DD261499A3 - Luft- und forcierttrocknende waessrige beschichtungsstoffe fuer dickschichtige ueberzuege - Google Patents

Abstract

Die waessrigen Beschichtungsstoffe dienen der dickschichtigen Beschichtung von insbesondere Bauten in einem Auftrag. Der Beschichtungsstoff enthaelt waessrige Polymerdispersionen, Pigmente, Fuellstoffe, Hilfsstoffe und mit Harzloesungen behandelte Polymerpulver. Das Verhaeltnis des Festkoerpervolumens von Polymerpulver zu Polymerdispersion betraegt 1:0,3 bis 0,9 und das Gesamtkoerpervolumen mindestens 55%.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe auf der Basis wäßriger Polymerdispersionen, die neben Pigmenten, Hilfs- und Füllstoffen noch Polymerpulver enthalten, sind im Bautenschutz als Beschichtungsstoffe für einschichtige Aufträge mit hoher Schichtdicke anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Voraussetzung für die Erzielung dickschichtiger Aufträge aus wäßrigen Dispersionsanstrichstoffen ist ein hoher Festkörpervolumengehalt derselben unter Beibehaltung ihrer Applikationsfähigkeit mit konventionellen Methoden wie Streichen, Rollen und Spritzen. Der Festkörpervolumengehalt wird in der Regel durch den nichtflüchtigen Bindemittelanteil und den Gehaltan anorganischen Färb-und Extenderpigmenten definiert. Anorganische Pigmente und Extender weisen sowohl vom spezifischen Gewicht als auch von der spezifischen Oberfläche her keine günstigen Voraussetzungen für einen besonders hohen Festkörpervolumengehalt auf. Sie lassen sich nur ausreichend stabil dispergieren, wenn sie vergleichsweise feinteilig vorliegen. Das aber hat zur Folge, daß der Wasserbedarf bzw. der Bindemittelbedarf, bezogen auf eine wäßrige Polymerdispersion solcher anorganischer Pigmentkombinationen, prinzipiell so hoch ist, daß man auf diese Weise keine Beschichtungsstoffe mit hohem Festkörpervolumen für dickschichtige Einschichtaufträge formulieren kann, die rheologisch noch auf übliche Art applizierbar sind.

Vergleichbar der Ölzahlbestimmung läßt sich der Wasserbedarf bzw. der Bindemittelbedarf, bezogen auf den Einsatz einer wäßrigen Polymerdispersion als Bindemittel, mittels einer Bestimmungsmethode nach U. Harder — Plaste und Kautschuk, Leipzig, 15(1968), 10, S. 747 — abschätzen. Mit dieser Methode lassen sich die Theologischen Auswirkungen des Einsatzes von anorganischen Färb- oder Extenderpigmenten ebenso testen und vergleichen wie die von organischen Polymerpulvern als Extender. Auf welche Viskositäts-bzw. Konsistenzniveaus zwecks Theologischer Applizierbarkeit wäßrige Polymerdispersionsfarben einzustellen sind, damit sie mit den konventionellen Applikationsmethoden, wie Streichen, Rollen, pneumatischem oder hydraulischem Spritzen, verarbeitet werden können, ist dem Fachmann geläufig. Bei Nichtnewtonschem Fließverhalten drückt man dieses Niveau als „scheinbare Viskosität" aus. Diese kann 35OmPa · s bei Außenfarben (vgl. Farbe und Raum, Berlin, 35, [1981], 9, S.29), 50OmPa · s bei Innenfarben (vgl. Farbe und Raum, Berlin, 35, [1981], 11, S.29 oder 38 [1984], 4, S. 127) oder 200OmPa · s bei faserarmierten Füllfarben, ebenfalls applizierbar durch Rollen, betragen (vgl. Farbe und Raum, Berlin, 39, [1985], 1,S.31). Beim Einsatz von anorganischen Färb-und Extenderpigmenten werden diese Viskositätsniveaus bereits bei relativ niedrigem Festkörperniveau erreicht.

In DE-OS 2617669 werden über den anorganischen Pigment- und Extendereinsatz hinausgehend verschiedene Kunststoffextender als Füllstoffe für Latexfarben beschrieben, wie z. B. Polystyrene, Polyvinylchloride, Polyvinyliden<~hloride, Polyacrylnitrile, Polymethacrylnitrile, Polyacrylsäureester und -methacrylsäureester. Diese Latexfarben weisen einen Gesamtgehalt an festen Substanzen von etwa 30 bis 70 Ma.-% auf, deren Volumen sich aus 25 bis 70% eines filmbildenden Latexbindemittels, zu 10 bis 60% aus nicht-filmbildenden Polymerisatteilchen, 5 bis 25% eines Farbpigmentes und 0 bis 60% eines Extenderpigmentes zusammensetzt, wobei die Pigment-Volumen-Konzentration (PVK) größer als die kritische Pigment-Volumen-Konzentration (KPVK) zu wählen ist. Diese technischen Mittel erhöhen das Deckvermögen, die Scheuerfestigkeit und die Glanzbeständigkeit der Beschichtungen. Dabei wirken die Kunststoffteilchen insbesondere in Richtung einer besseren Lichtstreuung infolge einer optimierten Farbpigmentverteilung. Mit der angegebenen Schichtdickenobergrenze von 8 „miles" (0,2032 mm) ist jedoch eine Anwendung dieses Produktes im Bautenschutz mit einer geforderten Haltbarkeit von über 10 Jahren nicht möglich. Hier besteht die Forderung von mindestens derselben Schichtdicke als Untergrenze bis zum ungefähr zehnfachen Wert. Das ist nur über eine deutliche Volumenfestkörpererhöhung möglich. Nach Tabelle 1 der genannten Erfindungsbeschreibung beträgt derselbe im Falle der Beispiele direkt 33%. Dem Schutzumfang der Ansprüche gemäß läßt sich unter Annahme der Untergrenzen des Einsatzes von Titandioxid und eines anorganischen Extenders, der Obergrenze des Einsatzes eines Polymerpulvers und des Restes als Polymerdispersionsbindemittel, also der zur Abgrenzung des bekannten Standes der Technik zugrunde zu legenden ungünstigsten Annahme, ein hypothetischer Volumenfestkörpergehalt von 61,9% und ein nach der „Wasserzahl-Methode" (vgl. U. Harder a.a.O.) auf 46,7% sich einstellender ermitteln, wobei sogar beim

letzteren noch keine Applikationsfähigkeit durch Rollen, Streichen oder Spritzen vorliegt (siehe Vergleichsbeispiel). Offenbar erlangen diese Beschichtungsstoffe erst die Applizierbarkeit mit üblichen Verfahren bei dem explizit angegebenen Volumenfestkörpergehalt von 33%.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, verarbeitungsfähige hochfestkörperhaltige Beschichtungsstoffe auf der Basis wäßriger Polymerdispersionen mit einem Festkörpervolumen über 55% zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften der Festkörper in den Beschichtungsstoffen zu verändern, um die Fließfähigkeit des Beschichtungsstoffes zu erhöhen, ohne die Qualität der daraus erhaltenen Überzüge negativ zu beeinflussen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem den Beschichtungsstoffen auf der Basis wäßriger Dispersionen, die Pigmente, Füllstoffe und Hilfsstoffe enthalten, Polymerpulver zugesetzt werden, die mit wäßrigen Emulsionen von in organischen Lösungsmitteln gelösten Harzen behandelt wurden. Dabei beträgt das Verhältnis des Festkörpervolumens des zugegebenen Polymerpulvers zum Festkörpervolumen der Polymerdispersion 1:0,3 bis 0,9. Zur Präparation des Polymerpulvers sind besonders Lösungen nieder- bis mittelmolekularer Polymere, z. B. von Silikonharzen, vorwiegend Methyl- oder Methylphenylsilikon, von chlorierten Polymeren oder von dicyclopentadienhaltigen Harzen, einsetzbar. Das Festkörpervolumenverhältnis von Polymerpulver zur präparierenden Substanz beträgt 1:0,03 bis 0,3. Die verwendeten Polymerpulver können z. B. solche auf der Basis von Polyethylen, Polyvinylchlorid-Suspensions- und Emulsions-Polymerisat sein.

Die für die Beschichtungsstoffe einsetzbaren wäßrigen Polymerdispersionen sind z. B. Plast- und/oder Elast-Dispersionen vom Typ Rein- oder Mischacrylat, Acrylsäureester, Methacrylsäureester, Acrylamid mit Styren, Homo-, Co- und Terpolymere des Polyvinylacetats mit Ethylen, Vinylchlorid und Maleinsäureanhydrid sowie Butadien-Styren-Co- und/oder Terpolymere mit Acrylnitril. Die Verwendung von Dispersionen mit Filmbildungstemperaturen <20^cC vorrangig für lufttrocknende Beschichtungen ist vorteilhaft. Für dauerelastische Beschichtungen sollte die Glastemperatur < -5°C betragen. Die Beschichtungsstoffe werden in der Weise hergestellt, daß zuerst die für die Behandlung des Polymerpulvers vorgesehene Harzlösung in Wasser mit Hilfsstoffen, Koaleszensmitteln, Fungiziden und Emulgatoren fein verteilt wird. In diese Vorlage wird das Polymerpulver gegeben und sehr intensiv verrührt. Danach werden Pigmente und Extender hinzugefügt und alles bis zur gewünschten Feinheit dispergiert.

Am Schluß wird in an sich bekannter Weise die Verarbeitungsviskosität eingestellt. Auf diese Weise werden hochfestkörperhaltige Beschichtungsmassen mit einem Volumenfestkörpergehalt von >55%biszu einem solchen an der Theologischen Verarbeitungsfähigkeitsgrenze liegenden erhalten, die sich in einer Schicht zu wasserfesten, wetterfesten und mechanisch stabilen Beschichtungen verarbeiten lassen.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Einer wäßrigen Vorlage, bestehend aus 50,8 Teilen Wasser, 2 Teilen Ethylenoxidaddukt eines Alkylphenols, 4 Teilen eines Natriumsalzes einer niedermolekularen Polyarcrylsäure, 0,2 Teilen Natrium-Kalium-Hexametaphosphat, werden unter intensivem Rühren 20 Teile Glykol, 19 Teile Xylol und 32 Teile einer 50%igen Dicyclopentadien-Harzlösung zugegeben. Nach vollständiger Homogenisierung wird die Vorlage mit 180 Teilen Polyvinylchlorid, fest, gewonnen als Suspensionspolymerisat eines Siebrückstandes von 315μηη und 150 Teilen PVC-Emulsionspolymerisat, fest, versetzt und intensiv dispergiert. Danach werden 160 Teile einer 50%igen wäßrigen Acrylatdispersion, bestehend aus Acrylsäureester, Acrylsäureamid und Styren, mit einer Teilchengröße von ca. 100nm und einer Glastemperatur von 12°C zugegeben und innig vermischt. Als anorganische Füllstoffe werden weiterhin 160 Teile Kreide und 220 Teile Schwerspat hinzugefügt und homogen verteilt. Zur Einstellung der Verarbeitungsfähigkeit werden 2 Teile Verdickerlösung zugegeben.Das Beschichtungsmittel wird auf den pH-Wert 9 eingestellt. Es weist ein Festkörpervolumen von 69VoI.-% und einen Gewichtsfestkörper von 81% auf. Nach der Zugabe von 5 Teilen einer wäßrigen 3%igen alkalisch eingestellten Acrylsäureesterdispersion oder einer Hydroxyzellulose ist eine pneumatische Verspritzbarkeit möglich.

Die Beschichtungen zeichnen sich durch eine hohe Wasserfestigkeit und durch eine außerordentlich hohe mechanische Beständigkeit gegen Abrieb aus.

Beispiel 2

Es werden 80 Teile Wasser mit 1,5 Teilen Ethylenoxidaddukt, 3,0 Teilen eines polyacrylsauren Natriumsalzes, 0,2 Teilen Na-K-Hexametaphosphat, 20Teilen Glykol und 35,3Teilen niedermolekularem Methyl- oder Methylphenylsilikonharzlösung intensiv vermischt. Zu dieser Vorlage werden 210 Teile PVC-Emulsionspolymerisat mit einem Siebrückstand von weniger als 2% mit einem 63^m Sieb hinzugegeben und durch Dispergierung mittels Zahnscheiben hydraulisch verrieben. Danach werden 150 Teile Titandioxid, 15 Teile Mikroextender, 80 Teile Kaolin, 115 Teile Calcit und 2 Teile Fungizid zugemischt. Nach erreichter Feinheit wird mit 285 Teilen Acrylatdispersion mit einer Teilchengröße von kleiner als 100 mn und 3 Teilen Verdicker der Anstrichstoff fertiggemacht.

Dieser Anstrichstoff mit einem Festkörpervolumen von 61 % ist strukturviskos. Er gestattet eine problemlose Verarbeitung mittels Streichen, Rollen und hydraulischem Spritzen. Er ist geeignet vorzugsweise für mineralische Untergründe in Schichtdicken zwischen 120 bis 2500/u,m in einem Auftrag. Die lufttrocknende Beschichtungsmasse zeichnet sich durch eine lange Haltbarkeit am Wetter mit geringer Verschmutzungsneigung aus.

Beispiel 3

Analog Beispiel 2 werden 90,1 Teile Wasser mit 7,6Teilen Hilfsstoffen, 20 Teilen Glykol mit 55,3 Teilen Silikonharz gemischt. Als Polymerpulver werden 180 Teile Polyethylen damit präpariert. Nach Abschluß der Oberflächenbehandlung werden gemäß Beispiel 2 weitere 360 Teile Pigmente und Füllstoffe zugegeben und mit 287 Teilen Polymerdispersion eines Mischacrylates mit einer bimodalen Verteilungskurve von ca. 50 und 90/xm zugegeben. Der Beschichtungsstoff läßt sich analog Beispiel 2 charakterisieren.

Beispiel 4

In der Vorlage aus 49,4Teilen Wasser, 1,5 Teilen Ethylenoxidaddukt eines Alkylphenols, 3 Teilen polyacrylsaurem Natriumsalz, 0,1 Teilen Natrium-Kalium-Hexametaphosphat, 2 Teilen Fungizid, 20Teilen Testbenzin werden 50Teile eines mittelmolekularen chlorierten Polyethylene gemischt und feinstverteilt. Danach werden 430 Teile eines PVC-Pulver-Suspensionspolymerisats im Wechsel mit 412 Teilen einer Acrylatdispersion mit einer Glastemperatur von kleiner als 265 K zugesetzt, 30 Teile Eisenoxidpigment zur Farbgebung zugegeben und mit 2 Teilen Polyacrylatdispersion angedickt. Die Beschichtungsmasse ist bis -30⁰C hochelastisch und dient sowohl als Dachanstrich als auch für die Überbrückung von Rissen an mineralischen Fassaden. Das Produkt mit einem Festkörpervolumen von 61 % ist problemlos hydraulisch verarbeitbar.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel nach DE-OS 2617669)

Schuteumfang gemäß Anspruch 1

Gesamtgewichtsfestkörper: 70%

Bindemittelfestkörpervolumen: 25—70%

Pigmentfestkörpervolumen: 5-25%

Extenderfestkörpervolumen (anorganisch): 0-60%

Polymerpulverfestkörpervolumen: 10-60%

Wassergewicht vom Gesamtgewicht: 30%

Berechnung eines angenommenen Beispiels mit den Werten der anorganischen Pigment- und Extender-Einsatz-Untergrenze, der Polymerpulver-Einsatz-Obergrenze und dem Polymerdispersionsbindemittel (fest) in Ergänzung zu 100% Volumenfestkörper des Beschichtungsstoffes und mit 30% Wasser des Gesamtgewichtes der Rezeptur einschließlich des an das Polymerisationsbindemittel in der Regel in der Höhe von 50% gebundenen Wassers:

Bestandteile	Volumen (%)	Gewicht (g)
Titandioxid (D = 4,2)	5	21
Anorganischer Extender	0	0
Polyvinylchlorid/Suspensionspolymerisat (D = 1,4)	60	84
Polyacrylatdispersionsbindemittel (D = 1,1)	35	38,5
Gesamtbetrag	100	143,5
Einschließlich des Wasserzusatzes zu realisierende	Rezeptur:
Bestandteile	Volumenteile
Titandioxid	5,0
Polyvinylchlorid-S	60,0
Polyacrylatdispersionsbindemittel(fest)	35,0
Bindemittelwasseranteil	38,5
a) Freier hypothetischer Wasseranteil	23,0
b) Wasseranteil nach Wasserzahl (nach Harder, vlg.	a.a.O.) 77,6
Gesamtbeträge der Varianten:
a) Gesamtvolumen (hypothetisch)	161,5
b) Gesamtvolumen (mitWasserzusatz)	214,1

Variante a) entspricht 61,9% Volumenfestkörpergehalt

Variante b) entspricht 46,7% Volumenfestkörpergehalt.

Da für 100g PVC-S, was 71,43 Volumenanteilen entspricht, 90 g oder ml Wasser als Wasserbedarf bis zum Fließfähigkeitsbeginn nach „Harder" gemessen werden, ist nicht die Rezeptur mit 61,9% Volumenfestkörpergehalt, sondern die mit 46,7% Volumenfestkörpergehalt fachmännisch. Dieselbe mit der gerade beginnenden Fließfähigkeit ist noch nicht als mit üblichen Applikationsmethoden, wie Rollen, Streichen oder Spritzen, verarbeitungsfähig einzuschätzen. Dazu ist die Rezeptur noch weiter mit Wasser zu verdünnen, so daß die in der oben genannten Erfindungsbeschreibung, Tabelle 1, aufgeführten 33% Volumenfestkörpergehalt als fachgemäß zutreffend anzunehmen sind.

Claims (3)

1. Luft- und forcierttrocknende wäßrige Beschichtungsstoffe mit einem Volumenfestkörpergehalt von größer als 55% für dickschichtige Überzüge auf der Basis von Polymerdispersionen, die neben Pigmenten, Füllstoffen und Hilfsstoffen feste Polymerpulver enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit wäßrigen Emulsionen organisch gelöster Harzlösungen oberflächenbehandelte Polymerpulver enthalten, die in einem Festkörpervolumenverhältnis der Polymerpulver zu den oberflächenbehandelnden Substanzen von 1:0,03 bis 0,3 eingesetzt sind und, bezogen auf das Festkörpervolumen der filmbildenden Bestandteile der Polymerdispersion, im Verhältnis von 1:0,3 bis 0,9 vorliegen.

2. Luft- und forcierttrocknende wäßrige Beschichtungsstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpulver mit nieder- bis mittelmolekularen Silikonharzen, wie Methyl- oder Methylphenylsilikonen, chlorierten Polymeren oder dicyclopentadienhaltigen Harzen behandelt sind.

3. Luft- und forcierttrocknende wäßrige Beschichtungsstoffe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerpulver solche auf der Basis von Polyethylen, Polyvinylchlorid-Suspensionspolymerisat oder Polyvinylchlorid-Emulsionspolymerisat enthalten sind.