DE2947999C2

DE2947999C2 - Aerosolanstrichzusammensetzung auf Wasserbasis

Info

Publication number: DE2947999C2
Application number: DE2947999A
Authority: DE
Inventors: Albert Richmond Hill Ontario Suk
Original assignee: The Conn Chem Group, Ltd., Toronto, Ontario
Priority date: 1978-12-06
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1987-02-19
Also published as: BE880272A; IT1127281B; FR2443486A1; JPS5722354B2; NL7908474A; CA1102466A; GB2036063B; IT7927853A0; NL180227C; SE445648B; CH640877A5; US4265797A; DE2947999A1; FR2443486B1; JPS5580472A; GB2036063A; NL180227B; SE7909349L

Description

Aerosolanstrichzusammensetzungen sind allgemein bekannt. Bei diesen werden jedoch flüchtige organische Lösungsmittel als Träger für das filmbildende Polymer verwendet. Aus der Verwendung solcher organischer Lösungsmittel ergeben sich jedoch Giftigkeits- und Entzündlichkeitsprobleme. Außerdem werden die Gesetze hinsichtlich der Verwendung von organischen Lösungsmitteln in solchen Zusammensetzungen ständig schärfer.
Versuche zur Schaffung von Aerosolanstrichzusammensetzungen auf Wasserbasis unter Verwendung an sich bekannter flüssiger Treibmittel waren nicht erfolgreich, insbesondere weil die Zusammensetzungen beim Spritzen schäumten, was die Filmbildung stört, und weil die Stabilität in der Dose schlecht ist.
Gemäß der US-PS 40 56 500 wird daher bei einer Aerosolanstrichzusammensetzung zur Herstellung eines kontinuierlichen, lufttrocknenden Films auf einer Substratoberfläche, welche ein filmbildendes, wasserunlösliches Acrylpolymer in Teilchenform, Wasser als Träger und ein oberflächenaktives Mittel zur Suspendierung der Acrylpolymerteilchen enthält, als Treibmittel ein gasförmiges Treibmittel wie Stickstoff oder Luft verwendet. Die Verwendung derartiger gasförmiger Treibmittel bereitet jedoch große praktische Schwierigkeiten. Es hat sich ferner gezeigt, daß es nicht möglich ist, in den bekannten Zusammensetzungen das gasförmige Treibmittel durch ein flüssiges zu ersetzen und dabei befriedigende Aerosolanstriche zu erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nicht-schäumende Aerosolanstrichzusammensetzung auf Wasserbasis zu schaffen, bei der die bisher üblichen organischen Lösungsmittel nicht verwendet werden und bei der trotzdem unter Verwendung eines flüssigen Treibmittels ein Anstrich mit hohem Glanz erhalten wird.
Diese Aufgabe wird bei einer unter Druck stehenden Aerosolanstrichzusammensetzung zur Herstellung eines kontinuierlichen, lufttrocknenden Films auf einer Substratoberfläche, welche ein filmbildendes, wasserunlösliches Acrylpolymer in Teilchenform, ein Treibmittel, Wasser als Träger und ein oberflächenaktives Mittel zur Suspendierung der Acrylpolymerteilchen enthält, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie 10-30 Gew.-% eines verflüssigten Treibmittels, 8-25 Gew.-% des filmbildenden Acrylpolymers in Teilchenform, 10-45 Gew.-% Wasser und zusätzlich 15-35 Gew.-% mindestens eines aliphatischen einwertigen Alkohols der Formel R-OH, worin R eine unsubstituierte, gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1-4 Kohlenstoffatomen ist, enthält und einen pH von 7,2 bis 10 aufweist.
Die erfindungsgemäße Aerosolanstrichzusammensetzung zeichnet sich somit gegenüber vorbekannten derartigen Zusammensetzungen durch die Art des Treibmittels, die Mengenanteile der Bestandteile der Zusammensetzung sowie den gewählten pH-Wert aus. Der pH von 7,2 bis 10 verhindert dabei die Korrosion der Dose, in die die Zusammensetzung verpackt ist.
Das verflüssigte Treibmittel kann aus irgendeinem geeigneten Treibmittel oder Treibmittelgemisch bestehen, welches den nötigen Dampfdruck aufweist, damit der Inhalt des Behälters, in welchem die Zusammensetzung verpackt ist, abgegeben werden kann. Im allgemeinen liegt der Dampfdruck bei 21°C im Bereich von ungefähr 2,1 bis ungefähr 5,9 kg/cm² und vorzugsweise ungefähr 2,8 bis 4,2 kg/cm&sub2;. Das verflüssigte Treibmittel kann eines der allgemein bekannten Fluorkohlenstofftreibmittel sein, wie beispielsweise Dichlordifluormethan oder 1,2-Dichlortetrafluoräthan. Da Fluorkohlenstoffe jedoch in jüngster Zeit mit stratosphärischen Ozonschäden in Zusammenhang gebracht worden sind, ist es bevorzugt, andere chemisch stabile, nicht-giftige Materialien zu verwenden, die bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck gasförmig, aber unter dem Druck in der Aerosoldose flüssig sind.
Das Treibmittel sollte ein solches sein, das im Aerosolbehälter nicht mit den anderen Bestandteilen der Zusammensetzung reagiert und das nicht das Filmbildungsvermögen der Zusammensetzung beim Aufspritzen auf eine Substratoberfläche stört. Bevorzugte Treibmittel sind Kohlenwasserstoffe, wie z. B. n-Butan, Isobutan, Propan und Äthan, und mit Wasser mischbare Treibmittel, wie z. B. Dimethyläther.
Die verwendete Treibmittelmenge hängt im Bereich von 10 bis 30 Gew.-% von den Verhältnissen der anderen Bestandteile und dem Dampfdruck des Treibmittels bei atmosphärischem Druck ab und sollte ausreichen, den gesamten Inhalt des Behälters wirksam auszutreiben. Vorzugsweise beträgt die verwendete Treibmittelmenge ungefähr 25 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung.
Der Rest der Zusammensetzung, der 70 bis 90 Gew.-% der Zusammensetzung ausmacht, besteht aus einer aktiven filmbildenden Zusammensetzung auf Wasserbasis, die ein filmbildendes Polymer, Wasser und einen niedrigen Alkohol in den angegebenen Mengenbereichen enthält.
Als filmbildendes Polymer wird ein wasserunlösliches Acrylatpolymer verwendet. Solche Polymere werden üblicherweise bei der Formulierung der Zusammensetzung in Form einer Emulsion, die einen wirksamen Emulgator enthält, verwendet.
Das filmbildende Polymer ist bevorzugt ein wasserunlösliches Mischpolymer aus (A) Einheiten von mindestens einem neutralen, radikalisch polymerisierbaren Ester mit einer Vinylgruppe, die an die funktionelle Gruppe gebunden ist, wobei der Ester selbst ein weiches lineares Polymer ergibt (z. B. ein Acrylester), (B) Einheiten von mindestens einer neutralen polymerisierbaren aromatischen Monovinylverbindung, die selbst ein hartes Polymer ergibt (z. B. Styrol) und (C) Einheiten von mindestens einer neutralen polymerisierbaren aliphatischen Monovinylverbindung, die durch eine Cyanogruppe substituiert ist und die selbst ein hartes Polymer ergibt (z. B. Acrylnitril). Polymere dieser Art in Emulsionsform sind im Handel erhältlich. Diese Polymere besitzen im allgemeinen ein Molekulargewicht der Größenordnung von einer Million.
Die zuletzt genannten filmbildenden Polymere werden deshalb bevorzugt verwendet, weil sie in Emulsionsform eine gute Toleranz gegenüber dem Zusatz von Alkoholen und den anderen Komponenten der Zusammensetzung besitzen. Die verwendeten Feststoffgehalte der Aerosolzusammensetzung von 8 bis 25 Gew.-% haben sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wobei Feststoffgehalte von ungefähr 15 Gew.-% bevorzugt sind.
Der Träger für das filmbildende Polymer besteht aus Wasser und einem wasserlöslichen niedrigen aliphatischen einwertigen Alkohol. Beide diese Bestandteile sind wesentlich. Das Wasser liefert die Suspensionsphase für das Polymer, während der niedrige aliphatische Alkohol ein Lösungsmittel für das Treibmittel darstellt, so daß ein gutes Mischen des Treibmittels und der filmbildenden Zusammensetzung erfolgen kann.
Die erfindungsgemäß verwendeten niedrigen aliphatischen einwertigen Alkohole besitzen die Formel R-OH, worin R für eine unsubstituierte gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele für geeignete einwertige Alkohole sind Methanol, Äthanol, n-Propanol, Isopropanol und n-Butanol.
Zusätzlich zu den drei wesentlichen Komponenten, nämlich dem filmbildenden Polymer, Wasser und dem niedrigen aliphatischen einwertigen Alkohol, können verschiedene Bestandteile in kleineren Mengen anwesend sein, um der Zusammensetzung nützliche Eigenschaften zu verleihen.
Eine solche fakultative Komponente ist ein Pigment für die Pigmentierung des beim Spritzen der Zusammensetzung auf eine Substratoberfläche gebildeten Films. Das Pigment kann irgendein zweckmäßiges Pigment für die Herstellung von pigmentierten Filmen sein. Wenn ein Pigment verwendet wird, dann können bis zu ungefähr 15 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 15 Gew.-%, Pigment, bezogen auf die Zusammensetzung, verwendet werden.
Wenn ein solches Pigment anwesend ist, dann sollte die verwendete Polymermenge im allgemeinen in der Nähe des unteren Endes des oben angegebenen Bereichs liegen. Wenn ein solches Pigment weggelassen wird und wenn ein klarer Film gewünscht wird, dann sollte die Polymermenge in der Nähe des oberen Endes dieses Bereichs liegen.
Die Anwesenheit des Pigments erfordert üblicherweise auch die Anwesenheit eines zusätzlichen oberflächenaktiven Mittels, um eine Suspendierung des Pigments in dem flüssigen Träger sicherzustellen. Wie bereits festgestellt, ist etwas oberflächenaktives Mittel im filmbildenden Polymer anwesend, jedoch ist die betreffende Menge im allgemeinen unzureichend, um eine geeignete Suspendierung eines zugesetzten Pigments zu ermöglichen.
Die anwesende Gesamtmenge an oberflächenaktivem Mittel in der Zusammensetzung sollte ausreichen, Feststoffe in Suspension zu halten und reicht üblicherweise bis zu 3 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung.
In die Zusammensetzung kann auch ein Verlaufslösungsmittel eingearbeitet werden, um das Verlaufen der diskreten Polymerteilchen in einen gleichförmigen und kontinuierlichen Belag auf der Substratoberfläche zu unterstützen. Das Verlaufslösungsmittel kann irgendein Lösungsmittel sein, das in Wasser löslich ist, und das auch noch langsam verdampft. Geeignete Lösungsmittel sind niedere Monoalkyläther von Äthylen- oder Propylenglykol, wie z. B. Propylenglycolmethyläther. Wenn ein Verlaufslösungsmittel anwesend ist, so wird es üblicherweise in Mengen bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, verwendet.
Zur Stabilisierung des Gesamt-pH-Werts im Bereich von 7,2 bis 10 kann ein pH-Stabilisator anwesend sein. Die Stabilisierung des pH-Werts im angegebenen Bereich ermöglicht die Unterdrückung der Korrosion der üblichen Aerosolmetallbehälter, in welche die Zusammensetzung üblicherweise eingefüllt wird. Geeignete pH-Stabilisatoren sind Morpholin und Ammoniak. Dieser Bestandteil kann in einer Menge bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, anwesend sein.
Es kann auch ein Antischäummittel einverleibt werden, um die Oberflächenspannung der Zusammensetzung zu verändern und um eine leichte Aufgabe der gelösten Gase nach dem Spritzen der Zusammensetzung auf die Substratoberfläche zu gestatten und um einem Detergenzeffekt von in der Zusammensetzung vorhandenen oberflächenaktiven Mittel entgegen zu wirken. Ein nicht-ionisches Gemisch aus Mineralöl und Kieselsäurederivaten hat sich als Antischäummittel als brauchbar erwiesen.
Wenn ein Antischäummittel anwesend ist, dann können Mengen bis zu 2 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, verwendet werden.
Ein weiterer Bestandteil, der zugegeben werden kann, ist ein Weichmacher, um die Flexibilität zu fördern. Es kann jeder aus einer großen Reihe von Weichmachern verwendet werden, wie z. B. Dioctylphthalat. Der Weichmacher kann in einer Menge bis zu 2 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, anwesend sein.
Die gemäß der Erfindung geschaffene Aerosolzusammensetzung ist nicht entzündlich, wenn sie in einem Standardentzündungstest für Aerosole getestet wird. Beispielsweise bläst der Spray eine Kerze aus.
Die Zusammensetzung ist nicht-giftig, da die einzigen in größeren Mengen anwesenden organischen Lösungsmittel niedrige aliphatische einwertige Alkohole und Treibmittel sind. Beispielsweise besitzt Isopropanol einen TLV-Wert von 400 ppm, Äthanol einen TLV-Wert von 1000 ppm und Butan und Propan TLV-Werte von 500 ppm.
Wenn die erfindungsgemäße Zusammensetzung auf eine Substratoberfläche aufgespritzt wird, tritt kein Schäumen ein. Der erhaltene pigmentierte oder unpigmentierte kontinuierliche Film trocknet rasch, üblicherweise in ungefähr 15 bis 30 min, und zeigt eine vollständige Beständigkeit über Wasser in einer annehmbaren Zeit, üblicherweise in ungefähr 3-5 st. Es können Filme mit einem hohen Glanz und einer vorzüglichen Dauerhaftigkeit erhalten werden, welche ihre hohe Flexibilität und ihren hohen Glanz beibehalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Ein Aerosolansatz, geeignet für die Herstellung eines pigmentierten Films, wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt und in eine Aerosoldose eingeschlossen: °=c:190&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;ta:15:18&udf54;&udf53;tw,4&udf54;&udf53;tz5&udf54; &udf53;sg8&udf54;\Bestandteil\ Gew.-%&udf53;tz2,9&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Treibmittel\ Æ25,00&udf53;tz&udf54; \Styrol-Acrylnitril-Acrylat-Emulsion&udf50;mit einem Gehalt von ungef¿hr&udf50;58% Wasser und 5% oberfl¿chen-&udf50;aktivem Mittel\ Æ23,10&udf53;tz&udf54; \Wasser\ Æ16,24&udf53;tz&udf54; \Isopropanol (98%)\ Æ24,19&udf53;tz&udf54; \schwarzes Pigment\ ¸4,45&udf53;tz&udf54; \oberfl¿chenaktives Mittel\ ¸0,54&udf53;tz&udf54; \»thylenglycolbutyl¿ther\ ¸4,92&udf53;tz&udf54; \Egalisierungsmittel auf Siliconharzbasis\ ¸0,10&udf53;tz&udf54; \Antisch¿ummittel\ ¸0,26&udf53;tz&udf54; \5% AmmoniaklÐsung\ ¸0,22&udf53;tz&udf54; \Dibutylphthalat\ °=UÆÆ0,98°=u&udf53;tz&udf54; \\ 100,00&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;
Diese Zusammensetzung wurde auf eine Substratoberfläche aufgespritzt. Es bildete sich rasch ein verlaufender, schwarz pigmentierter Film, der nach ungefähr 20 Minuten so weit getrocknet war, daß er berührt werden konnte. Der Film zeigte einen hohen Glanz und war nach 3 st wasserbeständig und hatte nach drei Tagen eine gute Beständigkeit gegenüber starken organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Benzin und Alkohole. Der pigmentierte Film war gegenüber einer einjährigen Bewitterung beständig.

Beispiel 2

Ein Aerosolansatz, der sich für die Herstellung eines klaren Films eignete, wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt und in eine Aerosoldose eingeschlossen: °=c:180&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;ta:15:18&udf54;&udf53;tw,4&udf54;&udf53;tz5&udf54; &udf53;sg8&udf54;\Bestandteil\ Gew.-%&udf53;tz2,9&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Treibmittel\ Æ25,00&udf53;tz&udf54; \Acrylat-Emulsion*)\ Æ24,90&udf53;tz&udf54; \Wasser\ Æ18,00&udf53;tz&udf54; \Isopropanol (98%)\ Æ25,00&udf53;tz&udf54; \Oberfl¿chenaktives Mittel*)\ ¸0,50&udf53;tz&udf54; \»thylenglycolbutyl¿ther\ ¸5,00&udf53;tz&udf54; \Egalisierungsmittel*)\ ¸0,15&udf53;tz&udf54; \Antisch¿ummittel*)\ ¸0,30&udf53;tz&udf54; \5%ige AmmoniaklÐsung\ ¸0,15&udf53;tz&udf54; \Dioctylphthalat\ °=U¸1,00°=u&udf53;tz&udf54; \\ 100,00&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sg8&udf54;¸*)@1Diese Bestandteile sind die gleichen wie die entsprechenden°eaus Beispiel 1.&udf53;zl10&udf54;@0&udf53;sg9&udf54;
Zusammenfassend läßt sich also sagen, daß die vorliegende Erfindung eine Aerosolzusammensetzung auf Wasserbasis schafft, mit welcher auf Substratoberflächen hochbeständige pigmentierte und unpigmentierte Filme mit hohem Glanz hergestellt werden können.

Claims

1. Unter Druck stehende Aerosolanstrichzusammensetzung zur Herstellung eines kontinuierlichen, lufttrocknenden Films auf einer Substratoberfläche, welche ein filmbildendes, wasserunlösliches Acrylpolymer in Teilchenform, ein Treibmittel, Wasser als Träger und ein oberflächenaktives Mittel zur Suspendierung der Acrylpolymerteilchen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die 10 bis 30 Gew.-% eines verflüssigten Treibmittels, 8 bis 25 Gew.-% des filmbildenden Acrylpolymers in Teilchenform, 10 bis 45 Gew.-% Wasser und zusätzlich 15 bis 35 Gew.-% mindestens eines aliphatischen einwertigen Alkohols der Formel R-OH, worin R eine unsubstituierte, gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, enthält und einen pH von 7,2 bis 10 aufweist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 5 Gew.-% eines Verlaufslösungsmittels, bis zu 1 Gew.-% eines pH-Stabilisators, bis zu 2 Gew.-% eines Antischäummittels und bis zu 2 Gew.-% eines Weichmachers enthält.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 15 Gew.-% eines Pigments enthält.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel in einer Menge bis zu 3 Gew.-% vorliegt.

5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Acrylpolymer ein wasserunlösliches Mischpolymer ist aus (A) Einheiten von mindestens einem neutralen, radikalisch polymerisierbaren Ester mit einer Vinylgruppe, die an die funktionelle Gruppe gebunden ist, wobei der Ester selbst ein weiches lineares Polymer ergibt, (B) Einheiten von mindestens einer neutralen polymerisierbaren aromatischen Monovinylverbindung, die selbst ein hartes Polymer ergibt, und (C) Einheiten von mindestens einer neutralen polymerisierbaren aliphatischen Monovinylverbindung, die durch eine Cyanogruppe substituiert ist und die selbst ein hartes Polymer ergibt.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserunlösliche Mischpolymer besteht aus (A) einem Acrylester, (B) Styrol und (C) Acrylnitril.