized.
  • the polymer dispersions (PD) can also be added to customary auxiliaries and additives.
  • auxiliaries and additives include, for example, the pH-adjusting substances, reduction and bleaching agents, such as. B. the alkali metal salts of Hydroxymethansulfinkla- re (eg Rongalit® C BASF SE), complexing agents, deodorants, flavoring agents, odors and viscosity modifiers, such as alcohols, eg. As glycerol, methanol, ethanol, tert-butanol, glycol, etc.
  • auxiliaries and additives can be added to the polymer dispersions in the template, one of the feeds or after completion of the polymerization on.
  • the polymerization is generally carried out at temperatures in a range from 0 to 150 ° C, preferably 20 to 100 ° C, particularly preferably 30 to 95 ° C.
  • the polymerization is preferably carried out at atmospheric pressure, but it is also possible to carry out a polymerization under elevated pressure, for example the autogenous pressure of the components used for the polymerization.
  • the polymerization takes place in the presence of at least one inert gas, such as. As nitrogen or argon.
  • the polymerization medium may consist of water only, as well as of mixtures of water and thus miscible liquids such as methanol. Preferably, only water is used.
  • the emulsion polymerization can be carried out both as a batch process and in the form of a feed process, including a stepwise or gradient procedure. Preferably, the feed process, in which one submits a portion of the polymerization or a polymer seed, heated to the polymerization, polymerized and then the rest of the
  • Polymerisationsansatzes usually via a plurality of spatially separate feeds, one or more of which contain the monomers in pure or emulsified form, continuously, stepwise or under superposition of a concentration gradient while maintaining the polymerization of the polymerization zone supplies.
  • the manner in which the initiator is added to the polymerization vessel in the course of the free-radical aqueous emulsion polymerization is defined by the average well-known. It can be introduced both completely into the polymerization vessel, or used continuously or in stages according to its consumption in the course of the free radical aqueous emulsion polymerization. Specifically, this depends on the chemical nature of the initiator system as well as on the polymerization temperature in a manner known per se to those of ordinary skill in the art. Preferably, a part is initially charged and the remainder supplied according to the consumption of the polymerization.
  • the dispersions formed during the polymerization can be subjected to a physical or chemical aftertreatment (chemical deodorization) following the polymerization process.
  • a physical or chemical aftertreatment chemical deodorization
  • Such methods are, for example, the known methods for residual monomer reduction, such as.
  • Example the post-treatment by addition of polymerization initiators or mixtures of polymerization initiators at suitable temperatures, aftertreatment of the polymer solution by means of steam or ammonia vapor, or stripping with inert gas or treating the reaction mixture with oxidizing or reducing reagents, adsorption processes such as the adsorption of impurities on selected media such , As activated carbon or ultrafiltration.
  • the aqueous acrylate-alkyd polymer dispersion (PD) usually has a solids content of 20 to 70 wt .-%, preferably 40 to 65 wt .-%, based on the polymer dispersion including water-soluble alkyd resin or aqueous alkyd emulsion used or Polyurethanalkydharzemulsion.
  • the solids content in a specific embodiment is 30-55% by weight, preferably 35 to 50% by weight, particularly preferably 40 to 50% by weight, based on the aqueous acrylate-alkyd polymer dispersion including water-soluble alkyd resin used or employed aqueous alkyd emulsion or Polyurethanalkydharzemulsion.
  • the theoretical glass transition temperature T g of the acrylate portion of the acrylate-alkyd polymer dispersion is preferably less than 50 ° C but greater than 20 ° C, more preferably less than 40 ° C but greater than 20 ° C, in particular less than 30 ° C but greater than 20 ° C.
  • the glass transition temperature T g is understood here to mean the "mid-point temperature” determined by differential thermal analysis (DSC) in accordance with ASTM D 3418-82 (see Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Volume A 21, VCH Weinheim 1992, p and Zosel, color and paint 82 (1976), pp. 125-134, see also DIN 53765). According to Fox (see Ullmann's Enzyklopadie der ischen Chemie, 4th Edition, Volume 19, Weinheim (1980), p. 17, 18), the glass transition temperature TG can be estimated.
  • DSC differential thermal analysis
  • aqueous polymer dispersion (PD) can be used as such or mixed with other, usually film-forming, polymers as a binder composition in aqueous coating compositions, such as dye or lacquer mixtures.
  • Another object of the invention is a coating composition in the form of an aqueous composition containing at least one dispersion (PD), as defined above, which contains a water-soluble alkyd resin or an aqueous alkyd emulsion or Polyurethanalkydharzemulsion.
  • PD dispersion
  • the water-soluble alkyd resins or aqueous alkyd emulsions or Polyurethanalkydharzemulsionen with the acrylate, as defined above following the radical acrylate or the radical of the acrylate radical polymerization downstream chemical treatment (deodorization) are reacted.
  • the binder compositions according to the invention are preferably used in aqueous paints.
  • paints are for example in the form of an unpigmented system (clearcoat) or a pigmented system.
  • the proportion of pigments can be described by the pigment volume concentration (PVK).
  • paints can be classified using the PVK as follows: Highly filled interior paint, washable, white / matt approx. 85
  • a further subject of the invention is a coating composition in the form of an aqueous composition comprising: at least one dispersion (PD), as defined above,
  • the proportion of (PD) to the above coating agent refers to solid, i. H. on the acrylate-alkyd polymer without water.
  • novel coating compositions in the form of an aqueous composition are preferably used as paints.
  • One embodiment is paint in the form of a clearcoat.
  • Another embodiment is paints in the form of an emulsion paint.
  • the pigmented coating compositions according to the invention are preferably in the form of an aqueous silk gloss or a high gloss color.
  • Emulsion paints generally contain from 30 to 75% by weight, and preferably from 40 to 65% by weight, of non-volatile constituents. This is to be understood as meaning all constituents of the preparation which are not water, but at least the total amount of binder, filler, pigment, low-volatile solvents (boiling point above 250 ° C.), eg. As plasticizers, and polymeric adjuvants. Of these, about a) 3 to 90 wt .-%, in particular 10 to 60 wt .-%, on the finely divided polymer dispersion (PD), as defined above,
  • inorganic fillers 0 to 85% by weight, in particular 5 to 60% by weight, of inorganic fillers and d) 0.1 to 40% by weight, in particular 0.5 to 20% by weight, of customary auxiliaries, and water to 100% by weight.
  • the polymer dispersions of the invention are particularly preferably suitable for producing high-gloss emulsion paints. These are usually characterized by a pigment volume concentration PVK in the range of 12 to 30%. But also for facade paints with a PVK in the range of 30 to 65 or interior colors with a PVK in the range of 65 to 80, the polymer dispersions of the invention are particularly suitable.
  • the pigments include inorganic white pigments such as titanium dioxide, preferably in rutile form, barium sulfate, zinc oxide, zinc sulfide, basic lead carbonate, antimony trioxide, lithopone (zinc sulfide + barium sulfate) or colored pigments, for example iron oxides, carbon black, graphite, zinc yellow, zinc green, ultramarine, Manganese black, antimony black, manganese violet, Paris blue or Schweinfurter green.
  • the emulsion paints of the invention may also organic color pigments, for. B.
  • Suitable fillers are for.
  • aluminosilicates such as feldspars, silicates, such as kaolin, talc, mica, magnesite, alkaline earth metal carbonates, such as calcium carbonate, for example in the form of calcite or chalk, magnesium carbonate, dolomite, alkaline earth sulfates, such as calcium sulfate, silica, etc.
  • alkaline earth metal carbonates such as calcium carbonate, for example in the form of calcite or chalk, magnesium carbonate, dolomite, alkaline earth sulfates, such as calcium sulfate, silica, etc.
  • the fillers can be used as individual components. In practice, however, filler mixtures have proven particularly useful, for. Calcium carbonate / kaolin, calcium carbonate / talc. Glossy paints generally have only small amounts of very finely divided fillers or contain no fillers.
  • Finely divided fillers can also be used to increase the hiding power and / or to save on white pigments.
  • blends of color pigments and fillers are preferably used.
  • auxiliaries include, in addition to the emulsifiers used in the polymerization, wetting agents or dispersants, such as amino alcohols, for example 2-amino-2-methyl-propanol-1, or block copolymers with hydrophobic and hydrophilic, for example poly-EO, blocks, sodium , Potassium or ammonium polyphosphates, alkali metal and ammonium salts of acrylic or maleic anhydride copolymers, polyphosphonates, such as 1-hydroxyethane-1, 1-diphosphonsauresodium and naphthalene sulfonic acid salts, in particular their sodium salts.
  • wetting agents or dispersants such as amino alcohols, for example 2-amino-2-methyl-propanol-1, or block copolymers with hydrophobic and hydrophilic, for example poly-EO, blocks, sodium , Potassium or ammonium polyphosphates, alkali metal and ammonium salts of acrylic or maleic anhydride copolymers, polyphospho
  • auxiliaries are leveling agents, matting agents, additives for improving block and scratch resistance, defoamers, biocides and thickeners.
  • Suitable thickeners are z.
  • the amount of thickener is preferably less than 1 wt .-%, more preferably less than 0.6 wt .-% thickener, based on solids content of the paint.
  • the preparation of the paint according to the invention is carried out in a known manner by mixing the components in mixing devices customary for this purpose.
  • the paints according to the invention generally contain from 30 to 75% by weight and preferably from 40 to 65% by weight of nonvolatile constituents. This is to be understood as meaning all constituents of the preparation which are not water, but at least the total amount of binder, pigment and auxiliaries. The volatile constituents are predominantly water.
  • the paint according to the invention can be applied in the usual way to substrates, for. B. by brushing, spraying, dipping, rolling, knife coating, etc.
  • the paints according to the invention are used in the field of decorative coatings for glossy and high-gloss surfaces.
  • Substrates can be wood, metal, plastic, paper or others.
  • the paint is used, for example, for building interior parts, eg. As interior walls, interior doors, wainscoting, banisters, furniture, or outdoor, e.g. for the coating of balcony balustrades, fences, windows, boarding, garden sheds, garden furniture etc.
  • the paints of the invention are characterized by easy handling, good processing properties and high hiding power.
  • the paints are low in emissions. They have good performance properties, eg. B. good water resistance, good wet adhesion, especially on alkyd paints, good block strength, good paintability and they show a good course when applied.
  • the tool used can be easily cleaned with water.
  • the gloss of the paint is determined according to DIN EN ISO 2813: The paint is applied to a glass plate with a 240 ⁇ m gap width and dried for 72 hours at room temperature. The test specimen is placed in a calibrated reflectometer type haze-gloss (Byk-Gardner, Geretsried) and the reflectance value at 20 and 60 ° angle of incidence as well as the haze (glossy haze) are read off. Of the The reflectometer value determined is a measure of the gloss (the higher the value, the higher the gloss).
  • Feed 2 371 g of a 42.5% aqueous solution of WorleeSol 61 E, which was previously neutralized with 25% aqueous ammonia solution
  • Feed 3 72.2 g of a 2.5% aqueous solution of sodium peroxodisulfate
  • Example 1 The following were placed in a polymerization vessel equipped with metering devices and temperature control:
  • Feed 2 393 g of a 42.5% aqueous solution of WorleeSol 61 E, which was previously neutralized with 25% aqueous ammonia solution
  • Feed 3 72.2 g of a 2.5% aqueous solution of sodium peroxodisulfate
  • Feed 3 When Feed 3 was ended, 22.6 g of rinse water were metered in, followed by postpolymerization for 30 minutes. Feed 2 was added in 1 h and then was neutralized with 1.81 g of a 25% aqueous solution of ammonia.
  • Example 2 As Example 1, but dosage of feed 2 in 2 h.
  • Example 4 As Example 1, but dosage of feed 2 in 3 h.
  • Example 4 The following were placed in a polymerization vessel equipped with metering devices and temperature control:
  • Feed 2 393 g of a 42.5% aqueous solution of WorleeSol 61 E, which was previously neutralized with 25% aqueous ammonia solution
  • Feed 3 72.2 g of a 2.5% aqueous solution of sodium peroxodisulfate
  • Feed 3 When Feed 3 was ended, 22.6 g of rinse water were metered in, followed by postpolymerization for 30 minutes. Thereafter, 5.42 g of a 5% aqueous solution of hydrogen peroxide were added and 2.3 g of a 10% aqueous solution of ascorbic acid (ASCS) added in 1 h. Feed 2 was added in 1 h and then was neutralized with 1.81 g of a 25% aqueous solution of ammonia.
  • ASCS ascorbic acid
  • Comparative Example 2 The following were placed in a polymerization vessel equipped with metering devices and temperature control:
  • Feed 3 72.2 g of a 2.5% aqueous solution of sodium peroxodisulfate
  • the mixture was subsequently polymerized for 30 minutes and neutralized with 1.81 g of a 25% strength aqueous solution of ammonia. Thereafter, 5.42 g of a 5% aqueous solution of hydrogen peroxide was added and added 2.3 g of a 10% aqueous solution of ascorbic acid (ASCS) in 60 min. It was neutralized with 0.9 g of a 25% aqueous ammonia solution. Subsequently, the dispersion was cooled and filtered through a 125 ⁇ filter. There was obtained 1, 04 kg of a 45% dispersion.
  • ASCS ascorbic acid
  • Feed 2 395 g WorleeSol® E 150 W
  • Feed 3 72.2 g of a 2.5% strength aqueous solution of sodium peroxodisulfate

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung wässriger Hybridbindemittel zur Herstellung von Beschichtungsmitteln, insbesondere in hochglänzenden Anstrichmitteln (Hochglanzlacken), sowie ein Verfahren zu deren Herstellung mit niedrigem Restmonomerengehalt.

Description

Verwendung wässriger Hybridbindemittel für Glanzfarben Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung wässriger Hybridbindemittel zur Herstellung von Beschichtungsmitteln, insbesondere in hochglänzenden Anstrichmitteln (Hochglanzlacken), sowie ein Verfahren zu deren Herstellung mit niedrigem Rest- monomerengehalt. Gemäß ihrer Fähigkeit, Licht zu reflektieren, werden Beschichtungen üblicherweise in vier Kategorien eingeteilt (DIN EN 13300):
1 . "glänzend" mit einem Reflektometerwert von > 60 bei einem Messwinkel von 60°,
2. "mittlerer Glanz" mit einem Reflektometerwert von < 60 bei einem Messwinkel von 60° und >10 bei 85°,
3. "matt" mit einem Reflektometerwert von < 10 bei einem Messwinkel von 85° und,
4. "stumpfmatt" mit einem Reflektometerwert von < 5 bei einem Messwinkel von 85°. Die Qualität nicht pigmentierter und speziell pigmentierter Beschichtungsmittel auf Basis wässriger Polymerdispersionen hängt entscheidend vom Glanz der erhaltenen Beschichtungen ab. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, diesen durch geeignete Zusätze zu verbessern. Vielfach weisen diese Zusätze jedoch den Nachteil auf, noch eine gewisse Flüchtigkeit aufzuweisen, was sich negativ auf den Anteil flüchtiger orga- nischer Verbindungen (volatile organic Compounds, VOC) und der daraus erhaltenen Beschichtungen auswirkt.
Die EP2009072 beschreibt eine Acetoacetoxyethyl(meth)acrylat (AAEM) enthaltende wäßrige Polymerzusammensetzung für dekorative und schützende Beschichtungen, die 8-35% eines autoxidierbaren Materials (z.B. eines Alkyds) durch Kaitabmischung oder durch Zugabe während der Formulierung enthält.
EP 874 875 offenbart eine Hybridbindemittelzusammensetzung auf Wasserbasis sowie deren Verwendung als Komponente in einer Färb- oder Lackmischung, wobei die Hybridbindemittelzusammensetzung einen Trockengehaltanteil von 60 bis 95 Gew.-% besitzt.
DE 313 2937 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von wasserverdünnbaren Harzzubereitungen auf Basis von Alkydharzen und/oder Polyacrylaten, wobei in einer ers- ten Stufe die wasserverdünnbare Alkydharz-Dispersion hergestellt wird und anschließend die so erhaltene Alkydharz-Dispersion in einer zweiten Verfahrensstufe mit Acryl- säure- bzw. Methacrylsäurederivaten polymerisiert wird. In der US 6,333,378 werden wasserbasierte Alkyd-Acrylat-Hybridsysteme offenbart, die mittels einer Polymerisation einer vorher gescherten Miniemulsion eines Alkyds und mindestens eines Acrylatmonomers mit einer latent oxidativen Funktionalität hergestellt werden.
WO2008/152078 offenbart VOC-arme wässrige Alkyd-Acrylat-Hybridbindemittel, die durch ein paralleles Zulaufverfahren hergestellt werden und dadurch zu Bindemitteln mit hohen Acrylat-Restmonomergehalten führen.
Diese Zusammensetzungen des Standes der Technik haben zum einen den Nachteil, dass sie nicht den gewünschten Anforderungen hinsichtlich Glanz und/oder Oberflächenglätte entsprechen, einen hohen Anteil an Alkyden sowie hohe Restmonomeren- gehalte aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung bestand daher in der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von wasserbasierten Alkyd-Acrylat-Hybridbindemitteln, sowie deren Verwendung für Anstrichmittel, insbesondere für Hochglanzlacke und deren Formulierung, die sich durch einen sehr hohen Glanz und niedrigen Glanzschleier bei gleichzeitig hoher Deckkraft und niedrigem Restmonomerengehalten auszeichnen.
Erfindungsgemäß gelöst wurde die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerdispersion (PD) durch radikalische Emulsionspolymerisation von (a) mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Monomer (M)
(b) sowie gegebenenfalls wenigstens einem weiteren Monomer (M1 ) zu einem Polymer (P)
(c) gegebenenfalls anschließender chemischer Desodorierung und
(d) Zugabe mindestens eines wasserlöslichen Alkydharzes mit einem gewichtsmitt- leren Molekulargewicht zwischen 5000 und 40 000 Da oder mindestens einer wäßrigen Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsion,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe des Alkydharzes oder der Alkyd- o- der Polyurethan-Alkydemulsion entweder im Anschluß an die Polymerisation von M und M1 , mit einer Nachrührzeit von 0-2 h oder im Anschluß an die chemische Desodorierung mit einer Nachrührzeit von 0-2 h erfolgt, wobei die Temperatur bei der Zugabe 60 bis 99 °C, bevorzugt 70 bis 95°C und insbesondere 80 bis 90 °C beträgt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Beschichtungsmittel in Form einer wässrigen Zusammensetzung, enthaltend: wenigstens eine Dispersion wie im Folgenden definiert, - gegebenenfalls wenigstens einen anorganischen Füllstoff und/oder anorganisches Pigment, übliche Hilfsmittel, und
Wasser auf 100 Gew.-%.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung des Glanzes einer Beschichtung auf Basis einer wässrigen Polymerdispersion (PD), die durch radikalische Emulsionspolymerisation wenigstens eines a, ß-ethylenisch ungesättigten Monomers (M) erhältlich ist, durch Reaktion mit wenigstens einem wasserlöslichen Alkydharzes oder einer wäßrigen Alkyd- oder Polyurethan-Alkyd-Emulsion im Anschluß an die Polymerisation von M und M1 oder im Anschluß an die der wäßrigen radikalischen Acrylatpolymerisation nachgeschalteten chemischen Nachbehandlung (Desodo- rierung), wie oben definiert. Die Zugabe des wasserlöslichen Alkydharzes oder der wäßrigen Alkyd- oder Polyurethan-Alkyd-Emulsion zu der Polymerdispersion (PD) erfolgt vorzugsweise nach der Emulsionspolymerisation zur Herstellung des Poymers (P). Die Zugabe des wasserlöslichen Alkydharzes oder der wäßrigen Alkyd- oder Polyurethan-Alkyd-Emulsion zu der Polymerdispersion (PD) kann direkt im Anschluß an die Polymerisation, d.h. direkt nach Beendigung des Initiatorzulaufs erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Zugabe nach Beendigung der Polymerisation und der, wie zuvor definierten Nachrührzeit. Besonders bevorzugt erfolgt die Zugabe nach der chemischen Desodorierung. Ganz besonders bevorzugt erfolgt die Zugabe nach der chemischen Desodorierung einschließlich der zuvor definierten Nachrührzeit. Die Nachrührzeit beträgt 0 bis 2 h, bevorzugt weniger als 1 h, besonders bevorzugt 30 min.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer wässrigen Polymerdispersion (PD), die ein wasserlösliches Alkydharz oder eine wäßrige Alkyd- oder Polyurethan-Alkyd-Emulsion wie zuvor definiert, enthält, als Komponente in Klarlacken und in Hochglanzfarben.
Die Bestimmung des Glanzes des Anstrichmittels kann nach DIN 67530 erfolgen. Dazu wird das Anstrichmittel mit 240 μηη Spaltweite auf eine Glasplatte aufgetragen und 72 Stunden lang bei Raumtemperatur getrocknet. Der Prüfkörper wird in ein kalibriertes Reflektometer eingesetzt, und bei definiertem Einfallswinkel wird festgestellt, inwieweit das zurückgeworfene Licht reflektiert oder gestreut worden ist. Der ermittelte Reflekto- meterwert ist ein Maß für den Glanz (je höher der Wert, desto höher der Glanz).
Die erfindungsgemäß eingesetzte Polymerdispersion (PD) enthält vorzugsweise 5-60 Gew.-% (fest), besonders bevorzugt 10-50 Gew.-% (fest), bezogen auf das Gesamtgewicht des Hybridbindemittels, wenigstens eines wasserlöslichen Alkydharzes oder einer wäßrigen Alkyd- oder Polyurethan-Alkyd-Emulsion. Der erfindungsgemäße Einsatz der wasserlöslichen Alkydharze oder der wäßrigen Alkyd- oder Polyurethan-Alkyd-Emulsionen im Anschluß an die Emulsionspolymerisation bzw. im Anschluß an die chemische Desodorierung bringt den folgenden Vorteil mit sich:
Erhöhung des Glanzes von Beschichtungsmitteln (Anstrichmitteln), speziell von Glanzfarben auf Basis von Acrylatdispersionen bei einer gleichzeitig (im Vergleich zu anderen Hybridisierungsverfahren) reduzierten Menge an Acry- latrestmonomeren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck Alkyl geradkettige und verzweigte Alkylgruppen. Geeignete kurzkettige Alkylgruppen sind z. B. geradkettige oder verzweigte Ci-Cz-Alkyl-, bevorzugt Ci-C6-Alkyl- und besonders bevorzugt Ci-C4-Alkylgruppen. Dazu zählen insbesondere Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, 2-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, 2-Pentyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl,
1 .2- Dimethylpropyl, 1 ,1 -Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1 -Ethylpropyl, n-Hexyl, 2-Hexyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1 ,2-Dimethylbutyl,
1 .3- Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 1 ,1 -Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl,
3,3-Dimethylbutyl, 1 ,1 ,2-Trimethylpropyl, 1 ,2,2-Trimethylpropyl, 1 -Ethylbutyl,
2-Ethylbutyl, 1 -Ethyl-2-methylpropyl, n-Heptyl, 2-Heptyl, 3-Heptyl, 2-Ethylpentyl, 1 -Propylbutyl etc.
Geeignete längerkettige Cs-Cso-Alkylgruppen sind geradkettige und verzweigte Alkyl- gruppen. Bevorzugt handelt es sich dabei um überwiegend lineare Alkylreste, wie sie auch in natürlichen oder synthetischen Fettsäuren und Fettalkoholen sowie Oxoalkoho- len vorkommen. Dazu zählen z. B. n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Pentadecyl, n-Hexadecyl, n-Heptadecyl, n-Octadecyl, n-Nonadecyl etc. Der Ausdruck Alkyl umfasst unsubstituierte und substituierte Alkyl- reste.
Die vorstehenden Ausführungen zu Alkyl gelten auch für die Alkylteile in Arylalkyl. Bevorzugte Arylalkylreste sind Benzyl und Phenylethyl. C8-C32-Alkenyl steht im Rahmen der vorliegenden Erfindung für geradkettige und verzweigte Alkenylgruppen, die einfach, zweifach oder mehrfach ungesättigt sein können. Vorzugsweise handelt es sich um Cio-C2o-Alkenyl. Der Ausdruck Alkenyl umfasst unsubstituierte und substituierte Alkenylreste. Speziell handelt es sich dabei um überwiegend lineare Alkenylreste, wie sie auch in natürlichen oder synthetischen Fettsäuren und Fettalkoholen sowie Oxoalkoholen vorkommen. Dazu zählen insbesondere Octe- nyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl, Nonadecenyl, Linolyl, Linolenyl, Eleostearyl und Oleyl (9-Octadecenyl).
Der Ausdruck Alkylen im Sinne der vorliegenden Erfindung steht für geradkettige oder verzweigte Alkandiyl-Gruppen mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, z. B. Methylen, 1 ,2-Ethylen, 1 ,3-Propylen, etc.
Cycloalkyl steht vorzugsweise für C4-C8-Cycloalkyl, wie Cyclobutyl, Cydopentyl, Cyclo- hexyl, Cycloheptyl oder Cyclooctyl.
Der Ausdruck Aryl umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein- oder mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffreste, die unsubstituiert oder substituiert sein können. Der Ausdruck Aryl steht vorzugsweise für Phenyl, Tolyl, Xylyl, Mesityl, Duryl, , Fluorenyl, Anthracenyl, Phenanthrenyl oder Naphthyl, besonders bevorzugt für Phenyl oder Naphthyl, wobei diese Arylgruppen im Falle einer Substitution im Allgemeinen 1 , 2, 3, 4 oder 5, vorzugsweise 1 , 2 oder 3 Substituenten tragen können.
Zur Herstellung der Polymerdispersion (PD) wird wenigstens ein a, ß-ethylenisch ungesättigtes Monomer (M) eingesetzt, das vorzugsweise ausgewählt ist aus Estern α, ß -ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit Ci-C2o-Alkanolen, Vinylaro- maten, Estern von Vinylalkohol mit Ci-Cso-Monocarbonsäuren, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylidenhalogeniden, monoethylenisch ungesättigten Carbon- und Sulfonsäuren, phosphorhaltigen Monomeren, Estern α, ß -ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C3o-Alkandiolen, Amiden α, ß - ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C3o-Aminoalkoholen, die eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweisen, primären Amiden α, ß -ethylenisch ungesättigter Monocarbonsäuren und deren N-Alkyl- und N,N-Dialkylderivaten, N-Vinyllactamen, offenkettigen N-Vinylamidverbindungen, Estern von Allylalkohol mit Ci-C3o-Monocarbonsäuren, Estern von α, ß -ethylenisch ungesättigten Mono- und Di- carbonsäuren mit Aminoalkoholen, Amiden α, ß -ethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren mit Diaminen, welche mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweisen, Ν,Ν-Diallylaminen, N,N-Diallyl-N-alkylaminen, vinyl- und allyl- substituierten Stickstoffheterocyclen, Vinylethern, C2-C8-Monoolefinen, nicht aromatischen Kohlenwasserstoffen mit mindestens zwei konjugierten Doppelbindungen, Poly- ether(meth)acrylaten, Harnstoffgruppen aufweisenden Monomeren und Mischungen davon.
Geeignete Ester α, ß -ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit Ci-C2o-Alkanolen sind Methyl(meth)acrylat, Methylethacrylat, Ethyl(meth)acrylat, Ethylethacrylat, n-Propyl(meth)acrylat, lsopropyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, sec.-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butylethacrylat,
n-Hexyl(meth)acrylat, n-Heptyl(meth)acrylat, n-Octyl(meth)acrylat, 1 ,1 ,3,3-Tetramethylbutyl(meth)acrylat, Ethylhexyl(meth)acrylat, n-Nonyl(meth)acrylat, n-Decyl(meth)acrylat, n-Undecyl(meth)acrylat, Tridecyl(meth)acrylat,
Myristyl(meth)acrylat, Pentadecyl(meth)acrylat, Palmityl(meth)acrylat,
Heptadecyl(meth)acrylat, Nonadecyl(meth)acrylat, Arachinyl(meth)acrylat,
Behenyl(meth)acrylat, Lignoceryl(meth)acrylat, Cerotinyl(meth)acrylat,
Melissinyl(meth)acrylat, Palmitoleinyl(meth)acrylat, Oleyl(meth)acrylat,
Linolyl(meth)acrylat, Linolenyl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat,
Lauryl(meth)acrylat und Mischungen davon. Bevorzugt als Vinylaromaten sind Styrol, 2-Methylstyrol, 4-Methylstyrol,
2-(n-Butyl)styrol, 4-(n-Butyl)styrol, 4-(n-Decyl)styrol und besonders bevorzugt Styrol.
Geeignete Ester von Vinylalkohol mit Ci-C3o-Monocarbonsäuren sind z. B. Vinylformiat, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinyllaurat, Vinylstearat, Vinylpropionat, Ver- saticsäurevinylester und Mischungen davon.
Geeignete ethylenisch ungesättigte Nitrile sind Acrylnitril, Methacrylnitril und Mischungen davon. Geeignete Vinylhalogenide und Vinylidenhalogenide sind Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid und Mischungen davon.
Geeignete ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, Sulfonsäuren oder deren Derivate sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, a-Chloracrylsäure, Crotonsäure, Mal- einsäure, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Glutacon- säure, Aconitsäure, Fumarsäure, die Halbester von monoethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren mit 4 bis 10, vorzugsweise 4 bis 6 C-Atomen, z. B. Maleinsäuremonomethylester, Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethac- rylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-Hydroxy-3- acryloxypropylsulfonsäure, 2-Hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure, Styrolsulfon- säuren und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure. Geeignete Styrolsulfonsäuren und Derivate davon sind Styrol-4-sulfonsäure und Styrol-3-sulfonsäure und die Erdalkali- oder Alkalimetallsalze davon, z. B. Natrium-styrol-3-sulfonat und Natrium-styrol-4- sulfonat. Besonders bevorzugt sind Acrylsäure, Methacrylsäure und Mischungen da- von.
Beispiele für phosphorhaltige Monomere sind z. B. Vinylphosphonsäure und Al- lylphosphonsäure. Geeignet sind weiter die Mono- und Diester der Phosphonsäure und Phosphorsäure mit Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, speziell die Monoester. Geeignet sind weiter Diester der Phosphonsäure und Phosphorsäure die einfach mit einem Hydroxy- alkyl(meth)acrylat und zusätzlich einfach mit einem davon verschiedenen Alkohol, z. B. einem Alkanol, verestert sind. Geeignete Hydroxyalkyl(meth)acrylate für diese Ester sind die im Folgenden als separate Monomere genannten, insbesondere
2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat,
4-Hydroxybutyl(meth)acrylat, etc. Entsprechende Dihydrogenphosphatestermonomere umfassen Phosphoalkyl(meth)acrylate, wie 2-Phosphoethyl(meth)acrylat,
2-Phosphopropyl(meth)acrylat, 3-Phosphopropyl(meth)acrylat, Phosphobutyl(meth)- acrylat und 3-Phospho-2-hydroxypropyl(meth)acrylat. Geeignet sind auch die Ester der Phosphonsaure und Phosphorsäure mit alkoxilierten Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, z. B. die Ethylenoxidkondensate von (Meth)acrylaten, wie
H2C=C(CH3)COO(CH2CH20)nP(OH)2 und H2C=C(CH3)COO(CH2CH20)nP(=0)(OH)2, worin n für 1 bis 50 steht. Weiter geeignet sind Phosphoalkylcrotonate, Phosphoalkyl- maleate, Phosphoalkylfumarate, Phosphodialkyl(meth)acrylate, Phosphodialkylcrotona- te und Allylphosphate. Weitere geeignete Phosphorgruppen-haltige Monomere sind in WO 99/25780 und US 4,733,005 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. Geeignete Ester α, ß -ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C3o-Alkandiolen sind z. B. 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat,
2- Hydroxyethylethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat,
3- Hydroxypropylacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxybutylacrylat,
3-Hydroxybutylmethacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat, 4-Hydroxybutylmethacrylat,
6-Hydroxyhexylacrylat, 6-Hydroxyhexylmethacrylat,
3-Hydroxy-2-ethylhexylacrylat, 3-Hydroxy-2-ethylhexylmethacrylat etc.
Geeignete primäre Amide α, ß -ethylenisch ungesättigter Monocarbonsäuren und deren N-Alkyl- und Ν,Ν-Dialkylderivate sind Acrylsäureamid, Methacrylsäureamid, N-Methyl(meth)acrylamid, N-Ethyl(meth)acrylamid, N-Propyl(meth)acrylamid,
N-(n-Butyl)(meth)acrylamid, N-(tert.-Butyl)(meth)acrylamid, N-(n-Octyl)(meth)acrylamid, N-(1 ,1 ,3,3-Tetramethylbutyl)(meth)acrylamid, N-Ethylhexyl(meth)acrylamid,
N-(n-Nonyl)(meth)acrylamid, N-(n-Decyl)(meth)acrylamid,
N-(n-Undecyl)(meth)acrylamid, N-Tridecyl(meth)acrylamid, N-Myristyl(meth)acrylamid, N-Pentadecyl(meth)acrylamid, N-Palmityl(meth)acrylamid,
N-Heptadecyl(meth)acrylamid, N-Nonadecyl(meth)acrylamid,
N-Arachinyl(meth)acrylamid, N-Behenyl(meth)acrylamid, N-Lignoceryl(meth)acrylamid, N-Cerotinyl(meth)acrylamid, N-Melissinyl(meth)acrylamid,
N-Palmitoleinyl(meth)acrylamid, N-Oleyl(meth)acrylamid, N-Linolyl(meth)acrylamid, N-Linolenyl(meth)acrylamid, N-Stearyl(meth)acrylamid, N-Lauryl(meth)acrylamid, N,N-Dimethyl(meth)acrylamid, N,N-Diethyl(meth)acrylamid,
Morpholinyl(meth)acrylamid.
Geeignete N-Vinyllactame und deren Derivate sind z. B. N-Vinylpyrrolidon,
N-Vinylpiperidon, N-Vinylcaprolactam, N-Vinyl-5-methyl-2-pyrrolidon, N-Vinyl-5-ethyl- 2-pyrrolidon, N-Vinyl-6-methyl-2-piperidon, N-Vinyl-6-ethyl-2-piperidon, N-Vinyl- 7-methyl-2-caprolactam, N-Vinyl-7-ethyl-2-caprolactam etc. Geeignete offenkettige N-Vinylamidverbindungen sind beispielsweise N-Vinylformamid, N-Vinyl-N-methylformamid, N-Vinylacetamid, N-Vinyl-N-methylacetamid, N-Vinyl- N-ethylacetamid, N-Vinylpropionamid, N-Vinyl-N-methylpropionamid und
N-Vinylbutyramid.
Geeignete Ester von α, ß -ethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren mit Aminoalkoholen sind N,N-Dimethylaminomethyl(meth)acrylat,
N,N-Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, N,N-Diethylaminoethylacrylat,
N,N-Dimethylaminopropyl(meth)acrylat, N,N-Diethylaminopropyl(meth)acrylat und N,N-Dimethylaminocyclohexyl(meth)acrylat.
Geeignete Amide α, ß -ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäuren mit Diaminen, welche mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweisen sind N-[2-(Dimethylamino)ethyl]acrylamid, N-[2-(Dimethylamino)ethyl]methacrylamid, N-[3-(Dimethylamino)propyl]acrylamid, N-[3-(Dimethylamino)propyl]methacrylamid, N-[4-(Dimethylamino)butyl]acrylamid, N-[4-(Dimethylamino)-butyl]methacrylamid, N-[2-(Diethylamino)ethyl]acrylamid, N-[4-(Dimethylamino)cyclohexyl]acrylamid, N-[4-(Dimethylamino)cyclohexyl]methacrylamid etc.
Geeignete Monomere (M) sind weiterhin Ν,Ν-Diallylamine und N,N-Diallyl-N-alkylamine und deren Säureadditionssalze und Quaternisierungsprodukte. Alkyl steht dabei vorzugsweise für Ci-C24-Alkyl. Bevorzugt sind N,N-Diallyl-N-methylamin und N,N-Diallyl- Ν,Ν-dimethylammonium-Verbindungen, wie z. B. die Chloride und Bromide.
Geeignete Monomere (M) sind weiterhin vinyl- und allylsubstituierte Stickstoffhetero- cyclen, wie N-Vinylimidazol, N-Vinyl-2-methylimidazol, vinyl- und allylsubstituierte heteroaromatische Verbindungen, wie 2- und 4-Vinylpyridin, 2- und 4-Allylpyridin, und die Salze davon.
Geeignete C2-C8-Monoolefine und nicht aromatische Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei konjugierten Doppelbindungen sind z. B. Ethylen, Propylen, Isobutylen, I- sopren, Butadien, etc. Geeignete Harnstoffgruppen aufweisende Monomere sind z. B. N-Vinyl- oder
N-Allylharnstoff oder Derivate des lmidazolidin-2-ons. Dazu zählen N-Vinyl- und
N-Allylimidazolidin-2-on, N-Vinyloxyethylimidazolidin-2-on,
N-(2-(Meth)acrylamidoethyl)imidazolidin-2-on,
N-(2-(Meth)acryloxyethyl)imidazolidin-2-on (= 2-Ureido(meth)acrylat),
N-[2-((Meth)acryloxyacetamido)ethyl]imidazolidin-2-on etc. Bevorzugte Harnstoffgruppen aufweisende Monomere sind
N-(2-Acryloxyethyl)imidazolidin-2-on und N-(2-Methacryloxyethyl)imidazolidin-2-on. Besonders bevorzugt ist N-(2-Methacryloxyethyl)imidazolidin-2-on
(2-Ureidomethacrylat, UMA).
Die zuvor genannten Monomere (M) können einzeln, in Form von Mischungen innerhalb einer Monomerklasse oder in Form von Mischungen aus verschiedenen Mono- merklassen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden zur Emulsionspolymerisation mindestens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, insbesondere mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), wenigstens eines Monomers M1 ) eingesetzt, das ausgewählt ist unter Estern α,β-ethylenisch ungesättigter Mono- und Dicarbonsäu- ren mit Ci-C2o-Alkanolen, Vinylaromaten, Estern von Vinylalkohol mit
Ci-C3o-Monocarbonsäuren, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinyl- idenhalogeniden und Mischungen davon (Hauptmonomere). Vorzugsweise werden die Monomere M1 ) in einer Menge von bis zu 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), zur Emulsionspolymerisation eingesetzt. Die Hauptmonomere M1 ) sind vorzugsweise ausgewählt unter
Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Propyl(meth)acrylat, lsopropyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, sec.-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat,
n-Pentyl(meth)acrylat, n-Hexyl(meth)acrylat, n-Heptyl(meth)acrylat,
n-Octyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, lsobornyl(meth)acrylat, Styrol, 2- Methylstyrol, Vinylacetat, Acrylnitril, Methacrylnitril und Mischungen davon.
Zusätzlich zu wenigstens einem Hauptmonomer M1 ) kann bei der radikalischen Emulsionspolymerisation zur Herstellung von (PD) wenigstens ein weiteres Monomer M2) eingesetzt werden, das allgemein in untergeordnetem Maße vorliegt (Nebenmonome- re). Vorzugsweise werden zur Emulsionspolymerisation bis zu 60 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 40 Gew.-%, insbesondere bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), wenigstens eines Monomers M2) eingesetzt, das ausgewählt ist unter ethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren und den Anhydriden und Halbestern ethylenisch ungesättigter Dicarbonsäuren,
(Meth)acrylamiden, Ci-Cio-Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, Ci-Cio-Hydroxyalkyl(meth)- acrylamiden und Mischungen davon. Vorzugsweise werden die Monomere M2), soweit vorhanden, in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,5 Gew.-%, insbesondere mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere M), zur Emulsionspolymerisation eingesetzt.
Besonders bevorzugt werden zur Emulsionspolymerisation 0,1 bis zu 60 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 40 Gew.-%, insbesondere 1 bis 20 Gew.-% wenigstens eines Mono- mers M2) eingesetzt. Die Monomere M2) sind speziell ausgewähltaus Acrylsäure, Me- thacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Maleinsäureanhydrid, Acrylsäu- reamid, Methacrylsäureamid, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylacrylamid, 2-Hydroxyethylmethacrylamid, Acetoacetoxyethyl methacry- lat (AAEM), Allylmethacrylat, Vinylmethacrylat, Hydroxybutenylmethacrylat, Allyl- oder diallylester der Maleinsäure, Poly(allylglycidyl ether)und Mischungen davon, in Form verschiedener Produkte der Bezeichnung Bisomer® von Laporte Performance Chemicals, UK. Dazu zählt z. B. Bisomer® MPEG 350 MA, ein Methoxypolyethylenglykolmo- nomethacrylat oder UMA. Insbesonders bevorzugt wird AAEM in Mengen von 0,1 bis 20, bevorzugt von 0,1 bis 4,9 Gew.-% eingesetzt.
Besonders geeignete Kombinationen an Hauptmonomeren M1 ) für das erfindungsgemäße Verfahren sind beispielsweise: n-Butylacrylat, Methylmethacrylat;
n-Butylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol;
n-Butylacrylat, Styrol, Butyl(meth)acrylat;
n-Butylacrylat, Ethylhexylacrylat, Styrol.
n-Butylacrylat, Styrol
n-Butylacrylat, n-Butyl(meth)acrylat, Methylmethacrylat
Die zuvor genannten besonders geeigneten Kombinationen an Hauptmonomeren M1 ) können mit besonders geeigneten Monomeren (M2) kombiniert werden, die vorzugsweise ausgewählt sind unter Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid, Methacrylamid, AAEM, UMA oder Bisomer® und Mischungen davon.
Unter einem Alkydharz versteht man einen Polyester, der mit einem trocknenden Öl, einer Fettsäure oder dergleichen verestert ist (U. Poth, Polyester und Alkydharze, Vin- centz Network 2005). Unter einem wässrigen Alkydharz versteht man insbesonders eine, gegebenenfalls nach Neutralisation, wasserverdünnbare Alkydharzlösung basierend auf einem Alkydharz mit ausreichend hoher Säurezahl von vorzugsweise 20-80 mg KOH/g Alkydharz fest, und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von > 5000 und < 40000 Da, bevorzugt > 8000 und < 35000 Da und besonders bevorzugt > 10000 und < 35000 Da.
Die Molekulargewichte werden mit Größenausschlusschromatographie (SEC) bestimmt.
Unter Säurezahl versteht man die Menge Kaliumhydroxid, ausgedrückt in mg, die not- wendig ist um 1 g der Probe zu neutralisieren. Das verwendete Öl bzw. die Fettsäure ist die eigenschaftsbestimmende Komponente. Sie erlaubt eine Unterteilung nach dem Fettsäuretriacylglycerol-Gehalt (Ölgehalt, Öl- länge) in kurzölige Alkydharze mit <40 %, mittelölige Alkydharze mit 40 -60 % und langölige Alkydharze mit >60 % Triacylglycerol, bezogen auf lösemittelfreies Alkydharz (Fettsäure-Gehalt ggf. in Triacylglycerol umrechnen, Faktor ca. 1 ,045) (Ölgehalt).
Der Feststoffgehalt charakterisiert nach allgemeiner Praxis den "Wirkstoffgehalt" der Dispersion. Die Dispersion wird üblicherweise bei einer Temperatur zwischen 100 und 140 °C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet (siehe ISO-Norm 1625). Der Feststoffgehalt gibt die Trockenmasse im Vergleich zur Gesamtmasse (in %) an.
Die Trockenmasse umfaßt das Polymerisat, Emulgatoren und anorganische Salze (aus Initiatorzersetzung und Neutralisierung). Zu den flüchtigen Bestandteilen zählen das Wasser und die Monomere, die bei der Polymerisation nicht umgesetzt wurden.
Der Ölgehalt der verwendeten Alkydharze beträgt 25-55%, der Feststoffgehalt beträgt in der Lieferform: 30-80%, in der Einsatzform (nach Verdünnung mit NH3 bzw. Na- OH/Wasser) 35-50%.
Bevorzugte Alkydharze sind beispielsweise die Produkte WorleeSol® 61 A, WorleeSol® 61 E, WorleeSol® 65A der Firma Worlee, und Synthalat® W46 oder Synthalat® W48 , der Firma Synthopol.
Unter einer wäßrigen Alkydharzemulsion oder kurz Alkydemulsion versteht man Alkydharze, die ggf. mit Emulgatoren versetzt, in Wasser dispergiert werden. Im vergleich zu wasserlöslichen oder verdünnbaren Alkydharzen eignen sich hierfür auch Alkyde mit höheren mittleren Molmassen. [ U. Poth, Polyester und Alkydharze, Vincentz Network 2005, S 183 f ]
Unter einer wäßrigen Polyurethan-Alkydharzemulsion versteht man ein Polyurethanmodifiziertes Alkydharz, welches in Wasser dispergiert wurde. Eine Urethanmodifizie- rung kann bei der Alkydsynthese zum Beispiel durch den Ersatz eines Teils des üblichen Phthalsäureanhydrids durch ein Diisocyanat erfolgen. [ U. Poth, Polyester und Alkydharze, Vincentz Network 2005, S 205 f ] Eine Urethanmodifizierung kann des weiteren durch eine Reaktion eines Alkyds mit einem mindestens difunktionellen Polyi- socyanat erfolgen. [DE102006054237 Bayer MaterialScience AG]
Bevorzugte Alkydharzemulsionen zeichnen sich durch einen Ölgehalt von 25-55 %und eine Säurezahl von 20-60 mg KOH/g aus.
Bevorzugte Alkydharzemulsionen bzw. Polyurethan-modifizierte Alkydharzemulsionen sind WorleeSol® E 150 W, WorleeSol® E 280 W, WorleeSol® E 530 W oder Worlee- Sol® E 927 W. Bevorzugt werden zur Herstellung der Polymerdispersion (PD) wässrige Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsionen eingesetzt.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerdispersionen kann zusätzlich zu den zuvor genannten Monomeren (M) wenigstens ein Vernetzer eingesetzt werden. Monomere, die eine vernetzende Funktion besitzen, sind Verbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten, nichtkonjugierten Doppelbindungen im Molekül. Eine Vernetzung kann auch z. B. durch photochemische Aktivierung erfolgen. Dazu kann zur Herstellung von (PD) zusätzlich wenigstens ein Monomeren mit photoaktivierbaren Gruppen eingesetzt werden. Photoinitiatoren können auch separat zugesetzt werden. Eine Vernetzung kann auch z. B. durch funktionelle Gruppen erfolgen, welche mit dazu komplementären funktionellen Gruppen eine chemische Vernetzungsreaktion eingehen können. Dabei können die komplementären Gruppen beide an das Emulsionspolymerisat gebunden sein oder zur Vernetzung kann ein Vernetzer eingesetzt werden, der befähigt ist, mit funktionellen Gruppen des Emulsionspolymerisats eine chemische Vernetzungsreaktion eingehen zu können.
Geeignete Vernetzer sind z. B. Acrylester, Methacrylester, Allylether oder Vinylether von mindestens zweiwertigen Alkoholen. Die OH-Gruppen der zugrundeliegenden Alkohole können dabei ganz oder teilweise verethert oder verestert sein; die Vernetzer enthalten aber mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Gruppen.
Beispiele für die zugrundeliegenden Alkohole sind zweiwertige Alkohole wie
1 ,2-Ethandiol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,2-Butandiol, 1 ,3-Butandiol,
2,3-Butandiol, 1 ,4-Butandiol, But-2-en-1 ,4-diol, 1 ,2-Pentandiol, 1 ,5-Pentandiol,
1 ,2-Hexandiol, 1 ,6-Hexandiol, 1 ,10-Decandiol, 1 ,2-Dodecandiol, 1 ,12-Dodecandiol, Neopentylglykol, 3-Methylpentan-1 ,5-diol, 2,5-Dimethyl-1 ,3-hexandiol,
2,2,4-Trimethyl-1 ,3-pentandiol, 1 ,2-Cyclohexandiol, 1 ,4-Cyclohexandiol,
1 ,4-Bis(hydroxymethyl)cyclohexan, Hydroxypivalinsäure-neopentylglykolmonoester, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis[4-(2-hydroxypropyl)phenyl]propan, Diethy- lenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Tetrapropylenglykol, 3-Thiapentan-1 ,5-diol, sowie Polyethylenglykole, Polypropylengly- kole und Polytetrahydrofurane mit Molekulargewichten von jeweils 200 bis 10 000. Außer den Homopolymerisaten des Ethylenoxids bzw. Propylenoxids können auch Block- copolymerisate aus Ethylenoxid oder Propylenoxid oder Copolymerisate, die Ethylen- oxid- und Propylenoxid-Gruppen eingebaut enthalten, eingesetzt werden. Beispiele für zugrundeliegende Alkohole mit mehr als zwei OH-Gruppen sind Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, 1 ,2,5-Pentantriol, 1 ,2,6-Hexantriol, Cyanursäure, Sorbitan, Zucker wie Saccharose, Glucose, Mannose. Selbstverständlich können die mehrwertigen Alkohole auch nach Umsetzung mit Ethylenoxid oder Propylenoxid als die entsprechenden Ethoxylate bzw. Propoxylate eingesetzt werden. Die mehrwertigen Alkohole können auch zunächst durch Umsetzung mit Epichlorhydrin in die entsprechenden Glycidylether überführt werden.
Weitere geeignete Vernetzer sind die Vinylester oder die Ester einwertiger, ungesättig- ter Alkohole mit ethylenisch ungesättigten C3-C6-Carbonsäuren, beispielsweise
Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure. Beispiele für solche Alkohole sind Allylalkohol, 1 -Buten-3-ol, 5-Hexen-1 -ol, 1 -Octen-3-ol,
9-Decen-1 -ol, Dicyclopentenylalkohol, 10-Undecen-1 -ol, Zimtalkohol, Citronellol, Crotylalkohol oder cis-9-Octadecen-1 -ol. Man kann aber auch die einwertigen, unge- sättigten Alkohole mit mehrwertigen Carbonsäuren verestern, beispielsweise Malon- säure, Weinsäure, Trimellithsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure, Citronensäure oder Bernsteinsäure.
Weitere geeignete Vernetzer sind Ester ungesättigter Carbonsäuren mit den oben be- schriebenen mehrwertigen Alkoholen, beispielsweise der Ölsäure, Crotonsäure, Zimtsäure oder 10-Undecensäure.
Geeignet als Vernetzer sind außerdem geradkettige oder verzweigte, lineare oder cyc- lische, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, die über mindestens zwei Doppelbindungen verfügen, die bei aliphatischen Kohlenwasserstoffen nicht konjugiert sein dürfen, z. B. Divinylbenzol, Divinyltoluol, 1 ,7-Octadien, 1 ,9-Decadien,
4-Vinyl-1 -cyclohexen, Trivinylcyclohexan oder Polybutadiene mit Molekulargewichten von 200 bis 20 000. Als Vernetzer sind ferner geeignet die Acrylsäureamide, Methacrylsäureamide und N-Allylamine von mindestens zweiwertigen Aminen. Solche Amine sind z. B.
1 ,2-Diaminoethan, 1 ,3-Diaminopropan, 1 ,4-Diaminobutan, 1 ,6-Diaminohexan, 1 ,12-Dodecandiamin, Piperazin, Diethylentriamin oder Isophorondiamin. Ebenfalls geeignet sind die Amide aus Allylamin und ungesättigten Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, oder mindestens zweiwertigen Carbonsäuren, wie sie oben beschrieben wurden.
Ferner sind Triallylamin und Triallylmonoalkylammoniumsalze, z. B. Triallylmethylam- moniumchlorid oder -methylsulfat, als Vernetzer geeignet.
Geeignet sind auch N-Vinyl-Verbindungen von Harnstoffderivaten, mindestens zweiwertigen Amiden, Cyanuraten oder Urethanen, beispielsweise von Harnstoff, Ethylen- harnstoff, Propylenharnstoff oder Weinsäurediamid, z. B. N,N'-Divinylethylenharnstoff oder N,N'-Divinylpropylenharnstoff. Weitere geeignete Vernetzer sind Divinyldioxan, Tetraallylsilan oder Tetravinylsilan. Selbstverständlich können auch Mischungen der vorgenannten Verbindungen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden wasserlösliche Vernetzer eingesetzt. Weiterhin zählen zu den vernetzenden Monomeren auch solche, die neben einer ethy- lenisch ungesättigten Doppelbindung eine reaktive funktionelle Gruppe, z. B. eine Aldehydgruppe, eine Ketogruppe oder eine Oxirangruppe aufweisen, die mit einem zugesetzten Vernetzer reagieren können. Vorzugsweise handelt es sich bei den funktionellen Gruppen um Keto- oder Aldehydgruppen. Die Keto- oder Aldehydgruppen sind vorzugsweise durch Copolymerisation von copolymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Verbindungen mit Keto- oder Aldehydgruppen an das Polymer gebunden. Geeignete derartige Verbindungen sind Acrolein, Methacrolein, Vinylalkylketone mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, Formylstyrol, (Meth-)acryl- säurealkylester mit ein oder zwei Keto- oder Aldehyd-, bzw. einer Aldehyd- und einer Ketogruppe im Alkylrest, wobei der Alkylrest vorzugsweise insgesamt 3 bis 10 Kohlenstoffatome umfasst, z. B. (Meth)acryloxyalkylpropanale, wie sie in der DE-A-2722097 beschrieben sind. Des Weiteren eignen sich auch N-Oxoalkyl(meth)acrylamide wie sie z. B. aus der US-A-4226007, der DE-A-2061213 oder DE-A-2207209 bekannt sind. Besonders bevorzugt sind Acetoacetyl(meth)acrylat, Acetoacetoxyethyl(meth)acrylat und insbesondere Diacetonacrylamid. Bei den Vernetzern handelt es sich vorzugsweise um eine Verbindung mit mindestens zwei funktionellen Gruppen, insbesondere zwei bis fünf funktionellen Gruppen, die mit den funktionellen Gruppen des Polymerisats, speziell den Keto- oder Aldehydgruppen, eine Vernetzungsreaktion eingehen können. Dazu zählen z. B. Hydrazid-, Hydroxylamin- oder Oximether- oder Aminogruppen als funktionelle Gruppen für die Vernetzung der Keto- oder Aldehydgruppen. Geeignete Verbindungen mit Hydrazidgruppen sind z. B. Polycarbonsäurehydrazide mit einem Molgewicht von bis zu 500 g/mol. Besonders bevorzugte Hydrazidverbindungen sind Dicarbonsäuredihydrazide mit bevorzugt 2 bis 10 C-Atomen. Dazu zählen z. B. Oxal- säuredihydrazid, Malonsäuredihydrazid, Bernsteinsäuredihydrazid, Glutarsäuredi- hydrazid, Adipinsäuredihydrazid, Sebazinsäuredihydrazid, Maleinsäuredihydrazid, Fu- marsäuredihydrazid, Itaconsäuredihydrazid und/oder Isophthalsäuredihydrazid. Von besonderem Interesse sind: Adipinsäuredihydrazid, Sebazinsäuredihydrazid und Isophthalsäuredihydrazid. Geeignete Verbindungen mit Hydroxylamin- oder Oxim- ethergruppen sind z. B. in WO 93/25588 genannt.
Auch durch eine entsprechende Additivierung der wässrigen Polymerdispersion (PD) kann zusätzlich eine Oberflächenvernetzung erzeugt werden. Dazu zählt z. B. Zugabe eines Photoinitiators oder Sikkativierung. Als Photoinitiatoren kommen solche in Frage, die durch Sonnenlicht angeregt werden, beispielsweise Benzophenon oder Benzophe- nonderivate. Zur Sikkativierung eignen sich die für wässrige Alkydharze empfohlenen Metallverbindungen, beispielsweise auf Basis von Co oder Mn (Überblick in U. Poth, Polyester und Alkydharze, Vincentz Network 2005, S 183 f). Die vernetzende Komponente wird vorzugsweise in einer Menge von 0,0005 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 2,5 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 1 ,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monomere (ein- schließlich des Vernetzers), eingesetzt.
Eine spezielle Ausführungsform sind Polymerdispersionen (PD), die keinen Vernetzer einpolymerisiert enthalten. Die radikalische Polymerisation des Monomergemischs M) kann in Gegenwart mindestens eines Reglers erfolgen. Regler werden vorzugsweise in einer Einsatzmenge von 0,0005 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,001 bis 2,5 Gew.-% und insbesondere von 0,01 bis 1 ,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monomere, eingesetzt.
Als Regler (Polymerisationsregler) werden allgemein Verbindungen mit hohen Übertragungskonstanten bezeichnet. Regler beschleunigen Kettenübertragungsreaktionen und bewirken damit eine Herabsetzung des Polymerisationsgrades der resultierenden Polymeren, ohne die Bruttoreaktions-Geschwindigkeit zu beeinflussen. Bei den Reglern kann man zwischen mono-, bi- oder polyfunktionalen Reglern unterscheiden, je nach Anzahl der funktionellen Gruppen im Molekül, die zu einer oder mehreren Kettenübertragungsreaktionen führen können. Geeignete Regler werden beispielsweise ausführlich beschrieben von K. C. Berger und G. Brandrup in J. Brandrup, E. H. Immergut, Polymer Handbook, 3. Aufl., John Wiley & Sons, New York, 1989, S. 11/81 - 11/141 .
Als Regler eignen sich beispielsweise Aldehyde wie Formaldehyd, Acetaldehyd, Propi- onaldehyd, n-Butyraldehyd, Isobutyraldehyd.
Ferner können auch als Regler eingesetzt werden: Ameisensäure, ihre Salze oder Es- ter, wie Ammoniumformiat, 2,5-Diphenyl-1 -hexen, Hydroxylammoniumsulfat, und Hy- droxylammoniumphosphat.
Weitere geeignete Regler sind Halogenverbindungen, z. B. Alkylhalogenide wie Tetrachlormethan, Chloroform, Bromtrichlormethan, Bromoform, Allylbromid und Benzylver- bindungen wie Benzylchlorid oder Benzylbromid.
Weitere geeignete Regler sind Allylverbindungen, wie z. B. Allylalkohol, funktionalisier- te Allylether, wie Allylethoxylate, Alkylallylether oder Glycerinmonoallylether. Bevorzugt werden als Regler Verbindungen eingesetzt, die Schwefel in gebundener Form enthalten. Verbindungen dieser Art sind beispielsweise anorganische Hydrogensulfite, Disulfite und Dithionite oder organische Sulfide, Disulfide, Polysulfide, Sulfoxide und Sulfone. Dazu zählen Di-n-butylsulfid, Di-n-octylsulfid, Diphenylsulfid, Thiodiglykol, Ethylthio- ethanol, Diisopropyldisulfid, Di-n-butyldisulfid, Di-n-hexyldisulfid, Diacetyldisulfid, Diethanolsulfid, Di-t-butyltrisulfid, Dimethylsulfoxid, Dialkylsulfid, Dialkyldisulfid und/oder Diarylsulfid.
Geeignet als Polymerisationsregler sind weiterhin Thiole (Verbindungen, die Schwefel in Form von SH-Gruppen enthalten, auch als Mercaptane bezeichnet). Bevorzugt sind als Regler mono-, bi- und polyfunktionale Mercaptane, Mercaptoalkohole und/oder Mercaptocarbonsäuren. Beispiele für diese Verbindungen sind Allylthioglykolate, Ethylthioglykolat, Cystein, 2-Mercaptoethanol, 1 ,3-Mercaptopropanol,
3-Mercaptopropan-1 ,2-diol, 1 ,4-Mercaptobutanol, Mercaptoessigsäure,
3-Mercaptopropionsäure, Mercaptobernsteinsaure, Thioglycerin, Thioessigsaure, Thio- harnstoff und Alkylmercaptane wie n-Butylmercaptan, n-Hexylmercaptan oder n-Dodecylmercaptan.
Beispiele für bifunktionale Regler, die zwei Schwefelatome in gebundener Form enthalten sind bifunktionale Thiole wie z. B. Dimercaptopropansulfonsäure (Natriumsalz), Dimercaptobernsteinsäure, Dimercapto-1 -propanol, Dimercaptoethan, Dimercaptopro- pan, Dimercaptobutan, Dimercaptopentan, Dimercaptohexan, Ethylenglykol-bis- thioglykolate und Butandiol-bis-thioglykolat. Beispiele für polyfunktionale Regler sind Verbindungen, die mehr als zwei Schwefelatome in gebundener Form enthalten. Beispiele hierfür sind trifunktionale und/oder tetrafunktionale Mercaptane.
Alle genannten Regler können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Eine spezielle Ausführungsform betrifft Polymerdispersionen PD, die durch radikalische Emulsionspolymerisation ohne Zusatz eines Reglers hergestellt werden. Zur Herstellung der Polymerisate können die Monomeren mit Hilfe von Radikale bildenden Initiatoren polymerisiert werden.
Als Initiatoren für die radikalische Polymerisation können die hierfür üblichen Peroxo- und/oder Azo-Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise Alkali- oder Ammoni- umperoxidisulfate, Diacetylperoxid, Dibenzoylperoxid, Succinylperoxid,
Di-tert.-butylperoxid, tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperpivalat,
tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert.-Butylpermaleinat, Cumolhydroperoxid,
Diisopropylperoxidicarbamat, Bis-(o-toluoyl)peroxid, Didecanoylperoxid, Dioctanoylper- oxid, Dilauroylperoxid, tert.-Butylperisobutyrat, tert.-Butylperacetat,
Di-tert.-Amylperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Azo-bis-isobutyronitril,
2,2'-Azo-bis-(2-amidinopropan)dihydrochlorid oder 2-2'-Azo-bis-(2-methyl-butyronitril). Geeignet sind auch Gemische dieser Initiatoren. Als Initiatoren können auch Reduktions-/Oxidations-(= Red-Ox)-lnitiator Systeme eingesetzt werden. Die Red-Ox-Initiator-Systeme bestehen aus mindestens einem meist anorganischen Reduktionsmittel und einem anorganischen oder organischen Oxidati- onsmittel. Bei der Oxidationskomponente handelt es sich z. B. um die bereits vorstehend genannten Initiatoren für die Emulsionspolymerisation. Bei der Reduktionskomponente handelt es sich z. B. um Alkalimetallsalze der schwefligen Säure, wie z. B. Natriumsulfit, Natriumhydrogensulfit, Alkalisalze der dischwefligen Säure wie Natrium- disulfit, Bisulfitadditionsverbindungen aliphatischer Aldehyde und Ketone, wie Aceton- bisulfit oder Reduktionsmittel wie Hydroxymethansulfinsäure und deren Salze, oder Ascorbinsäure. Die Red-Ox-Initiator-Systeme können unter Mitverwendung löslicher Metallverbindungen, deren metallische Komponente in mehreren Wertigkeitsstufen auftreten kann, verwendet werden. Übliche Red-Ox-Initiator-Systeme sind z. B. Ascor- binsäure/Eisen(ll)sulfat/Natrium-peroxodisulfat, tert-Butylhydroperoxid/Natriumdisulfit, tert-Butylhydroperoxid/Na-Hydroxymethansulfinsäure. Die einzelnen Komponenten, z. B. die Reduktionskomponente, können auch Mischungen sein z. B. eine Mischung aus dem Natriumsalz der Hydroxymethansulfinsäure und Natriumdisulfit.
Die Menge der Initiatoren beträgt im Allgemeinen 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf alle zu polymerisierenden Monomeren. Es können auch mehrere, verschiedene Initiatoren bei der Emulsionspolymerisation Verwendung finden.
Die Herstellung der Polymerdispersion (PD), erfolgt üblicherweise in Gegenwart wenigstens einer grenzflächenaktiven Verbindung. Eine ausführliche Beschreibung ge- eigneter Schutzkolloide findet sich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/1 , Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961 , S. 41 1 bis 420. Geeignete Emulgatoren finden sich auch in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 14/1 , Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961 , Seiten 192 bis 208.
Als Emulgatoren sind sowohl anionische, kationische als auch nichtionische Emulgatoren geeignet. Vorzugsweise werden als grenzflächenaktive Substanzen Emulgatoren eingesetzt, deren relative Molekulargewichte üblicherweise unterhalb derer von Schutzkolloiden liegen.
Brauchbare nichtionische Emulgatoren sind araliphatische oder aliphatische nichtionische Emulgatoren, beispielsweise ethoxylierte Mono-, Di- und Trialkylphenole
(EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C4-C10), Ethoxylate langkettiger Alkohole (EO-Grad: 3 bis 100, Alkylrest: C8-C36) sowie Polyethylenoxid/Polypropylenoxid-Homo- und Copolyme- re. Diese können die Alkylenoxideinheiten statistisch verteilt oder in Form von Blöcken einpolymerisiert enthalten. Gut geeignet sind z. B. EO/PO-Blockcopolymere. Bevorzugt werden Ethoxylate langkettiger Alkanole (Alkylrest C1-C30, mittlerer Ethoxylierungsgrad 5 bis 100) und darunter besonders bevorzugt solche mit einem linearen
Ci2-C2o-Alkylrest und einem mittleren Ethoxylierungsgrad von 10 bis 50 sowie ethoxy- lierte Monoalkylphenole, eingesetzt. Geeignete anionische Emulgatoren sind beispielsweise Alkali- und Ammoniumsalze von Alkylsulfaten (Alkylrest: C8-C22), von Schwefelsäure- oder Phosphorsäurehalbestern ethoxylierter Alkanole (EO-Grad: 2 bis 50, Alkylrest: C12-C18) und ethoxylierter Al- kylphenole (EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C4-C9), von Alkylsulfonsäuren (Alkylrest: C12- Cie) und von Alkylarylsulfonsäuren (Alkylrest: Cg-Cis). Weitere geeignete Emulgatoren finden sich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/1 , Makromolekulare Stoffe, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961 , S. 192-208). Als anionische Emulgatoren sind ebenfalls Bis(phenylsulfonsäure)ether bzw. deren Alkali- oder Ammoniumsalze, die an einem oder beiden aromatischen Ringen eine C4-C24-Alkylgruppe tragen, geeignet. Diese Verbindungen sind allgemein bekannt, z. B. aus der US-A- 4,269,749, und im Handel erhältlich, beispielsweise als Dowfax® 2A1 (Dow Chemical Company).
Weitere Emulgatoren sind die Ester, d.h. die Mono- und Diester, der Phosphorsäure mit gegebenenfalls bis zu 20-fach alkoxylierten Cs-Cso-Alkanolen, speziell die Monoes- ter. Häufig werden die Mono- und die Diester als Gemisch nebeneinander bereitgestellt.
Weitere geeignete Emulgatoren sind auch die Diester der Phosphorsäure, die einfach mit einem gegebenenfalls bis zu 20-fach alkoxylierten Cs-Cso-Alkanol und zusätzlich einfach mit einem davon verschiedenen Ci-C3o-Alkanol, bevorzugt mit einem
Ci-C7-Alkanol, verestert sind.
Bevorzugt als Emulgatoren sind Verbindungen der allgemeinen Formel
CsH2s+iO(CH2CH20)t-P(=0)(OH)2, worin s für 6 bis 30 steht und t für 0 bis 20 steht.
Bevorzugt als Emulgatoren sind z.B.
Maphos 24 T (CioH2iO(CH2CH20)4-P(=0)(OH)2) und
Maphos 10 T ((2-Ethylhexyl)phosphat), beide von BASF BTC. Weitere geeignete Emulgatoren sind auch die Lutensit®-Typen der BASF SE, wie z.B. Lutensit® A-EP (Fettalkoholalkoxylat, Phosphorsäureester) oder auch Lutensit® HC9812 (Fettalkoholethoxylat, Phosphorsäureester, Polymer).
Die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen (PD) enthalten im Allgemeinen bis zu 20 Gew.-%, bevorzugt bis zu 10 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 5 Gew.-% wenigstens eines Emulgators, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Emulsionspolymerisation eingesetzten Monomere. Die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen (PD) enthalten im Allgemeinen wenigstens 0,05 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 0,1 Gew.-% wenigstens eines Emulgators, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Emulsionspolymerisation eingesetzten Monomere. Geeignete kationische Emulgatoren sind vorzugsweise quartäre Ammoniumhalogenide, z. B. Trimethylcetylammoniumchlorid, Methyltrioctylammoniumchlorid, Benzyl- triethylammoniumchlorid oder quartäre Verbindungen von N-C6-C2o-Alkylpyridinen, -morpholinen oder -imidazolen, z. B. N-Laurylpyridiniumchlorid. Die Menge an Emulgator beträgt im Allgemeinen etwa 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Menge an zu polymerisierenden Monomeren.
Den Polymerdispersionen (PD) können weiterhin übliche Hilfs- und Zusatzstoffe zugesetzt werden. Dazu zählen beispielsweise den pH-Wert einstellende Substanzen, Re- duktions- und Bleichmittel, wie z. B. die Alkalimetallsalze der Hydroxymethansulfinsäu- re (z. B. Rongalit® C der BASF SE), Komplexbildner, Desodorantien, Geschmacksstoffe, Geruchsstoffe und Viskositätsmodifizierer, wie Alkohole, z. B. Glycerin, Methanol, Ethanol, tert.-Butanol, Glykol etc. Diese Hilfs- und Zusatzstoffe können den Polymerdispersionen in der Vorlage, einem der Zuläufe oder nach Abschluss der Polymerisati- on zugesetzt werden.
Die Polymerisation erfolgt im Allgemeinen bei Temperaturen in einem Bereich von 0 bis 150 °C, bevorzugt 20 bis 100 °C, besonders bevorzugt 30 bis 95 °C. Die Polymerisation erfolgt vorzugsweise bei Normaldruck, möglich ist jedoch auch eine Polymerisa- tion unter erhöhtem Druck, beispielsweise dem Eigendruck der zur Polymerisation eingesetzten Komponenten. In einer geeigneten Ausführung erfolgt die Polymerisation in Gegenwart wenigstens eines Inertgases, wie z. B. Stickstoff oder Argon.
Das Polymerisationsmedium kann sowohl nur aus Wasser, als auch aus Mischungen aus Wasser und damit mischbaren Flüssigkeiten wie Methanol bestehen. Vorzugsweise wird nur Wasser verwendet. Die Emulsionspolymerisation kann sowohl als Batch- prozess als auch in Form eines Zulaufverfahrens, einschließlich Stufen- oder Gradien- tenfahrweise, durchgeführt werden. Bevorzugt ist das Zulaufverfahren, bei dem man einen Teil des Polymerisationsansatzes oder auch eine Polymersaat vorlegt, auf die Polymerisationstemperatur erhitzt, anpolymerisiert und anschließend den Rest des
Polymerisationsansatzes, üblicherweise über mehrere räumlich getrennte Zuläufe, von denen einer oder mehrere die Monomeren in reiner oder in emulgierter Form enthalten, kontinuierlich, stufenweise oder unter Überlagerung eines Konzentrationsgefälles unter Aufrechterhaltung der Polymerisation der Polymerisationszone zuführt.
Die Art und Weise, in der der Initiator im Verlauf der radikalischen wässrigen Emulsionspolymerisation dem Polymerisationsgefäß zugegeben wird, ist dem Durch- schnittsfachmann bekannt. Es kann sowohl vollständig in das Polymerisationsgefäß vorgelegt, als auch nach Maßgabe seines Verbrauchs im Verlauf der radikalischen wässrigen Emulsionspolymerisation kontinuierlich oder stufenweise eingesetzt werden. Im Einzelnen hängt dies in an sich dem Durchschnittsfachmann bekannter Weise so- wohl von der chemischen Natur des Initiatorsystems als auch von der Polymerisationstemperatur ab. Vorzugsweise wird ein Teil vorgelegt und der Rest nach Maßgabe des Verbrauchs der Polymerisationszone zugeführt.
Die bei der Polymerisation entstandenen Dispersionen können im Anschluss an den Polymerisationsprozess einer physikalischen oder chemischen Nachbehandlung (chemische Desodorierung ) unterworfen werden. Solche Verfahren sind beispielsweise die bekannten Verfahren zur Restmonomerenreduzierung, wie z. B. die Nachbehandlung durch Zusatz von Polymerisationsinitiatoren oder Mischungen mehrerer Polymerisationsinitiatoren bei geeigneten Temperaturen, eine Nachbehandlung der Polymerlösung mittels Wasserdampf oder Ammoniakdampf, oder Strippen mit Inertgas oder Behandeln der Reaktionsmischung mit oxidierenden oder reduzierenden Reagenzien, Adsorptionsverfahren wie die Adsorption von Verunreinigung an ausgewählten Medien wie z. B. Aktivkohle oder eine Ultrafiltration. Die wässrige Acrylat-Alkyd-Polymerdispersion (PD) weist üblicherweise einen Feststoffgehalt von 20 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 65 Gew.-%, bezogen auf die Polymerdispersion einschließlich eingesetztem wasserlöslichen Alkydharz oder eingesetzter wäßriger Alkydharzemulsion oder Polyurethanalkydharzemulsion.
Der Feststoffgehalt beträgt in einer speziellen Ausführung 30-55 Gew.-%, bevorzugt 35 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die wässrigeAc- rylat-Alkyd-Polymerdispersion einschließlich eingesetztem wasserlöslichen Alkydharz oder eingesetzter wäßriger Alkydharzemulsion oder Polyurethanalkydharzemulsion.
Die theoretische Glasübergangstemperatur Tg des Acrylatteils der Acrylat-Alkyd- Polymerdispersion ist vorzugsweise kleiner als 50 °C aber größer als 20°C, besonders bevorzugt kleiner als 40 °C aber größer als 20°C , insbesondere kleiner als 30 °C aber größer als 20°C.
Unter der Glasübergangstemperatur Tg wird hier die gemäß ASTM D 3418-82 durch Differentialthermoanalyse (DSC) ermittelte "mid-point temperature" verstanden (vgl. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Volume A 21 , VCH Weinheim 1992, S. 169 sowie Zosel, Farbe und Lack 82 (1976), S. 125-134, siehe auch DIN 53765). Nach Fox (siehe Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 19, Weinheim (1980), S. 17, 18) kann man die Glasübergangstemperatur TG abschätzen. Es gilt für die Glasübergangstemperatur von schwach bzw. unvernetzten Mischpolymerisaten bei großen Molmassen in guter Näherung:
Figure imgf000022_0001
wobei X1, X2, Xn die Massenbrüche 1 , 2, n und Tg 1, Tg 2, Tg n die Glasübergangstemperaturen der jeweils nur aus einem der Monomeren 1 , 2, n aufgebauten Polymeren in Grad Kelvin bedeuten. Letztere sind z. B. aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, 5. ed. Weinheim, Vol. A 21 (1992) S. 169 oder aus J. Brand- rup, E.H. Immergut, Polymer Handbook 3rd ed, J. Wiley, New York 1989 bekannt.
Die erhaltene wässrige Polymerdispersion (PD) kann als solche oder gemischt mit weiteren, in der Regel filmbildenden, Polymeren als Bindemittelzusammensetzung in wässrigen Beschichtungsmitteln, wie Färb- oder Lackmischungen, verwendet werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Beschichtungsmittel in Form einer wässrigen Zusammensetzung, enthaltend wenigstens eine Dispersion (PD), wie zuvor definiert, die ein wasserlösliches Alkydharz oder eine wäßrige Alkydharzemulsion oder Polyurethanalkydharzemulsion enthält. Dabei werden die wasserlöslichen Alkydharze oder wäßrigen Alkydharzemulsionen oder Polyurethanalkydharzemulsionen mit dem Acrylat, wie zuvor definiert im Anschluß an die radikalische Acrylatpolymerisation oder der der radikalischen Acrylatpolymerisation nachgeschalteten chemischen Nachbehandlung (Desodorierung) zur Reaktion gebracht. Die erfindungsgemäßen Bindemittelzusammensetzungen kommen vorzugsweise in wässrigen Anstrichmitteln zum Einsatz. Diese Anstrichmittel liegen beispielsweise in Form eines unpigmentierten Systems (Klarlacks) oder eines pigmentierten Systems vor. Der Anteil der Pigmente kann durch die Pigmentvolumenkonzentration (PVK) beschrieben werden. Die PVK beschreibt das Verhältnis des Volumens an Pigmenten (VP) und Füllstoffen (VF) zum Gesamtvolumen, bestehend aus den Volumina an Bindemittel (VB), Pigmenten und Füllstoffen eines getrockneten Beschichtungsfilms in Prozent: PVK = (VP + VF) x 100 / (VP + VF + VB). Anstrichmittel lassen sich anhand der PVK beispielsweise wie folgt einteilen: hochgefüllte Innenfarbe, waschbeständig, weiß/matt ca. 85
Innenfarbe, scheuerbeständig, weiß/matt ca. 80
Halbglanzfarbe, seidenmatt ca. 35
Halbglanzfarbe, seidenglänzend ca. 25
Hochglanzfarbe ca. 15-25
Außenfassadenfarbe, weiß ca. 45-55
Klarlack 0 Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Beschichtungsmittel in Form einer wäss- rigen Zusammensetzung, enthaltend: - wenigstens eine Dispersion (PD), wie zuvor definiert,
gegebenenfalls wenigstens einen anorganischen Füllstoff und/oder wenigstens ein anorganisches Pigment,
gegebenenfalls wenigstens ein übliches Hilfsmittel, und
Wasser.
Der Anteil von (PD) an dem obigen Beschichtungsmittel bezieht sich auf Feststoff, d. h. auf das Acrylat-Alkyd-Polymer ohne Wasser.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel in Form einer wässrigen Zusammenset- zung kommen vorzugsweise als Anstrichmittel zum Einsatz. Eine Ausführungsform sind Anstrichmittel in Form eines Klarlacks. Eine weitere Ausführungsform sind Anstrichmittel in Form einer Dispersionsfarbe. Die erfindungsgemäßen pigmentierten Beschichtungsmittel liegen vorzugsweise in Form einer wässrigen Seidenglanz- oder einer Hochglanzfarbe vor.
Im Folgenden wird die Zusammensetzung einer üblichen Dispersionsfarbe erläutert. Dispersionsfarben enthalten in der Regel 30 bis 75 Gew.-% und vorzugsweise 40 bis 65 Gew.-% nichtflüchtige Bestandteile. Hierunter sind alle Bestandteile der Zubereitung zu verstehen, die nicht Wasser sind, zumindest aber die Gesamtmenge an Bindemittel, Füllstoff, Pigment, schwerflüchtigen Lösungsmitteln (Siedepunkt oberhalb 250 °C), z. B. Weichmacher, und polymere Hilfsmittel. Davon entfallen etwa a) 3 bis 90 Gew.-%, insbesondere 10 bis 60 Gew.-%, auf die feinteilige Polymerdispersion (PD), wie zuvor definiert,
b) 0 bis 85 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 60 Gew.-%, insbesondere 10 bis 50 Gew.-%, auf wenigstens ein anorganisches Pigment,
c) 0 bis 85 Gew.-%, insbesondere 5 bis 60 Gew.-%, auf anorganische Füllstoffe und d) 0,1 bis 40 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 20 Gew.-%, auf übliche Hilfsmittel, und Wasser auf 100 Gew.-%.
Besonders bevorzugt eignen sich die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen zur Herstellung hochglänzender Dispersionsfarben. Diese sind in der Regel durch eine Pigmentvolumenkonzentration PVK im Bereich von 12 bis 30 % charakterisiert. Aber auch für Fassadenfarben mit einer PVK im Bereich von 30 bis 65 oder Innenfarben mit einer PVK im Bereich von 65 bis 80 sind die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen besonders geeignet. Zu den Pigmenten zählen anorganische Weißpigmente wie Titandioxid, vorzugsweise in der Rutilform, Bariumsulfat, Zinkoxid, Zinksulfid, basisches Bleicarbonat, Antimontri- oxid, Lithopone (Zinksulfid + Bariumsulfat) oder farbige Pigmente, beispielsweise Eisenoxide, Ruß, Graphit, Zinkgelb, Zinkgrün, Ultramarin, Manganschwarz, Antimon- schwarz, Manganviolett, Pariser Blau oder Schweinfurter Grün. Neben den anorganischen Pigmenten können die erfindungsgemäßen Dispersionsfarben auch organische Farbpigmente, z. B. Sepia, Gummigutt, Kasseler Braun, Toluidinrot, Pararot, Hansagelb, Indigo, Azofarbstoffe, anthrachinoide und indigoide Farbstoffe sowie Dioxazin, Chinacridon-, Phthalocyanin-, Isoindolinon- und Metallkomplexpigmente enthalten. Geeignet sind auch synthetische Weißpigmente mit Lufteinschlüssen zur Erhöhung der Lichtstreuung, wie die Rhopaque®-Dispersionen.
Geeignete Füllstoffe sind z. B. Alumosilicate, wie Feldspäte, Silicate, wie Kaolin, Talkum, Glimmer, Magnesit, Erdalkalicarbonate, wie Calciumcarbonat, beispielsweise in Form von Calcit oder Kreide, Magnesiumcarbonat, Dolomit, Erdalkalisulfate, wie Calci- umsulfat, Siliciumdioxid etc. In Anstrichmitteln werden naturgemäß feinteilige Füllstoffe bevorzugt. Die Füllstoffe können als Einzelkomponenten eingesetzt werden. In der Praxis haben sich jedoch Füllstoffmischungen besonders bewährt, z. B. Calciumcarbo- nat/Kaolin, Calciumcarbonat/Talkum. Glänzende Anstrichmittel weisen in der Regel nur geringe Mengen sehr feinteiliger Füllstoffe auf oder enthalten keine Füllstoffe.
Feinteilige Füllstoffe können auch zur Erhöhung der Deckkraft und/oder zur Einsparung von Weißpigmenten eingesetzt werden. Zur Einstellung der Deckkraft des Farbtons und der Farbtiefe werden vorzugsweise Abmischungen aus Farbpigmenten und Füll- Stoffen eingesetzt.
Zu den üblichen Hilfsmitteln zählen neben den bei der Polymerisation eingesetzten Emulgatoren, Netz- oder Dispergiermittel, wie Aminoalkohole, z.B. 2-Amino-2-methyl- propanol-1 , oder Blockcopolymere mit hydrophoben und hydrophilen, beispielsweise Poly-EO-, Blöcken, Natrium-, Kalium- oder Ammoniumpolyphosphate, Alkalimetall- und Ammoniumsalze von Acrylsäure- oder Maleinsäureanhydridcopolymeren, Po- lyphosphonate, wie 1 -Hydroxyethan-1 ,1 -diphosphonsaures Natrium sowie Naphthalin- sulfonsäuresalze, insbesondere deren Natriumsalze. Weitere geeignete Hilfsmittel sind Verlaufsmittel, Mattierungsmittel, Additive zur Verbesserung von Block- und Kratzfestigkeit, Entschäumer, Biozide und Verdicker. Geeignete Verdicker sind z. B. Assoziativverdicker, wie Polyurethanverdicker und hydrophob modifizierte Acrylatverdicker. Die Menge des Verdickers beträgt vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,6 Gew.-% Verdicker, bezogen auf Feststoffgehalt des Anstrichmittels. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Anstrichmittel erfolgt in bekannter Weise durch Abmischen der Komponenten in hierfür üblichen Mischvorrichtungen. Es hat sich bewährt, aus den Pigmenten, Wasser und gegebenenfalls den Hilfsmitteln eine wässri- ge Paste oder Dispersion zu bereiten, und anschließend erst das polymere Bindemittel, d. h. in der Regel die wässrige Dispersion des Polymeren mit der Pigmentpaste bzw. Pigmentdispersion zu vermischen.
Die erfindungsgemäßen Anstrichmittel enthalten in der Regel 30 bis 75 Gew.-% und vorzugsweise 40 bis 65 Gew.-% nichtflüchtige Bestandteile. Hierunter sind alle Be- standteile der Zubereitung zu verstehen, die nicht Wasser sind, zumindest aber die Gesamtmenge an Bindemittel, Pigment und Hilfsmittel. Bei den flüchtigen Bestandteilen handelt es sich vorwiegend um Wasser.
Das erfindungsgemäße Anstrichmittel kann in üblicher Weise auf Substrate aufge- bracht werden, z. B. durch Streichen, Spritzen, Tauchen, Rollen, Rakeln etc.
Die erfindungsgemäßen Anstrichmittel werden eingesetzt im Bereich der dekorativen Beschichtungen für glänzende und hochglänzende Oberflächen. Untergründe können Holz, Metal, Kunststoff, Papier oder sonstige sein.
Das Anstrichmittel findet beispielsweise Anwendung für Gebäudeinnenteile, z. B. Innenwände, Innentüren, Vertäfelungen, Treppengeländer, Möbel, oder aber im Außenbereich z.B. für die Beschichtung von Balkonbrüstungen, Zäunen, Fenstern, Verbretterungen, Gartenhäusern, Gartenmöbeln etc.
Die erfindungsgemäßen Anstrichmittel zeichnen sich aus durch einfache Handhabung, gute Verarbeitungseigenschaften und hohes Deckvermögen. Die Anstrichmittel sind schadstoffarm. Sie haben gute anwendungstechnische Eigenschaften, z. B. eine gute Wasserfestigkeit, gute Nasshaftung, insbesondere auch auf Alkydfarben, gute Block- festigkeit, eine gute Überstreichbarkeit und sie zeigen beim Auftragen einen guten Verlauf. Das verwendete Arbeitsgerät lässt sich leicht mit Wasser reinigen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert.
Beispiele
1 . Herstellung von wässrigen Lacken Die einzelnen Komponenten (Herstellernachweis s. Tabelle 1 ) wurden in der Menge (Gewichtsteile) und Reihenfolge, wie in Tabelle 2 angegeben, unter Rühren mit einem Zahnscheibenrührer zudosiert. Nach Zugabe des Titandioxidpigments wurde die Dreh- zahl auf 2000 Upm erhöht und solange dispergiert, bis die Pigmentpaste glatt, d. h. frei von Klümpchen war. Dann ließ man, falls erforderlich, auf Raumtemperatur abkühlen und gab die restlichen Komponenten bei reduzierter Drehzahl zu. Tabelle 1
Figure imgf000026_0001
Figure imgf000026_0002
2. Prüfung der wässrigen Lacke (Beschichtungsmittel)
Die Bestimmung des Glanzes des Anstrichmittels erfolgt nach DIN EN ISO 2813: Das Anstrichmittel wird mit 240 μηη Spaltweite auf eine Glasplatte aufgetragen und 72 Stunden lang bei Raumtemperatur getrocknet. Der Prüfkörper wird in ein kalibriertes Reflek- tometer Typ haze-gloss (Fa. Byk-Gardner, Geretsried) eingesetzt und der Reflektome- terwert bei 20 und 60° Einstrahlwinkel sowie der Haze (Glanzschleier) abgelesen. Der ermittelte Reflektometerwert ist ein Maß für den Glanz (je höher der Wert ist, desto höher ist der Glanz).
Vergleichsbeispiel 1
In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisationsgefäß wurden vorgelegt:
Vorlage: 1 16 g Wasser
19,2 g einer Polystyrolsaatdispersion mit einem Feststoffgehalt von 33% und
einer mittleren Teilchengröße von 30 nm
1 ,5 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat und unter Rühren auf 85°C erhitzt. Anschließend wurde, unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur 10% von Zulauf 3 zugegeben und 5 min gerührt. Danach wurde Zulauf 1 und 2 in 180 min zudosiert und parallel dazu die Restmenge von Zulauf 3 in 195 min.
Zulauf 1 : 79,5 g Wasser
51 ,2 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat
1 17 g n-Butylacrylat
97,1 g Methylmethacrylat
65,5 g Styrol
13,5 g Acetoacetoxyethylmethacrylat
Zulauf 2: 371 g einer 42.5%igen wäßrigen Lösung von WorleeSol 61 E, welches vorher mit 25%iger wäßriger Ammoniaklösung neutralisiert wurde
Zulauf 3: 72,2 g einer 2.5%igen wäßrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat
Beim Beenden von Zulauf 3 wurde anschließend 30 min nachpolymerisiert und mit 0,51 g einer 25%igen wäßrigen Lösung von Ammoniak neutralisiert. Danach wurde 5,42 g einer 5%igen wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid zugegeben und 2,3 g einer 10% wäßrigen Lösung von Ascorbinsäure (ASCS) in 60 min zudosiert.
Anschließend wurde die Dispersion abgekühlt und über einen 125 μηη Filter filtriert. Es wurde 1 ,04 kg einer 45%igen Dispersion erhalten.
Beispiel 1 In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisationsgefäß wurden vorgelegt:
Vorlage: 1 16 g Wasser
19,2 g einer Polystyrolsaatdispersion mit einem Feststoffgehalt von 33% und
einer mittleren Teilchengröße von 30 nm
1 ,5 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat und unter Rühren auf 85°C erhitzt. Anschließend wurde, unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur 10% von Zulauf 3 zugegeben und 5 min gerührt. Danach wurde Zulauf 1 in 180 min zudosiert und parallel dazu die Restmenge von Zulauf 3 in 195 min.
Zulauf 1 : 79,5 g Wasser
51 ,2 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat
1 17 g n-Butylacrylat
97,1 g Methylmethacrylat
65,5 g Styrol
13,5 g Acetoacetoxyethylmethacrylat
Zulauf 2: 393 g einer 42.5%igen wäßrigen Lösung von WorleeSol 61 E, welches vorher mit 25%iger wäßriger Ammoniaklösung neutralisiert wurde Zulauf 3: 72,2 g einer 2.5%igen wäßrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat
Beim Beenden von Zulauf 3 wurde 22,6 g Spülwasser zudosiert und anschließend 30 min nachpolymerisiert. Zulauf 2 wurde in 1 h zudosiert und anschließend wurde mit 1 ,81 g einer 25%igen wäßrigen Lösung von Ammoniak neutralisiert.
Anschließend wurde die Dispersion abgekühlt und über einen 125 μηη Filter filtriert. Es wurde 1 ,04 kg einer 45%igen Dispersion erhalten.
Beispiel 2 Wie Beispiel 1 , aber Dosierung von Zulauf 2 in 2 h.
Beispiel 3
Wie Beispiel 1 , aber Dosierung von Zulauf 2 in 3 h. Beispiel 4 In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisationsgefäß wurden vorgelegt:
Vorlage: 1 16 g Wasser
19,2 g einer Polystyrolsaatdispersion mit einem Feststoffgehalt von 33% und
einer mittleren Teilchengröße von 30 nm
1 ,5 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat und unter Rühren auf 85°C erhitzt. Anschließend wurde, unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur 10% von Zulauf 3 zugegeben und 5 min gerührt. Danach wurde Zulauf 1 in 180 min zudosiert und parallel dazu die Restmenge von Zulauf 3 in 195 min.
Zulauf 1 : 79,5 g Wasser
51 ,2 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat
1 17 g n-Butylacrylat
97,1 g Methylmethacrylat
65,5 g Styrol
13,5 g Acetoacetoxyethylmethacrylat
Zulauf 2: 393 g einer 42.5%igen wäßrigen Lösung von WorleeSol 61 E, welches vorher mit 25%iger wäßriger Ammoniaklösung neutralisiert wurde Zulauf 3: 72,2 g einer 2.5%igen wäßrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat
Beim Beenden von Zulauf 3 wurde 22,6 g Spülwasser zudosiert und anschließend 30 min nachpolymerisiert. Danach wurden 5,42 g einer 5%igen wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid zugegeben und 2,3 g einer 10% wäßrigen Lösung von Ascorbin- säure (ASCS) in 1 h zudosiert. Zulauf 2 wurde in 1 h zudosiert und anschließend wurde mit 1 ,81 g einer 25%igen wäßrigen Lösung von Ammoniak neutralisiert.
Anschließend wurde die Dispersion abgekühlt und über einen 125 μηη Filter filtriert. Es wurde 1 ,04 kg einer 45%igen Dispersion erhalten. Beispiel 5
Wie Beispiel 4, aber Dosierung von Zulauf 2 in 2 h.
Beispiel 6
Wie Beispiel 4, aber Dosierung von Zulauf 2 in 3 h. Verwendung einer wäßrigen Polyurethan-modifizierten Alkydemulsion
Vergleichsbeispiel 2 In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisationsgefäß wurden vorgelegt:
Vorlage: 1 16 g Wasser
19,2 g einer Polystyrolsaatdispersion mit einem Feststoffgehalt von 33% und
einer mittleren Teilchengröße von 30 nm
1 ,5 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat und unter Rühren auf 85°C erhitzt. Anschließend wurde, unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur 10% von Zulauf 3 zugegeben und 5 min gerührt. Danach wurde Zulauf 1 und 2 in 180 min zudosiert und parallel dazu die Restmenge von Zulauf 3 in 195 min.
Zulauf 1 : 55,3 g Wasser
51 ,2 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat
1 17 g n-Butylacrylat
97,1 g Methylmethacrylat
65,5 g Styrol
13,5 g Acetoacetoxyethylmethacrylat Zulauf 2: 395 g WorleeSol® E 150 W
Zulauf 3: 72,2 g einer 2.5%igen wäßrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat
Beim Beenden von Zulauf 3 wurde anschließend 30 min nachpolymerisiert und mit 1 .81 g einer 25%igen wäßrigen Lösung von Ammoniak neutralisiert. Danach wurde 5,42 g einer 5%igen wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid zugegeben und 2,3 g einer 10% wäßrigen Lösung von Ascorbinsäure (ASCS) in 60 min zudosiert. Es wurde mit 0.9 g einer 25%igen wäßrigen Ammoniaklösung neutralisiert. Anschließend wurde die Dispersion abgekühlt und über einen 125 μηη Filter filtriert. Es wurde 1 ,04 kg einer 45%igen Dispersion erhalten.
Beispiel 7
In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisa- tionsgefäß wurden vorgelegt: Vorlage: 1 16 g Wasser
19,2 g einer Polystyrolsaatdispersion mit einem Feststoffgehalt von 33% und
einer mittleren Teilchengröße von 30 nm
1 ,5 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat und unter Rühren auf 85°C erhitzt. Anschließend wurde, unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur 10% von Zulauf 3 zugegeben und 5 min gerührt. Danach wurde Zulauf 1 in 180 min zudosiert und parallel dazu die Restmenge von Zulauf 3 in 195 min.
Zulauf 1 : 55,3 g Wasser
51 ,2 g einer 15%igen Lösung von Natriumlaurylsulfat
1 17 g n-Butylacrylat
97,1 g Methylmethacrylat
65,5 g Styrol
13,5 g Acetoacetoxyethylmethacrylat
Zulauf 2: 395 g WorleeSol® E 150 W Zulauf 3: 72,2 g einer 2.5%igen wäßrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat
Nach Beendigung des Zulaufs 3 wurde 22,6 g Spülwasser zudosiert und anschließend 30 min nachpolymerisiert. Es wurde mit 1.81 g einer 25%igen wäßrigen Ammoniaklösung neutralisiert und fünf Minuten gerührt. Danach wurden 5,42 g einer 5%igen wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid zugegeben und 2,3 g einer 10% wäßrigen Lösung von Ascorbinsäure (ASCS) in 1 h zudosiert. Zulauf 2 wurde in 1 h zudosiert und anschließend wurde mit 0.9 g einer 25%igen wäßrigen Ammoniaklösung neutralisiert. Anschließend wurde die Dispersion abgekühlt und über einen 125 μηη Filter filtriert. Es wurde 1 ,04 kg einer 45%igen Dispersion erhalten.
Ergebnisse
Beispiel Summe Restmono- Glanz 20° Glanz 60° Glanzmere schleier
Vergleichsbeispiel 1 8951 ppm 79 91 38
Beispiel 1 2530 ppm 79 91 97
Beispiel 2 1870 ppm 78 90 55
Beispiel 3 1630 ppm 79 91 46
Beispiel 4 1380 ppm 85* 92* 0*
Beispiel 5 730 ppm 77 91 57
Beispiel 6 750 ppm 79 91 55
Vergleichsbeispiel 2 7560 ppm 52 81 135 Beispiel 7 1080 ppm 62 86 109
*Trocknung 1 d RT dann 14 d bei 50 °C
Summe der Restmonomeren bezieht sich auf die Acrylatalkydhybride; Glanz- und Ha- zewerte beziehen sich auf die gemäß Formulierung Tabelle 2 hergestellten Lacke

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerdispersion (PD) durch radika lische Emulsionspolymerisation von
(a) mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Monomer (M)
(b) sowie gegebenenfalls wenigstens einem weiteren Monomer (M1 ) zu einem Polymer (P)
(c) gegebenenfalls anschließender chemischer Desodorierung und
(d) Zugabe mindestens eines wasserlöslichen Alkydharzes mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht zwischen 5000 und 40 000 Da oder mindestens einer wäßrigen Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsion, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe des Alkydharzes oder der Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsion entweder im Anschluß an die Polymerisation von M und M1 , mit einer Nachrührzeit von 0-2 h oder im Anschluß an die chemische Desodorierung mit einer Nachrührzeit von 0-2 h erfolgt, wobei die Temperatur bei der Zugabe 60 bis 99 °C beträgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe des Alkydharzes oder der Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsion im Anschluß an die Polymerisation von M und M1 erfolgt, mit einer Nachrührzeit von 0-2 h.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe des Alkydharzes oder der Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsion im Anschluß an die chemische Desodorierung mit einer Nachrührzeit von 0-2 h erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei der Zugabe des Alkydharzes oder der Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsion 70 bis 95 °C beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei der Zugabe des Alkydharzes oder der Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsion 80 bis 90 °C beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkyd eine wässrige Alkyd- oder Polyurethan-Alkydemulsion eingesetzt wird.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmonomern M1 , ausgewählt sind aus Kombinationen der Gruppe n-Butylacrylat, Methylmethacrylat;
n-Butylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol;
n-Butylacrylat, Styrol, Butyl(meth)acrylat; n-Butylacrylat, Ethylhexylacrylat, Styrol.
n-Butylacrylat, Styrol oder
n-Butylacrylat, n-Butyl(meth)acrylat, Methylmethacrylat
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Monomere M2 in Kombination mit den Monomeren M1 gemäß Anspruch 6 Acrylsäure, Methac- rylsäure, Acrylamid, Methacrylamid, AAEM, UMA oder Bisomer ® oder Mischungen davon eingesetzt werden.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wässrige Alkydharz eine Säurezahl von 20-80 mg KOH/g und ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von > 5000 und < 40000 Da und einen Ölge- halt von 25-55% aufweist.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Alkydharzemulsion eine Säurezahl von 20-60 mg KOH/g und einen Ölgehalt von 25-55% aufweist.
1 1 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polymerdispersionen (PD) bis zu 20 Gew.-%, wenigstens eines Emulgators, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Emulsionspolymerisation eingesetzten Monomere enthält.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Glasübergangstemperatur Tg des Acrylatteils der Acrylat-Alkyd- Polymerdispersion (PD) kleiner als 50 °C aber größer als 20°C ist.
13. Verwendung einer wässrigen Polymerdispersion (PD) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 als Bindemittel in Anstrichmitteln.
H. Verwendung einer wässrigen Polymerdispersion (PD) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Anstrichmittel um einen Klarlack oder eine Dispersionsfarbe handelt.
15. Verwendung einer wässrigen Polymerdispersion (PD) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Anstrichmittel um einen hochglänzenden Klarlack oder eine hochglänzende Dispersionsfarbe handelt.
16. Beschichtungsmittel in Form einer wässrigen Zusammensetzung, enthaltend:
- wenigstens eine Polymerdispersion (PD), gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, gegebenenfalls wenigstens einen anorganischen Füllstoff und/oder wenigstens ein anorganisches Pigment,
gegebenenfalls wenigstens ein übliches Hilfsmittel, und
Wasser.
17. Dispersionfarbe enthaltend
a) 3 bis 90 Gew.-%, feinteilige Polymerdispersion (PD), gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12,
b) 0 bis 85 Gew.-%, wenigstens eines anorganischen Pigments,
c) 0 bis 85 Gew.-%, anorganische Füllstoffe und
d) 0,1 bis 40 Gew.-%, übliche Hilfsmittel,
und Wasser auf 100 Gew.-%.
18. Dispersionsfarbe gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mentvolumenkonznetration im Bereich von 12 bis 30 % liegt.
19. Verfahren zur Erhöhung des Glanzes einer Beschichtung auf Basis einer wässri- gen Polymerdispersion (PD) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
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