DE2727845B2

DE2727845B2 - Oberflächenbehandelter mineralischer Füllstoff

Info

Publication number: DE2727845B2
Application number: DE2727845A
Authority: DE
Inventors: Dieter Zofingen Strauch; Ruediger Oftringen Werner
Original assignee: Pluess Staufer AG
Current assignee: Omya AG
Priority date: 1977-06-21
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2395294B1; DE2727845A1; US4191670A; FR2395294A1; AT381717B; FI63436B; NL7805999A; BE868166A; IT1105150B; IT7849809A0; ES470951A1; FI781768A7; CA1120658A; NO781740L; GB1604348A; ATA448078A; SE7807002L; FI63436C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wäßriges Anstrichsystem, insbesondere Dispersionsfarbe auf Basis von Styrolacrylaten, mit wesentlich verbesserter Wasch- und Scheuerfestigkeit, enthaltend einen mineralischen Füllstoff sowie Verfahren zu seiner Herstellung.

Es ist bekannt, Werkstoffen, Anstrichstoffen, Papier, Kunststoffen und dergleichen Füllstoffe, d. h. relativ billige Stoffe beizumischen, um deren Volumen und/oder Gewicht zu erhöhen, aber auch oft, um die technische Verwendbarkeit zu verbessern.

Das Verhalten von Füllstoffen in Kunststoffen, Anstrichfarben etc. wird maßgeblich von der Beschaffenheit der Füllstoffoberfläche beeinflußt. Es wurde deshalb bereits versucht, die Eigenschaften von Füllstoffen durch Behandlung ihrer Oberfläche mit chemischen Substanzen zu verbessern.

Aus der DE-PS 958830 ist ein Verfahren zur Behandlungvon natürlichem Calciumcarbonat mit oberflächenaktiven Stoffen bekannt, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß Calciumcarbonat in Gegenwart synthetischer und natürlicher Fettsäuren, Aminofettsäuren, Säureamiden, Fettalkoholen, Wachsen und Harzen in Mengen von 0,1 bis 40% bei mindestens 80° C gemahlen wird. Die dieser Patentschrift zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Zusammenballung der Kreideteilchen zu verhindern und die Einarbeitung in Kunststoffe etc. zu erleichtern.

Aus der CH-PS 508 553 sind bereits Füllstoffe bekannt, die mit Fettsäuren oder Fettsäuregemischen oberflächenbehandelt sind. Die Fettsäuren können dabei verzweigt oder auch ungesättigt sein. Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Hydro-

2> phobieren von feinverteilten anorganischen Verbindungen, insbesondere Oxiden, Silikaten und Carbonaten von 2- und 3wertigen Metallen mit Hilfe von bestimmten Fettsäuren oder Fettsäureestern. Die dieser Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im

i» wesentlichen darin, die genannten Verbindungen zu hydrophobieren, mit dem Ziel, das ölaufsaugvermögen zu steigern.

Die nach dem Stand der Technik oberflächenbehandelten Füllstoffe weisen zwar gegenüber unbehan-

i"' delten Füllstoffen durchaus günstigere Eigenschaften auf, sind aber insbesondere bezüglich ihrer anwendungstechnischen Eigenschaften noch stark verbesserungsbedürftig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

w wäßriges Anstrichsystem, insbesondere eine Dispersionsfarbe auf der Basis von Styrolacrylaten, mit wedentlich verbesserter Wasch- und Scheuerfestigkeit, enthaltend einen mineralischen Füllstoff, zu schaffen, das wesentlich verbesserte Eigenschaften hat.

■»■> In jahrelangen umfangreichen Reihenversuchen hat die Anmelderin viele chemische Stoffgruppen und Einzelsubstanzen auf ihre Wirksamkeit als Oberflächenbehandlungsmittel untersucht.

Folgende Stoffgruppen bzw. Substanzen wurden

">" auf ihre Wirksamkeit untersucht: Silicone, cyklische Ester, Paraffinöl, Polyäthylenwachse, Monocarbonsäuren, nämlich gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren, gesättigte oder ungesättigte Dicarbonsäuren, Dicarbonsäure-Ester, aromatische Monocarbonsäuren,

>) aromatische Hydroxymonocarbonsäuren, polycyclische Dicarbonsäuren, höhere Alkohole, Amine, emulgierbare Polymere, anorganische Silikate, anorganische Fluorsilikate und Netzmittel. Keine der getesteten Substanzen brachte eine für die Praxis ver-

M) wertbare Verbesserung der Wasch- und Scheuerbeständigkeit von Dispersionsfarben.

Überraschenderweise wurde jedoch erfindungsgemäß festgestellt, daß die gestellte Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß 90-99,9 Gew.% minerali-

h5 scher Füllstoffe mit einem Korngrölknbereich von 0,1-100 μιη mit einem Gemisch aus 0,1-10 Gew.% gesättigter und ungesättigter aliphatischer Säuren oberflächenbehandelt worden ist.

Besonders überraschend ist es, daß die vorteilhafte Wirkung auf den Füllstoff auf die Verwendung eines Gemisches aus gesättigten und ungesättigten aliphatischen Säuren zurückzuführen ist, während die Verwendung von gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Säuren allein keine nennenswerten Verbesserungen bringt. Abgesehen davon, daß der DE-PS 958830 und der CH-PS 508553 andere Aufgabenstellungen zugrunde liegen, war diese Lösung keiner dieser Druckschriften zu entnehmen.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Füllstoff mit einem Gemisch, bestehend aus gesättigten und ungesättigten Fettsäuren oberflächenbehandelt ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich Sojafettsäure als Oberflächenbehandlungsmittel erwiesen. Diese besteht im wesentlichen aus Linolsäure, ölsäure, PaI-mitinsäure, Stearinsäure und Linolensäure. Erfindungsgemäß wurden die besten Ergebnisse mit einer Sojafettsäure der Zusammensetzung 53,0 Gew. % Linolsäure, 24,0 Ges. % ölsäure, 12,0 Gew.% Palmitinsäure, 6,0 Gew.% Stearinsäure und 5,0 Gew.% Linolensäure erzielt.

Vorteilhafterweise können als Füllstoffe Calciumcarbonat, Dolomit, Kaolin, Bariumsulfat, Glimmer, Talkum und/oder Quarzmehl eingesetzt werden. Besonders günstige Ergebnisse wurden mit Marmormehl als Füllstoff erzielt.

Die Füllstoffe können mit einem Korngrößenbereich von 0,1 bis 100 um eingesetzt werden, wobei ein Korngrößenbereich von 0,5 bis 35 μιτι sehr günstig ist.

Erfindungsgemäß soll das Verhältnis zwischen Füllstoff einerseits und Oberflächenbehandlungsmittel andererseits so gewählt werden, daß 90,0 bis 99,9 Gew.% Füllstoff und 0,1 bis 10,0 Gew.% Oberflächenbehandlungsmittel verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Gewichtsverhältnis von 99,4 Gew.% Füllstoff und 0,6 Gew.% Oberflächenbehandlungsmittel bewährt. Erfindungsgemäß werden die oberflächenbehandelten mineralischen Füllstoffe entweder dadurch hergestellt, daß der Füllstoff in Gegenwart eines organischen oder anorganischen Dispergiermittels in einer Mühle mit Mikromahlkörpern in Gegenwart der Oberflächenbehandlungsmittel vermählen wird oder daß der Füllstoff durch Vermahlung hergestellt und anschließend oberflächenbehandelt wird. Die Zugabe des gegebenenfalls bis auf 80° C erwärmten Oberflächenbehandlungsmittels kann durch Aufsprühen und/oder durch Verwendung von Fluidmischern bzw. Misch- oder Knetvorrichtungen erfolgen.

Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen oberflächenbehandelten mineralischen Füllstoffe besonders gut geeignet sind zur Herstellung von wäßrigen Anstrichsystemen, insbesondere zur Herstellung von Dispersionsfarben. Hervorragende Ergebnisse wurden erzielt bei der Herstellung von Dispersionsfarben auf Basis von Styrol-Acrylat-Dispersionen als Bindemittel.

In waschbeständigen Innendispersionsfarben ergab ein unbehandeltes Calciumcarbonat (Korngrößenbereich von 0,5 bis 25 μηι) eine Waschbeständigkeit von 1100 bis 1400 Zyklen, gemessen nach DIN53778. Eine Innendispersionsfarbe, enthaltend als Füllstoff das gleiche Calciumcarbonat, jedoch erfindungsgemäß oberflächenbehandelt, ergab dagegen überraschenderweise eine Waschbeständigkeit von 20000 bis 22000 Zyklen. Zur Oberflächenbehandlung wurden dabei 0,6% Sojafettsäure eingesetzt. In einer scheuerbeständigen Innendispersionsfarbe konnte die Scheuerzyklenzahl durch die erfindungsgemäße 5 Oberflächenbehandlung des Calciumcarbonats von ursprünglich 5000 auf über 65000 gesteigert werden. Die Erhöhung der Wasch- und Scheuerbeständigkeit durch die Erfindung ermöglicht in der Praxis insbesondere eine Qualitätsverbesserung von Dispersionsfarben bei konstantem Bindemittelgehalt oder eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit durch Bindemittelreduktion bei praktisch unveränderter Waschbzw. Scheuerbeständigkeit. So kann z. B. die Bindemittelmenge reduziert werden in waschbeständigen

i) Innenfarben von 10,0 auf 8,0%, d. h. also um 20% und in scheuerbeständigen Innenfarben von 12,0 auf 9,5 %, d. h. um ca. 21 %. Diese Bindemittelreduktion, bei gleicher Qualität des Endprodukts, bedeutet eine erhebliche Kostensenkung.

2(i Weiterhin weist die Erfindung folgende Vorteile auf:

- Höhere Wasserfestigkeit und damit bessere Wetterbeständigkeit und geringere Quellbarkeit des Fiims,

2·) - verbesserte Rieselfähigkeit und damit leichtere Silierung und pneumatische Förderung,

- niedriges Schüttvolumen,

- geringerer Platzbedarf bei Lagerung,

- weniger Staubentwicklung,
«ι - geringere Staubbelästigung,

- einfache Dispergierung in wäßrigem Medium durch geringere Neigung zur Agglomeratbildung,

- höhere Oberflächenglätte des Anstrichfilms und i) damit geringere Kratz- und Schmutzempfindlichkeit,

- gute Reinigungsfähigkeit der FiImoberflache durch leichte Hydrophobie.

In den folgenden ^D"^:spielen wurde erfindungsgcmaß oberflächenbt ^>|!es Marmormehl im Vergleich zu unbehan Marmormehl in Dispersionsfarben hinsich 'asch- und Scheuerbeständigkeit uniersucht:

_A. Beispiel 1

In einem Fluidmischer wurden 994 GT (GT = Gewichtsteile) eines Marmormehles (Korngrößenbereich von 0,5-25 μιτι) durch Vormischen auf eine Temperatur von 40° C gebracht. Anschließend wur-

i(] den 6 GT Sojafettsäure, die auf 40° C vorgewärmt wurde, langsam eingespriiht. Die erreichte Temperatur betrug 80° C.

Das auf diese Weise oberflächenbehandelte Marmormehl wurde im Vergleich zu einem unbehandelten

,-, Marmormehl mit gleichem Korngrößenbereich in einer waschbeständigen Dispersionsfarbe, gemäß nachstehender Rezeptur, auf Waschbeständigkeit nach DIN 53773 geprüft. Das erfindungsgemäß hergestellte oberflächenbehandelte Marmormehl wurde

to sowohl bei Verwendung von 10 Gew.% als auch bei 8 Gew.% Styrolacrylatdispersion auf Waschbeständigkeit untersucht.

Priifrezeptur

μ Wasser 83,0 GT

Natrium-Hexametaphosphat 10%ig 17,0GT

Dispergiermittel auf Acrylat-Basis 3,0 GT

Natronlauge 10%ig 1,0GT

Konservierungsmittel

Entschäumer

Butyldiglykolacetat

Testbenzin

Titandioxid Rutil

Micro-Talkum

Marmormehl

Styrol-Acrylat-Dispersion 50%ig

1,0GT

3,0GT

10,0 GT

71,0 GT

50,0 GT

435,0 GT

100,0GT

10u0,0GT

Versuch 1: unbehandeltes Marmormehl

Versuch 2: erfindungsgemäß oberilächenbehandel-

tes Marmormeh!

Versuch 3: erfindungsgemäß oberflächenbehandeltes Marmormehl bei gleichzeitiger Reduktion der Styrol-Acrylat-Dispersion von 10 auf 8 Gew. %.

Waschbeständigkeit nach DIN 53 778

Versuche

Scheuerzyklen

1 100- 1 400

20 000-22 000

1 800- 2 100

Beispiel 2

Die Oberflächenbehandlung des Marmormehles mit einem Korngrößenbereich von 0,5-25 μηι erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben. Anschließend wurden Vergleichsuntersuchungen mit einem unbehandelten Marmormehl mit gleichem Korngrößenbereich in einer scheuerbeständigen Dispersionsfarbe, gemäß nachstehender Rezeptur, durchgeführt.

Das erfindungsgemäß hergestellte oberflächenbehandelte Marmormehl wurde sowohl bei Verwendung von 12 Gew.% als auch bei 9,5 Gew.% Styrol-Acrylat-Dispersion auf Scheuerfestigkeit untersucht. *

Prüfrezeptur

Wasser 63,5 GT

Natrium-Hexametaphosphat 10%ig 17,0GT

Dispergiermittel auf Acrylat-Basis 3,0 GT

Natronlauge 10 %ig 1,5GT

ι« Konservierungsmittel 1,0 GT

Entschäumer 1,0GT

Celluloseether 2%ig 225,0 GT

Butyldiglykolacetat 4,0 GT

Testbenzin 7,0 GT

Titandioxid Rutil 200,0 GT

Micro-Talkum 62,0 GT

Marmormehl 295,0 GT

Styrol-Acrylat-Dispersion 50%ig 120,0 GT

1000,0GT

Versuch 1: unbehandeltes Marmormehl
Versuch 2: erfindungsgemäß hergestelltes oberflächenbehandeltes Marmormehl
Versuch 3: erfindungsgemäß hergestelltes oberflächenbehandeltes Marmormehl bei gleichzeitiger Reduktion der Styrol-Acrylat-Dispersion von 12 auf 9,5 Gew.%.

Scheuerbeständigkeit nach DIN 53778
Versuche Scheuerzyklen

4800-5300
> 65 000
5500-6000

Claims

Patentansprüche:

1. Wäßriges Anstrichsystem, insbesondere Dispersionsfarbe auf Basis von Styrolacrylaten, mit wesentlich verbesserter Wasch- und Scheuerfestigkeit, enthaltend einen mineralischen Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, daß 90-99,9 Gew.% mineralischer Füllstoff mit einem Korngrößenbereich von 0,1-100 um mit einem Gemisch aus 0,1-10 Gew.% gesättigter und ungesättigter aliphatischer Säuren oberflächenbehandelt worden ist.

2. Wäßriges Anstrichsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit Sojarettsäure oberflächenbehandelt worden ist.

3. Wäßriges Anstrichsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit einem Gemisch bestehend in Gew.% aus

53,0% Linolsäure
24,0% ölsäure
12,0% Palmitinsäure

6,0% Stearinsäure und

5,0% Linolensäure
oberflächenbehandelt worden ist.

4. Wäßriges Anstrichsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff einen Korngrößenbereich von 0,5 bis 25 μπι aufweist.

5. Wäßriges Anstrichsystem nach einem der Ansprüche ί bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oberflächenbehandelte mineralische Füllstoff aus 99,4 Gew.% Füllstoff und 0,6 Gew.% Oberflächenbehandlungsmittel besteht.

6. Verfahren zur Herstellung des oberflächenbehandelten mineralischen Füllstoffs zur Verwendung in wäßrigen Anstrichsystemen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in Gegenwart eines üblichen organischen oder anorganischen Dispendonsmittels in einer Mühle mit Mikromahlkörpern in Gegenwart der Oberflächenbehandlungsmittel vermählen wird.

7. Verfahren zur Herstellung des oberflächenbehandelten mineralischen Füllstoffs zur Verwendung in wäßrigen Anstrichsystemen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff durch Vermahlung hergestellt wird, wobei anschließend die Oberflächenbehandlung durch Zugabe des gegebenenfalls bis auf 80° C erwärmten Oberflächenbehandlungsmittels durch Aufsprühen und/oder durch Verwendung von Fluidmischern bzw. Misch- oder Knetvorrichtungen erfolgt.