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DE69623699T2 - Wässrige Beschichtungszusammensetzung mit niedrigem Gehalt an fluchtigen organischen Verbindungen - Google Patents

Wässrige Beschichtungszusammensetzung mit niedrigem Gehalt an fluchtigen organischen Verbindungen

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DE69623699T2
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Germany
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coating composition
polymer binder
polyvinyl alcohol
latex
film
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Richard Foster Merritt
Asare Nkansah
Stewart Orlyn Williams
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Rohm and Haas Co
Original Assignee
Rohm and Haas Co
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Beschichtungszusammensetzung mit niedrigem Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Wässrige Beschichtungszusammensetzungen mit geringem VOC-Gehalt sind aufgrund von Bedenken gegen den Geruch, die Toxizität sowie den umweltschädlichen Gesichtspunkten flüchtiger organischer Verbindungen wünschenswert. Wässrige Beschichtungszusammensetzungen nach dieser Erfindung sind in Anwendungen verwendbar, bei denen Härte- und Beständigkeitseigenschaften gefragt sind, wie z. B. bei Farben, Beizen, Lacken, Klebstoffen und Kitten.
  • Wässrige Beschichtungszusammensetzungen enthalten polymere Bindemittel, die hart genug sein müssen, um physikalischen oder chemischen Kräften zu widerstehen, die jedoch zu gleicher Zeit weich genug sein müssen, um einen kontinuierlichen Film zu bilden. Die Filmdauerhaftigkeit, Wasserbeständigkeit und chemische Beständigkeit werden von harten Polymerbindemitteln mit Glasübergangstemperaturen (Tg) oberhalb von Raumtemperatur zur Verfügung gestellt. Jedoch muss ein Polymerbindemittel um filmbildend zu sein eine minimale Filmbildungstemperatur (MFFT) bei oder unterhalb von Umgebungstemperatur haben, um die Fusion der Polymerteilchen zu einem kontinuierlichen Film zu ermöglichen.
  • Das US Patent 5,270,380 offenbart zwei Mittel zur Bereitstellung von harten Polymerfilmen aus Beschichtungszusammensetzungen mit einer MFFT unterhalb von Umgebungstemperatur. Ein Verfahren beinhaltet den Zusatz eines Koalesziermittels zu der Beschichtungszusammensetzung. Flüchtige organische Verbindungen, z. B. Koalesziermittel, erniedrigen zeitweise die MFFT eines Polymerbindemittels, und ermöglichen der Beschichtungszusammensetzung bei einer Temperatur unterhalb der Polymer-Tg einen kontinuierlichen Film zu bilden. Nach dem Abdampfen der flüchtigen organischen Verbindung zeigt der resultierende Film die Eigenschaften, die mit der Polymer-Tg verbunden sind, die oberhalb der Umgebungstemperatur liegt. Ein zweites offenbartes Mittel zum Erhalt eines harten Polymerfilms aus einer Beschichtungszusammensetzung mit niedriger MFFT beinhaltet die Verwendung eines polymeren Bindemittels mit niedriger Tg, welches vernetzbare funktionelle Gruppen wie Acetoacetat aufweist. Das Polymerbindemittel bildet einen kontinuierlichen Film, der eine Tg unterhalb der Umgebungstemperatur aufweist, während die funktionellen Gruppen während der Filmbildung Quervernetzungen bilden, um Filmeigenschaften zu erzeugen, die ähnlich sind wie diejenigen von Polymeren mit höherer Tg.
  • Das Problem bei Beschichtungszusammensetzungen, die entweder Koalesziermittel oder vernetzbare Polymere enthalten, ist 1. dass Koalesziermittel unerwünschte flüchtige organische Verbindungen sind, die wegen des Geruchs, der Toxizität oder Umweltschädigungen abgelehnt werden; sowie 2. dass vernetzende Polymerzusammensetzungen bei der Ausbildung der letztendlichen Filmeigenschaften langsam sind und Filme mit schlechteren Härteeigenschaften erzeugen.
  • Wir haben herausgefunden, dass Polyvinylalkohol, der an ein Latexpolymerbindemittel geknüpft ist, Filme mit exzellenten Härte- und Beständigkeitseigenschaften aus Beschichtungszusammensetzungen erzeugt, die Bindemittel mit Tg's bei oder unterhalb von Umgebungstemperatur aufweisen. Diese Erfindung ermöglicht die Formulierung einer verwendbaren Beschichtungszusammensetzung mit einem geringen oder gar keinem Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine wässrige filmbildende Beschichtungszusammensetzung zur Verfügung gestellt, welche mindestens ein Latex- Polymerbindemittel umfasst, das mit Polyvinylalkohol kovalent gepfropft ist; wobei das Latex-Polymerbindemittel eine Glasübergangstemperatur (Tg) im Bereich von -20ºC bis +25ºC aufweist und eine erste umsetzbare Gruppe aufweist, und der Polyvinylalkohol eine zweite umsetzbare Gruppe aufweist, die zu der ersten umsetzbaren Gruppe des Latex- Polymerbindemittels komplementär ist; wobei die Beschichtungszusammensetzung weniger als 2% flüchtige organische Verbindungen, basierend auf dem Trockengewicht des Polymerbindemittels aufweist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung erhöhter Härte- und Beständigkeitseigenschaften eines Films, der aus einer wässrigen Beschichtungszusammensetzung mit weniger als 2% flüchtigen organischen Verbindungen, basierend auf dem Trockengewicht des Polymerbindemittels, gebildet ist zur Verfügung gestellt, umfassend:
  • a) Mischen mindestens eines Latex-Polymerbindemittels mit Polyvinylalkohol; wobei das Latex-Polymerbindemittel eine Glasübergangstemperatur (Tg) im Bereich von -20ºC bis +25ºC und eine erste umsetzbare Gruppe aufweist, und der Polyvinylalkohol eine zweite umsetzbare Gruppe aufweist, die mit der ersten umsetzbaren Gruppe in dem Latex-Polymerbindemittel komplementär ist;
  • b) Auftragen der Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat; und
  • c) Trocknen der Beschichtungszusammensetzung, um einen Film zu bilden.
  • Sowohl der Polyvinylalkohol (PVOH) als auch das Latex-Polymerbindemittel dieser Erfindung weisen mindestens eine komplementäre umsetzbare Gruppe auf. "Umsetzbare Gruppe" wie hier verwendet bedeutet ein Atom oder eine Gruppe von Atomen das mit einem Kohlenstoffatom verknüpft ist und dessen Gegenwart als Einheit dem Polymer charakteristische Eigenschaften verleiht. Mit "funktionalisiert" wird eine Verbindung bezeichnet, die mindestens eine umsetzbare Gruppe aufweist. Mit "komplementär" wird gemeint, dass der Polyvinylalkohol und das Latexpolymer durch die reaktive Wechselwirkung der entsprechenden umsetzbaren Gruppen miteinander chemisch verknüpft oder verbunden werden. Diese Verknüpfung wird durch eine kovalente Bindung gewährleistet. Bevorzugte umsetzbare Gruppen dieser Erfindung sind beta-Ketoester, Aldehyd, Amin, Anhydrid, Isocyanat, Epoxid und Hydrazid. Die erste oder zweite umsetzbare Gruppe jedes Paares kann entweder im Latexpolymer oder im Polyvinylalkohol vorliegen. Die komplementären umsetzbaren Gruppen umfassen beispielsweise:
  • a) beta-Ketoester - Aldehyd
  • b) beta-Ketoester - Amin
  • c) Amin - Aldehyd
  • d) Amin - Isocyanat
  • e) Amin - Expoxid
  • f) Amin - Anhydrid
  • g) Aldehyd - Hydrazid.
  • Ein bevorzugtes komplementäres umsetzbares Paar ist ein Latex-Polymerbindemittel mit einer beta-Ketoestergruppe und ein Polyvinylalkohol, der entweder mit Aldehyd oder mit Amin terminiert ist.
  • Besonders bevorzugt ist die beta-Ketoestergruppe auf dem Latex-Polymerbindemittel Acetoacetat, und der Polyvinylalkohol hat einen Aldehydterminus.
  • Das in dieser Erfindung verwendbare Latex-Polymerbindemittel kann ein Homopolymer sein, ein Copolymer oder eine Mischung aus derartigen Polymeren. In dieser Erfindung verwendbare Polymere sind diejenigen, die in der Lage sind beim Trocknen in Umgebungstemperatur einen kontinuierlichen Film zu bilden. Das Latexpolymer enthält mindestens eine polymere Komponente mit einer Glasübergangstemperatur, gemessen mittels Differentialthermoanalyse (DSC), im Bereich von -20ºC bis +25ºC, und vorzugsweise im Bereich von -10ºC bis +20ºC.
  • Das Latex-Polymerbindemittel kann nach im Stand der Technik gut bekannten herkömmlichen Polymerisationstechniken hergestellt werden. In der vorliegenden Erfindung verwendbare Latexpolymere sind nicht auf irgendeine bestimmte Teilchengröße, Form oder Molekulargewicht beschränkt. Obwohl nicht auf eine Teilchengröße beschränkt, liegt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in der Verwendung von Latexpolymeren mit Teilchengrößen im Bereich von 30 bis 300 Nanometern im Durchmesser. Das Latexpolymer hat mindestens eine umsetzbare Gruppe und kann mehr als eine umsetzbare Gruppe enthalten. Die umsetzbare Gruppe kann mittels eines funktionalen Monomers in das Polymer eingebaut werden, oder als Ergebnis einer Postpolymerisationsfunktionalisierung vorliegen. Vorzugsweise besitzt das Latexbindemittel eine beta-Ketoester-Funktionalität, und insbesondere bevorzugt eine Acetoacetat-Funktionalität. Beispiele von Monomeren, die zur Einführung der Acetoacetat-Funktionalität verwendbar sind, umfassen Acetoacetoxyethylacrylat, Acetoacetoxyethylmethacrylat (AAEM), Acetoacetoxypropylmethyacrylat (AAPM), Allylacetoacetat, Acetoacetoxymethacrylat sowie 2,3-Di(acetoacetoxy)propylmethacrylat. Obwohl alle Funktionalitätsgrade in dieser Erfindung verwendbar sind, liegt ein bevorzugter Anteil an beta-Ketoester-funktionalem Monomer bei 8% bis 30 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des polymeren Bindemittels. Zusätzlich zum Abbinden mit Polyvinylalkohol wie in der vorliegenden Ausführungsform verkörpert, kann die beta-Ketoester-Funktionalität auch in anderen Reaktionen, z. B. bei der Vernetzung, teilnehmen.
  • Das Latex-Polymerbindemittel kann aus mindestens einem ethylenisch ungesättigten Monomer hergestellt werden, z. B. Alkylacrylate und -methacrylate, wobei die Alkylgruppe 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthält; Acrylamid oder substituierte Acrylamide, Styrol oder substituierte Styrole, Butadien; Vinylacetat oder andere Vinylester, Vinylmonomere wie Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, N-Vinylpyrrolidon; Acrylnitril oder Methacrylnitril und Ethylen. Geringe Anteile an copolymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Säuremonomeren, im Bereich von 0,1% bis 10% können auch verwendet werden. Wenn ein beta-Ketoesterfunktionales Monomer in das Polymer eingebaut wird, ist es bevorzugt keine anderen Acetatfunktionalen Monomere wie Vinylacetat zu verwenden.
  • Das filmbildende Latexpolymer dieser Erfindung ist ein im wesentlichen thermoplastisches oder im wesentlichen nicht vernetztes Polymer, wenn es auf ein Substrat aufgetragen wird. Geringe Anteile von absichtlicher oder zufälliger Vernetzung können vorliegen. Es ist jedoch wichtig, dass die Qualität der Filmbildung durch diese Vernetzung stofflich nicht verschlechtert wird.
  • Polyvinylalkohol kann mittels bekannter chemischer Reaktionen funktionalisiert sein, wodurch sich ein Polyvinylalkohol ergibt, der mindestens eine zweite umsetzbare Gruppe aufweist. Ein bevorzugtes Verfahren zur Funktionalisierung des Polyvinylalkohols ist durch oxidative Spaltung an den 1,2-Glykolverknüpfungen mittels eines Oxidationsmittels, z. B. Natriumperjodat. Das Ausmaß der Spaltung und damit der Grad an Funktionalität, sowie das Molekulargewicht des resultierenden Aldehyd-terminierten Polyvinylalkohols wird durch die relative Menge des Oxidationsmitels gesteuert. Ein bevorzugtes Molekulargewicht des funktionalisierten Polyvinylalkohols liegt im Bereich von 400 bis 5.000, gemessen mittels GPC unter Verwendung eines Polyacrylsäurestandards.
  • Das funktionale Latex-Polymerbindemittel und der funktionalisierte Polyvinylalkohol, die jeweils komplementäre umsetzbare Gruppen aufweisen, können auf verschiedene Weise in der wässrigen Beschichtungszusammensetzung miteinander kombiniert werden. Vorzugsweise wird der funktionalisierte Polyvinylalkohol zuerst mit dem Latexbindemittel zusammengegeben und mit diesem drei Stunden bei Raumtemperatur bis zur Homogenität vermischt. Diese Mischung wird anschließend in die wässrige Beschichtungszusammensetzung einformuliert. Der Polyvinylalkohol wird mit dem Latexpolymer in einem Verhältnis von 0,01 zu 1 Mol-Äquivalenten der zweiten umsetzbaren Gruppe, basierend auf den Mol-Äquivalenten der ersten umsetzbaren Gruppe auf dem Latexbindemittel, kombiniert. Vorzugsweise liegt der Polyvinylalkohol mit einem Anteil von 2 bis 16 Gew.-%, basierend auf den gesamten Polymerfeststoffen und besonders bevorzugt bei etwa 12% vor.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung ist eine koalesziermittelfreie wässrige Beschichtungszusammensetzung. "Koalesziermittelfrei" wie hier verwendet, meint, dass die Beschichtungszusammensetzung keine "flüchtigen organischen Verbindungen" enthält, die hier als organische Verbindungen definiert werden, die einen Siedepunkt bei Atmosphärendruck von weniger als etwa 250ºC aufweisen; "koalesziermittelfreie" Zusammensetzungen sollten nicht so verstanden werden, dass Zusammensetzungen ausgeschlossen sind, die sehr geringe Anteile von absichtlich oder zufällig zugesetzten flüchtigen organischen Verbindungen enthalten sind, z. B. flüchtige organische Verbindungen, die in bestimmten kommerziellen Starter- oder Tensidzusammensetzungen enthalten sind, flüchtige organische Verbindungen, die während der Polymerisationsreaktion gebildet werden, sowie Verunreinigungen mittels flüchtiger organischer Verbindungen; in jedem Fall liegen die Anteile an flüchtigen organischen Verbindungen bei weniger als etwa 2 Gew.-% basierend auf dem Trockengewicht des Polymerbindemittels.
  • Die wässrige Beschichtungszusammensetzung wird durch herkömmliche Farbherstellungstechniken, wie sie auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik gut bekannt sind, hergestellt. Als erstes werden das Pigment und andere Hilfsstoffe mit hoher Scherkraft, wie durch einen Cowles®-Mischer gewährleistet, in einem wässrigen Medium gut dispergiert. Anschließend wird das Latexpolymer unter Rühren mit geringe Scherkraft zugesetzt, zusammen mit anderen Beschichtungshilfsstoffen wie benötigt. Der Polyvinylalkohol wird vorzugsweise mit dem Latexpolymer vor der Formulierung in die Beschichtung kombiniert, kann jedoch auch vor oder nach dem Zusatz des Latexpolymers der Zusammensetzung zugesetzt werden. Die wässrige Beschichtungszusammensetzung kann zusätzlich zu den Polymeren herkömmliche Beschichtungshilfsmittel wie z. B. Pigmente, Emulgatoren, Verdickungsmittel, Feuchthaltemittel, Füllstoffe, Aushärtungshilfsmittel, Benetzungsmittel, Biozide, Schaumverhütungsmittel, Farbstoffe, Wachse sowie Antioxidantien enthalten. Eine geringe Menge an Koalesziermittel und Weichmacher kann ebenso zugesetzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Beschichtungszusammensetzung, die koalesziermittelfrei ist.
  • Die Substrate, auf die die Beschichtungszusammensetzung der Erfindung aufgetragen werden kann, umfassen beispielsweise Holz, Mörtelputz, zementhaltige Substrate und vorab vorgestrichene oder beschichtete Substrate. Bevorzugte Substrate sind Innenraum- und Außenraumbausubstrate wie Wände, Decken und Böden. Die Beschichtungszusammensetzung gemäß der Erfindung kann auf ein Substrat nach im Stand der Technik zum Auftragen von Beschichtungen gut bekannten Verfahren aufgetragen werden, z. B. mit Drucklufisprühtechniken, luftfreiem Sprühen, Pinseln und Walzen. Die Beschichtung wird anschließend getrocknet, vorzugsweise bei Umgebungstemperatur.
  • Prüfverfahren
  • Die minimale Filmbildungstemperatur (MFFT) ist die minimale Temperatur, bei der der Latex einen kontinuierlichen Film bildet, was durch sichtbares Fehlen von Brüchen oder einer pulverartigen Erscheinung des Filmes angezeigt wird. Die MFFT wurde unter Verwendung der ASTM Prüfmethode D2354 gemessen. Hierzu wurde eine 1,2 Millimeter biaxial orientierte Polypropylen(mylar)folie auf einer ICI-Glanz-MFFT-Stange (SS-3300) angeordnet. Nachdem die Stange etwa 20 Minuten äquilibriert wurde, wurde die zu testende wässrige Beschichtungszusammensetzung unter Verwendung eines 75 Micron- Filmapplikators aufgetragen. Anschließend ließ man den Film etwa 90 Minuten trocknen. Nachdem der Film getrocknet war, wurde der Film mit einem Holzzungenschaber abgekratzt. Die MFFT wurde an dem Punkt aufgezeichnet, an dem sich ein gewisser Widerstand gegenüber dem Kratzen ergab. Die sichtbare MFFT wurde ebenfalls als die Stangentemperatur aufgezeichnet, bei der der Film noch kontinuierlich ist und keine Diskontinuität durch Bleichen, Brechen oder beides zu sehen war.
  • Die Printbeständigkeit ist die Fähigkeit einer Beschichtung, dem Aufdruck einer anderen auf sie platzierten Oberfläche zu widerstehen. Die Printbeständigkeit ist eine Funktion der Beschichtungshärte. Latexfilme wurden unter Verwendung eines Abzugsblocks mit einer 0,127 mm (5 mil) Öffnung auf Aluminiumbleche aufgegossen. Die beschichteten Bleche wurden bei 25ºC und 50% relativer Luftfeuchte 1, 3 bzw. 7 Tage lang konditioniert. Aus jedem Blech wurde ein Quadrat von 3,81 · 3,81 cm (1 ¹/&sub2; inch Quadrat) ausgeschnitten. Auf dem Testblech wurde in folgender Reihenfolge angeordnet: Ein 3,81 · 3,81 (1 ¹/&sub2; inch) großes Stück von Cheese Cloth (mit 4 intakten Schichten, wie geliefert); einen Nummer 8 festen Gummistopper; sowie ein 500 g Gewicht auf der Oberseite des Stoppers. Jedes Testblech mit dem gewichtsbeladenen Cheese Cloth wurde anschließend in einem 60ºC heißen Ofen 60 Minuten lang platziert. Nach 60 Minuten wurden die Proben aus dem Ofen entfernt und die Gewichte und Stopper entfernt. Die Bleche wurden 30 Minuten abgekühlt, bevor das Cheese cloth entfernt wurde. Der Latexfilm wurde anschließend auf einer Skala von 0 bis 10 eingestuft, basierend auf dem Grad des Cheese Cloth-Eindrucks, der auf der Filmoberfläche eingedrückt zurückbleibt, mit keinen Druckspuren bei 10 und 0 mit schwerem Eindruck und vollständigem Ausfall.
  • Die MEK Reibung ist ein Maß der chemischen Beständigkeit des Latexfilms. Ein 10 Mil (0,254 mm) Film des Testlatex wurde auf Aluminiumblech aufgetragen und bei 25ºC und 50% relativer Luftfeuchte 1, 5, 7 bzw. 14 Tage getrocknet. Aus diesen Aluminiumblechen wurden 5 · 10 cm Rechtecke ausgeschnitten und auf einem Atlas, a.a.t.c.c. Crockmeter (Atlas Electric Devices, Model No. CM-5) platziert. Ein 5 · 5 cm² von Cheese Cloth wurde auf dem Finger des Crockmeters festgespannt. Das Cheese Cloth wurde anschließend mit Methylethylketon (MEK) gesättigt. Der Crockmeter wurde eingeschaltet und bewegt sich quer über das Blech. MEK wurde wiederholt auf das Cheese Cloth aufgetragen, wie benötigt, um dieses gesättigt zu halten. Der Test wurde beendet, wenn der Film quer über das Blech vollständig aufgelöst war. Die Anzahl der Streichvorgänge, die zur vollständigen Auflösung benötigt wurden, wurde aufgezeichnet.
  • Die Haftung ist ein Maß für die Härte des Films. Ein 0,127 mm (5 mil) Film wurde auf Aluminiumbleche gegossen und auf 1, 3, 7 bzw. 14 Tage bei 25ºC und 50 relativer Luftfeuchte konditioniert. Ein Zappon Gauge Tack Tester (Zappon Inc.) wird anschließend auf einer flachen Oberfläche platziert. Gewichte wurden 5 Sekunden lang auf das Testermessgerät aufgesetzt und anschließend entfernt, wobei der Tester weitere 5 Sekunden beobachtet wurde. Diese Prozedur wurde mit zusätzlichem Gewicht wiederholt bis der Film durch den Test durchfällt. Die Haftung wird definiert als das maximale Gewicht, das, wenn aufgebracht und nachfolgend entfernt, dazu führt, dass das Zappon-Messgerät innerhalb von 5 Sekunden abfällt. Der Test wurde an verschiedenen Stellen auf dem beschichteten Aluminumblech drei Mal wiederholt. Das Ergebnis wurde als Mittel der drei Messungen aufgezeichnet.
  • Die Wasserbeständigkeit wurde nach einem beschleunigten Stresstest gemessen. Die formulierte Latexbeschichtungszusammensetzung wurde auf zwei Aluminiumbleche unter Verwendung eines 0,0762 mm (3 mil) Applikators aufgetragen. Die Bleche wurden 2 bzw. 24 Stunden lang bei 25ºC und 50% Luftfeuchte ausgehärtet. Nach dem Aushärten wurden die Bleche vollständig dem entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur 30 Minuten lang untergetaucht. Nach 30 Minuten wurden die Bleche entnommen und die Blasengröße und Dichte unter Verwendung des ASTM D714 Standards gemessen. Die Größe wird eingestuft von 10 (keine Blasenbildung) bis 1 (Blasen mit > 1,27 cm Durchmesser), und die Dichte wurde mit d (dicht), md (mittlere Dichte), m (Medium), f (wenig) und vf (sehr wenig) bezeichnet.
  • Der Glanz des Latexfilms wurde durch Auftragen einer 0,254 mm (10 mil) Probe auf schwarzes Glas gemessen. Der Film wurde 24 Stunden lang bei 25ºC und 50% relativer Luftfeuchte getrocknet. Der Glanz wurde anschließend bei einem Reflektionswinkel von 20 Grad unter Verwendung eines GLOSSGARD II Glanzmessgerätes (Hunter Associates Laboratory, Inc.) nach ASTM D523-89 gemessen.
  • Die Teilchengrößen wurden mittels Lichtstreuung unter Verwendung eines Brookhaven BI-90 Partikelgrößenmessgerätes gemessen.
  • Latexbeschichtungszusammensetzungsformulierung
  • Alle Prüfverfahren wurden an formulierten Beschichtungszusammensetzungen durchgeführt. Jedes Latexpoylmerbindemittel wurde auf folgende Weise vor dem Prüfen formuliert:
  • Mischung in einem Cowles Mischer // Bestandteil Gewicht
  • Dispergiermittel (25% Feststoffe) 57,2
  • Tensid 8,64
  • Tensid 2,00
  • Entschäumer 1,00
  • Biozid 1,80
  • Lösungsmittelfreies Verdickungsmittel 15,00
  • Pigment (Titandioxid) 215,94
  • Abgebunden mit
  • Latexpolymerbindemittel (44,2% Feststoffe) (einschließlich PVOH, sofern zugesetzt) 581,49
  • Wasser (Wasseranteil wurde basierend auf den Latexfeststoffen zur Aufrechterhaltung der PVC eingestellt) 94,73
  • Entschäumer 1, 00
  • Lösungsfreies Verdickungsmittel 34,0
  • Organisches Titanat 2,5
  • Eigenschaften
  • Volumen % Feststoffe 34,9
  • Pigment Volumenkonzentration (PVC) 18,5
  • Funktionalisierung von Polyvinylalkohol
  • Funktionalisierter Polyvinylalkohol wurde wie folgt hergestellt: Zu 600 g einer 20 Gew.- %igen Lösung von Polyvinylalkohol in Wasser (Airvol® 203 von Air Products) wurden 16,0 Gramm Natriumperjodat zugesetzt. Die Mischung wurde 3 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt, um einen Aldehyd-terminierten (zweite umsetzbare Gruppe) Polyvinylalkohol zu bilden. Diese Vorgehensweise erzeugte einen Aldehyd-terminierten Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht von 700, gemessen mittels GPC unter Verwendung eines Polyacrylsäurestandards. Höher molekulargewichtiger Aldehyd-terminierter Polyvinylalkohol wurde ebenso nach dem gleichen Verfahren unter Verwendung von 4,0 Gramm anstelle von 16,0 Gramm des Natriumperjodiats hergestellt, und ergab einen funktionalisierten Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht von 1 500.
  • BEISPIEL 1 Herstellung von Probe 1 (Vergleichsprobe):
  • Eine Latexemulsion mit 45,8% Feststoffen wurde mittels Emulsionspolymerisation hergestellt, um ein Polymerbindemittel mit einem Monomergehalt von 39% Butylacrylat (BA), 50% Methylmethacrylat (MMA), 9% Acetoacetoxyethylmethacrylat (AAEM) und 2% Methacrylsäure (MAA) zu erzeugen. Das Acetoacetat aus dem AAEM ist die erste umsetzbare Gruppe. Zu diesem Beispiel wurde kein funktionalisierter Polyvinylalkohol zugesetzt. Die Polymer-Tg betrug +33ºC, berechnet nach der Fox-Gleichung.
  • BEISPIEL 2 Herstellung von Probe 2 (Vergleichsprobe):
  • Zu 400 Gramm der Latexemulsion des Beispiel 1 wurden 115 Gramm einer 20 Gew.-%igen Lösung von Aldehyd-terminiertem Polyvinylalkohol (4 Mol-Prozent) mit einem Molekulargewicht von 700 zugesetzt, wobei der Aldehyd die zweite umsetzbare Gruppe darstellt. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 600 Stunden lang gerührt, um eine Reaktion zwischen den Aldehyd- und Acetoacetatgruppen zu ermöglichen.
  • BEISPIEL 3 Prüfung der Proben 1 und 2:
  • Die Probe 1 und Probe 2, beide Vergleichsproben, wurden zu einer Latexbeschichtungszusammensetzung formuliert. Die formulierten Beschichtungszusammensetzungen wurden auf Aluminiumbleche unter Verwendung eines 0,0762 mm (3 Mil) Applikators aufgetragen und 24 Stunden bei 25ºC und 50% relativer Luftfeuchte getrocknet. Beide Beschichtungen waren nicht filmbildend, zeigten deutliche Brüche und blätterten bei Berührung von Aluminiumblech ab. Da beide Beschichtungszusammensetzungen keine Filme bildeten, konnten keine Filmeigenschaftstests durchgeführt werden. Dieses Beispiel zeigt, dass Zusammensetzungen, die Polymerbindemittel mit einer Glasübergangstemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur aufweisen, und keine Koalesziermittel beinhalten, keine Filme bilden und daher als Beschichtungszusammensetzungen nicht verwendbar sind.
  • BEISPIEL 4 Herstellung von Probe 3 (Vergleichsprobe):
  • Eine Latexemulsion mit 46,0% Feststoffen wurde mittels sequentieller Emulsionspolymerisation hergestellt, um ein Bindemittel mit einem 40%igen Kernpolymer aus 55% Butylacrylat (BA), 43,5% Methylmethacrylat (MMA), 1% Allylmethacrylat (ALMA) und 0,5% Methacrylsäure (MMA) zu erzeugen, sowie ein 60%iges Schalenpolymer aus 50% Butylacrylat (BA), 32,5% Methylmethacrylat (MMA), 15% Acetoxyethylmethacrylat (AAEM) und 2,5% Methacrylsäure (MMA). Das Acetoacetat aus dem AAEM bildet die erste umsetzbare Gruppe. Dieses Beispiel ist ein Kontrollbeispiel ohne zugesetzten Polyvinylalkohol.
  • BEISPIEL 5 Herstellung von Probe 4:
  • Zu 400 Gramm der Latexemulsion der Probe 3 wurden 115,5 Gramm einer 20 Gew.-%igen Lösung von Aldehyd-terminiertem Polyvinylalkohol (4 Mol-Prozent) mit einem Molekulargewicht von 700 zugesetzt, wobei der Aldehyd die zweite umsetzbare Gruppe darstellt. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 6 Stunden lang gerührt, um eine Reaktion zwischen den Aldehyd- und Acetoacetatgruppen zu ermöglichen.
  • BEISPIEL 6 Herstellung von Probe 5:
  • Zu 400 Gramm der Latexemulsion der Probe 3 wurden 115,5 Gramm 20 Gew.-%iger Lösung von Aldehyd-terminiertem Polyvinylalkohol (4 Mol-Prozent) mit einem Molekulargewicht von 1 500 zugesetzt. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 6 Stunden lang gerührt, um eine Reaktion zwischen dem Aldehyd und Acetoacetatgruppen zu ermöglichen.
  • BEISPIEL 7 Prüfung der Proben 3, 4 und 5:
  • Die Proben 3, 4 und 5 wurden in eine Latexbeschichtungszusammensetzung formuliert. Jede formulierte Beschichtungszusammensetzung wurde anschließend getestet und die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1
  • Dieses Beispiel zeigt, dass erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzungen, zu denen funktionalisiertes komplementäres PVOH zugesetzt wurde, deutlich verbesserte Filmhärte, gemessen sowohl mittels Haftung und Print zeigen. Diese Verbesserung der Haftung und des Prints wird bei beiden funktionalisierten Polyvinylalkoholen mit unterschiedlichem Molekulargewicht beobachtet.
  • BEISPIEL 8 Herstellung der Probe 6 (Vergleichsprobe):
  • Eine Latexemulsion mit 45,86% Feststoffen wurde mittels Standardemulsionspolymerisation aus 53,5% Butylacrylat (BA), 35,8% Methylmethacrylat (MMA), 9% Acetoacetoxyethylmethacrylat (AAEM) und 1,7% Acrylsäure (MAA) hergestellt. Das Acetoacetat aus dem AAEM bildet die erste umsetzbare Gruppe. Dieses Beispiel ist ein Kontrollbeispiel ohne zugesetzten Polyvinylalkohol.
  • BEISPIEL 9 Herstellung der Probe 7:
  • Zu 400 Gramm der Latexemulsion der Probe 6 wurden 115 Gramm einer 20 Gew.-%igen Lösung von Aldehyd-terminiertem Polyvinylalkohol (4 Mol-Prozent) mit einem Molekulargewicht von 700 zugesetzt, wobei der Aldehyd die zweite umsetzbare Gruppe darstellt. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 6 Stunden lang gerührt, um eine Reaktion zwischen den Aldehyd und Acetatgruppen zu ermöglichen.
  • BEISPIEL 10 Prüfung der Proben 6 und 7:
  • Die Proben 6 und 7 wurden in der Latexbeschichtungszusammensetzung formuliert. Jede formulierte Beschichtungszusammensetzung wurde anschließend getestet, mit den in Tabelle 2 aufgelisteten Ergebnissen. TABELLE 2
  • Dieses Beispiel zeigt einen Anstieg der chemischen Beständigkeit (MEK Reibungen) und Wasserbeständigkeit der aus der erfindungsgemäßen wässrigen Beschichtungszusammensetzungen gebildeten Filme. Die erfindungsgemäßen Filme zeigen auch eine erhöhte Härte, die durch einen Anstieg der Printbeständigkeit gemessen wurde.
  • BEISPIEL 11 Herstellung der Probe 8 (Vergleichsprobe):
  • Eine 40,92 Latexemulsion wurde mittels Standardemulsionspolymerisation aus 54,5% Butylacrylat (BA), 33,0% Methylmethacrylat (MMA), 9% Acetoacetoxyethylmethacrylat (AAEM) und 3,5% Methacrylsäure (MAA) hergestellt. Das Acetoacetat aus dem AAEM bildet die erste umsetzbare Gruppe. Dieses Beispiel ist ein Kontrollbeispiel ohne zugesetzten Polyvinylalkohol.
  • BEISPIEL 12 Herstellung der Probe 9:
  • Zu 400 Gramm der Latexemulsion und der Probe 8 wurden 102,7 Gramm einer 20 Gew.- %igen Lösung des Aldehyd-terminierten Polyvinylalkohols (4 Mol-Prozent) mit einem Molekulargewicht von 700 zugesetzt, wobei der Aldehyd die zweite umsetzbare Gruppe darstellt. Die Mischung wurde 6 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt, um eine Reaktion zwischen dem Aldehyd und Acetoacetatgruppen zu ermöglichen.
  • BEISPIEL 13 Herstellung der Probe 10:
  • Zu 400 Gramm der Latexemulsion der Probe 8 wurden 102,7 Gramm einer 20 Gew.-%igen Lösung des Aldehyd-terminierten Polyvinylalkohols (4 Mol-Prozent) mit einem Molekulargewicht von 1.500 zugesetzt. Die Mischung wurde 6 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt, um eine Reaktion zwischen den Aldehyd- und Acetoacetatgruppen zu ermöglichen.
  • BEISPIEL 14 Prüfung der Proben 8, 9 und 10:
  • Die Proben 8, 9 und wurden zu der Latexbeschichtungszusammensetzung formuliert. Jede formulierte Beschichtungszusammensetzung wurde anschließend getestet, mit dem in Tabelle 3 gezeigten Testergebnis. TABELLE 3
  • Die Ergebnisse dieser Prüfung zeigen, dass erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzungen zu Filmen mit erhöhter chemischer Beständigkeit (MEK Reibungen), Wasserbeständigkeit und Härte, wie durch Printbeständigkeit und Haftung zu sehen, ohne einen Glanzverlust führen.

Claims (8)

1. Wässrige filmbildende Beschichtungszusammensetzung umfassend mindestens ein Latex-Polymerbindemittel, das mit Polyvinylalkohol kovalent gepfropft ist; wobei das Latex-Polymerbindemittel eine Glasübergangstemperatur (Tg) im Bereich von -20ºC bis +25ºC aufweist und eine erste umsetzbare Gruppe aufweist; und der Polyvinylalkohol eine zweite umsetzbare Gruppe aufweist, die zu der ersten umsetzbaren Gruppe des Latex- Polymerbindemittel komplementär ist; wobei die Beschichtungszusammensetzung weniger als 2% flüchtige organische Verbindungen, basierend auf dem Trockengewicht des Polymerbindemittels, aufweist.
2. Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Latex- Polymerbindemittel eine Glasübergangstemperatur im Bereich von -10ºC bis +20ºC aufweist.
3. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten umsetzbaren Gruppen aus der Gruppe bestehend aus beta-Ketoester, Aldehyd, Amin, Anhydrid, Isocyanat, Epoxid und Hydrazid ausgewählt werden.
4. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die zweite umsetzbare Gruppe ein terminaler Aldehyd oder ein terminales Amin ist.
5. Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Polyvinylalkohol in einer Menge von 2% bis 16%, basierend auf dem Gewicht des trockenen Polymerbindemittels, vorliegt.
6. Verfahren zur Bereitstellung erhöhter Härte- und Beständigkeitseigenschaften eines. Films, der aus einer wässrigen Beschichtungszusammensetzung mit weniger als 2% flüchtigen organischen Verbindungen, basierend auf dem Trockengewicht des Polymerbindemittels, gebildet ist, umfassend:
a) Mischen mindestens eines Latex-Polymerbindemittels mit Polyvinylalkohol; wobei das Latex-Polymerbindemittel eine Glasübergangstemperatur (Tg) im Bereich von -20ºC bis +25ºC und eine erste umsetzbare Gruppe aufweist, und der Polyvinylalkohol eine zweite umsetzbare Gruppe aufweist, die mit der ersten umsetzbaren Gruppe in dem Latex-Polymerbindemittel komplementär ist;
b) Auftragen der Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat; und
c) Trocknen der Beschichtungszusammensetzung, um einen Film zu bilden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zweite umsetzbare Gruppe auf dem Polyvinylalkohol ein terminales Aldehyd oder ein terminales Amin ist.
8. Bausubstrat beschichtet mit der wässrigen Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1.
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