DE60207623T2

DE60207623T2 - Verfahren zur Verbesserung der Viskositätsstabilität durch Zugabe einer wässrigen Färbungszusammensetzung

Info

Publication number: DE60207623T2
Application number: DE60207623T
Authority: DE
Inventors: Jerome Michael Penllyn Harris; Henry Jude Havertown Eichman; Homayoun Lansdale Jamasbi
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2022-02-16
Also published as: EP1236777A1; DE60207623D1; JP2002265877A; MXPA02002052A; AU1564302A; EP1236777B1; AU784590B2; CN1244647C; CN1373165A; BR0200540A; CA2373574A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine wässerige Färbezusammensetzung, enthaltend ein Pigment und ein ausgewähltes Dispergierharz. Die wässerige Färbezusammensetzung ist zum Färben eines wässerigen Grundanstriches zur Herstellung einer wässerigen Beschichtungszusammensetzung nützlich. Es wird ebenso ein Verfahren zur Verbesserung der Viskositätsstabilität einer wässerigen Beschichtungszusammensetzung durch die Zugabe der wässerigen Färbezusammensetzung bereitgestellt.
Ein klassisches Problem bei Anstrichfarben ist eine Verringerung der Anstrichfarbenviskosität, insbesondere eine Verringerung der mittleren Scherviskosität (Krebs-Stormer-Viskosität), wenn Farbstoffe, die hohe Niveaus an oberflächenaktivem Mittel enthalten, zugegeben werden. Dies ist besonders problematisch, wenn die Anstrichfarbe auf einen dunklen Ton gefärbt wird, da ein hohes Niveau an oberflächenaktivem Mittel im allgemeinen den Farbstoff begleitet. Neben den oberflächenaktiven Mitteln enthalten die Farbstoffe ebenso andere Materialien mit niedrigem Molekulargewicht, wie Dispergiermittel. Die Zugabe von Farbstoffen stellt daher eine Quelle von Materialien mit niedrigem Molekulargewicht für den Farbuntergrund bereit. Die Eigenschaften von Beschichtungen, die aus Anstrichfarben hergestellt werden, können nachteilig durch die Gegenwart von Materialien mit niedrigem Molekulargewicht beeinflußt werden, beispielsweise können die Filme wasserempfindlich werden.
Viele Anstrichfarben werden mit Assoziationsverdickungsmitteln formuliert. Assoziationsverdickungsmittel sind wasserlösliche oder wasserquellbare Polymere, die chemisch angelagerte hydrophobe Gruppen aufweisen. Die Assoziationsverdickungsmittel dienen dazu, die Systeme zu verdicken, zu denen sie durch die nichtspezifischen Assoziationen zugegeben werden, wie Adsorption auf Oberflächen und Aggregation in Lösung, ähnlich der Mizellenbildung, zwischen den hydrophoben Gruppen auf den Verdickungsmittelmolekülen und den Einheiten auf den anderen Komponenten in dem System, ähnlich der nicht-spezifischen Assoziationen von konventionellen oberflächenaktiven Mitteln. Anstrichfarben, die mit Assoziationsverdickungsmitteln formuliert werden, sind besonders empfindlich für das Problem der Verringerung der Viskosität bei der Zugabe von Farbstoffen, die hohe Niveaus an oberflächenaktivem Mittel enthalten.
WO 00/22050 offenbart ein universelles Färbekonzentrat, das eine organische Säure mit nicht mehr als 70 Kohlenstoffatomen enthält. Die offenbarte Färbezusammensetzung ist für Anstrichfarben auf Wasserbasis geeignet. Die Zugabe dieses Färbekonzentrats fügt die organische Säure mit nicht mehr als 70 Kohlenstoffatomen zu der Anstrichfarbe hinzu. Diese organische Säure ist ein Material mit niedrigem Molekulargewicht und kann die Filmeigenschaften nachteilig beeinflussen.
Die Farbstoffe werden zu den Anstrichfarben in Einheiten von Millilitern an Farbstoff pro Liter Anstrichfarbe (hierin nachstehend als „ml/Liter" bezeichnet) oder Unzen an Farbstoff pro Gallone Anstrichfarbe (hierin nachstehend als „oz/gal" bezeichnet) zugegeben. Helle Farbanstriche (Pastell) enthalten typischerweise nicht mehr als 31,2 ml/Liter (4 oz/gal Farbstoff). Anstriche mit mittlerem Farbton enthalten typischerweise mehr als 31,2 ml/Liter (4 oz/gal Farbstoff) bis 62,5 ml/Liter (8 oz/gal) Farbstoff. Anstrichfarben mit dunklem Farbton enthalten typischerweise mindestens 62,5 ml/Liter (8 oz/gal) Farbstoff.
Im allgemeinen ist es möglich, einen hellen Farbanstrich bei einer ausreichend hohen mittleren Scherviskosität zu formulieren, daß die Farbstoffe, die dazugegeben werden, die Viskosität nicht auf ein inakzeptables Niveau absenken. Es ist festgestellt worden, daß in einigen Fällen die Kombinationen von Assoziationsverdickungsmitteln weniger empfindlich gegen die Farbstoffzugabe sind als die einzelnen Verdickungsmittel allein. Jedoch ist keine dieser Lösungen vollständig zufriedenstellend, da sie entweder eine langwierige Reformulierung erfordern, Kosten verursachen oder beides, insbesondere bei Anstrichen mit dunklem Farbton.
Viele konventionelle Färbemaschinen setzen zwölf unterschiedliche Farbstoffe ein, um die große Palette an Farben, die typischerweise für die meisten Lackierstraßen angeboten werden, zu mischen. Daher würde es stark wünschenswert sein, die Viskositätsstabilität einer wässerigen Formulierung basierend auf dem Typ und dem Niveau der Farbstoffkomponente, die zugegeben werden soll, gezielt zuzuschneiden, insbesondere ohne die Einführung von Materialien mit niedrigem Molekulargewicht, die die Filmeigenschaften wesentlich beeinflussen können. Die Zusammensetzungen und die Verfahren der vorliegenden Erfindung stellen eine solche Lösung bereit.
Der erste Aspekt dieser Erfindung stellt ein Verfahen zur Verbesserung der Viskositätsstabilität einer wässerigen Beschichtungszusammensetzung durch die Zugabe einer wässerigen Färbezusammensetzung bereit, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines wässerigen Grundanstriches, enthaltend mindestens ein Polymerbindemittel und mindestens einen Viskositätsveränderer, und Zugeben zu dem wässerigen Grundanstrich der wässerigen Färbezusammensetzung, enthaltend mindestens ein Pigment und mindestens ein ausgewähltes Dispergierharz mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht im Bereich von 5.000 bis 100.000, einem Hansch-Parameter im Bereich von 3,2 bis 6 und einer Säurezahl im Bereich von 65 bis 150.
Der zweite Aspekt dieser Erfindung stellt eine wässerige Färbezusammensetzung bereit, die von 2 bis 70 Gew.-% mindestens eines Pigments und von 0,1 bis 40 Gew.-% mindestens eines ausgewählten Dispergierharzes mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 5.000 bis 100.000, einem Hansch-Parameter im Bereich von 2,1 bis 6 und einer Säurezahl im Bereich von 65 bis 150, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung, enthält.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „(Meth)acrylat" entweder auf Acrylat oder Methacrylat und der Ausdruck „(Meth)acryl" bezieht sich entweder auf Acryl oder Methacryl.
Wie hierin verwendet, ist die Pigment-Volumen-Konzentration (hierin als „PVC" bezeichnet) ein Maß, wie „Bindemittel-reich" eine Formulierung ist. Sie wird hierin durch die folgende Formel berechnet:
Wie hierin verwendet, ist der Volumen-Feststoff-Gehalt (hierin „VS") das Schüttvolumen an Pigement(en) plus das Schüttvolumen an Streckmittel(n) plus das Schüttvolumen an Bindemittel(n). Er wird hierin durch die folgende Formel berechnet:
Wenn Additive vorliegen, wird ihr Volumen bei der Bestimmung des Gesamtschüttvolumens nicht einbezogen.
Wie hierin verwendet, soll „KU" Krebs-Einheit bedeuten und ist ein Maß der mittleren Scherviskosität, wie durch ein Krebs-Stormer-Viskosimeter gemessen.
Wie hierin verwendet, soll die „Viskositätsstabilität" die Fähigkeit einer Zusammensetzung bedeuten, der Veränderung der Viskosität, wie durch KU gemessen, bei der Zugabe von oberflächenaktivem Mittel oder einer Zusammensetzung, die oberflächenaktives Mittel enthält, standzuhalten. Ein bevorzugter Viskositätsstabilisator für Latexanstrichfarben muß KU-Viskositätsveränderungen von weniger als etwa 10 Einheiten bei der Zugabe von bis zu 93,7 ml/Liter (12 oz/gal) Farbstoff bereitstellen. Ein stärker bevorzugter Viskositätsstabilisator für Latexanstrichfarben muß KU-Viskositätsveränderungen von weniger als etwa 5 Einheiten bei der Zugabe von bis zu 93,7 ml/Liter (12 oz/gal) Farbstoff bereitstellen.
Wie hierin verwendet, wird eine „flüchtige organische Verbindung" (VOC) hierin als eine Kohlenstoff-enthaltende Verbindung definiert, die einen Siedepunkt unter 280°C bei Atmosphärendruck aufweist, wobei die Verbindungen wie Wasser und Ammoniak von VOCs ausgeschlossen sind. Eine flüchtige organische Verbindung (VOC) kann zu einer wässerigen Beschichtungszusammensetzung zugegeben werden, um die Filmeigenschaften zu verbessern oder um die Auftragungseigenschaften der wässerigen Beschichtungszusammensetzung zu unterschützen. Beispiele von solchen Verbindungen umfassen Lösungsmittel und Koaleszenzmittel, wie Glykolether, organische Ester, aromatische Verbindungen, Ethylen- und Propylenglykol und aliphatische Kohlenwasserstoffe.
Die erfindungsgemäße wässerige Färbezusammensetzung enthält mindestens ein Pigment und mindestens ein ausgewähltes Dispergierharz. Das Pigment wird in dem wässerigen Medium der Färbezusammensetzung dispergiert.
Das Pigment ist irgendein organisches oder anorganisches Trockenpulver, das einer anderen Substanz oder einem Gemisch Farbe verleiht. Beispiele von geeigneten Pigmenten umfassen Titandioxidweiß, Ruß, Lampenschwarz, schwarzes Eisenoxid, rotes Eisenoxid, gelbes Eisenoxid, braunes Eisenoxid (eine Mischung aus rotem und gelbem Oxid mit schwarz), Phthalocyaningrün, Phthalocyaninblau, organisches rotes Pigment (wie Naphtholrot, Chinacridonrot und Toluidinrot), Chinacridonmagenta, Chinacridonviolett, DNA-Orange, organisches gelbes Pigment (wie Hansa-Gelb) und Kombinationen davon. Ein anderer Typ von Pigment ist ein „Metalleffektmittel", das den fertigen Trockenzusammensetzungen metallischen Glanz und damit verbundene Eigenschaften verleiht. Ein Beispiel eines geeigneten Metalleffektmittels umfaßt Glimmer mit einer Titandioxidbeschichtung. Die wässerige Färbezusammensetzung kann 2 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 3 bis 65 Gew.-% und stärker bevorzugt mindestens 4 bis 63 Gew.-% von mindestens einem Pigment, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung, enthalten. Das Niveau an Pigment in der wässerigen Färbezusammensetzung hängt von dem Pigmenttyp ab.
Die wässerige Färbezusammensetzung enthält ebenso ein ausgewähltes Dispergierharz, um das Pigment in dem wässerigen Medium zu dispergieren. Das ausgewählte Dispergierharz ist ein Additionspolymer mit Säuregruppen. Das ausgewählte Dispergierharz kann durch Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren hergestellt werden. Geeignete Monomere, um das ausgewählte Dispergierharz herzustellen, umfassen Carbonsäuremonomere, wie (Meth)acrylsäure, Itaconsäure, Fumarsäure und Maleinsäure; und Comonomere, einschließlich Styrol, Butadien, α-Methylstyrol, Vinyltoluol, Vinylnaphthalin, Ethylen, Propylen, Vinylacetat, Vinylver satat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, (Meth)acrylamid, verschiedene C₁-C₄₀-Alkylester von (Meth)acrylsäure; beispielsweise Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, n-Octyl(meth)acrylat, n-Decyl(meth)acrylat, n-Dodecyl(meth)acrylat, Tetradecyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Oleyl(meth)acrylat, Palmityl(meth)acrylat und Stearyl(meth)acrylat; andere (Meth)acrylate, wie Isobornyl(meth)acrylat, Benzyl(meth)acrylat, Phenyl(meth)acrylat, 2-Bromethyl(meth)acrylat, 2-Phenylethyl(meth)acrylat und 1-Naphthyl(meth)acrylat, Alkoxyalkyl(meth)acrylat, wie Ethoxyethyl(meth)acrylat, Mono-, Di-, Trialkylester von ethylenisch ungesättigten Di- und Tricarbonsäuren und -anhydriden, wie Ethylmaleat, Dimethylfumarat, Trimethylaconitat und Ethylmethylitaconat. Bevorzugte Carbonsäuremonomere umfassen (Meth)acrylsäure. Bevorzugte Comonomere sind Butyl(meth)acrylat, Styrol und Methylmethacrylat. Die wässerige Färbezusammensetzung kann 0,1 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,5 bis 35 Gew.-% und stärker bevorzugt mindestens 0,75 bis 30 Gew.-% von mindestens einem ausgewählten Dispergierharz, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung, enthalten. Das Niveau des Dispergierharzes in der wässerigen Färbezusammensetzung hängt vom Typ des Pigments und dem Niveau des Pigments ab.
Das ausgewählte Dispergierharz ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Hydrophobie aufweist, die durch einen Hansch-Parameter im Bereich von 2,1 bis 6, vorzugsweise im Bereich von 2,2 bis 4 und stärker bevorzugt im Bereich von 2,3 bis 3,5 definiert ist. Der Hansch-Parameter für ein Polymer wird unter Verwendung eines Gruppenbeitragsverfahrens berechnet. Den Monomereinheiten, die ein Polymer bilden, wird ein Hydrophobiebeitrag zugeschrieben und die relativen Hydrophobien des Polymers werden berechnet, bezogen auf das durchschnittliche Gewicht der Monomere in dem Polymer. Hansch und Fujita, J. Amer. Chem. Soc., 86, 1616–1626 (1964); H. Kubinyi, Methods and Principles of Medicinal Chemistry, Band 1, R. Mannhold et al., Eds., VCH, Weinheim (1993); C. Hansch und A. Leo, Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology, Wiley, New York (1979); und C. Hansch, P. Maloney, T. Fujita, und R. Muir, Nature, 194. 178–180 (1962).

Die Werte der Hydrophobiebeträge für mehrere Monomere werden in Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1

Monomer	Hydrophobiebeitrag
Ethylacrylat	2,11
Butylacrylat	3,19
2-Ethylhexylacrylat	5,22
Styrol	4,29
Methylmethacrylat	1,89
Ethylmethacrylat	2,43
Butylmethacrylat	3,51
Isobornylmethacrylat	2,22
Butadien	4,0
Acrylsäure	–2,52
Methacrylsäure	–2,2
Maleinsäureanhydrid	–3,5

Die Säurezahl ist die Zahl von Milligramm KOH, die erforderlich ist, um die Säure, die in einem Gramm eines Materials enthalten ist, zu neutralisieren. Das ausgewählte Dispergierharz kann eine Säurezahl im Bereich von 65 bis 150, vorzugsweise im Bereich von 85 bis 115 und stärker bevorzugt im Bereich von 90 bis 110 aufweisen.
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des ausgewählten Dispergierharzes liegt im Bereich von 5.000 bis 100.000, vorzugsweise im Bereich von 10.000 bis 50.000 und stärker bevorzugt im Bereich von 15.000 bis 30.000. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht wird durch Methylierung der Säuregruppen des Dispergierharzes bestimmt, gefolgt von der Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel.
Die Polymerisationstechniken, die verwendet werden können, um das ausgewählte Dispergierharz herzustellen, sind in der Technik allgemein bekannt. Das ausgewähl te Dispergierharz kann durch Emulsionspolymerisation und Halbmassepolymerisation hergestellt werden. Die Polymerisation kann ein Redox- oder Wärmeinitiationsverfahren sein, das konventionelle Radikalinitiatoren einsetzt, wie beispielsweise Ammonium- und Natriumpersulfate, Wasserstoffperoxid, Benzoylperoxid oder t-Butylperoctoat bei Niveaus von typischerweise 0,05 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Monomers. Die Redoxsysteme unter Verwendung derselben Initiatoren, die mit geeigneten Reduktionsmitteln, wie beispielsweise Isoascorbinsäure, Natriumbisulfit oder Natriumsulfoxylatformaldehyd verknüpft sind, können bei ähnlichen Niveaus verwendet werden. Oberflächenaktive Mittel können in das Polymerisationsverfahren einbezogen werden. Geeignete oberflächenaktive Mittel umfassen nicht-ionische und ionische oberflächenaktive Mittel. Kettenübertragungsmittel, wie Mercaptan, Polymercaptan und Polyhalogenverbindungen in dem Polymerisationsgemisch können verwendet werden, um das Molekulargewicht des ausgewählten Dispergierharzes zu mäßigen. Beispiele von Kettenübertragungsmitteln, die verwendet werden können, umfassen langkettige Alkylmercaptane, wie t-Dodecylmercaptane, Alkohole, wie Isopropanol, Isobutanol, Laurylalkohol oder t-Octylalkokhol, Kohlenstofftetrachlorid, Tetrachlorethylen, Trichlorbromethan. Im allgemeinen können 0,1 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Monomers in dem ausgewählten Dispergierharz, verwendet werden. Alternativ können geeignete Molekulargewichte durch Erhöhen des Initiatorniveaus oder durch Kombination von erhöhtem Initiatorniveau und einem Kettenübertragungsmittel erhalten werden. Das Polymerisationsverfahren kann ein diskontinuierliches, halbkontinuierliches oder kontinuierliches Verfahren sein.
Das ausgewählte Dispergierharz kann als ein Feststoff oder neutralisiert in wässeriger Lösung bereitgestellt werden. Geeignete Basen, um das ausgewählte Dispergierharz zu neutralisieren, umfassen Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Triethanolamin und Diethanolamin. Ammoniumhydroxid ist bevorzugt.
Die wässerige Färbezusammensetzung enthält mindestens 15 Gew.-% Wasser. Wassermischbare Co-Lösungsmittel, wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Glykolether, Isopropanol können einbezogen werden. Vorzugsweise enthält die wässerige Färbezusammensetzung ein Gesamtniveau von flüchtigen organischen Verbindungen im Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 6 Gew.-% und stärker bevorzugt 0 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung. Der pH der wässerigen Färbezusammensetzung kann im Bereich von 7 bis 10 liegen. Die Viskosität der wässerigen Färbezusammensetzung liegt vorzugsweise im Bereich von 100 bis 10.000 cP, wie durch ein Brookfield-Viskosimeter (Brookfield Engineering Co.) gemessen, um die leichte Handhabung und die Zugabe der wässerigen Färbezusammensetzung zu einem wässerigen Grundanstrich zu ermöglichen.
Die wässerige Färbezusammensetzung kann gegebenenfalls andere Bestandteile enthalten, einschließlich Biozide; Dispergiermittel mit niedrigem Molekulargewicht; Streckmittel, wie Talk und Calciumcarbonat; Feuchthaltemittel, wie Hydroxyethylcellulose und Polysaccharide; Verdickungsmittel und oberflächenaktive Mittel. Vorzugsweise beeinflussen der Typ und das Niveau des oberflächenaktiven Mittels die Verdickungswirksamkeit von Assoziationsverdickungsmitteln in einer materiellen Weise.
In einer Ausführungsform ist die wässerige Färbezusammensetzung im wesentlichen frei von oberflächenaktivem Mittel und enthält 0 bis 5 Gew.-%, 0 bis 3 Gew.-% und stärker bevorzugt 0 bis 2 Gew.-% oberflächenaktives Mittel, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung.
In einer Ausführungsform ist die wässerige Färbezusammensetzung im wesentlichen frei von Dispergiermittel mit niedrigem Molekulargewicht und enthält 0 bis 3 Gew.-%, 0 bis 1,5 Gew.-% und stärker bevorzugt 0 bis 1 Gew.-% Dispergiermittel, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung.
In einer anderen Ausführungsform ist die wässerige Färbezusammensetzung im wesentlichen frei von Dispergiermittel mit niedrigem Molekulargewicht und im wesentlichen frei von oberflächenaktivem Mittel.
Die wässerige Färbezusammensetzung kann ebenso eine makromolekulare organische Verbindung mit einer hydrophoben Kavität enthalten. Diese makromolekularen Verbindungen können mit dem oberflächenaktiven Mittel komplexieren, um die Viskositäts-verringernde Wirkung des oberflächenaktiven Mittels auf die wässerige Beschichtungszusammensetzung zu verringern. Geeignete makromolekulare organische Verbindungen mit einer hydrophoben Kavität umfassen Cyclodextrin, Cyclodextrinderivate, Cycloinulohexose, Cycloinuloheptose, Cycloinulocotose, Calyxaren und Cavitand. Cyclodextrin umfaßt α-Cyclodextrin, β-Cyclodextrin und γ-Cyclodextrin. Cyclodextrinderivate beziehen sich auf α-Cyclodextrine, β-Cyclodextrine und γ-Cyclodextrine, bei denen mindestens eine Hydroxylgruppe, die am Rand des Cyclodextrinrings lokalisiert ist, mit einer Substituentengruppe, wie Methyl-, Acetyl-, Hydroxypropyl- und Hydroxyethylgruppen, funktionalisiert worden ist. Cyclodextrinderivate umfassen ebenso Cyclodextrinmoleküle mit mehreren Substituentengruppen, einschließlich Cyclodextrinmoleküle mit mehr als einem Typ der Substituentengruppe. Cyclodextrinderivate umfassen keine Polymere mit mehr als einem angelagerten Cyclodextrinring. Bevorzugte Cyclodextrinderivate sind Methyl-β-cyclodextrin und Hydroxypropyl-β-cyclodextrin. Methyl-β-cyclodextrin ist das am stärksten bevorzugte Cyclodextrinderivat.
Die cyclischen Oligosaccharide mit einer hydrophoben Kavität, wie Cycloinulohexose, Cycloinuloheptose, die in der Zusammensetzung und dem Verfahren der Erfindung nützlich sind, werden von Takai et al., Journal of Organic Chemistry, 1994, Band 59, Nummer 11, Seiten 2967–2975 beschrieben.
Die Calyxarene, die in der wässerigen Färbezusammensetzung und dem Verfahren der Erfindung nützlich sind, werden in US-A-4,699,966, WO 89/08092; JP-A-88/197544 und JP-A-89/007837 beschrieben.
Die Cavitanden, die in der wässerigen Färbezusammensetzung und dem Verfahren der Erfindung nützlich sind, werden in der italienischen Anmeldung 22522 A/89 und Moran et al., Journal of the American Chemical Society, Band 184, 1982, Seiten 5826–5828 beschrieben.
Die nicht-cyclischen Polysaccharide, die in der wässerigen Färbezusammensetzung und dem Verfahren der Erfindung nützlich sind, werden in der PCT-Anmeldung WO 98/24821 beschrieben. Geeignete nicht-cyclische Polysaccharide umfassen sowohl nicht-modifizierte Polysaccharide als auch modifizierte Polysaccharide, die teilweise oder vollständig an den Hydroxylgruppen derivatisiert sind.
Das Niveau der makromolekularen organischen Verbindung mit einer hydrophoben Kavität in der wässerigen Färbezusammensetzung kann im Bereich von 0 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 4 Gew.-% und stärker bevorzugt 2 bis 3 Gew.-% liegen, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung.
Die wässerige Färbezusammensetzung kann durch Bereitstellen des ausgewählten Dispergierharzes in neutralisierter Form in Wasser hergestellt werden. Base kann zu dem Wasser vor, während oder nach der Zugabe des Dispergierharzes zugegeben werden. Dann wird das Pigment in Wasser, das das neutralisierte ausgewählte Dispergierharz enthält, dispergiert. Hochschermischen kann eingesetzt werden, um das Pigment zu dispergieren. Der pH der wässerigen Färbezusammensetzung liegt typischerweise in dem Bereich von 7 bis 10.
Die erfindungsgemäße wässerige Färbezusammensetzung kann zu einem wässerigen Grundanstrich zugegeben werden, um eine wässerige Beschichtungszusammensetzung herzustellen. Die wässerige Färbezusammensetzung wird zugegeben, um die Farbe des wässerigen Grundanstriches zu verändern, oder um die Farbe oder das Aussehen einer Beschichtung, die aus der wässerigen Beschichtungszusammensetzung hergestellt wird, zu modifizieren. Der wässerige Grundanstrich enthält Polymerbindemittel und Viskositätsveränderer. Der wässerige Grundanstrich kann ein neutraler Grundanstrich sein, der zur Herstellung von Beschichtungen mit dunklen Tönungen nützlich ist. Der neutrale Grundanstrich enthält kein Titandioxid oder andere Materialien, die Trübung bereitstellen. Der wässerige Grundanstrich kann ebenso ein weißer Grundanstrich sein, der zum Herstellen von opaken Beschichtungen nützlich ist. Der weiße Grundanstrich enthält Titandioxid. Das Titandioxid ist in dem weißen Grundanstrich als Teilchen enthalten. Die Titandioxidteilchen weisen typischerweise einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 80 nm bis 250 nm auf und können eine Beschichtung aus Siliciumdioxid oder eine Beschichtung aus Aluminiumoxid aufweisen. Geeignete Formen von Titandioxid umfassen Rutiltitandioxid und Anatastitandioxid. Der weiße Grundanstrich kann Titandioxid bei einem Niveau von 58 g/Liter bis 2034 g/Liter (10 lbs/100 gal bis 350 lbs/100 gal) des wässerigen Grundanstriches enthalten.
Der wässerige Grundanstrich enthält ebenso ein Polymerbindemittel. Das Polymerbindemittel wird als Polymerteilchen in dem wässerigen Medium des wässerigen Grundanstriches dispergiert und kann durchschnittliche Teilchendurchmesser im Bereich von 20 nm bis 1000 nm aufweisen. Geeignete Polymerbindemittel umfassen Acryl(co)polymere, Vinylacetatpolymere, Vinyl/Acrylcopolymere, Styrol/Acrylcopolymere, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyepoxide, Polyvinylchloride, Ethylen/Vinylacetatcopolymere, Styrol/Butadiencopolymere, Polyesterpolymer, Polyether und dergleichen, und Gemische davon. Das Polymerbindemittel kann als eine wässerige Dispersion bereitgestellt werden, wie ein Emulsionspolymer. Das Polymerbindemittel kann ausgewählt werden, um eine Beschichtung bereitzustellen, die aus der wässerigen Beschichtungszusammensetzung hergestellt wird, mit den Eigenschaften, wie Haftung an ein Substrat, Glanz, Abriebbeständigkeit und Barriereeigenschaften, wie Feuchtigkeitsbeständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit. Das Niveau an Bindemittel in dem wässerigen Grundanstrich kann im Bereich von 145 g/Liter bis 2034 g/Liter (25 trocken lbs/100 gal bis 350 trocken lbs/100 gal) des wässerigen Grundanstriches liegen.
Der wässerige Grundanstrich enthält ebenso mindestens einen Viskositätsveränderer, um den wässerigen Grundanstrich zu verdicken und um die Rehologie zu modifizieren, um die Auftragung auf Substrate ohne übermäßiges Spritzen oder Tropfen der wässerigen Beschichtungszusammensetzung oder Ablaufen des nassen Farbfilms zu ermöglichen. Typischerweise wird mehr als ein Viskositätsveränderer zu einer Anstrichfarbe zugegeben, um einen wässerigen Anstrich mit der gewünschten Rheologie zu erhalten. Geeignete Rheologiemodifikatoren umfassen nichthydrophob modifizierte Viskositätsveränderer, wie Hydroxyethylcellulose (HEC), alkalilösliche Emulsionen (ASE) und Polyvinylalkohol; und hydrophob modifizierte Viskositätsveränderer, ebenso als Assoziationsverdickungsmittel bezeichnet, wie hydrophob modifizierte Ethylenoxidurethanblockcopolymere (hierin als „HEUR" bezeichnet), hydrophob modifizierte alkalilösliche Polymere, einschließlich hydrophob modifizierte alkalilösliche Emulsionen (hierin als „HASE" bezeichnet), hydrophob modifi zierte Celullosederivate, einschließlich hydrophob modifizierte Hydroxyethylcellulose (hierin als „HMHEC" bezeichnet), hydrophob modifiziertes Poly(acrylamid); und Gemische davon. Der Viskositätsveränderer kann bei einem Niveau von 5,8 g/Liter bis 116 g/Liter (1 lb/100 gal bis 20 lb/100 gal) des wässerigen Grundanstriches liegen. Ein bevorzugter wässeriger Grundanstrich enthält mindestens ein Assoziationsverdickungsmittel, das in dem wässerigen Grundanstrich bei einem Niveau von mindestens 0,05 Gew.-% Feststoffe, bezogen auf das Gewicht des wässerigen Grundanstriches, vorliegen kann.
In einer Ausführungsform ist der wässerige Grundanstrich eine Zusammensetzung mit wenig VOC, enthaltend 0 bis weniger als 6 Gew.-% VOC, vorzugsweise 0 bis weniger als 3 Gew.-% VOC und stärker bevorzugt 0 bis weniger als 2% VOC, bezogen auf das Gesamtgewicht des wässerigen Grundanstriches. Eine wässerige Beschichtungszusammensetzung, enthaltend 0 bis weniger als 6 Gew.-% VOC, vorzugsweise 0 bis weniger als 3 Gew.-% VOC und stärker bevorzugt 0 bis weniger als 2 Gew.-% VOC, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässerigen Beschichtungszusammensetzung, kann aus einem wässerigen Grundanstrich mit einer Zusammensetzung mit wenig VOC hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt den Schritt des Zugebens der erfindungsgemäßen wässerigen Färbezusammensetzung zu einem wässerigen Grundanstrich, um eine wässerige Beschichtungszusammensetzung bereitzustellen. Dieser Schritt wird leicht durch die Zugabe der wässerigen Färbezusammensetzung unter Mischen erreicht.
Die wässerige Färbezusammensetzung und das Verfahren dieser Erfindung sind nützlich zur Verbesserung der Viskositätsstabilität einer wässerigen Beschichtungszusammensetzung, insbesondere durch die Zugabe der wässerigen Färbezusammensetzung zu einem wässerigen Grundanstrich, der mindestens ein Assoziationsverdickungsmittel enthält. Die Zusammensetzung und das Verfahren der Erfindung sind durch den Typ des Pigments, das zu der wässerigen Beschichtungszusammensetzung zugegeben wird, nicht beschränkt.
Es wird erwartet, daß die Wasserbeständigkeitseigenschaften, einschließlich Blasenbeständigkeit, Naßhaftung und Scheuerbeständigkeit der Zusammensetzungen, die unter Verwendung der wässerigen Färbezusammensetzung und des Verfahrens der Erfindung hergestellt wurden, aufgrund der Verwendung von geringeren Mengen an Materialien mit niedrigem Molekulargewicht, wie oberflächenaktiven Mitteln und Dispergiermitteln, die in bezug auf konventionelle Formulierungstechniken verwendet werden können, verbessert werden. Außerdem können die wässerigen Beschichtungszusammensetzungen, die unter Verwendung der wässerigen Färbezusammensetzungen und des Verfahrens der Erfindung hergestellt wurden, vorhersehbarer zu wässerigen Färbezusammensetzungen umgesetzt werden, was die Farbanpassung leichter macht und die Verwendung von Software zur Farbanpassung erleichtert. Ebenso wird erwartet, daß die Viskositätsschwankung in der wässerigen Beschichtungszusammensetzung verringert wird. Außerdem wird erwartet, daß die Gefrier-Tau-Stabilität der wässerigen Beschichtungszusammensetzung, das Dispensieren der wässerigen Färbezusammensetzung (keine Klumpen) und die Ablaufbeständigkeitseigenschaften der nassen Filme, hergestellt aus den wässerigen Beschichtungszusammensetzungen unter Verwendung der wässerigen Färbezusammensetzungen und des Verfahrens der Erfindung, verbessert werden.
Die wässerige Beschichtungszusammensetzung kann frei von organischem Lösungsmittel sein, oder kann ein koaleszierendes Lösungsmittel enthalten. Die wässerige Beschichtungszusammensetzung kann typische Beschichtungsadditive, wie Füllstoffe, Antischaummittel, Vernetzungsmittel, Katalysatoren, oberflächenaktive Mittel, Stabilisatoren, Antiflockungsmittel, Koaleszenzmittel, Wachse, Antioxidationsmittel und geeignete Lösungsmittel, wie wassermischbare Lösungsmittel enthalten.
Die erfindungsgemäße wässerige Beschichtungszusammensetzung kann durch in der Technik allgemein bekannte Verfahren, wie luftunterstütztes Spray, Airless-Spray, Mehrfachkomponentenspray, Bürste, Rollenquetscher, Walzenstreichmaschine, Lackgießmaschine und dergleichen, aufgetragen werden. Substrate, auf die die wässerige Beschichtungszusammensetzung aufgetragen werden kann, umfassen beispielsweise Holz, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Zeder, Kiefer, Teak, Eiche, Ahorn und Walnuß; bearbeitetes Holz, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Faserplatte mit mittlerer Dichte, Spanplatte, Laminate; Mineralsubstrate, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Mauerwerk, Beton, Stuck, Faser, Mörtel, Zement, Zementasbest, Pflaster, Gipskartonplatte, glasierte und nichtglasierte Keramik; Metall, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, verzinktes Eisen, verzinkter Stahl, kaltgewalzter Stahl, Aluminium, Schweißstahl, Gesenkstahl und Edelstahl; zuvor gestrichene oder grundierte Oberflächen (frisch, gealtert oder verwittert), einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Acrylbeschichtungen, Vinylacrylbeschichtungen, Styrolacrylbeschichtungen, pulverbeschichtete Oberflächen, Lösungsmittelacrylbeschichtungen, Alkydharzbeschichtungen, Lösungsmittelurethanbeschichtungen und Epoxybeschichtungen; synthetische Substrate, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyethylen und Polypropylen; Asphalt; Cellulosesubstrate, wie Papier, Pappe, Tapetenpapier und Leichtbauplatte; Glas; und Leder. Die wässerige Beschichtungszusammensetzung kann beispielsweise als eine Holzbeschichtung, Aufrechterhaltungsbeschichtung, Innen- oder Außenwandbeschichtung, Metallgrundierung oder -beschichtung, Kunststoffbeschichtung, Straßenfarbe, Lederbeschichtung, Bandstahlbeschichtung, Landwirtschaftsbeschichtung verwendet werden. Beschichtungen, die aus der wässerigen Beschichtungszusammensetzung hergestellt werden, können flache Beschichtungen, Satinbeschichtungen, halbglänzende Beschichtungen, Glanzbeschichtungen, Grundierungen, texturierte Beschichtungen und dergleichen sein.
Die wässerige Färbezusammensetzung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sind besonders nützlich in Systemen, die verzögerte Produktdifferenzierung einsetzen, einschließlich Färben und Mischen der Produktkomponenten am Herstellungsort, Verkaufsort oder Verwendungsort, wie die, die in den vorläufigen US-Anmeldungen Serien-Nr. 60/183,655, eingereicht am 18. Februar 2000, 60/183,656, eingereicht am 18. Februar 2000, und 60/247,639, eingereicht am 10. November 2000, offenbart werden.
Alle Bereiche, die hierin verwendet werden, sind inklusive und kombinierbar. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich in den folgenden Beispielen beschrieben.
Die Krebs-Stormer-Viskosität wurde unter Verwendung des ASTM-Verfahrens D562 gemessen.
Beispiel 1 – Herstellung von wässerigen Färbezusammensetzungen
Wässerige Färbezusammensetzungen wurden hergestellt, enthaltend das ausgewählte Dispergierharz. Die ausgewählten Dispergierharze waren styrolisierte Acrylcopolymere mit den Eigenschaften, die in Tabelle 1.1 aufgelistet sind.
Tabelle 1.1 – ausgewählte Dispergierharze
Das ausgewählte Dispergierharz in Tabelle 1.1 wurde als wässerige Lösungen bereitgestellt.
Grüne Färbezusammensetzungen wurden hergestellt, enthaltend die Materialien, die in Tabelle 1.2 aufgelistet sind. Die grüne wässerige Färbezusammensetzung, Beispiel G1, wurde unter Verwendung des ausgewählten Dispergierharzes, Beispiel 1.1, hergestellt.
Tabelle 1.2 – Herstellung von grünen Färbezusammensetzungen
Grüne wässerige Färbezusammensetzungen, Beispiel G2 und Beispiel G3, wurden mit Dispergierharzen, Beispiel 1.2 bzw. Beispiel 1.3, die das ausgewählte Dispergierharz, Beispiel 1.1 in dem Beispiel G1, ersetzen, hergestellt.
Gelbe Färbezusammensetzungen wurden hergestellt, enthaltend die Materialien, die in Tabelle 1.3 aufgelistet sind. Die gelbe wässerige Färbezusammensetzung, Beispiel Y1, wurde unter Verwendung des ausgewählten Dispergierharzes, Beispiel 1.1, hergestellt.
Tabelle 1.3 – Herstellung von gelben Färbezusammensetzungen
Gelbe wässerige Färbezusammensetzungen, Beispiel Y2 und Beispiel Y3, wurden mit Dispergierharzen, Beispiel 1.2 bzw. Beispiel 1.3, die das ausgewählte Dispergierharz, Beispiel 1.1 in Beispiel Y1 ersetzen, hergestellt.
Beispiel 2 – Herstellung des wässerigen Grundanstriches
Ein wässeriger Grundanstrich wurde zunächst durch Herstellen einer Titandioxid-Mahlmasse durch Vereinigen der Materialien in der Reihenfolge, die in Tabelle 2.1 aufgelistet ist, hergestellt. Tabelle 2.1 – Titandioxid-Mahlmasse
Kathon, Rhoplex und Acrysol sind Marken von Rohm and Haas Company
Foamaster ist eine Marke von Cognis Corp.
Triton ist eine Marke der Union Carbide Co.
Ti-Pure ist eine Marke von E. I. DuPont de Nemours and Co.
Dann wurde ein wässeriger Grundanstrich durch Verreinigen des Titandioxids, das mit den in Tabelle 2.2 aufgelisteten Materialien zermahlen wurde, hergestellt. Tabelle 2.2 – wässerige Grundanstrichformulierung
Ropaque ist eine Marke von Rohm and Haas Company.
Texanol ist eine Marke von Eastman Chemical Co.
Der wässerige Grundanstrich wies eine PVC von 3,3% und eine VS von 33,8% auf.
Beispiel 3 – Herstellung der wässerigen Beschichtungszusammensetzungen
Die wässerigen Beschichtungszusammensetzungen wurden durch Mischen der wässerigen Färbezusammensetzungen in den wässerigen Grundanstrich bei einem Niveau von 93,7 ml/Liter (12 oz/gal) hergestellt. Die Krebs-Stormer-Viskosität der wässerigen Beschichtungszusammensetzungen wurde vor und 24 Stunden nach der Zugabe der wässerigen Färbezusammensetzungen gemessen.
Tabelle 3.1 – Viskositätsverringerung für die wässerige Beschichtungszusammensetzung, enthaltend die wässerige Färbezusammensetzung
Die Ergebnisse in Tabelle 3.1 zeigen, daß die Zugabe der erfindungsgemäßen wässerigen Färbezusammensetzungen, die die ausgewählten Dispergierharze enthielten, die Viskositätsstabilität der wässerigen Beschichtungszusammensetzungen verbesserte. Insbesondere wiesen die wässerigen Beschichtungszusammensetzungen, die die erfindungsgemäßen grünen wässerigen Färbezusammensetzungen enthielten, Beispiele 3.1 bis 3.3, Viskositätsverringerungen von 13 KU oder weniger auf. Im Vergleich dazu wies die Vergleichsbeschichtungszusammensetzung, Vergleich 3.A, die mit einem oberflächenaktiven Mittel, das die Färbezusammensetzung enthielt, gefärbt wurde, eine Viskositätsverringerung von 21,4 KU auf. Für die wässerigen Beschichtungszusammensetzungen, die die erfindungsgemäßen gelben wässerigen Färbezusammensetzungen enthielten, Beispiele 3.4 bis 3.6, betrugen die Viskositätsverringerungen 17 KU oder weniger. Die Vergleichsbeschichtungszusammensetzung, Vergleich 3.B, wies eine Viskositätsverringerung von 50,7 KU auf.
Die Ergebnisse zeigen, daß die wässerige Färbezusammensetzung, enthaltend die ausgewählten Dispergierharze, und das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen wässerigen Beschichtungszusammensetzungen die wässerige Beschichtungszusammensetzung mit verbesserter Viskositätsstabilität bereitstellen.

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Viskositätsstabilität einer wässerigen Beschichtungszusammensetzung nach Zugabe einer wässerigen Färbezusammensetzung, umfassend die Schritte: a) des Bereitstellens eines wässerigen Grundanstrichs, umfassend i) mindestens ein Polymerbindemittel, iii) mindestens ein Viskositätsveränderer, und b) des Zugebens der wässerigen Färbezusammensetzung, umfassend i) mindestens ein Pigment und ii) mindestens ein ausgewähltes Dispergierharz mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht in dem Bereich von 5.000 bis 100.000, einem Hansch-Parameter in dem Bereich von 2,1 bis 6 und einer Säurezahl in dem Bereich von 65 bis 150, zu dem wässerigen Grundanstrich.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ausgewählte Dispergierharz ein gewichtsmittleres Molekulargewicht in dem Bereich von 15.000 bis 40.000 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ausgewählte Dispergierharz durch Emulsionspolymerisation hergestellt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Viskositätsveränderer ein Assoziationsverdickungsmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die wässerige Färbezusam mensetzung weiter mindestens eine makromolekulare Verbindung mit einer hydrophoben Kavität umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die wässerige Färbezusammensetzung von 0 bis 5 Gew.-% eines grenzflächenaktiven Mittels umfasst.
Wässerige Färbezusammensetzung, umfassend: a) von 2 bis 70 Gew.-% mindestens eines Pigments und b) von 0,1 bis 40 Gew.-% mindestens eines ausgewählten Dispergierharzes mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht in dem Bereich von 5.000 bis 100.000, einem Hansch-Parameter in dem Bereich von 2,1 bis 6 und einer Säurezahl in dem Bereich von 65 bis 150, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung.
Wässerige Färbezusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das ausgewählte Dispergierharz ein gewichtsmittleres Molekulargewicht in dem Bereich von 15.000 bis 40.000 aufweist.
Wässerige Färbezusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das ausgewählte Dispergierharz durch Emulsionspolymerisation hergestellt worden ist.
Wässerige Färbezusammensetzung nach Anspruch 7, 8 oder 9, umfassend einen Gesamtanteil an leicht-flüchtigen organischen Verbindungen in dem Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der wässerigen Färbezusammensetzung.