DE2947823A1 - AQUEOUS SILICONE RESIN DISPERSION - Google Patents
AQUEOUS SILICONE RESIN DISPERSIONInfo
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Description
— Γι —- Γ ι -
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung für Schutzüberzüge und mehr im besonderen bezieht sie sich auf eine Hberzugszusammensetzunr aus einem Silikonharz, das nach dem Aufbrinren auf ein Substrat (inrauf einen schützenden abriebsbest?5ndigen Überzug bildet.The invention relates to a composition for protective coatings and more particularly, it relates to a coating composition made of a silicone resin, which after application on a substrate (in a protective abrasion-resistant Forms coating.
Kürzlich erfuhr der Ersatz von Glasverglasungen durch Verglasungen aus transparenten Materialien, die nicht zersplittern oder gegenüber dem Zersplittern beständiger sind als Glas, eine weite Ausbreitung. So wird z.B. derzeit eine aus synthetischen organischen Polymeren hergestellte transparente Verglasung in öffentlichen Verkehrsmitteln benutzt, wie Zügen, Bussen, Taxis und Flugzeugen. Auch Linsen, wie solche für Brillen und andere optische Instrumente ebenso wie Verglasungη für große Geblude, benutzen splitterbestJindige transparente Kunststoffe. Das geringere Gewicht dieser Kunststoffe im Vergleich zu Glas ist ein weiterer Vorteil, insbesondere in der Verkehrsindustrie, wo das Gewicht eines Fahrzeuges ein Hauptfaktor beim Brennstoffverbrauch ist.Recently learned of the replacement of glass glazing by glazing made of transparent materials that do not shatter or are more resistant to shattering than glass, a wide one Spread. For example, one is currently being made from synthetic organic Polymers made transparent glazing in public Transportation uses such as trains, buses, taxis, and planes. Lenses too, such as those for glasses and others optical instruments as well as glazing for large buildings, use shatterproof, transparent plastics. The lesser Weight of these plastics compared to glass is another benefit, especially in the transportation industry where the weight of a vehicle is a major factor in fuel consumption is.
Während transparente Kunststoffe den Hauptvorteil der größeren Beständigkeit gegenüber Zersplittern und des geringeren Gewichtes als Glas haben, liegt ein ernster Nachteil dieser Kunststoffe in der leichten Zerkratzbarkeit dieser Kunststoffe aufgrund des täglichen Kontaktes mit Schleifmitteln, wie Staub, einer Reinigungsvorrichtung und/oder dem gewöhnlichen Wetter. Das fortgesetzte Zerkratzen führt zu einer beeinträchtigten Durchsicht und verschlechtert auch das Aussehen, wodurch ein häufiges Ersetzen von Verglasung oder Linse oder dergleichen erforderlich ist.While transparent plastics have the main advantage of greater resistance to shattering and lower weight than glass, a serious disadvantage of these plastics is that they are easily scratchable due to the fact that they are easily scratched daily contact with abrasives such as dust, cleaning equipment and / or ordinary weather. The continued scratching leads to impaired See-through and also degrades the appearance, causing frequent replacement of glazing or lens or the like is required.
Einer der vielversprechendsten und am meisten benutzten trnns-One of the most promising and widely used trnns-
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parenten Kunststoffe für Verglasungen ist Polykarbonat, wie es von der General Electric Company unter dem Warenzeichen Lexan vertrieben wird. Dieses Polykarbonat ist ein zähes Material^das eine hohe Schlagfestigkeit, eine hohe W.trmeverformungstemperatur, eine Rute Abmessungsstabilitfit und eine gute Selbstlöschunp aufweist und das außerdem leicht hergestellt wird.Parent plastic for glazing is polycarbonate, like it sold by the General Electric Company under the Lexan trademark. This polycarbonate is a tough material high impact resistance, high thermal deformation temperature, a rod dimensional stability and a good self-extinguishing and which is also easily manufactured.
Es sind Versuche unternommen worden, die Abriebsbeständigkeit transparenter Kunststoffe zu verbessern. So sind z.B. kratzbeständige Überzüge aus Mischungen von Siliziumdioxid, wie kolloidalem Siliziumdioxid oder Siliziumdioxidgel, und hydrolysierbaren Silanen in einem Hydrolysemedium aus Alkohol und Wasser bekannt. Solche Zusammensetzungen sind z.B. in den US-PS 3 708 225, 3 986 997 und 3 976 Ί97 beschrieben.Attempts have been made to improve the abrasion resistance of transparent plastics. For example, they are scratch-resistant Coatings made from mixtures of silica, such as colloidal silica or silica gel, and hydrolyzable Known as silanes in a hydrolysis medium composed of alcohol and water. Such compositions are described, for example, in U.S. Patents 3,708,225, 3,986,997 and 3,976 Ί97.
Obwohl sich die bekannten Oberzugsformulierungen als annehmbar erwiesen haben, sind sie doch noch verbesserungsfShig. Die erfindungsgemtfßen Oberzufszusammensetzungen ergeben z.B. überzüge mit verbesserter Beständigkeit gepenüber Feuchtigkeit und UV-Licht/verglichen nut den überzügen nach der US-PS 3 986 997. Weiter hat sich in direktem Gegensatz zur Lehre der vorgenannten US-PS ergeben, daß die basischen Oberzugszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung mit einem pH-Wert von 7,1 bis 7,8 nicht sofort gelieren, sondern ausgezeichnete überzüge mit guten Eigenschaften auf festen Substraten ergeben.Although the known top coat formulations have been found to be acceptable, there is still room for improvement. The top coating compositions according to the invention produce, for example, coatings with improved resistance to moisture and UV light / compared to the coatings according to US Pat. No. 3,986,997. Furthermore, in direct contrast to the teaching of the aforementioned US Pat Invention with a pH of 7.1 to 7.8 do not gel immediately, but give excellent coatings with good properties on solid substrates.
Es sind auch Schutzüberzüge auf Metallen, seien sie glänzend oder stumpf, erforderlich. So sind z.B. glänzend metallisierte Kunststoffe, wozu geringe Mengen Metall durch Vakuunv-zers täuben, oder Vakuumbedampfen auf den Kunststoff aufgebracht werden, derzeit wegen ihres leichten Gewichtes in der Autoindustrie poDu-IcIr, doch erfordern sie Schutzschichten, um eine Beeinträchtigung der brillanten Oberfläche durch Zerkratzen und dergleichen zu verhindern. Auch Radkappen erfordern Schutzüberzüge zu ihrer Erhaltung.Protective coatings on metals, be they shiny or dull, are also required. For example, they are shiny metallized Plastics, for which small amounts of metal are deadened by vacuum decomposition, or vacuum vapor deposition can be applied to the plastic, currently due to its light weight in the automotive industry poDu-IcIr, however, they require protective layers in order to be impaired to prevent the brilliant surface from being scratched and the like. Hubcaps also require protective covers on theirs Conservation.
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Die erfindungsgemäße Oberzugszusammensetzung umfaßt eine Dispersion aus kolloidalem Siliziumdioxid in einer Lösung des Partialkondensates eines Silanols der Formel RSi(OH)5 in einer Lösung aus aliphatischen! Alkohol und Wasser, wobei R ausgewählt ist aus Alkylresten mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und Aryl und mindestens 70 Gewichts-? des Silanols CH,-Si(OH)- sind und die Zusammensetzung 10 bis 50 Gewichts-? Feststoffe enthalt, die im wesentlichen aus 10 bis 70 Gewichts-? kolloidalem Siliziumdioxid und 30 bis 90 Gewichts-? des Partialkondensates bestehen und die Zusammensetzung einen pH-Wert im Bereich von 7,1 bis etwa 7,8 hat.The coating composition according to the invention comprises a dispersion of colloidal silicon dioxide in a solution of the partial condensate of a silanol of the formula RSi (OH) 5 in a solution of aliphatic! Alcohol and water, where R is selected from alkyl radicals having 1 to 3 carbon atoms and aryl and at least 70% by weight? of the silanol are CH, -Si (OH) - and the composition is 10 to 50% by weight? Contains solids consisting essentially of 10 to 70? colloidal silicon dioxide and 30 to 90 weight? of the partial condensate and the composition has a pH in the range from 7.1 to about 7.8.
Die erfindungsgemäßen Überzugs zusammensetzungen werden hergestellt durch Hydrolysieren eines Trialkoxysilans oder einer Mischung von Trialkoxysilanen der Formel RSi(OR),, worin R die obengenannte Bedeutung hat in einer wässrigen Dispersion des kolloidalen Siliziumdioxides. Ein Beispiel für eine Arylgruppe ist die Phenylgruppe.The coating compositions of the invention are made by hydrolyzing a trialkoxysilane or a mixture of trialkoxysilanes of the formula RSi (OR) ,, wherein R is the has the above meaning in an aqueous dispersion of the colloidal silicon dioxide. An example of an aryl group is the phenyl group.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung haben geeignete wässrige kolloidale Siliziumdioxiddispersionen im allgemeinen eine Teilchengröße von 5 bis 150 Millimikron Durchmesser. Diese Siliziumdioxiddispersionen sind bekannt und im Handel z.B. unter den Bezeichnungen Ludox von DuPont und Nalcoag von der NALCO Chemical Company erhältlich. Die kolloidalen Siliziumdioxide sind sowohl als saure als auch als basische Hydrosole erhältlich. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, bei der der pH-Wert der Überzugszusammensetzung auf der basischen Seite liegt, sind basische kolloidale Siliziumdioxidsole bevorzugt. Doch können auch saure kolloidale Siliziumdioxide, deren pH-Wert auf das basische Niveau eingestellt worden ist, brauchbar sein. Zusätzlich wurde festgestellt, daß kolloidale Siliziumdioxide mit einem geringen Alkaligehalt (z.B. Na„0) zu einer stabileren Überzugszusammensetzung führen. Kolloidale SiIiziumdioxide mit einem Alkaligehalt von weniger als 0,35 % (errechnet als Na0O) haben sich als bevorzugt erwiesen. Außer-In practicing the invention, suitable aqueous colloidal silica dispersions generally have a particle size of 5 to 150 millimicrons in diameter. These silicon dioxide dispersions are known and are commercially available, for example under the names Ludox from DuPont and Nalcoag from NALCO Chemical Company. The colloidal silicon dioxides are available as both acidic and basic hydrosols. For the purposes of the present invention where the pH of the coating composition is on the basic side, basic colloidal silica sols are preferred. However, acidic colloidal silicon dioxides, the pH of which has been adjusted to the basic level, can also be useful. In addition, it was found that colloidal silicon dioxides with a low alkali content (eg Na "0) lead to a more stable coating composition. Colloidal silicon dioxides with an alkali content of less than 0.35 % (calculated as Na 0 O) have proven to be preferred. Except-
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dem sind kolloidale Siliziumdioxide mit einer Teilchengröße von 10 bis 30 Millimikron bevorzugt. Eine besonders bevorzugte wässrige kolloidale Siliziumdioxiddispersion für die vorliegende Erfindung ist die unter der Händelsbezeichnung Ludox LS von der DuPont Company erhältliche Dispersion.dem are colloidal silicas with a particle size from 10 to 30 millimicrons preferred. A particularly preferred one aqueous colloidal silica dispersion for the present Invention is the under the trade name Ludox LS from dispersion available from DuPont Company.
Gemiß der vorliegenden Erfindung wird die wässrige kolloidale Siliziumdioxiddispersion zu einer Lösung einer geringen Menge von Alkyltriacetoxysilan in Alkyltrialkoxysilan oder Aryltrialkoxysilan hinzugegeben. Für die erfindungsgem*ißen Zwecke werden etwa 0,07 Gewichtsteile bis etwa 0,1 Gewichtsteile des Alkyltriacetoxysilans bezogen auf 100 Gewichtsteile der Oesamtzusammensetzunr benutzt. Die Temperatur der Feaktionsmischung wird im Bereich von etwa ?0 bis etwa UO°C gehalten, wobei ein Bereich von 20 bis etwa ^00C bevorzugt und eine Temperatur von unterhalb von 25°C in diesem Bernich am meisten bevorzugt ist. Fs wurde festgestellt, daß in etwa 6 bis 8 Stunden ausreichend Trialkoxysilan hydrolysiert worden ist, um die anfänglich aus zwei Phasen bestehende flüssige Mischung in eine flüssige Phase zu verwandeln, in der nun das behandelte Siliziumdioxid dispergiert ist. Pan Siliziumdioxid ist z.B. durch seine Vermischung mit dem Alkyltrialkoxysilan oder Aryltrialkoxysilan behandelt. Im allgemeinen l.ißt man die Hydrolyse für eine Gesamtzeit von etwa 2'J bis '48 Stunden stattfinden, je nach der gewünschten Viskosität des Produktes. Je lfinger man die Hydrolyse ablaufen l.tßt, umso höher ist die Viskosität des erhaltenen Produktes. Nach Beendigung der Hydrolyse wird der Feststoffgehalt durch Zugabe von Alkohol zu der Re.aktionsmischung eingestellt, wozu vorzugsweise i-Butanol benutzt wird. Andere geeignete Alkohole für die erfindungsgemißen Zwecke schließen niedere ali-· phatische Alkohole ein, wie Methanol, Äthanol, Pronanol, i-Propanol, n-Butylalkohol und t-Buty!alkohol. Auch Mischungen dieser Alkohole können benutzt werden. Das Lösungsmittelsystem sollte etwa 20 bis 75 Gewichts-!* Alkohol enthalten, um die Löslichkeit des Partialkondensates (eines Siloxanols) sicherzustellen. Wahlweise können weitere mit Wasser mischbare polare Lösungsmittel in geringen Mengen hinzugegeben werden, wieAccording to the present invention, the aqueous colloidal silica dispersion is added to a solution of a small amount of alkyltriacetoxysilane in alkyltrialkoxysilane or aryltrialkoxysilane. For the purposes of this invention, from about 0.07 parts by weight to about 0.1 part by weight of the alkyltriacetoxysilane is used based on 100 parts by weight of the total composition. The temperature of the Feaktionsmischung is maintained in the range of about? 0 to about UO ° C, with a range of 20, preferably to about 0 ^ 0 C and a temperature is preferably below 25 ° C in this Bernich most. It has been found that sufficient trialkoxysilane has been hydrolyzed in about 6 to 8 hours to convert the initially two phase liquid mixture to a liquid phase in which the treated silica is now dispersed. Pan silica is treated, for example, by mixing it with the alkyltrialkoxysilane or aryltrialkoxysilane. In general, the hydrolysis is allowed to take place for a total time of about 2½ to 48 hours, depending on the desired viscosity of the product. The longer the hydrolysis is allowed to proceed, the higher the viscosity of the product obtained. After the hydrolysis has ended, the solids content is adjusted by adding alcohol to the reaction mixture, for which purpose i-butanol is preferably used. Other suitable alcohols for the purposes of the present invention include lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, pronanol, i-propanol, n-butyl alcohol and t-butyl alcohol. Mixtures of these alcohols can also be used. The solvent system should contain around 20 to 75% alcohol by weight to ensure the solubility of the partial condensate (a siloxanol). Optionally, other water-miscible polar solvents can be added in small amounts, such as
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Azeton, Butylcellosäure und ähnliche in Mengen von nicht mehr als 20 Gewichts-1? bezogen auf das Gesamtlösungsmittel.Acetone, butyl cellosic acid and the like in amounts not exceeding 20% by weight 1 ? based on the total solvent.
Der Feststoffgehalt der Überzugszusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung liegt vorzugsweise im Rereich von etwa l8 bis 25 % und am bevorzugtesten bei etwa 20 Gewichts-? von der Gesamtzusammensetzung. Der pH-Wert der Zusammensetzung liegt im Bereich von etwa 7,1 bis etwn 7,8 und ist vorzugsweise höher als 7,2. Wenn erforderlich, kann eine verdünnte Base, wie Ammoniumhydroxid, oder eine schwache Säure, wie Essigsäure, zu der Zusammensetzung hinzugegeben werden, um den endgültigen pH-Wert in dem erwünschten Bereich einzustellen. Bei den genannten basischen pH-Werten sind die Zusammensetzungen durchscheinende Flüssigkeiten, die für mindestens mehrere Wochen bei Zimmertemperatur stabil sind. Bei Lagerung bei Temperaturen unterhalb von etwa 5°C ist diese Stabilitätsdauer noch weiter verlängert.The solids content of the coating compositions of the present invention is preferably in the range of about 18 to 25 percent, and most preferably about 20 percent by weight. of the overall composition. The pH of the composition ranges from about 7.1 to about 7.8, and is preferably greater than 7.2. If necessary, a dilute base such as ammonium hydroxide or a weak acid such as acetic acid can be added to the composition to adjust the final pH to the desired range. At the stated basic pH values, the compositions are translucent liquids which are stable for at least several weeks at room temperature. When stored at temperatures below about 5 ° C, this stability period is extended even further.
Zu der Zusammensetzung können Zusätze und andere modifizierende Mittel hinzugegeben werden, wie Verdicker, Pigmente, Farbstoffe und ähnliche. Ein besonders erwünschter Zusatz zu den findungsgemäßen Zusammensetzungen ist eine geringe Menge eines Polysiloxanpolyäthercopolymers, wie z.B. in der US-PS 3629 165 beschrieben. Ein solches Copolymer verhindert das Auftreten unerwünschter Fließ- und Snhmutzmarkierungen, wie sie ohne ein solches Polymer manchmal beim Aufbringen der Oberzugszusammensetzung auf das Substrat entstehen. Ein besonders brauchbares Polysiloxanpolyäthercopolymer für diese Zwecke ist unter der Handelsbezeichnung SF-IO66 von der General Electric Company erhältlich.Additives and other modifying agents can be added to the composition Agents are added, such as thickeners, pigments, dyes and the like. A particularly desirable addition to the compositions according to the invention is a small amount of one Polysiloxane polyether copolymers, such as in U.S. Patent 3,629,165 described. Such a copolymer prevents the occurrence of undesirable flow marks and wear marks, such as those without one such polymer is sometimes formed when the coating composition is applied to the substrate. A particularly useful one Polysiloxane polyether copolymer for this purpose is available from General Electric Company under the trade designation SF-IO66 available.
Das Alkyltriacetoxysilan wird dazu benutzt, die Basizität der anfänglich aus zwei flüssigen Phasen bestehenden Reaktionsmischung zu puffern und dadurch auch die Hydrolysegeschwindigkeit zu mäßigen. Während die Verwendung des Alkyltriacetoxysilans bevorzugt ist, kann auch Eisessig an seiner Stelle be-The alkyltriacetoxysilane is used to buffer the basicity of the reaction mixture, which initially consists of two liquid phases, and thereby also the rate of hydrolysis to moderate. While the use of the alkyltriacetoxysilane is preferred, glacial acetic acid can also be used in its place.
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nutzt werden ebenso wie irgendeine andere Säure, z.B. Propion-, Butter-, Zitronen-, Penzoe-, Ameisen-, Oxalsäure und ähnliche. Fn können Alkyltriacetoxysilane benutzt werden, in denen die Alkylgruppe 1 bis f> Kohlenstoffatome enthä'lt und vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatome hat. Am bevorzugtesten ist Methyltriacetoxysilan. are used as well as any other acid, for example propionic, butyric, citric, penzoic, formic, oxalic acid and the like. Fn alkyltriacetoxysilanes in which the alkyl group contains 1 to f> carbon atoms and preferably has 1 to 3 carbon atoms can be used. Most preferred is methyltriacetoxysilane.
Die Silnntriole RSi (nil) werden als Ergebnis der Vermischung der entsprechenden Trialkoxysilane mit dem wässrigen Medium, 'i.h. der wässrigen Dispersion des kolloidalen Siliziumdioxides in situ gebildet. Beispielhafte Trialkoxysilane sind solche, die Methoxy-,Äthoxy-, Tsopropoxy- und n-Butoxy-oub3tituenten enthalten, die bei der Hydrolyse zum Silantriol führen und weiter zur Bildung von Alkohol. Auf diese Weise wird zumindest ein Teil des in der fertigen Hherzugszusammensetzung vorhandenen Alkoholes geliefert. Wird eine Mischung von Trialkoxysilanen benutzt, dnnn erh.flt man eine Mischung verschiedener Silantriole und verschiedener Alkohole. Nach der Bildung der rilantriole oder Mischungen von Silantriolen in dem basischen wässrigen Medium tritt Kondensation der Hydroxylgruppen unter I'.ildunp; von -Si-O-Si-Bindungen auf. Diese Kondensation findet während einer gewissen Zeit statt und ist nicht erschöpfend, sondern das Siloxan beh'ilt eine beträchtliche Menpe siliziumrebundener Hydroxylgruppen, die das Polymer in dem Lösungsmittelgemisch aus Alkohol und Wasser löslich machen. Dieses lösliche Partial kondensat kann als Hiloxanolpolymer charakterisiert werden, das mindestens eine an Silizium gebundene Hydroxylgruppe für jeweils drei -SiO-Einheiten aufweist.The silntriols are RSi (nil) as a result of mixing the corresponding trialkoxysilanes with the aqueous medium, 'i.h. the aqueous dispersion of colloidal silica formed in situ. Exemplary trialkoxysilanes are those the methoxy, ethoxy, isopropoxy and n-butoxy substituents which lead to the silanetriol during hydrolysis and further to the formation of alcohol. That way, at least a portion of that present in the final draft composition Alcohol delivered. Will be a mixture of trialkoxysilanes used, you get a mixture of different Silanetriols and various alcohols. After the formation of the rilanetriols or mixtures of silanetriols in the basic one aqueous medium occurs under condensation of the hydroxyl groups I'.ildunp; of -Si-O-Si bonds. This condensation takes place takes place during a certain time and is not exhaustive, but the siloxane retains a considerable amount of silicon-bonded material Hydroxyl groups that make the polymer soluble in the mixed solvent of alcohol and water. This soluble partial condensate can be characterized as a hiloxanol polymer which has at least one silicon-bonded hydroxyl group for every three -SiO units.
Der nicht flüchtige Peststoffanteil der überzugszusammensetzunp; ist eine Mischung kolloidalen Siliziumdioxides und des Partialkondensates (oder Siloxanols) eines Silanols. Der Hauptanteil oder alles von dem Partialkondensat oder Siloxanol wird durch Kondensation von CH Si(OH), erhalten und je nach Zugabe der Ingredienzien zu der Hydrolysemischung können untergeordneteThe non-volatile pesticide content of the coating composition; is a mixture of colloidal silicon dioxide and the partial condensate (or siloxanol) of a silanol. The main part or all of the partial condensate or siloxanol is obtained by condensation of CH Si (OH), and depending on the addition of the Ingredients to the hydrolysis mixture can be minor
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Mengen eines Partialkondensat.ps erhalten werden, z.B. durch Kondensation von CH Si(OH)15 mit C0H15Pi(OH)5 oder C3U7Si(OH)Quantities of a Partialkondensat.ps can be obtained, e.g. by condensation of CH Si (OH) 15 with C 0 H 15 Pi (OH) 5 or C 3 U 7 Si (OH)
oder mit Cy-HnSi(OH), oder Mischungen der vorgenannten Verbindungen. FfIr optimale Ergebnisse im gehärteten f'berzug ist es bevorzugt, nur f'ethy ltrimethoxysil an bei der Herstellung der Oberzugszusarmnensetzungen zu benutzen, wodurch ausschließlich Monomethylsilantriol entsteht. In den bevorzugten über-ZURSzusamnensetzünden ist das Partialkondensat in einer flenne von etwa 55 bis 75 Gewichts-:? vom Gesamtfoststoffgeha.lt in einem Colösungsmittel aus Alkohol und Wasser vorhanden, wobei der Alkohol etwa 50 bis 95 Gewichts-* des Colösungsmittels ausmacht. or with Cy-H n Si (OH), or mixtures of the aforementioned compounds. For best results in the cured paint coating, it is preferred to use only methyl trimethoxysilane in the preparation of the coating compositions, which results in exclusively monomethylsilanetriol. In the preferred over-ZURSzusamnensetzünden the partial condensate is in a flenne of about 55 to 75 weight :? of the total solids content is present in a cosolvent of alcohol and water, the alcohol making up about 50 to 95% by weight of the cosolvent.
Die Oberzugszusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung h'irten auf einen Substrat bei Temperaturen von z.B. 120°C ohne Mithilfe eines H'irtungskatalysators. Um mildere H.irtunpsbedinpungen anwenden zu können, können jedoch gepufferte latente Kondensationskatalysatoren hinzugegeben werden. Hierzu gehören Alkalimetallsalze von Karbonsauren, wie Natriumazetat, Kaliumformiat und ähnliche, Amincarboxylate, v/ie Dimethylaminazetat, ^.thanolaminazetat, Dimethy lanilinformiat und ähnliche, quaternäre Ammoniumcarboxylate, wie Tetramethylammoniumazetat, "enzyltrimethylammoniumazetat, Metallcarboxylate, wie Zinnoctoat und Amine, wie Triäthylamin, Triethanolamin, Pyridin und ahnliche Verbindungen. Rs können auch Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid sowie Ammoniumhydroxid als Hörtungskatalysatoren benutzt werden. Typische im Handel erhältliche kolloidale Siliziumdioxide, insbesondere solche mit einem basischen pH-Wert, enthalten freie Alkalimetallbase und es werden daher wShrend der Hydrolyse in situ Alkalimetallcarboxylat-Katalysatoren erzeugt.The coating compositions of the present invention Harden on a substrate at temperatures of e.g. 120 ° C without the aid of a hardening catalyst. For milder conditions To be able to use, however, buffered latent condensation catalysts can be added. These include Alkali metal salts of carboxylic acids such as sodium acetate, potassium formate and similar, amine carboxylates, v / ie dimethylamine acetate, ^. ethanolamine acetate, dimethyl anilin formate and similar, quaternary Ammonium carboxylates, such as tetramethylammonium acetate, "enzyltrimethylammonium acetate, Metal carboxylates such as tin octoate and amines such as triethylamine, triethanolamine, pyridine and the like Links. Rs can also use alkali hydroxides, such as sodium hydroxide and ammonium hydroxide, as curing catalysts to be used. Typical commercially available colloidal silicas, especially those with a basic pH, contain free alkali metal base and therefore alkali metal carboxylate catalysts are used in situ during hydrolysis generated.
Die Menge an Hartungskatalysator kann innerhalb eines weiten Bereiches variiert werden, je nach den gewünschten Hartungsbedingungen. Im allgemeinen kann jedoch der Katalysator in Mengen von etwa 0,05 bis etwa 0,5 Gewichts-1?, vorzugsweise etwaThe amount of curing catalyst can be varied within a wide range, depending on the curing conditions desired. In general, however, the catalyst in amounts of about 0.05 to about 0.5 weight can 1, preferably? About
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0,1 Gewichts-*, bezogen auf die Zusammensetzung, benutzt werden. Zusammensetzungen, die Katalysatoren in diesen Mengen enthalten, können auf einem festen Substrat in einer relativ kurzen Zeit bei Temperaturen im Bereich von etwa 75 bis 150°C gehärtet werden und ergeben einen transparenten abriebsbeständigen Oberflächenüberzug.0.1 weight *, based on the composition, can be used. Compositions containing catalysts in these amounts can be deposited on a solid substrate in a relatively short time are cured at temperatures in the range of about 75 to 150 ° C and result in a transparent, abrasion-resistant surface coating.
Die Überzugszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können mit üblichen Verfahren, wie Fließenlassen, Sprühen oder Eintauchen auf eine Vielfalt von festen Substraten aufgebracht werden, um einen kontinuierlichen Oberfl'ichenfilm zu bilden. Insbesondere sind transparente Substrate zum Überziehen vorgesehen, wenngleich nichttransparente Substrate ebenso wie Kunststoffe und Metalle ebenfalls überziehbar sind. Mehr im besonderen sind diese Kunststoffe synthetische organische polymere Substrate, wie Akrylpolymere, z.B. Polymethylmethacrylat, Polyester, z.B. Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyamide, Polyimide, Akrylnitril/Styrolcopolymere, Styrol/Akrylnitril/ Butadiencopolymere, Polyvinylchlorid, Butyrate, Polyäthylen und andere.The coating compositions of the present invention can applied to a variety of solid substrates by conventional methods such as flowing, spraying, or dipping, to form a continuous surface film. In particular, transparent substrates are provided for coating, albeit non-transparent substrates as well as plastics and Metals can also be coated. More specifically, these plastics are synthetic organic polymeric substrates, such as acrylic polymers, e.g., polymethyl methacrylate, polyesters, e.g. Polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamides, polyimides, acrylonitrile / styrene copolymers, styrene / acrylonitrile / Butadiene copolymers, polyvinyl chloride, butyrates, polyethylene and others.
Die Überzugszusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung sind besonders brauchbar als überzüge für Polycarbonate, wie sie unter der Handelsbezeichnung Lexan von der General Electric Company erhältlich sind. Die Metallsubstrate, auf denen die erfindungsgemäßen Schutzüberzüge benutzt werden, schließen glänzende und matte Metalle ein, wie Aluminium und glänzend metallisierte Oberflächen, wie durch Zerstäuben aufgebrachte Chromlegierung. Andere zu überziehende feste Substrate schliessen Holz, angestrichene Oberflächen, Leder, Glas, Keramik und' Textilien ein.The coating compositions of the present invention are particularly useful as coatings for polycarbonates such as those sold under the trademark Lexan by General Electric Company are available. The metal substrates on which the protective coatings of the invention are used close shiny and matte metals such as aluminum and shiny metallized surfaces such as sputter deposited Chrome alloy. Other solid substrates to be coated include wood, painted surfaces, leather, glass, ceramics and ' Textiles a.
Durch Auswahl der richtigen Formulierung, der Auftragsbedingungen und der Vorbehandlung einschließlich des Gebrauches von Grundierungsmitteln sowie der Auswahl des Substrates können die Überzüge auf im wesentlichen alle festen Substrate aufgebracht werden. Ein harter Überzug mit all den vorgenannten Eigenschaf-By choosing the right formulation, application conditions and pre-treatment including the use of Primers, as well as the choice of substrate, allow the coatings to be applied to essentially any solid substrate will. A hard coating with all of the aforementioned properties
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ten und Vorteilen wird erhalten durch Entfernen von Lösungsmittel und flüchtigen Materialien. Die überzupszusammensetzung wird zu einem klebrigkeitsfreien Überzug an der Luft trocknen, doch ist ein Erhitzen auf eine Temperatur im Rereich von 75 200° C erforderlich, um die Kondensation der restlichen Silanole im Partialkondensat zu erreichen. Diese abschließende Härtung führt zur Bildung von Silsesquioxan (RSiO ._). Im fertigen gehärteten überzug liegt das Verhältnis der RSiO, ..-Einheiten zu SiOp im Bereich von etwa 0,M bis etwa 9,0, vorzugsweise von 1 bis "^. Ein gehärteter überzug mit einem Verhältnis von RSiO,,,, zu SiO_ von 2, worin R Methyl ist, ist am meisten bevorzugt. Die Überzugsdicke kann mittels der jeweiligen Aufbringtechnik variiert werden, doch werden im allgemeinen überzüge von etwa 0,5 bis 20.um, vorzugsweise von 2 bis 10,um Dicke benutzt.th and benefits is obtained by removing solvent and volatile materials. The topping composition will air dry to a tack free coating, but heating to a temperature in the range of 75-200 ° C required to achieve the condensation of the remaining silanols in the partial condensate. This final hardening leads to the formation of silsesquioxane (RSiO ._). In the finished hardened coating is the ratio of RSiO, .. units to SiOp in the range from about 0.1 M to about 9.0, preferably from 1 to "^. A hardened coating with a ratio from RSiO ,,,, to SiO_ of 2 where R is methyl is most preferred. The coating thickness can be varied by means of the particular application technique, but coatings are generally used from about 0.5 to 20 µm, preferably from 2 to 10 µm, in thickness used.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of examples.
22,1 Gewichtsteile Ludox LS, eines Siliziumdioxidsols, das eine wässrige Dispersion kolloidalen Siliziumdioxides ist, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 12 Millimikron und einem pH-Wert von 8,2 und das von DuPont vertrieben wird, wurde zu einer Lösung von 0,1 Gewichtsteil Methyltriacetoxysilan in 26,8 Gewichtsteilen Methyltrimethoxysilan hinzugegeben. Die Temperatur der Reaktionsmischung wurde bei 20 bis "50° C gehalten, vorzugsweise unterhalb von 25°C. Man ließ die Hydrolyse 21 Stunden lang ablaufen. Der Feststoffgehalt der resultierenden Reaktionsmischung betrug 10,5 % und die Mischung wurde durch Zugabe von i-Butanol auf etwa 20 % Feststoffe verdünnt. Der pH-Wert des Produktes lag bei etwa 7,2.22.1 parts by weight of Ludox LS, a silica sol which is an aqueous dispersion of colloidal silica, having an average particle size of 12 millimicrons and a pH of 8.2 and sold by DuPont, became a 0.1 part by weight solution Methyltriacetoxysilane added in 26.8 parts by weight of methyltrimethoxysilane. The temperature of the reaction mixture was kept at 20 to 50 ° C., preferably below 25 ° C. The hydrolysis was allowed to proceed for 21 hours. The solids content of the resulting reaction mixture was 10.5 % and the mixture was made by adding i-butanol diluted to about 20 % solids The pH of the product was about 7.2.
Diese Zusammensetzung brachte man durch Fließenlassen auf eine transparente Lexan-Platte (bestehend aus Polybisphenol-A-car-This composition was applied to a transparent Lexan sheet (consisting of polybisphenol-A-car-
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bonat) auf, die mit einer hitzehärtbaren Akrylharzemulsion grundiert worden war. Nach dem Lufttrocknen für 30 Minuten wurde die Platte für eine Stunde bei 120° C an der Luft getrocknet. Nach 500 Zyklen mit dem Taber-Schleifgerät (500 g Belastung, CS-lOF-Scheiben) (nach ANSI-Z26.1-1977) betrug die prozentuale Veränderung hinsichtlich des Schleiers 1,8. Die Probe bestand den Haftungstest (schraffiert, nach DIN-53-151) nach 7 Tagen in Wasser von 650C. Die Probe bestand auch den gleichen Test nach 1000 Stunden unter R-S-Lampenbeleuchtung auf einerbonat), which had been primed with a thermosetting acrylic resin emulsion. After air drying for 30 minutes, the plate was air dried for one hour at 120 ° C. After 500 cycles with the Taber grinder (500 g load, CS-10F disks) (according to ANSI-Z26.1-1977) the percentage change with regard to the haze was 1.8. The sample passed the adhesion test (cross-hatched, according to DIN-53-151) after 7 days in water at 65 0 C. The sample was also the same test after 1000 hours under RS-lamp lighting on a
rotierenden Plattform 25 cm entfernt von den Flächen einer Reihe von 6 Lampen, die 120° voneinander angeordnet waren. Die Plattform rotierte mit etwa 3 Umdrehungen pro Minute.rotating platform 25 cm away from the faces of a row of 6 lamps arranged 120 ° from each other. the Platform rotated at about 3 revolutions per minute.
300 g einer 30 <igen wässrigen kolloidalen Siliziumdioxiddispersion mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 Millimikron und einem pH-Wert von 9,2 (zubereitet durch Verdünnung von Nalcoag 1050, einem Produkt der NALCO Chemical Company) wurden zu einer Lösung von 0,9 g Eisessig und 3^6 g Methyltrimethoxysilan hinzugegeben. Die Temperatur der Reaktionsmischung wurde unterhalb von 300C gehalten. Die Hydrolyse lieft man 3 Tage lang ablaufen. Der Feststoffgehalt der resultierenden Reaktionamischung betrug 10,5 % und die Mischung wurde mit 119 g Isopropanol zu einer endgültigen -Verdünnung von 25 % Feststoffen verdünnt, deren pH-Wert etwa 7,5 betrug.300 g of a 30% aqueous colloidal silica dispersion with an average particle size of 20 millimicrons and a pH of 9.2 (prepared by diluting Nalcoag 1050, a product of the NALCO Chemical Company) were added to a solution of 0.9 g of glacial acetic acid and 3 ^ 6 g methyltrimethoxysilane added. The temperature of the reaction mixture was kept below 30 ° C. The hydrolysis was allowed to proceed for 3 days. The solids content of the resulting reaction mixture was 10.5 % and the mixture was diluted with 119 grams of isopropanol to a final 25 % solids dilution, the pH of which was about 7.5.
Diese Zusammensetzung, die 3 % einer 3#igen Lösung von Tetramethylammoniumazetat enthielt, wurde durch Fließen auf eine transparente Lexan-Platte aufgebracht, die grundiert worden war mit einer Lösung von 1,5 Gewichts-Ji Oamma-Aminopropyltriäthoxysilan und 1,5 Gewichts-? eines vorgeformten Reaktionsproduktes aus Gamma-Aminopropyltriäthoxysilan und Maleinanhydrid in Kthanol/i-Butanol. Nach dem Lufttrocknen für 30 Minuten wurde die Platte eine Stunde lang bei 120° C gehärtet. Nach 500This composition, which contained 3 % of a 3% solution of tetramethylammonium acetate, was applied by flow to a transparent Lexan plate which had been primed with a solution of 1.5% by weight of γ-aminopropyltriethoxysilane and 1.5% by weight. of a preformed reaction product of gamma-aminopropyltriethoxysilane and maleic anhydride in ethanol / i-butanol. After air drying for 30 minutes, the plate was cured at 120 ° C for one hour. After 500
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Zyklen mit dem Taber-Schleifger.'it betrug die prozentuale Veränderung des Schleiers & %U 1,15.Cycles with the Taber grinder, the percentage change in haze &% U was 1.15.
17,9 g Ludox LS wurden zu einer Lösung von 0,06 g Eisessig in 27,2 g Methyltrimethoxysilan hinzugegeben. Die Temperatur der Reaktionsmischung wurde unterhalb von 30° C gehalten. Man ließ die Hydrolyse 6 Stunden lang ablaufen. Der Feststoffgehalt betrug lJlt6 % und die Mischung wurde mit 30 g i-Butanol zu einem Peststoffgehalt von 25 % verdünnt. Der pH-Wert betrug 7,2.17.9 g of Ludox LS were added to a solution of 0.06 g of glacial acetic acid in 27.2 g of methyltrimethoxysilane. The temperature of the reaction mixture was kept below 30 ° C. The hydrolysis was allowed to proceed for 6 hours. The solids content was LJL t 6% and the mixture was diluted with 30 g of i-butanol to a Peststoffgehalt of 25%. The pH was 7.2.
Die Zusammensetzung, die 3 % einer 35&igen Lösung von Tetramethylammoniumazetat enthielt, wurde durch Fließen auf eine transparente Lexan-Platte aufgebracht, die wie in Beispiel 2 beschrieben,grundiert worden war. Nach dem Hirten betrug das der Platte 1,6.The composition, which contained 3 % of a 35% solution of tetramethylammonium acetate, was applied by flow to a transparent Lexan sheet which had been primed as described in Example 2. According to the Shepherd, the plate was 1.6.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |