DE3903704C2 - Wäßrige Beschichtungszusammensetzungen auf der Basis von Polyurethan-Dispersionen und deren Verwendung zum Beschichten von Substraten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft neue, wäßrige Beschichtungszusammen­ setzungen auf der Basis von Polyurethan-Dispersionen sowie deren Verwendung zum Beschichten von Substraten.

Die Häufigkeit allergischer Erkrankungen und krankhafter Hauterscheinungen ist in letzter Zeit deutlich angestiegen. Ein großer Teil davon sind Kontaktallergien, Hautreizungen und Hautschäden, wie z. B. der Hände, die durch den Kontakt mit Schadstoffen verursacht werden. Häufig sind z. B. Perso­ nen davon betroffen, die im Arbeitsprozeß mit Substanzen wie technischen Konservierungsmitteln oder Emulgatoren aus Bohr- und Schneidölkonzentraten oder Dispersionsfarben, mit Holz­ schutzmitteln, Pestiziden, Fungiziden etc. Kontakt bekom­ men. Zur Zeit werden zwei Methoden angewandt, um die haupt­ sächlich betroffenen Körperteile zu schützen.

Zum einen werden Hautschutzsalben, -gele, -pasten oder -cremes benutzt, die bei überwiegendem Kontakt mit wäßrigen Lösungen z. B. hauptsächlich Vaseline, Wachse etc. enthalten, bei überwiegendem Kontakt mit organischen Lösungsmitteln hauptsächlich wasserlösliche Stoffe wie z. B. Gelatine etc. Die Wirksamkeit solcher Mittel ist allerdings begrenzt, da sie einerseits in relativ kurzer Zeit abgewaschen bzw. abge­ rieben werden, andererseits das Vordringen der Schadstoffe an die Haut nicht zuverlässig verhindern können.

Handelt es sich bei den zu schützenden Körperteilen um die Hände, so benutzt man zum anderen vorgefertigte Handschuhe aus Polymeren wie z. B. Gummi, Latex, Polyethylen, Polyvi­ nylchlorid etc. Diese Handschuhe halten zumeist Schadstoffe von der Haut fern, sie vermindern jedoch wegen ihrer tech­ nisch bedingten Schichtdicke den Tastsinn und beeinträchti­ gen so die sensitive Motorik des Anwenders. Bei ungenügender Paßform können sie außerdem verrutschen, so daß eine ausrei­ chend sichere Griffigkeit nicht immer gegeben ist.

Ein weiterer Nachteil dieser Polymer-Handschuhe ist ferner die weitgehende Undurchlässigkeit für Wasserdampf. Mangel­ hafte Wasserdampfdurchlässigkeit führt aber schnell zu Schweißansammlungen zwischen der Haut und dem Handschuh. Schon kurze Zeit nach Anlegen der Handschuhe sind daher die Hände wegen des ständigen Wasserverlustes der Haut naß, die Haut ist gequollen und somit für Schadstoffe anfälliger, der Tastsinn ist eingeschränkt. Ferner können auf diese Weise nur die Hände geschützt werden, andere Körperteile jedoch nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein System zur Verfü­ gung zu stellen, das bei guter Hautverträglichkeit, hoher Wasserdampfdurchlässigkeit, großer Abriebfestigkeit und hervorragender Paßform jeden beliebigen Körperteil gegen auftreffende Schadstoffe wirksam schützt. Ferner sollen nicht nur Körperteile, sondern auch andere Materialien, wie z. B. Holz, Leder, textile Gewebe, etc. wirksam gegen Nässe oder Schadstoffe geschützt werden können. Außerdem soll das System leicht anzuwenden und einfach zu entfernen sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Bereitstellen von neuen, wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen auf der Basis von Polyurethan-Dispersionen gelöst, welche auf die zu schützenden Körperteile aufgetragen werden und dort nach dem Trocknen festhaftende, schützende Filme bilden.

Aus der DE-OS-21 44 878 sind zwar Beschichtungszusammensetzun­ gen für Leder und Textilmaterialien auf der Basis von Poly­ urethan-Dispersionen bekannt, diese enthalten aber neben aufgeschlossenem Casein noch beträchtliche Mengen des hoch­ toxischen und cancerogenen Formaldehyds, so daß diese Be­ schichtungszusammensetzungen zur Lösung der gestellten Aufgabe völlig ungeeignet sind.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß Mischungen, die zu 70 bis 99 Gew.-% aus einer wäßrigen, nichtreaktiven, phy­ sikalisch trocknenden Polyurethan-Dispersion und zu 1 bis 30 Gew.-% aus einem Casein/ε-Caprolactam-Copolymer bestehen, nach dem Aufbringen auf die Haut und nach dem Trocknen auf dieser fest haftende Filme bilden, die die gewünschten An­ forderungen erfüllen.

Die erfindungsgemäßen Mischungen sind Beschichtungszusammen­ setzungen, die nicht nur zum Beschichten von Körperteilen wie z. B. Händen, Füßen, Armen und Beinen geeignet sind, sondern von Substraten aller Art, wie z. B. Leder, Holz, textile Gewebe etc. Die nach bekannten Techniken aufgetra­ genen erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen bilden auf dem Substrat hochelastische, weitgehend reißfeste und wasserdampfdurchlässige Filme, welche frei von organi­ schen Lösungsmitteln sind. Die Trocknung der Filme verläuft ausschließlich auf physikalischem Wege, so daß Reaktionen zwischen dem Substrat und dem Film ausgeschlossen sind. Die Filme besitzen ferner eine hohe Abriebfestigkeit, sind weitgehend gegen organische Lösungsmittel und vollständig gegen wäßrige Lösungen resistent.

Bei Bedarf kann ein durch ungenügende Verteilung entstan­ denes Loch durch weiteren Auftrag der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung geschlossen werden. Weiterhin können z. B. zur Kontrolle der Vollständigkeit der an sich transparenten Filmbildung den erfindungsgemäßen Beschich­ tungszusammensetzungen Farbstoffe und/oder opaleszierende Stoffe wie z. B. Perlglanz zugesetzt werden, ohne daß dadurch die Eigenschaften der Filme beeinträchtigt werden.

Werden z. B. Körperteile mit den erfindungsgemäßen Beschich­ tungszusammensetzungen behandelt, so bilden sich die Filme bei einer Temperatur von ca. 20°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60% schon nach 4 bis 5 Minuten aus.

Bei Verwendung eines Warmluftgebläses, wie z. B. eines Föns, kann die Trocknungszeit entsprechend verringert werden. Die hierbei auftretenden Temperaturen beeinträchtigen die Eigenschaften der Filme nicht.

Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammen­ setzung auf die gewünschten Körperteile kann z. B. durch Eintauchen derselben in die Beschichtungszusammensetzung erfolgen oder auch z. B. durch Auftragen der Beschichtungszu­ sammensetzung analog einer Hautcreme. Wird die Beschich­ tungszusammensetzung wie eine Hautcreme appliziert, so kann diese dazu z. B. einer Dose, einer Tube oder einem Seifen­ cremespender analogen Gefäß entnommen werden.

Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammen­ setzung hergestellten Filme bilden dann z. B. auf den Händen eng anliegende "Handschuhe", welche Schadstoffe zuverlässig fernhalten. Wegen der geringen Schichtdicke dieser Filme ist der Tastsinn nur unwesentlich beeinträchtigt, so daß ohne weiteres dünne Gegenstände wie z. B. Stecknadeln etc. erta­ stet und aufgenommen werden können.

Aufgrund der hohen Wasserdampfdurchlässigkeit der mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung gebildeten Filme kann sich zwischen Haut und Film keine Feuchtigkeit ausbilden. Deshalb und wegen der hohen Atmungsaktivität können diese Filme ohne weiteres mehrere Stunden auf der Haut verbleiben. Sie halten aufgrund der schon genannten chemischen und physikalischen Eigenschaften die auf die Haut auftreffenden Schadstoffe zuverlässig ab und eignen sich daher hervorragend als Hautschutz im Arbeitsbereich, vor allem dort, wo ein hohes Tastempfinden bei Kontakt mit Schadstoffen gefordert wird, wie z. B. bei Friseuren oder bei Beschäftigten in der metallverarbeitenden Industrie, die z. B. Hautkontakt mit Bohr- und Schneidölen haben, etc.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschich­ tungszusammensetzungen bestehen zu 93 bis 98 Gew.-% aus einer wäßrigen, nichtreaktiven, physikalisch trocknenden Polyurethan-Dispersion und zu 2 bis 7 Gew.-% aus einem Case­ in/ε-Caprolactam-Copolymer.

Die Viskosität der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammen­ setzungen wird zum einen durch die eingesetzte wäßrige Poly­ urethan-Dispersion bestimmt und zum anderen durch das Case­ in/ε-Caprolactam-Copolymer. Es können z. B. wäßrige Polyure­ than-Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 50 Gew.-% eingesetzt werden, bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen enthalten wäßrige Polyurethan-Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von 34 bis 39 Gew.-%. Es können z. B. auch Polyurethan-Dis­ persionen verwendet werden, die bei 25°C eine Viskosität von 50 bis 500 mPa·s besitzen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen enthalten wäßrige Poly­ urethan-Dispersionen, deren pH-Wert zwischen 7.5 und 8.5 liegt.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen können z. B. elastische Polyurethane enthalten, vernetzte z. B. 100%ig vernetzte isocyanatfreie, oder Polyurethane, die keine freien Monomeren enthalten.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen können z. B. Polyurethane enthalten, die auf Polyester-Basis und/- oder auf Polyether-Basis beruhen. Bevorzugte Ausführungs­ formen enthalten Polyurethane auf der Basis aliphatischer Polyester und/oder aliphatischer Polyether. Ferner können die Polyurethane aminverlängert sein.

Bei den in den erfindungsgemäßen Beschichtungszusammenset­ zungen enthaltenen Polyurethanen kann es sich z. B. um solche handeln, die aus der Reaktion von 2 Molen Diisocyanat mit 1 Mol Polyol und 1 Mol Diamin entstanden sind.

Die hierfür verwendeten Polyole können ein mittleres Mole­ kulargewicht besitzen, das im Bereich zwischen 500 und 3000 liegt, und sie können Ester- und/oder Etherbindungen auf­ weisen, wie z. B. Polycaprolactone. So bilden z. B. Polyole mit Ester und/oder Etherbindungen und einem mittleren Molekulargewicht um 500 harte, zähe Filme, solche um 3000 dagegen weiche, gummiartige. Beispiele für geeignete, käuflich erwerbbare Polycaprolactone wären etwa die folgen­ den Produkte der Firma UNION CARBIDE: "NIAX PCP 0200" mit einem mittleren Molekulargewicht von 530, "NIAX PCP 0230" mit 1250 oder "NIAX PCP 0240" mit 2000.

Als Diisocyanat kann z. B. das 3,5,5-Trimethyl-1-isocyanato- 3-isocyanatomethyl-cyclohexan (Isophorondiisocynat) einge­ setzt werden, als Diamin z. B. das 5-Amino-1,3,3-trimethyl­ cyclohexanmethanamin (Isophorondiamin).

Eine geeignete, käuflich erwerbbare, wäßrige Polyurethan- Dispersionen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschich­ tungszusammensetzungen wäre z. B. das Produkt "NeoRez R 970" der Firma POLYVINYL CHEMIE, welche einen Feststoffgehalt von 39 Gew.-% besitzt, bei 25°C eine Viskosität von 50-250 mPa.s zeigt, einen pH-Wert zwischen 7.5 bis 8.5 aufweist, und deren Polyurethan ein Polyurethan auf der Basis aliphaischer Polyether ist.

Überraschend wurde nun gefunden, daß durch die Einführung eines Casein/ε-Caprolactam-Copolymers in die oben näher be­ schriebenen Polyurethan-Dipersionen die Viskosität dieser Systeme erhöht wird und diese Systeme teilthixotrop gehalten werden. Ferner wird die Wasserdampfdurchlässigkeit der mit diesen Systemen gebildeten Filme gesteigert.

Für die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen können z. B. Caseine mit mesh-Werten von 30 bis 60 eingesetzt werden. Bevorzugte Ausführungsformen enthalten Caseine mit einem mesh-Wert von 30.

Das für die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung verwendete Casein/ε-Caprolactam-Copolymer kann z. B. ein Casein/ε-Caprolactam-Coplymer sein, welches zu 60 bis 70 Gew.-% aus Casein und zu 30 bis 40 Gew.-% aus ε-Caprolactam besteht. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung enthalten ein Casein/ε-Capro­ lactam-Copolymer, welches zu 65 bis 66 Gew.-% aus Casein und zu 34 bis 35 Gew.-% aus ε-Caprolactam besteht.

Um die Haltbarkeit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusam­ mensetzungen zu erhöhen, können dem Casein/ε-Caprolactam-Co­ polymer Konservierungsmittel wie z. B. Chloracetamid zuge­ setzt werden, ohne daß dadurch die chemischen und physikali­ schen Eigenschaften der Filme beeinträchtigt werden.

Um die Bildung von Blasen in den erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen zu verhindern und um mög­ lichst gleichmäßig ausgebildete Filme zu erhalten können der Beschichtungszusammensetzung 0.1 bis 1.0 Gew.-% eines nichtionischen Entschäumers zugesetzt werden, ohne daß dadurch die chemischen Eigenschaften der gebildeten Filme beeinträchtigt werden. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen enthalten 0.5 Gew.-% eines nichtionischen Entschäumers. Die einge­ setzten Entschäumer können z. B. auf der Basis paraffinischer Mineralöle beruhen, welchen hydrophobe Komponenten und Siliconpolymere zugesetzt sind. Ein käuflich erwerbbarer Entschäumer mit dieser Zusammensetzung wäre z. B. der "Byk- Entschäumer 035" der Firma BYK-CHEMIE.

Durch beliebige Kombinationen von Komponenten mit verschie­ denen Eigenschaften kann die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung hinsichtlich Viskosität, Thixotropie, Toxizität, Farbe, Haltbarkeit etc. und hin­ sichtlich der Elastizität, Wasserdampfdurchlässigkeit etc. der gebildeten Filme den jeweiligen Anforderungen des speziellen Anwendungsfalles angepaßt werden.

Beispiel Herstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungszusammen­ setzung, bestehend aus Polyurethan und Casein/ε-Caprolactam-Copolymer

Zur Herstellung des copolymeren Caseins wird Weichwasser auf 60°C erhitzt. Diesem werden 14% ε-Caprolactam und 2.6% Triethanolamin zugesetzt, anschließend wird das Casein (24%) eingerührt. Bei dem Casein handelt es sich um ein neuseelän­ disches Säurecasein mit einem mesh-Wert von 30. Nach 20 Minuten bei 73°C ist die Reaktion beendet. Zur besseren Haltbarmachung der Beschichtungszusammensetzung werden 0.4% Chloracetamid als Konservierungsmittels zugegeben.

Die wäßrige Polyurethan-Dispersion "NeoRez R 970" der Firma POLYVINYL CHEMIE (aminverlängertes Polyurethan auf der Basis aliphatischer Polyether, Feststoffgehalt 39%, Viskosität bei 25°C 50-250 mPa·s, pH-Wert 7.5-8.5) wird vorgelegt und die gewünschte Viskosität und Wasserdampfdurchlässigkeit mit dem copolymeren Casein (3-5%) eingestellt.

Polymerfilme mit einer durchschnittlichen Dicke von 50 µm, hergestellt aus Beschichtungszusammensetzungen gemäß dem Beispiel, zeigen z. B. eine durchschnittliche Wasserdampf­ durchlässigkeit von 2.7 mg/cm² h. Zum Vergleich dazu: Einmal­ handschuhe "Manyl" der Firma B. BRAUN, Melsungen, Best.-Nr.: 609015/0, mit einer durchschnittlichen Schichtdicke von 18 µm weisen eine Wasserdampfdurchlässigkeit von nur 0.3 mg/cm² h auf.

Claims (9)

1. Wäßrige Beschichtungszusammensetzung auf der Basis von Polyurethan-Dispersionen, gekennzeichnet durch

• a) 70 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 93 bis 98 Gew.-%, einer wäß­ rigen, nichtreaktiven, physikalisch trocknenden Polyur­ ethan-Dispersion und
• b) 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 7 Gew.-%, eines Casein/ ε-Caprolactam-Copolymer.

2. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Polyurethan-Dispersion um eine Polyurethan-Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 34 bis 39 Gew.-%, handelt.

3. Beschichtungszusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Casein/ε-Caprolactam-Copolymer um ein Casein/ε- Caprolactam-Copolymer handelt, welches zu 60 bis 70 Gew.-%, bevorzugt zu 65 bis 66 Gew.-%, aus Casein und zu 30 bis 40 Gew.-%, bevorzugt zu 34 bis 35 Gew.-%, aus ε-Caprolactam besteht.

4. Beschichtungszusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Casein/ε-Caprolactam-Copolymer um ein Casein/ε-Ca­ prolactam-Copolymer handelt, welches mittels eines Konser­ vierungsmittels fungistatisch gestellt ist.

5. Beschichtungszusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere Farbstoffe und/oder einen oder mehrere opaleszierende Stoffe enthält.

6. Verfahren zum Aufbringen von Schutzfilmen auf Substrate nach bekannten Techniken, dadurch gekennzeichnet, daß hierfür Beschichtungszusammensetzungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß textile Gewebe oder menschliche Körperteile oder Holz oder Leder mit einem Schutzfilm versehen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Schutzfilm zu versehenden Körperteile einmal oder mehrmals in die Beschichtungszusammensetzung getaucht werden oder die Beschichtungszusammensetzung einmal oder mehrmals wie eine Hautcreme auf die mit dem Schutzfilm zu versehenden Körperteile aufgetragen wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungszusammen­ setzung mittels eines Warmluftgebläses oder eines Heizstrah­ lers getrocknet wird.