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Diese
Erfindung betrifft eine Polymerzusammensetzung, die in einem wässrigen
Medium dispergierte Polymerteilchen enthält. Die Polymerteilchen enthalten
ein erstes Polymer und ein zweites Polymer. Ein Verfahren zum Herstellen
der Polymerzusammensetzung wird bereitgestellt. Bereitgestellt werden
auch ein Verfahren unter Verwendung der Polymerzusammensetzung und
ein aus der Polymerzusammensetzung hergestellter Gegenstand. Die
Polymerzusammensetzung ist bei niederer Temperatur Film bildend
und stellt eine Beschichtung mit einem harten Film bereit.
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Die
Härte einer
Beschichtung steht in Bezug zu den mechanischen Eigenschaften der
Beschichtung und insbesondere dem Modul der Beschichtung. In vielen
Anwendungen ist eine Beschichtung mit bestimmten mechanischen Eigenschaften,
wie durch die Härte
charakterisiert, erwünscht,
um einen Schutzfilm für
ein darunter liegendes Substrat bereitzustellen. Beschichtungen
mit einem geeigneten Härtegrad
können
aus wässrigen
Polymerteilchendispersionen, die harte Polymere; d.h. Polymere mit
Glasübergangstemperaturen,
wesentlich oberhalb Umgebungstemperaturen, enthalten, hergestellt
werden. Jedoch schließen
Polymerzusammensetzungen, die diese harten Polymere enthalten, typischerweise
Additive, wie flüchtige
Koaleszenzmittel, ein, um die effektive Bildung eines getrockneten
Films bei Umgebungstemperatur zu erlauben. Nach der Bildung des
Films verdampfen die flüchtigen
Koaleszenzmittel unter Hinterlassen eines harten Polymerfilms. Die Verwendung
von flüchtigen
Koaleszenzmitteln, die flüchtige
Lösungsmittel
enthalten, wurde einer genauen Überprüfung unterzogen,
da sie eine Quelle für
flüchtige
organische Verbindungen (VOC's)
darstellen, die zur Atmosphärenverschmutzung
beitragen können.
Eine wässrige
Polymerzusammensetzung, die eine harte Beschichtung bereitstellt
und entweder mit niederen Anteilen von flüchtigen Koaleszenzmitteln oder
ohne flüchtige
Koaleszenzmittel formuliert werden kann, ist erwünscht.
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US-Patent
6 005 042 offenbart eine Polymerdispersion, die in dem Temperaturbereich
von 0°C
bis 40°C
Filme bildet. Die Polymerdispersion wird durch die schrittweise
Emulsionspolymerisation von einem ersten Monomergemisch und einem
zweiten Monomergemisch gebildet. Das erste Monomergemisch schließt weiche
Monomere mit Homopolymeren mit Glasübergangstemperaturen unter
0°C, harte
Monomere mit Homopolymeren mit einer Glasübergangstemperatur oberhalb
65°C, Carbonsäure- oder Carboxamidmonomere, wobei
die Monomere eine Ketogruppe aufweisen, und gegebenenfalls andere
Monomere ein. Das zweite Monomergemisch enthält weiche Monomere, harte Monomere,
gegebenenfalls Carbonsäure-
oder Carboxamidmonomere, gegebenenfalls Monomere mit einer Ketogruppe
und gegebenenfalls andere Monomere. Die offenbarte Polymerdispersion
ist zum Herstellen von Beschichtungen auf Substraten verwendbar,
die nicht maßhaltig
sind. Jedoch gibt es trotz dieser Offenbarung einen zunehmenden
Bedarf für
Polymerzusammensetzungen, die eine Kombination von guter Niedertemperaturfilmbildung
bereitstellen und die Bildung von harten Filmen ergeben.
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Die
Erfinder haben überraschenderweise
eine Polymerzusammensetzung gefunden, die gute Niedertemperaturfilmbildungseigenschaften
aufweist und einen harten Film bereitstellt. Die Polymerzusammensetzung
enthält
ausgewählte
Polymerteilchen, einschließlich
eines vernetzten ersten Polymers und eines zweiten Polymers mit
ausgewählten
vernetzenden Gruppen.
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Die
vorliegende Erfindung in ihren verschiedenen Aspekten wird in den
beigefügten
Ansprüchen
dargelegt.
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Wie
hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „(Meth)acrylat" auf entweder Acrylat
oder Methacrylat und der Begriff „(meth)acrylisch" bezieht sich auf
entweder acrylisch oder methacrylisch.
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„Glasübergangstemperatur" oder „Tg",
wie hierin verwendet, bedeutet die Temperatur, bei der oder oberhalb
der ein glasartiges Polymer Segmentbewegung der Polymerkette unterliegen
wird. Die Glasübergangstemperaturen
eines Polymers können durch
die Fox-Gleichung [Bulletin of the American Physical Society 1,
3 Seite 123 (1956)], wie nachstehend veranschaulicht, geschätzt werden:
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Für ein Copolymer
beziehen sich w1 und w2 auf
die Gewichtsfraktion der zwei Comonomere und Tg(1) und
Tg(2) beziehen sich auf die Glasübergangstemperaturen
der zwei entsprechenden Homopolymere in Grad Kelvin. Für Polymere,
die drei oder mehrere Monomere enthalten, werden zusätzliche
Terme hinzugefügt (wn/Tg(n)). Die Glasübergangstemperaturen
der Homopolymere können
beispielsweise in „Polymer
Handbook", herausgegeben
von J. Brandrup und E. H. Immergut, Interscience Publishers, gefunden
werden. Die hierin für das
erste Polymer und das zweite Polymer mitgeteilten Tg-Werte
wurden auf der Grundlage der Fox-Gleichung berechnet.
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Die
erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung
schließt
Polymerteilchen mit einer ausgewählten Zusammensetzung,
einschließlich
einem ersten Polymer und einem zweiten Polymer, ein. Das erste Polymer hat
eine Zusammensetzung, die mindestens ein mehrfach ethylenisch ungesättigtes
Monomer als eine polymerisierte Einheit einschließt. Das
zweite Polymer enthält
vernetzende Gruppen, die Vernetzungen nach Bildung eines die Polymerteilchen
enthaltenden Films bilden. Die Polymerzusammensetzung ist zum Bilden
von harten Filmen mit minimalen Anteilen von Koaleszenzmittel oder
ohne Koaleszenzmittel verwendbar.
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Die
ersten Polymer- und zweiten Polymerkomponenten der Polymerteilchen
werden durch die Polymerisation von ethylenisch ungesättigten
Monomeren gebildet. Das erste Polymer enthält, als polymerisierte Einheiten,
Comonomer, mehrfach ethylenisch ungesättigtes Monomer und gegebenenfalls
anionisches Monomer. Die Arten und Anteile von Comonomer, anionischem
Monomer und mehrfach ethylenisch ungesättigtem Monomer sind ausgewählt, um
ein erstes Polymer mit einer Tg im Bereich
von –30°C bis 100°C, vorzugsweise im
Bereich von –20°C bis 50°C und bevorzugter
im Bereich von –15°C bis 30°C bereitzustellen.
Das zweite Polymer enthält
als polymerisierte Einheiten Comonomer, vernetzendes Monomer und
gegebenenfalls anionisches Monomer. Die Anteile von Comonomer, gegebenenfalls
anionischem Monomer und vernetzendem Monomer sind ausgewählt, um
ein zweites Polymer mit einer Tg im Bereich
von –10°C bis weniger
als 18°C,
vorzugsweise im Bereich von –5°C bis 15°C und bevorzugter
im Bereich von 0°C
bis 10°C
bereitzustellen.
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Die
Berechnung der Tg für ein vernetzende Monomere
als polymerisierte Einheiten enthaltendes Copolymer basiert auf
Glasübergangstemperaturen
für die
aus jedem vernetzenden Monomer gebildeten Homopolymere, worin das
Homopolymer nicht in Gegenwart von Ammoniak oder einem primären Amin
vorliegt. Die Glasübergangstemperaturwerte
für die
aus den anionischen Monomeren gebildeten Homopolymere sind für anionische
Homopolymere in der Säureform.
Werte für
Glasübergangstemperaturen
für die
Homopolymere, die in der Literatur nicht mitgeteilt werden, werden
durch Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) gemessen. Um die
Glasübergangstemperatur
eines Homopolymers durch DSC zu messen, wird die Homopolymerprobe hergestellt
und in Abwesenheit von Ammoniak oder primärem Amin gehalten. Die Homopolymerprobe
wird getrocknet, auf 120°C
vorerhitzt, schnell auf –100°C gekühlt und
dann mit einer Geschwindigkeit von 20°C/Minuten auf 150°C erhitzt,
während
die Daten gesammelt werden. Die Glasübergangstemperatur für das Homopolymer
wird beim Wendepunkt unter Anwendung des Halbe-Höhen-Verfahrens gemessen.
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Mehrfach
ethylenisch ungesättigte
Monomere sind Monomere, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Gruppen
enthalten und keine vernetzende Gruppe, ausgewählt aus Acetoacetoxygruppen
und Cyanoacetoxygruppen, enthalten. Geeignete mehrfach ethylenisch
ungesättigte
Monomere schließen
Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Triethylenglycoldimethacrylat,
Tetraethylenglycoldimethacrylat, 1,3-Butylen, Glycoldimethacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat,
1,4-Butandioldimethacrylat, Neopentylglycoldiacrylat, Neopentylglycoldimethacrylat,
1,6-Hexandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldimethacrylat, Pentaerythritdiacrylat,
Pentaerythritdimethacrylat, Glycerindiacrylat, Glycerindimethacrylat,
Allylacrylat, Allylmethacrylat, Diallylphthalat, Divinylbenzol oder
Gemische davon ein.
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Anionische
Monomere sind ethylenisch ungesättigte
Monomere, die Säuregruppen
oder Salze davon enthalten. Geeignete Säuregruppen schließen Carbonsäuregruppen,
Phosphorsäuregruppen
und Schwefelsäuregruppen
ein. Anionische Monomere schließen
Carbonsäuremonomere,
wie (Meth)acrylsäure,
Fumarsäure,
Itaconsäure,
Maleinsäure,
Maleinsäureanhydrid,
und Monoester von Fumarsäure,
Phosphorsäuremonomere,
wie Phosphoethyl(meth)acrylat und Allylphosphonsäure; und Schwefelsäuremonomere,
wie 2-Acrylamido-2-methyl-1-propansulfonsäure, Sulfoethyl(meth)acrylat,
und Vinylsulfonsäure
ein. Das erste Polymer oder das zweite Polymer können aus einem oder mehreren
anionischen Monomeren gebildet werden.
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Vernetzende
Monomere enthalten mindestens eine ethylenische Ungesättigtheit
und mindestens eine vernetzende Gruppe, ausgewählt aus Acetoacetoxygruppen
und Cyanoacetoxygruppen. Acetoacetoxygruppen enthaltende, vernetzende
Monomere schließen
Acetoacetoxy-funktionelle Monomere mit der Struktur:
ein und Cyanoacetoxygruppen
enthaltende, vernetzende Monomere schließen Cyanoacetoxy-funktionelle
Monomere mit der Struktur:
ein, worin
R
1 entweder H, Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen
oder Phenyl darstellt;
A entweder:
darstellt, worin
R
2 entweder H, Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen
oder Phenyl, substituiertes Phenyl, Halogen, CO
2CH
3 oder CN darstellt;
R
3 entweder
H, Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Phenyl, substituiertes
Phenyl oder Halogen darstellt;
R
4 entweder
Alkylen oder substituiertes Alkylen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen
oder Phenylen oder substituiertes Phenylen darstellt;
R
5 entweder Alkylen oder substituiertes Alkylen
mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen darstellt;
a, m, n und q unabhängig entweder
0 oder 1 sind,
X und Y unabhängig entweder -NH- oder -O-
darstellen;
B entweder A, Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen
oder Phenyl, substituiertes Phenyl oder Heterocyclus darstellt.
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Geeignete
Acetoacetoxy-funktionelle Monomere schließen Acetoacetoxyethyl(meth)acrylat,
Acetoacetoxypropyl(meth)acrylat, Allylacetoacetat, Acetoacetoxybutyl(meth)acrylat,
2,3-Di(acetoacetoxy)propyl(meth)acrylat und Vinylacetoacetat ein.
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Geeignete
Cyanoacetoxy-funktionelle Monomere schließen Cyanoacetoxyethyl(meth)acrylat,
Cyanoacetoxypropyl(meth)acrylat, Allylcyanoacetat und Vinylcyanoacetat
ein. Das zweite Polymer kann aus einem ein oder mehrere vernetzende
Monomere enthaltenden Gemisch polymerisiert werden.
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Das
erste Polymer und das zweite Polymer enthalten auch Comonomere als
polymerisierte Einheiten. Comonomere sind ethylenisch ungesättigte Monomere,
die keine anionischen Monomere, mehrfach ethylenisch ungesättigte Monomere
oder vernetzende Monomere darstellen. Geeignete Comonomere schließen beispielsweise
(Meth)acrylsäureester,
einschließlich
C1-C40-Ester von
(Meth)acrylsäure,
wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat,
2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Decyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat,
Isobornyl(meth)acrylat; Hydroxyalkylester von (Meth)acrylsäure, wie
Hydroxyethyl(meth)acrylat und Hydroxypropyl(meth)acrylat; Styrol
oder substituierte Styrole; Vinylacetat oder andere Vinylester;
Vinylmonomere, wie Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, N-Vinylpyrrolidon;
Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid und Methacrylamid, ein.
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Das
erste Polymer enthält
als polymerisierte Einheiten 85 bis 99,9 Gewichtsprozent Comonomer,
vorzugsweise 88 bis 99,5 Gewichtsprozent Comonomer und bevorzugter
95 bis 99,5 Gewichtsprozent Comonomer, bezogen auf das Gewicht des
ersten Polymers. Das erste Polymer enthält als polymerisierte Einheiten auch
0,1 bis 10 Gewichtsprozent mehrfach ethylenisch ungesättigtes
Monomer, vorzugsweise 0,15 bis 8 Gewichtsprozent mehrfach ethylenisch
ungesättigtes
Monomer und bevorzugter 0,2 bis 5 Gewichtsprozent mehrfach ethylenisch
ungesättigtes
Monomer, bezogen auf das Gewicht des ersten Polymers. Das erste
Polymer enthält
als polymerisierte Einheiten 0 bis 5 Gewichtsprozent anionisches
Monomer, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gewichtsprozent anionisches Monomer
und bevorzugter 0,2 bis 1 Gewichtsprozent anionisches Monomer, bezogen
auf das Gewicht des ersten Polymers.
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Das
zweite Polymer enthält
als polymerisierte Einheiten 70 bis 99 Gewichtsprozent Comonomer,
vorzugsweise 80 bis 98 Gewichtsprozent Comonomer und bevorzugter
85 bis 96 Gewichtsprozent Comonomer, bezogen auf das Gewicht des
zweiten Polymers. Das zweite Polymer enthält auch als polymerisierte
Einheiten 0 bis 10 Ge wichtsprozent anionisches Monomer, vorzugsweise
0,5 bis 7 Gewichtsprozent anionisches Monomer und bevorzugter 1
bis 5 Gewichtsprozent anionisches Monomer, bezogen auf das Gewicht
des zweiten Polymers. Weiterhin enthält das zweite Polymer als polymerisierte
Einheiten 1 bis 20 Gewichtsprozent vernetzendes Monomer, vorzugsweise
3 bis 15 Gewichtsprozent vernetzendes Monomer und bevorzugter 5
bis 10 Gewichtsprozent vernetzendes Monomer, bezogen auf das Gewicht
des zweiten Polymers.
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Spezielle
Kombinationen der Monomerkomponenten sind ausgewählt, um Copolymerisation unterzogen
zu werden, zur Herstellung der Zusammensetzung des ersten Polymers
oder der Zusammensetzung des zweiten Polymers, und um Polymerteilchen
und Beschichtungen, die aus den Polymerteilchen hergestellt sind, mit
gewünschten
Anwendungseigenschaften, wie auf dem Fachgebiet bekannt, bereitzustellen.
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Die
Polymerteilchen können
Morphologien aufweisen, worin das zweite Polymer vollständig oder
teilweise das erste Polymer einkapselt. Geeignete Morphologien schließen Kern-Schale-Polymere
ein, worin das erste Polymer den Kern bildet und das zweite Polymer
die Schale bildet; ein Polymerteilchen, worin das erste Polymer
zwei oder mehrere Domänen
innerhalb der zweiten Polymerschale bildet und eine Eichelmorphologie, worin
das zweite Polymer teilweise den ersten Polymerkern bedeckt und
die Mehrheit der Oberfläche
des Polymerteilchens bereitstellt. Eine bevorzugte Morphologie ist
ein Kern-Schale-Polymer mit einem ersten Polymerkern und einer zweiten
Polymerschale. Elektronenmikroskopie, in Kombination mit Schwermetallanfärbungstechniken,
kann zum Bestimmen der Polymerteilchenmorphologie verwendet werden.
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Die
Polymerteilchen können
mittlere Teilchendurchmesser im Bereich von 40 nm bis 1000 nm, vorzugsweise
im Bereich von 60 nm bis 500 nm und bevorzugter im Bereich von 80
nm bis 200 nm aufweisen. Der mittlere Teilchendurchmesser kann durch
eine quasi-elastische Lichtstreuungstechnik, unter Anwendung eines
Instruments, wie eines Brookhaven Modell BI-90 Particle Sizers,
bezogen von Brookhaven Instruments Corporation, Holtsville, N. Y.,
gemessen werden.
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Die
Polymerzusammensetzung enthält
die Polymerteilchen, die in einem wässrigen Medium dispergiert
sind. Das wässrige
Medium kann Co-Lösungsmittel,
einschließlich
mit Wasser mischbare Co-Lösungsmittel,
wie Methanol, Ethanol, Propanol, Aceton, Ethylenglycolethylether,
Propylenglycolpropylether und Diacetonalkohol, und mit Wasser nicht
mischbare Lösungsmittel,
wie Essigsäurepropylester,
Essigsäurebutylester,
Methylisoamylketon, Essigsäureamylester,
Diisobutylketon, Xylol, Toluol, Butanol, und Lösungsbenzin enthalten. Vorzugsweise
enthält
die Polymerzusammensetzung 0 bis 20 Gewichtsprozent Co-Lösungsmittel,
bevorzugter 0 bis 10 Gewichtsprozent Co-Lösungsmittel und bevorzugter
0 bis 8 Gewichtsprozent Co-Lösungsmittel,
bezogen auf das Gewicht der Polymerzusammensetzung. Die Polymerzusammensetzung
kann mit 10 bis 70 Gewichtsprozent Polymerteilchen, bezogen auf
das Gewicht der Polymerzusammensetzung, bereitgestellt werden.
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Die
die Polymerteilchen enthaltende Polymerzusammensetzung kann durch
Suspensions- oder Emulsionspolymerisationstechniken hergestellt
werden. Die Polymerisation kann ein Zwei-Stufen- oder Mehr-Stufen-Verfahren
sein. In einem Zwei-Stufen-Verfahren
kann das erste Polymer durch wässrige
Emulsionspolymerisation von einem ersten Monomergemisch, das mindestens
ein Comonomer, mindestens ein mehrfach ethylenisch ungesättigtes
Monomer und gegebenenfalls mindestens ein anionisches Monomer enthält, zur
Bildung von Teilchen des ersten Polymers hergestellt werden. Nun
wird das zweite Polymer durch wässrige
Emulsionspolymerisation von einem zweiten Monomergemisch, das mindestens
ein Comonomer, mindestens ein anionisches Monomer und mindestens
ein vernetzendes Monomer enthält,
in Gegenwart der ersten Polymerteilchen hergestellt.
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Die
Ausführung
von Emulsionspolymerisation wird im Einzelnen in D. C. Blackley,
Emulsion Polymerization (Wiley, 1975) erörtert. Herkömmliche Emulsionspolymerisationstechniken
können
angewendet werden, um die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung als
eine wässrige
Dispersion von Polymerteilchen herzustellen. Die Ausführung der
Emulsionspolymerisation wird auch in H. Warson, The Applications
of Synthetic Resin Emulsions, Kapitel 2 (Ernest Benn Ltd., London
1972) erörtert.
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Somit
können
die ethylenisch ungesättigten
Monomere, die das Comonomer, das ionische Monomer, mehrfach ethylenisch
ungesättigte
Monomer und das vernetzende Monomer einschließen, mit einem anionischen
oder nichtionischen Dispergiermittel, auch als ein Tensid bezeichnet,
unter Anwendung von beispielsweise 0,05 bis 10 Gewichtsprozent Dispergiermittel,
auf das Gewicht von Gesamtmonomeren, emulgiert werden. Kombinationen
von anionischen und nichtionischen dispergierenden Mitteln können auch
verwendet werden. Polymere mit hohem Molekulargewicht, wie Hydroxyethylcellulose,
Methylcellulose und Vinylalkohol, können als Emulsionsstabilisatoren
und Schutzkolloide verwendet werden, wie auch Polyelektrolyte, wie
Polyacrylsäure.
Saure Monomere, insbesondere jene mit niederem Molekulargewicht,
wie Acrylsäure
und Methacrylsäure,
sind in Wasser löslich,
und können
somit als Dispergiermittel dienen, die beim Emulgieren der anderen angewendeten
Monomere unterstützen.
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Geeignete
anionische Dispergiermittel schließen beispielsweise höhere Fettalkoholsulfate,
wie Natriumlaurylsulfat; Alkylarylsulfonate, wie Natrium- oder Kaliumisopropylbenzolsulfonate,
oder Isopropylnaphthalinsulfonate; Alkalimetall höhere Alkylsulfosuccinate,
wie Natriumoctylsulfosuccinat, Natrium-N-methyl-N-palmitoyllaurat,
Natriumoleylisethionat; Alkalimetallsalze und Ammoniumsalze von
Alkylarylpolyethoxyethanolsulfaten, -sulfonaten, oder -phosphaten,
wie Natrium-tert-octylphenoxypolyethoxyethylsulfat mit 1 bis 50
Oxyethyleneinheiten; Alkalimetallsalze und Ammoniumsalze von Alkylpolyethoxyethanolsulfaten,
-sulfonaten und -phosphaten; und Alkalimetallsalze und Ammoniumsalze
von Arylpolyethoxyethanolsulfaten, -sulfonaten und -phosphaten,
ein.
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Geeignete
nichtionische dispergierende Mittel schließen Alkylphenoxypolyethoxyethanole
mit Alkylgruppen mit etwa 7 bis 18 Kohlenstoffatomen und etwa 6
bis etwa 60 Oxyethyleneinheiten, wie Heptylphenoxypolyethoxyethanole,
Methyloctylphenoxypolyethoxyethanole; Polyethoxyethanolderivate
von Methylen-gebundenen Alkylphenolen; Schwefel enthaltende Mittel,
wie jene, hergestellt durch Kondensieren von etwa 6 bis 60 Mol Ethylenoxid
mit Nonylmercaptan, Dodecylmercaptan, oder mit Alkylthiophenolen,
worin die Alkylgruppen 6 bis 16 Kohlenstoffatome enthalten; Ethylenoxidderivate
von langkettigen Carbonsäuren,
wie Laurinsäure,
Myristinsäure,
Palmitinsäure, Ölsäure oder
Gemische von Säuren,
wie jene, die in Tallöl
gefunden werden, das 6 bis 60 Oxyethyleneinheiten pro Molekül enthält; analoge
Ethylenoxidkondensate von langkettigen Alkoholen, wie Octyl-, Decyl-,
Lauryl- oder Cetylalkoholen, Ethylenoxidderivate von veretherten
oder veresterten Polyhydroxyverbindungen mit einer hydrophoben Kohlenwasserstoffkette,
wie Sorbitanmonostearat, das 6 bis 60 Oxyethyleneinheiten enthält; Blockcopolymere
von Ethylenoxidabschnitt, kombiniert mit einem oder mehreren hydrophoben
Propylenoxidabschnitten, ein. Gemische von Alkylbenzolsulfonaten
und ethoxylierten Alkylphenolen können verwendet werden.
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Das
erste Polymer oder das zweite Polymer können als eine polymerisierte
Einheit ein copolymerisierbares Tensid mit mindestens einer polymerisierbaren,
ethylenisch ungesättigten
Bindung enthalten.
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Vorzugsweise
enthält
die die Polymerteilchen enthaltende Polymerzusammensetzung einen
Gesamtanteil an Tensid von 10 Gewichtsprozent oder weniger, bevorzugter
7,5 Gewichtsprozent oder weniger und besonders bevorzugt 5 Gewichtsprozent
oder weniger, bezogen auf das Gewicht der Polymerteilchen. Obwohl höhere Anteile
an Tensid in vielen Beschichtungsanwendungen verwendet werden können, kann
das Tensid die Beschichtungseigenschaften, wie Feuchtigkeitsresistenz,
nachteilig beeinflussen.
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Ein
Polymerisationsstarter vom freien radikalischen Typ, wie Ammonium-
oder Kaliumpersulfat, kann einzeln oder als die oxidierende Komponente
eines Redoxsystems verwendet werden, das auch eine reduzierende
Komponente, wie Kaliummetabisulfit, Natriumthiosulfat oder Natriumformaldehydsulfoxylat,
einschließt. Die
reduzierende Komponente wird häufig
als ein Beschleuniger bezeichnet. Der Starter und Beschleuniger, die üblicherweise
als Katalysator, Katalysatorsystem oder Redoxsystem bezeichnet werden,
können
in Anteilen von etwa 0,01% oder weniger bis 3% jeweils, bezogen
auf das Gewicht der zu copolymerisierenden Monomere, verwendet werden.
Beispiele für
Redoxkatalysatorsysteme schließen
t-Butylhydroperoxid/Natriumformaldehydsulfoxylat/Fe(II) und Ammoniumpersulfat/Natriumbisulfit/Natri umhydrosulfit/Fe(II)
ein. Andere geeignete Starter schließen Azoverbindungen ein. Die
Polymerisationstemperatur kann von 10°C bis 90°C oder mehr liegen und kann
für das
angewendete Katalysatorsystem, wie es herkömmlich ist, optimiert werden. Emulsionspolymerisation
kann beimpft oder unbeimpft sein.
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Kettenübertragungsmittel,
wie Mercaptane, Polymercaptan und Polyhalogenverbindungen, in dem Polymerisationsgemisch
können
verwendet werden, um das Molekulargewicht des ersten Polymers oder
des zweiten Polymers zu mitteln. Beispiele für Kettenübertragungsmittel, die verwendet
werden können,
schließen langkettige
Alkylmercaptane, wie t-Dodecylmercaptane, Akohole, wie Isopropanol-,
Isobutanol-, Laurylalkohol oder t-Octylalkohol, Tetrachlorkohlenstoff,
Tetrachlorethylen und Trichlorbromethan, ein. Im Allgemeinen können 0,1
bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Gesamtmonomers,
in dem ersten Polymer oder dem zweiten Polymer verwendet werden.
Alternativ können
geeignete Molekulargewichte durch Erhöhen der Startermenge oder durch
eine Kombination von erhöhter
Startermenge und einem Kettenübertragungsmittel erhalten
werden.
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Das
Polymerisationsverfahren, um das erste Polymer oder das zweite Polymer
herzustellen, kann ein thermischer oder Redox-Typ sein; das heißt, freie
Radikale können
nur durch thermische Dissoziation einer Starterspezies erzeugt werden
oder ein Redoxsystem kann angewendet werden. Eine alle oder einen
Teil der zu polymerisierenden Monomere enthaltende Monomeremulsion
kann unter Anwendung der Monomere, Wasser und Tenside hergestellt
werden. Eine Katalysator in Wasser enthaltende Katalysatorlösung kann
gesondert hergestellt werden. Die Monomeremulsion und Katalysatorlösung können im
Verlauf der Emulsionspolymerisation gemeinsam dem Polymerisationsgefäß zugeführt werden.
Das Reaktionsgefäß selbst
kann anfänglich Wasser
enthalten. Das Reaktionsgefäß kann zusätzlich Impfemulsion
enthalten und kann weiterhin zusätzlich eine
Startercharge des Polymerisationskatalysators enthalten. Die Temperatur
des Reaktionsgefäßes während der
Emulsionspolymerisation kann durch Kühlen gesteuert werden, um die
durch die Polymerisationsreaktion oder durch Erhitzen des Reaktionsgefäßes erzeugte
Wärme zu
entfernen. Verschiedene Monomeremulsionen können gleichzeitig in das Reaktionsgefäß gemeinsam
eingespeist werden. Wenn Mehrfach-Monomeremulsionen gemein sam eingespeist
werden, können
sie von verschiedenen Monomerzusammensetzungen sein. Die Reihenfolge
und Geschwindigkeiten, bei denen die verschiedenen Monomeremulsionen
gemeinsam zugeführt
werden, können
während
des Emulsionspolymerisationsverfahrens verändert werden. Der pH-Wert des
Inhalts des Reaktionsgefäßes kann
auch während
des Verlaufs des Emulsionspolymerisationsverfahrens verändert werden.
Vorzugsweise ist der pH-Wert des Emulsionspolymerisationsverfahrens,
um das erste Polymer oder das zweite Polymer herzustellen, weniger
als 8, bevorzugter im Bereich von 2–6.
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Andere
Komponenten können
zu der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung
gegeben werden, einschließlich,
ohne Begrenzung, andere Polymere, wie Vinylacetatpolymere, Styrolbutadienpolymere, Acryl-Copolymere
und Vinylchlorid-Copolymere;
Tenside; Weichmacher; Puffer; Neutralisationsmittel; Feuchthaltemittel;
Wachse; Farbstoffe; Perlglanzmittel; Adhäsionsförderer; Verdickungsmittel;
Dispersantien; Entschäumer;
Nivelliermittel; optische Aufheller; Ultraviolettstabilisatoren,
wie gehinderte Aminlichtstabilisatoren; Koaleszenzmittel; Rheologiemodifizierungsmittel
oder Verdickungsmittel; Konservierungsmittel; Biozide und Antioxidantien.
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Zusätzlich kann
die Polymerzusammensetzung Vernetzungsmittel enthalten, die mit
den Acetoacetoxygruppen oder den Cyanoacetoxygruppen der Polymerteilchen
reaktiv sind. Die Art von Vernetzungsmittel und der Anteil an Vernetzungsmittel
sind derart ausgewählt,
dass die Fähigkeit
der Polymerzusammensetzung, einen Film zu bilden, nicht wesentlich
beeinflusst wird. Geeignete Vernetzungsmittel schließen beispielsweise
multifunktionelle Aminverbindungen, Oligomere und Polymere ein,
die mindestens zwei Amingruppen enthalten, wie Hexamethylendiamin,
Ethylendiamin, 1,2-Diaminopropan, 2-Methyl-1,5-pentandiamin, 1,4-Diaminobutan,
1,12-Diaminododecan,
1,2-Diaminocyclohexan, 1,2-Phenyldiamin, Diaminotoluol, Polyethylenimin,
difunktionelle und trifunktionelle Jeffamines
TM-Härtungsmittel
(Huntsman Petrochemical Corporation), und wässrige Polyurethandispersionen
mit seitenständigen
Amino-, Hydrazid- oder Hydrazingruppen; Aminosilanepoxysilane, wie
3-Aminopropyltrimethoxysilan,
3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan,
3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropyltriisopropoxysilan,
3-Aminopropylmethyldiisopropoxysilan, 3-Aminopropylmethyltriisopropoxysilan,
N-2- Aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan,
N-2-Aminoethyl-3-aminopropyltriethoxysilan, N-2-Aminoethyl-3-aminopropylmethyldimethoxysilan,
N-2-Aminoethyl-3-aminopropylmethyldiethoxysilan, N-2-Aminoethyl-3-aminopropyltriisopropoxysilan,
N-2-Aminoethyl-3-aminopropyltriisopropoxysilan,
N-2-Aminoethyl-3-aminopropylmethyldiisopropoxysilan und N-2-Aminoethyl-3-aminopropylmethyldiisopropoxysilan;
Epoxysilane, wie Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Glycidoxypropylmethyldimethoxysilan,
Glycidoxypropyltriethoxysilan, Glycidoxypropylmethyldimethoxysilan,
Glycidoxypropyltriethoxysilan, Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan,
oder β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilan;
multifunktionelle Isocyanate, wie Bayhydur
TM XP-7063-Isocyanat (Bayer);
aliphatische Carbodiimide, wie Ucarlink
TM XL-29SE-Vernetzer,
oder jene, offenbart in US-Patent 4 977 219; aromatische Carbodiimide,
wie in
US 5 574 083 offenbart;
zweiwertige Metallionen, wie Zn
2+, Mg
2+, Ca
2+; und Zirconate,
wie Ammoniumzirconiumcarbonat. Vorzugsweise sind die als Vernetzungsmittel
in der Polymerzusammensetzung angewendeten multifunktionellen Aminverbindungen
primäre
Amingruppen. Bevorzugte Anteile für die multifunktionellen Aminverbindungen
mit primären
Amingruppen in der Polymerzusammensetzung ist ein Verhältnis von
0,1:1 primäre
Amingruppen pro Acetoacetoxygruppe, Cyanoacetoxygruppen, oder Kombination
davon. Bevorzugte Aminosilane schließen N-2-Aminoethyl-3-aminopropylmethyldimethoxysilan,
N-2-Aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan und 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan
ein.
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Die
Polymerzusammensetzung kann Pigment bei Pigmentvolumenkonzentrationen
im Bereich von 0 bis 85%, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 45%
und bevorzugter im Bereich von 0 bis 25% enthalten. Die Pigmentvolumenkonzentration
einer Spezies von Pigmentteilchen ist der Prozentsatz an Volumen,
das durch Spezies von Pigmentteilchen eingenommen wird, bezogen
auf das Gesamtvolumen der getrockneten Beschichtung, die aus der
Beschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. Geeignete Pigmente
schließen anorganische
Pigmente, organische Pigmente, und Füllstoffe, wie Titandioxid,
Eisenoxid, Zinkoxid, Magnesiumsilikat, Calciumcarbonat, organische
und anorganische gefärbte
Pigmente, Aluminosilikate, Siliziumdioxid und verschiedene Tone
ein. Geeignete organische Pigmente schließen auch Kunststoffpigmente,
wie feste Kugelpigmente und Mikrokugelpigmente, die Hohlräume oder
Vesikel enthalten, und anorganische Pigmente ein. Beispiele für feste
Kugelpig mente schließen
Polystyrol und Polyvinylchloridkugeln ein. Beispiele für Mikrokugelpigmente,
die Polymerteilchen, die einen oder mehrere Hohlräume und
vesikulierte Polymerteilchen enthalten, einschließen, werden
in
US 4 427 835 ;
US 4 920 160 ;
US 4 594 363 ;
US 4 469 825 ;
US 4 468 498 ;
US 4 880 842 ;
US 4 985 064 ;
US 5 157 084 ;
US 5 041 464 ;
US 5 036 109 ;
US 5 409 776 und
US 5 510 422 offenbart. Andere geeignete
Pigmente schließen
beispielsweise Expancel
TM 551 DE20 Acrylnitril/Vinylchlorid-expandierte
Teilchen (Expancel Inc. Duluth Georgia); Sil-Cell
TM 35/34,
Natriumkaliumaluminiumsilikatteilchen (Silbrico Corporation, Hodgkins
IL); Dualite
TM 27 Polyvinylidenchlorid-Copolymer,
beschichtet mit CaCO
3 (Pierce and Stevens
Corporation, Buffalo NY); Fillitte
TM 150
keramische kugelförmige
Teilchen (Trelleborg Fillite Inc. Norcross GA); Microbeads
TM 4A Sodakalkteilchen (Cataphote Inc.);
Sphericell
TM Hohlglasteilchen (Potter Industries
Inc. Valley Forge PA); Eccosphere
TM Hohlglaskugeln
(New Metals & Chemicals
Ltd.; Essex England); Z-light
TM Sphere W-1200
keramische Hohlkugeln (3M St. Paul MN.); Scotchlite
TM K46
Glaskugeln (3M St. Paul MN.); Vistamer
TM UH
1500 Polyethylenteilchen; und Vistamer
TM HD
1800 Polyethylenteilchen (Fluoro-Seal Inc., Houston TX) ein.
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Eine
flüchtige
organische Verbindung (VOC) kann zu der Polymerzusammensetzung gegeben
werden, um die Filmeigenschaften zu verbessern oder in den Anwendungseigenschaften
der Zusammensetzung zu unterstützen.
Beispiele für
solche Verbindungen schließen
Lösungsmittel
und Koaleszenzmittel, wie Glycolether, organische Ester, aromatische
Verbindungen, Ethylen- und Propylenglycol und aliphatische Kohlenwasserstoffe
ein. Eine flüchtige
organische Verbindung (VOC) wird hierin als eine Kohlenstoff enthaltende
Verbindung definiert, die einen Siedepunkt unter 280°C bei Atmosphärendruck
aufweist, wobei Verbindungen, wie Wasser und Ammoniak, von den VOC's ausgeschlossen
sind. In einer Ausführungsform
ist die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung
eine Nieder-VOC-Polymerzusammensetzung. Wie hierin verwendet, bezieht
sich Nieder-VOC-Polymerzusammensetzung auf eine Polymerzusammensetzung,
die 0,01 bis weniger als 6% VOC, auf das Gewicht, vorzugsweise 0,01
bis weniger als 3% VOC und bevorzugter 0,01 bis weniger als 2% VOC,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymerzusammensetzung, aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung
kann unter Anwendung von herkömmlichen
Beschichtungsauftragungsverfahren, wie beispielsweise Pinsel-, Walzen-,
Tauchen- und Sprühverfahren,
auf Substrate aufgetragen werden. Substrate, auf die die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung
aufgetragen werden kann, schließen
beispielsweise Nutzholz, einschließlich, jedoch nicht darauf
begrenzt, Zeder, Pinien, Teak, Eiche, Ahorn und Walnuss; verarbeitetes
Nutzholz, einschließlich,
jedoch nicht darauf begrenzt, mitteldichten Faserkarton, Spanplatte,
Laminate; Mineralsubstrate, einschließlich, jedoch nicht darauf
begrenzt, Mauerwerk, Beton, Stuck, Faser, Mörtel, Zement, Zementasbest,
Pflaster, Fasergips, glacierte und unglacierte Keramik; Metall,
einschließlich,
jedoch nicht darauf begrenzt, galvanisiertes Eisen, galvanisierten Stahl,
kalt gewalzten Stahl, ZincalumTM-Metall,
ZincalumTM-II-Metall, Aluminium, Schmiedeeisen,
Tropfschmiedestahl und Edelstahl; vorher angestrichene oder grundierte
Oberflächen
(frisch, gealtert oder bewittert), einschließlich, jedoch nicht darauf
begrenzt, acrylische Beschichtungen, Vinyl-acrylische Beschichtungen,
Styrol-acrylische Beschichtungen, pulverbeschichtete Oberflächen, Lösungsmittelacrylische
Beschichtungen, Alkydharzbeschichtungen, Lösungsmittel-Urethan-Beschichtungen und
Epoxybeschichtungen; synthetische Substrate, einschließlich, jedoch
nicht darauf begrenzt, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyethylen
und Polypropylen; Asphalt; Cellulosesubstrate, wie Papier, Karton,
Wellpappe und Tapete; Glas, Leder; und gewebtes und Vliesmaterial,
wie Tuch, Wolle, synthetische und natürliche Faser, und Textilien.
Die Polymerzusammensetzung kann beispielsweise als eine Holzbeschichtung,
haltende Beschichtung, Innen- oder Außenwandbeschichtung, Metallgrundierung
oder -beschichtung, Verkehrszeichen, gewebte oder Vliestextilsättigung
oder -beschichtung, Lederbeschichtung, Schleuderbeschichtung, Gebäudebeschichtung,
Steinkittversiegelung, Kreide, Kartonbeschichtung, Papierbeschichtung,
Druckfarbe, Überbeschichtungslack,
Bodenbeschichtung und Klebstoff verwendet werden. Aus der Polymerzusammensetzung
hergestellte Beschichtungen können
klare Beschichtungen, ebene Beschichtungen, Satinbeschichtungen,
Halbglanzbeschichtungen, Glanzbeschichtungen, Grundierungen, texturierte
Beschichtungen und dergleichen sein.
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Nachdem
die Polymerzusammensetzung auf ein Substrat aufgetragen wurde, wird
die Polymerzusammensetzung getrocknet oder wird trocknen lassen,
unter Bildung eines Films. Wärme
kann zum Trocknen der Polymerzusammensetzung angewendet werden.
Nach dem Filmbildungsschritt wird der Film, der die Polymerteilchen
enthält,
gehärtet
oder härten
lassen, um einen vernetzten Film zu bilden. Es wird angenommen, dass
die Reaktion von ausgewählten
Vernetzungsgruppen, die in den Polymerteilchen enthalten sind, zur
Bildung von Vernetzungen führt.
Der Härtungsschritt
kann während
des Trocknens der Polymerzusammensetzung beginnen, unter der Voraussetzung,
dass das Ausmaß des
Vernetzens bei der Filmbildung nicht stört. Härten, um verwendbare Eigenschaften
zu erhalten, kann bei Umgebungstemperaturen stattfinden, wie beispielsweise
von 0°C
bis 35°C.
Jedoch ist es manchmal erwünscht,
die Geschwindigkeit der Eigenschaftsentwicklung durch Erhitzen der
aufgetragenen Polymerzusammensetzung auf eine Temperatur von 25°C bis 200°C zu beschleunigen.
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Abkürzungen:
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- AAEM
- Acetoacetoxyethylmethacrylat
- ALMA
- Allylmethacrylat
- BA
- Butylacrylat
- MAA
- Methacrylsäure
- MMA
- Methylmethacrylat
- Tensid A
- Nonylphenoxypolyethoxysulfatsalz
(58 Gewichtsprozent aktiv)
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Beispiel 1
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Das
Reaktionsgefäß war ein
5-Liter-Vierhalsrundkolben, der mit einem Paddelrührer, einem
Thermometer, Stickstoffeinlass und einem Rückflusskühler ausgestattet war. Ein
erstes Monomergemisch wurde durch Vermischen von 145 g desionisiertem
Wasser, 6,6 g Tensid A, 361,1 g BA, 433,3 g MMA, 4,0 g MAA und 4,0
g ALMA hergestellt. Ein zweites Monomergemisch wurde durch Kombinieren
von 476 g desionisiertem Wasser, 15,6 g Tensid A, 541,6 g BA, 535,6
g MMA, 90,3 g AAEM und 36,1 g MAA hergestellt. Beide Monomergemische
wurden emulgiert. Zu dem Reaktionsgefäß wurden 1400 g desionisiertes
Wasser und 10,4 g Tensid A gegeben und auf 83°C erhitzt. Nun wurden 110 g
des ersten Monomergemisches zu dem Reaktionsgefäß gegeben, gefolgt von einem
Gemisch von 4 g Ammoniumpersulfat, gelöst in 22 g desionisiertem Wasser. Der
Rest des ersten Monomergemisches und eine ge trennte Starterzuführung von
einem Gemisch von 0,72 g Ammoniumpersulfat, gelöst in 47,2 g desionisiertem
Wasser, wurden zu dem Reaktionsgefäß über einen Zeitraum von 40 Minuten
unter Halten des Inhalts des Reaktionsgefäßes bei 83–85°C gegeben. Nach der vollständigen Zugabe
des ersten Monomergemisches wurde der Inhalt des Reaktionsgefäßes bei
83–85°C für 15 Minuten
gehalten. Nun wurden das zweite Monomergemisch und ein Startergemisch,
das 1,08 g Ammoniumpersulfat, gelöst in 70,8 g desionisiertem
Wasser, enthält,
getrennt zu dem Reaktionsgefäß unter
Halten des Inhalts des Reaktionsgefäßes bei 83–85°C innerhalb 65 Minuten gegeben.
Nach der vollständigen
Zugabe des zweiten Monomergemisches wurde der Inhalt des Reaktionsgefäßes auf
75°C abkühlen lassen.
Ein Gemisch von 46,9 g Ammoniumhydroxid (29%), gelöst in 49,0
g desionisiertem Wasser, wurde zugegeben. Die erhaltene Polymerzusammensetzung,
Beispiel 1, wurde mit desionisiertem Wasser auf 43,0 Gewichtsprozent
Feststoffe verdünnt.
Beispiel 1 hatte einen mittleren Teilchendurchmesser von 104 nm,
eine Viskosität
von 90 cP und einen pH-Wert von 9,1.
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Vergleich A
-
Vergleich
A wurde gemäß dem Verfahren
von Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das zweite Monomergemisch
476 g desionisiertes Wasser, 15,6 g Tensid A, 421,3 g BA, 656,0
g MMA, 90,3 g AAEM und 36,1 g MAA enthielt.
-
Die
erhaltene Vergleichs-Polymerzusammensetzung, Vergleich A, wurde
mit desionisiertem Wasser auf 42,9 Gewichtsprozent Feststoffe verdünnt. Vergleich
A hatte einen mittleren Teilchendurchmesser von 115 nm, eine Viskosität von 134
cP und einen pH-Wert von 9,1.
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Vergleich B
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Das
Reaktionsgefäß war ein
5-Liter-Vierhalsrundkolben, ausgestattet mit einem Paddelrührer, einem Thermometer,
Stickstoffeinlass und einem Rückflusskühler. Ein
Monomergemisch wurde durch Vermischen von 621 g desionisiertem Wasser,
22,2 g Tensid A, 982,9 g BA, 982,9 g MMA und 40,1 g MAA hergestellt.
Das Monomergemisch wurde emulgiert. Zu dem Reaktionsgefäß wurden
1400 g desionisiertes Wasser und 10,4 g Tensid A gegeben und auf
84°C erhitzt.
Nun wurden 110 g Mo nomergemisch zu dem Reaktionsgefäß gegeben,
gefolgt von einem Gemisch von 4 g Ammoniumpersulfat, gelöst in 22
g desionisiertem Wasser. Der Rest des Monomergemisches und eine
getrennte Starterzuführung
von einem Gemisch von 1,8 g Ammoniumpersulfat, gelöst in 118
g desionisiertem Wasser, wurden zu dem Reaktionsgefäß unter
Halten des Inhalts des Reaktionsgefäßes bei 83–85°C über einen Zeitraum von 105
Minuten gegeben. Nach vollständiger
Zugabe des Monomergemisches wurde der Inhalt des Reaktionsgefäßes bei
83–85°C für 15 Minuten
gehalten und dann auf 75°C
abkühlen
lassen. Ein Gemisch von 25,0 g Ammoniumhydroxid (29%), gelöst in 49,0
g desionisiertem Wasser, wurde zugegeben. Die erhaltene Vergleichs-Polymerzusammensetzung,
Vergleich B, wurde mit desionisiertem Wasser auf 43,5 Gewichtsprozent
Feststoffe verdünnt.
Vergleich B hatte einen mittleren Teilchendurchmesser von 108 nm,
eine Viskosität
von 152 cP und einen pH-Wert von 9,4.
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Vergleich C
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Eine
Vergleichs-Polymerzusammensetzung wurde gemäß dem Verfahren von Vergleich
B hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Monomergemisch 621 g desionisiertes
Wasser, 22,2 g Tensid A, 782,3 g BA, 1183,5 g MMA und 40,1 g MAA
enthielt. Die erhaltene Vergleichs-Polymerzusammensetzung, Vergleich
C, wurde mit desionisiertem Wasser auf 43,6 Gewichtsprozent Feststoffe
verdünnt.
Vergleich C hatte einen mittleren Teilchendurchmesser von 103 nm,
eine Viskosität
von 106 cP und einen pH-Wert von 9,2.
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Die
Tg's
der Polymerteilchen von Beispiel 1 und die Vergleichs-Polymerteilchen
von Vergleichen A–C wurden
gemäß der Fox-Gleichung,
unter Anwendung der Werte für
die in Tabelle 1.1 angeführten
Tg's,
berechnet.
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Tabelle
1.1 – Glasübergangswerte
für verschiedene
Homopolymere
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In
Tabelle 1.2 sind die Tg's für
die Polymerteilchen von Beispiel 1 und die Vergleichs-Polymerteilchen von
Vergleichen A–C
angeführt.
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Tabelle
1.2 – T
g's
für Polymerteilchen
und Vergleichs-Polymerteilchen
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Beispiel 2 – Herstellung
von Beschichtungszusammensetzung und Vergleichs-Beschichtungszusammensetzung
-
Eine
Titandioxidaufschlämmung
wurde durch Vereinigen der Bestandteile in Tabelle 2.1 und Dispergieren
des Titandioxidpigments bei Mischen unter hoher Scherwirkung hergestellt.
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Tabelle
2.1 – Bestandteile
für Titandioxidaufschlämmung
-
Nun
wurde eine Beschichtungszusammensetzung, Beispiel 2, durch Vereinigen
der Titandioxidaufschlämmung
mit den in Tabelle 2.2 angeführten
Bestandteilen formuliert.
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Tabelle
2.2 – Zusätzliche
Beschichtungszusammensetzungsbestandteile
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Vergleichs-Beschichtungszusammensetzungen
wurden auch gemäß dem vorstehenden
Verfahren, durch Ersetzen der Polymerzusammensetzung von Beispiel
1 mit einer äquivalenten
Menge (bezogen auf Feststoffe) von einer Vergleichs-Polymerzusammensetzung,
hergestellt. Die Vergleichs-Beschichtungszusammensetzungen von Vergleich
D, Vergleich E und Vergleich F wurden mit den Vergleichs-Polymerzusammensetzungen
von Vergleich A, Vergleich B bzw. Vergleich C formuliert.
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Beispiel 3 – Herstellung
und Bewertung von beschichteten Substraten
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Nieder-Temperatur-Film-Bildung
(LTFF): Die Materialien und Beschichtungszusammensetzung sind vor
dem Testen für
mindestens eine Stunde bei den Testbedingungen von 4,4° (40°F) und 70%
relativer Luftfeuchtigkeit ins Gleichgewicht gebracht worden. Die
Beschichtungszusammensetzung wird durch Pinseln auf ein weißes Pinienbrett
aufgetragen. Die Beschichtungszusammensetzung wird rechtwinklig
zu der Holzmaserung aufgetragen, um einen Streifen mit Abmessungen
von 5 cm × 12,7
cm zu bilden. Die Verstreichmenge der Beschichtungszusammensetzung
ist 11 m2/Liter (450 ft2/gal)
und wird auf das Gewicht bestimmt. Die aufgetragene Beschichtungszusammensetzung
wird bei den Testbedingungen für
mindestens 24 Stunden trocknen lassen. Nun wird die Niedertemperaturfilmbildung
durch Prüfen
der getrockneten Beschichtungszusammensetzung auf Reißen bewertet.
Der Grad des Reißens
wurde unter Anwendung eines 10-fachen Vergrößerungsglases gemäß der nachstehenden
Einstufungsskala charakterisiert. Einstufungen von 6 und größer werden
als annehmbare Niedertemperaturfilmbildung betrachtet.
10 =
keine
9 = Spur
8 = Spur/leicht
7 = leicht
6
= leicht/mittel
5 = mittel
4 = mittel/schwer
3 =
schwer
2 = schwer/sehr schwer
1 = sehr schwer
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Filmhärte: Die
Beschichtungszusammensetzung wird auf ein Aluminiumblech mit einem
0,127 mm (5 mil) Spalt-Schlitten-Applikator aufgetragen und bei
60°C (140°F) 7 Tage
trocknen lassen. Die Härte
wird unter Anwendung eines Konig (Pendulum) Härtetesters gemäß ASTM D4366
gemessen. Die Ergebnisse werden in Sekunden ausgedrückt. Ein
Härtewert
von 65 Sekunden und größer wird
als ein annehmbares Härteniveau betrachtet.
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Tabelle
3.1 – Niedertemperaturfilmbildung
und Härte
von beschichteten Substraten und Vergleichs-beschichteten Substraten
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Die
Ergebnisse zeigen, dass die Beschichtungszusammensetzung von Beispiel
2, die aus der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung
hergestellt wurde, eine Beschichtung mit einer Kombination von annehmbarer
Niedertemperaturfilmbildung und einem annehmbaren Härtegrad
lieferte. Im Gegensatz dazu hatte eine aus Vergleich D hergestellte
Beschichtung, eine Vergleichs-Beschichtungszusammensetzung, die Vergleichs-Polymerteilchen
mit einem zweiten Polymer mit einer Tg von
24°C enthielt,
keinen annehmbaren Niedertemperaturfilmbildungsgrad. Die Vergleichs-Beschichtungszusammensetzungen,
die Vergleichs-Polymerteilchen mit nur einem Polymer enthielten,
hatten entweder unannehmbare Härte
(Vergleich E) oder unannehmbare Niedertemperaturfilmbildung (Vergleich
F).
ein, worin
