WO2008145585A1 - Method for distributing silicates in coating compounds - Google Patents

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WO2008145585A1
WO2008145585A1 PCT/EP2008/056270 EP2008056270W WO2008145585A1 WO 2008145585 A1 WO2008145585 A1 WO 2008145585A1 EP 2008056270 W EP2008056270 W EP 2008056270W WO 2008145585 A1 WO2008145585 A1 WO 2008145585A1
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propanol
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methacryloxy
organic
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PCT/EP2008/056270
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Alexander Traut
Norbert Wagner
Erich Beck
Reinhold Rieger
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Basf Se
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
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    • C09C1/30Silicic acid
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    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/36Silica

Definitions

  • the present invention describes a process for the homogeneous dispersion of inorganic nanoparticles in coating compositions with the aim of improving the scratch resistance of the coatings obtained therefrom.
  • inorganic particles are often prepared as milled or precipitated solids or slurry, and then suspended in the organic coating composition.
  • the disadvantage of this is that the particles can not be transferred free of agglomerates into an organic matrix by known methods such as dry grinding, wet grinding, ultrasonic treatment or extrusion.
  • particles dispersed by wet grinding tend to aggregate after removal of the solvent, so that the particles are unevenly distributed when introduced into a medium such as a coating composition.
  • this results in a loss of transparency of the coating composition and, due to the phase separation of the coating composition, leads to abrasion-labile coatings with low hardness.
  • aqueous inorganic nanoparticle sols as inorganic fillers for organic coating compositions, a suitable pretreatment of the particles is required in order to convert them without agglomeration into the organic resin.
  • US 3699049 describes the removal of water by distillation at 50 to 100 0 C of acidic or basic, colloidal silica sols with polyfunctional alcohols, such as glycerol.
  • EP 75545 A1 describes the preparation of silicate-containing unsaturated polyester resins by distilling off water from acidic silica sols in the presence of building blocks of the polyesters and subsequent addition with free-radically polymerizable monomers.
  • This method is limited to polar compounds such as alkanol acrylates and is limited to unmodified silica sols.
  • EP 460560 A2 describes starting from alcoholic dispersions of silica sols the surface modification with double bond-containing silanes for use in free-radically polymerizable coating compositions.
  • silica sols which are present in alcohols.
  • Such silica sols are less commercially available than aqueous silica sols.
  • it is not disclosed at which pH the surface modification is carried out.
  • it is disadvantageous in this reaction procedure that only free silanol groups on the surface of the particles can react with the silanes in anhydrous alcoholic sols.
  • a condensation reaction and thus the tendency to aggregate, in alcoholic suspension can be prevented much easier than in aqueous suspension.
  • EP 1236765 A describes a process in which an alkali silicate solution is acidified with an acidic ion exchanger and converted into a silica sol and surface-modified with a silane and this is then mixed with isopropanol and water is distilled off.
  • the resulting silicates having a particle size of 3 to 50 nm can then be taken up in organic coating compositions.
  • the silica sols prepared are made alkaline after their preparation by acidic polycondensation to protect against agglomeration (paragraph [0042], see also example 1 of EP 13661 12 B1). Subsequently, ie in the alkaline pH range, the surface of the silica sol is optionally modified by reaction with functional silanes.
  • a disadvantage of this production process is that the products thus obtained have a relatively high viscosity.
  • a further disadvantage is that commercially available silicic acid sols which are modified in the alkaline pH range show a marked agglomeration and gelation tendency on addition of alcohols and / or silanes.
  • WO 2006/044376 describes the preparation of inorganic oxides, in particular silicates in an aqueous medium and subsequent distribution in organic coating compositions.
  • a process disclosed therein comprises, starting from a silica sol, an ion exchange with liberation of the acid, mixing with an organic solubilizer, addition of base and addition of a surface-modification silane. Again, the complete surface modification with the silane takes place in the alkaline pH range. Subsequently, the solvent is removed until dry and taken up in an organic solvent.
  • a disadvantage of this method is that the resulting solutions of silica sols using commercial silica sols have a high viscosity and also the surface of the particles must be completely reacted with silane to give a free-flowing powder. It is noted that surface treatment with silanes may be under acidic or basic conditions, but only alkaline reaction conditions are explicitly disclosed.
  • the aqueous Nanosilikatsol is mixed directly with a solubilizer, which can act as a reactive diluent, and the organic coating composition and the water separated by distillation and then taken up with an organic solvent.
  • a solubilizer which can act as a reactive diluent
  • the surface modification with a silane also takes place here in the alkaline.
  • the disadvantage is that the solubilizer remains in the coating composition and this method is applicable only to those solubilizers that can react simultaneously as reactive diluents.
  • Example 2 another silica sol is functionalized with a functionalized alkoxysilane using a catalyst in the alkaline state.
  • the product is taken up in a large amount of solvent and the catalyst removed by washing.
  • the functionalized silicate is then further used as an organic solution in coating compositions.
  • a disadvantage of this method is that the catalyst has to be removed from the product in a complicated manner by means of washes in order to stop the reaction.
  • the obtained powders Moreover, they can no longer be completely redispersed, which leads to larger agglomerates in the product and thus to a reduced transparency of the coating.
  • US 2006/0251901 A1 describes the modification of colloidal silicates with various silanes in the presence of solvents and subsequent separation of water.
  • the colloidal silicate used is an alkaline silicate.
  • US 2007/0207410 A1 describes the modification of colloidal silicates with various silanes in the presence of solvents and subsequent separation of water.
  • Formulation E a commercial colloidal silicate is first brought to a pH between 2 and 3 and then to a pH between 8 and 9 for surface modification.
  • the surface modification also takes place here in the alkaline medium.
  • paragraph [0171] it is suggested to bring the silicates to a pH of 8 to 9 for the subsequent surface modification.
  • the implementation in the acidic pH range is not disclosed.
  • US 2007/0207410 A1 refers to the method according to US Pat. No. 2,001,885, according to which a silica sol is treated with alcohols at a pH of preferably about 3 (column 3, line 41), on the one hand to remove water (column 5, line 66 ff .) and in particular for the surface treatment, in which accessible OH groups on the surface of the sol are esterified with the alcohol (column 4, line 28 ff). Only the reaction with alcohols to modify the surface is disclosed.
  • US 2007/0207410 A1 also refers to the method according to US Pat. No. 4,522,958, according to which, according to Example 1, an acidic colloidal silicate is mixed with dipropylene glycol monomethyl ether and dehydrated. The product thus obtained is incorporated into an acrylic resin to give a radiation-curable coating composition.
  • a disadvantage of this method is that only a surface modification takes place by esterification of OH groups on the surface of the silicate with the alcohol of the solvent.
  • This alcohol has no radiation-curable groups that allow reaction with the radiation-curable medium.
  • US 6136912 and US 6825239 the separation of water with the aid of alcohols from aqueous silica sols at a pH of 1 to 3 with simultaneous reaction with a vinyl silane in amounts of 0.01 to 0.1 mmol / m 2 surface or 0.01 to 1 g / g and subsequent mixing with multifunctional (meth) acrylates.
  • the silica sols can be prepared by acidification of commercially available alkaline silica sols.
  • the object of the present invention was to provide coating compositions with low viscosity which contain finely divided silicates prepared from cost-effective commercial products, the silicates being to be distributed uniformly in the coating composition.
  • the surface modification should be done with as little agent as possible.
  • At least one compound (S) which has at least one at least monoalkoxylated silyl group and at least one group which is reactive with the organic coating composition in an amount of from 0.1 to 20 ⁇ mol per m 2 surface area of (K), and optionally further solvent (L),
  • the aqueous colloidal solution (K) of polysilicic acid particles (silica sol) contains particles having an average particle diameter of from 1 to 150 nm. preferably 2 to 120, particularly preferably 3 to 100, very particularly preferably 4 to 80, in particular 5 to 50 and especially 8 to 40 nm.
  • the content of silica is from 10 to 60% by weight, preferably from 20 to 55, particularly preferably from 25 to 40% by weight. It is also silica sols can be used with a lower content, but the excess water must then be separated by distillation in a later step.
  • the aqueous solutions (K) are colloidal solutions of polyalkanoic acid, which may contain a small proportion of alkali metal, alkaline earth metal, ammonium, aluminum, iron (II), iron (III) and / or or zirconium ions, preferably alkali metal, alkaline earth metal, ammonium and / or iron (II) ions, particularly preferably alkali metal, alkaline earth metal and / or ammonium ions, very particularly preferably alkali metal and / or alkaline earth metal ions and in particular re alkali metal ions.
  • alkali metal ions sodium and / or potassium ions are preferred, with sodium ions being particularly preferred.
  • magnesium, calcium and / or beryllium ions are preferred, magnesium and / or calcium ions are particularly preferred, magnesium ions are very particularly preferred.
  • the molar ratio of metal ions to silicon atoms in (K) is from 0: 1 to 0.1: 1, preferably from 0.002 to 0.04: 1.
  • the silica sols (K) used After adjusting the pH, the silica sols (K) used have a pH of the aqueous phase of from 2 to 4, preferably from 2 to 3.
  • a solution of optionally stabilized silica particles which have a mean particle diameter between 1 and 150 nm in this document, which does not settle even when storing for a period of one month at 20 0 C.
  • SOI is meant in this document a colloidally disperse, incoherent (i.e., each particle is freely mobile) solution of a solid in water, here as silica sol a colloidally disperse solution of silica in water.
  • the acidic aqueous silica sols (K) used according to the invention can be obtained, for example, in three different ways:
  • low-molecular silicas preferably water glass, ie salt-like particles with a diameter below 1 nm, or - by condensation of esters of low molecular weight silicas.
  • the aqueous solutions of alkaline silica sols generally have a pH of from 7 to 11, preferably from 8 to 11, more preferably from 8 to 10 and most preferably from 9 to 10.
  • alkaline silica sols are commercially available and thus represent a readily available and preferred starting material for the process according to the invention.
  • the particles in these alkaline silica sols usually have an average particle diameter of 1 to 150 nm, preferably 2 to 120, particularly preferably 3 to 100, very particularly preferably 4 to 80, in particular 5 to 50 and especially 8 to 30 nm.
  • the content of silica is from 15 to 60% by weight, preferably from 20 to 55, particularly preferably from 25 to 40% by weight. It is also possible to use alkaline silica sols with a lower solids content, but the excess water content must then be removed by distillation in a later step.
  • the alkaline silica sols can be stabilized with the above metal ions.
  • the molar ratio of metal ions to silicon atoms in (K) is from 0: 1 to 0.1: 1, preferably from 0.002 to 0.04: 1.
  • the pH of these alkaline silica sols is generally at least 8, preferably 8 to 12, particularly preferably 8 to 11 and very particularly preferably 8 to 10.
  • the silica sols (K) to be used according to the invention are prepared from these alkali silicas by adjusting the desired pH in these silica sols, for example adding mineral acids or adding the alkaline silica sols with an ion exchanger.
  • Acidification can be carried out with any acids, preferably with hydrochloric acid, salicylic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, acetic acid, formic acid, methylsulfonic acid, para-toluenesulfonic acid or else by addition with an acidic ion exchanger, preferably by acidification with hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, Sulfuric acid or acetic acid, particularly preferably with hydrochloric acid, nitric acid or sulfuric acid, and very particularly preferably by acidification with sulfuric acid. It is a preferred embodiment to prepare the silica sols (K) by adding alkaline silica sols with an ion exchanger. This has the consequence that in the silica sols (K) the electrolyte content is low, for example less than 0.2% by weight and preferably less than 0.1% by weight.
  • Electrolytes are understood to mean other inorganic ionic constituents than silicates, hydroxides and protons. These electrolytes, which originate predominantly from the stabilization of the alkaline silica sols, are added to the suspension in order to stabilize the particles after their preparation.
  • silica sol (K) from water glass by acidification, for example with an ion exchanger or by adding mineral acid.
  • the water glass used for this is preferably potassium silicate and / or sodium silicate, which is particularly preferably a ratio of 1-10 mol of SiO 2 to 1 mol of alkali oxide, very particularly preferably 1.5-6 and in particular 2-4 mol of SiO 2 to 1 mol of alkali oxide having.
  • reaction mixture is allowed to react until a silica sol (K) of the desired size is formed, and then proceeds to the process of this invention.
  • the low molecular weight silicic acids are normally stable only in highly dilute aqueous solutions with a content of a few% by weight and are usually concentrated before further use.
  • the preparation of the silica sols (K) can be carried out by condensation of esters of low molecular weight silicic acids. These are usually d- to C 4 -AlkVl-, especially ethyl esters of oligo- and especially orthosilicic acid, which form in acidic or basic silica sols (K).
  • the resulting acidified solution is reacted with 0 to 10 times, preferably 0.2 to ⁇ times, particularly preferably 0.4 to 3 times and very particularly preferably 0.5 to 2 times the amount of water (based on the amount of silica sol used) and 0.1 to 20 times, preferably 0.3 to 10 times, more preferably 0.5 to ⁇ fachen and most preferably 1 to 2 times the amount (based on the amount of silica sol used) added to at least one organic solvent (L).
  • a preferred embodiment is to add no additional water.
  • the solvent (L) can be added to the reaction mixture before or during the reaction with the silane (S), preferably before or during and more preferably before the reaction with the silane.
  • the organic solvent (L) is selected according to the following criteria: Under the mixing conditions, it should have both sufficient miscibility with water and miscibility with the organic coating.
  • the miscibility with water under the reaction conditions should be at least 20% by weight (based on the finished water-solvent mixture), preferably at least 50% by weight and particularly preferably at least 80% by weight. If the miscibility is too low, there is a risk that a gel will form from the modified silica sol or larger granules of nanoparticles will flocculate.
  • the coating composition should be completely soluble in the solvent (L) or the water-solvent mixture.
  • the solvent (L) should have a boiling point of less than 80 0 C in a pressure range of atmospheric pressure to 50 hPa, so that it is easily separable by distillation.
  • the solvent (L) forms an azeotrope or heteroazeotrope with water under the conditions of the distillation, so that the distillate forms an aqueous and an organic phase after the distillation.
  • Suitable solvents (L) are ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, 1-chloro-2-propanol, cyclopentanol, cyclohexanol, 1, 4-dioxane, tetrahydrofuran, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 2-ethoxyethanol, 2-methyl-2-propanol, 2-methoxyethanol, dimethylformamide, acetonitrile and acetone.
  • water and solvent (L), or their mixture can be carried out in one pour, in portions or continuously.
  • At least one compound (S) is added to the reaction mixture, the at least one, preferably exactly one at least once, for example, one to three, preferably exactly triply alkoxylated silyl group and at least at least one, preferably has exactly one group which is reactive with the organic coating composition.
  • alkoxylated silyl groups are groups
  • R 1 is Ci to C 2 o-alkyl, preferably Cibis C 4 alkyl and n is an integer from 1 to 3, preferably 3.
  • C 1 - to C 20 -alkyl are methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, 2- Ethylhexyl, n-decyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl and n-eicosyl.
  • C 1 to C 4 -alkyl are methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl.
  • Preferred radicals R 1 are methyl, ethyl, n-butyl and tert-butyl, more preferably methyl and ethyl.
  • Groups which are reactive with the organic coating composition are those which have a same or complementary group as the binder-crosslinker combination of the organic coating composition.
  • Free-radically polymerizable groups are, for example, allyl ether, vinyl ether, acrylate or methacrylate groups, preferably vinyl ether, acrylate or methacrylate groups and particularly preferably acrylate or methacrylate groups, which are referred to briefly as (meth) acrylate groups in this document.
  • spacer groups are divalent organic radicals having 1 to 20 carbon atoms, for example alkylene or arylene groups, preferably alkylene groups. Examples of these are methylene, 1,2-ethylene (-CH 2 -CH 2 -), 1, 2-propylene (-CH (CH 2 ) -CH 2 -) and / or 1, 3-propylene (-CH 2 -CH 2 -CH 2 -), 1, 2, 1, 3 and / or 1, 4-butylene, 1, 1-dimethyl-1, 2-ethylene, 1, 2-dimethyl-1, 2-ethylene, 1 , 6-hexylene, 1, 8-octylene or 1, 10-decylene, preferably methylene, 1, 2-ethylene, 1, 2 or 1, 3-propylene, 1, 2, 1, 3 or 1, 4 Butylene, particularly preferably methylene, 1, 2-ethylene, 1, 2 and / or 1, 3-propylene and / or 1, 4-butylene and most preferably methylene, 1, 2-ethylene, 1, 2 and
  • Preferred compounds (S) are, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, isooctyltrimethoxysilane, N- (3)
  • the compounds (S) are 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3
  • the reaction of the silica sol (K) with at least one compound (S) takes place in a pH range which corresponds to the isoelectric point of the silica sol used ⁇ a pH unit. In most cases, this is a pH of 2 to 4.
  • Acidification can be carried out with any acids, preferably with hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, acetic acid, formic acid, methylsulfonic acid, para-toluenesulfonic acid or else by passing over acidic ion exchangers, preferably by acidification with hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid , Acetic acid or ion exchangers, particularly preferably with hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or ion exchangers, and very particularly preferably by acidification with sulfuric acid or ion exchangers.
  • the surface of the silica sol (K) used is modified so that the compatibility between the originally polar silica sol and the mostly non-polar coating composition is improved.
  • complete modification of the surface as described in WO 2006/044376, brings no further advantages.
  • (S) is used in an amount of 0.1 to 20 ⁇ mol per m 2 surface area of (K), preferably in 0.25 to 15, particularly preferably 0.5 to 10 and very particularly preferably 1 to 8 ⁇ mol per m 2 surface area of (K).
  • the reaction is preferably carried out in a manner such that not more than 20 mol% of the silane (S) used remain unreacted in the reaction mixture, preferably not more than 15 mol%, more preferably not more than 10 mol% and most preferably not more than 5 mol%.
  • reaction with (S) is carried out with stirring at a temperature of 10 to 60 ° C., preferably from 20 to 50, particularly preferably from 20 to 40 ° C.
  • the compound (S) is added in amounts of from 0.1 to 40% by weight, preferably from 0.5 to 30% by weight and more preferably from 1 to 20% by weight, based on the SiO 2 content.
  • samples of (K) are reacted with such amounts of (S) that, for example, 20, 40, 60, 80 and 100% of the hydroxy groups are attached of the surface of (K) can be modified with (S).
  • S amounts of (S) that, for example, 20, 40, 60, 80 and 100% of the hydroxy groups are attached of the surface of (K) can be modified with (S).
  • the silica sol (K) is generally present as a 3 to 30% strength by weight colloidal solution, the ratio of water to solvent (L) in the Rule 10:90 to 90:10 (v / v), preferably 25:75 to 75:25, and more preferably 40:60 to 60:40.
  • the organic coating composition is introduced into this solution or, if one component of the coating composition is reactive with respect to water and / or the solvent (L) used, the component of the coating composition which is not significantly reactive under the mixing conditions.
  • the coating compositions are in principle not limited.
  • they have a viscosity at 25 ° C of not more than 4000 mPas (according to DIN EN ISO 3219 in a cone-plate rotation viscometer at a shear rate of 100 S " 1 ), preferably not more than 3000 mPas, more preferably not more than 2000 mPas, more preferably not more than 1500 and in particular not more than 1000 mPas.
  • the condition is that the coating composition should have a boiling point above the boiling point of the solvent under the conditions of distillation, preferably at least 10 0 C higher, more preferably at least 25 0 C and most preferably at least 40 0 C higher.
  • the coating composition is a free-radically polymerizable one, it may be a preferred embodiment of the present invention to add to the coating composition at least one inhibitor against free radical polymerization.
  • These may be phenols, quinones, hydroquinones, N-oxyls, aromatic amines, especially phenylenediamines, sulfonamides, oximes, hydroxylamines, urea derivatives, phosphorus-containing compounds, sulfur-containing compounds or metal salts act.
  • inhibitors are described, for example, in DE 10258329 A1, paragraphs [0012] to [0043] and [0051] to [0071], especially [0051] to [0054] and [0069] to [0071], which are hereby incorporated by reference present disclosure.
  • N-oxyls e.g. 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, 4-oxo-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, 4-acetoxy-2,2,6, 6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, 2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, 4,4 ', 4 "-tris (2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N- oxyl) phosphite or 3-oxo-2,2,5,5-tetra-methyl-pyrrolidine-N-oxyl, phenols and naphthols, for example p-aminophenol, p-nitrosophenol, 2-tert-butylphenol, 4-tert-butylphenol, 2,4-di-tert-butylphenol, 2-methyl-4-tert-butylphenol, 4-methyl-2,6-tert-butylphenol (2,6-tert-but
  • Urea or thiourea phosphorus-containing compounds, e.g. Hypophosphorous acid, Irgaphos® 168 from Ciba Spezialitätenchemie, PPQ, triphenylphosphine, triphenyl phosphite or triethyl phosphite or sulfur-containing compounds, such as e.g. Diphenyl sulfide or phenothiazine and mixtures thereof.
  • Preferred combinations are hydroquinone monomethyl ether and triphenyl phosphite as well as hydroquinone monomethyl ether and phenothiazine.
  • the inhibitors are usually added in amounts of 1 to 1000 ppm, preferably 5 to 800, particularly preferably 10 to 500 and very particularly preferably 20 to 300 ppm.
  • the added inhibitors are aerobic inhibitors that require the presence of molecular oxygen (O 2) to be fully effective. It may represent a particularly preferred embodiment, as inhibitors Use combination of at least one aerobic and at least one anaerobic inhibitor.
  • Aerobic inhibitors act only in the presence of oxygen, such aerobic inhibitors are, for example, phenolic polymerization inhibitors, such as hydroquinone monomethyl ether.
  • oxygen-containing gas air or a mixture of air and a gas inert under the reaction conditions may be preferably used.
  • Nitrogen, helium, argon, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, lower hydrocarbons or mixtures thereof can be used as the inert gas.
  • the oxygen content of the oxygen-containing gas may be, for example, up to 21% by volume, preferably 1 to 21, particularly preferably 5 to 21 and very particularly preferably 10 to 20% by volume. Of course, if desired, higher oxygen contents can also be used, for example up to 50% by volume.
  • the coating composition is coated during mixing with the silicate with an oxygen-containing gas and / or passed through the mixture.
  • an oxygen-containing gas is preferably also bubbled through the distillation template, for example by a dip or a frit, and / or used as a stripping gas.
  • the finished coating composition is to be cured by free radicals, for example by activation of photoinitiators (see below), it is advantageous to carry out the desired curing under an inert atmosphere in which the content of molecular oxygen is reduced.
  • anaerobic polymerization inhibitors e.g. Phenothiazine
  • Phenothiazine do not require oxygen, but are consumed by oxygen in non-polymerization-inhibiting side reactions.
  • Distillation of water and the organic solvent (L) is carried out under normal or reduced pressure, preferably at 10 hPa to normal pressure, especially preferably at 20 hPa to normal pressure, most preferably at 50 hPa to normal pressure and in particular at 100 hPa to normal pressure.
  • the temperature at which the distillation takes place depends on the boiling point of water and / or organic solvent (L) at the respective pressure.
  • the distillation conditions are chosen so that water and the organic solvent form an azeotrope under the conditions.
  • the temperature is preferably not more than 80 ° C., preferably not more than 70 ° C.
  • the distillation can be carried out batchwise, semicontinuously or continuously.
  • the heat supply to the stirred tank via internal and / or external heat exchanger conventional design and / or double wall heater, preferably external circulation evaporator with natural or forced circulation.
  • the mixing of the reaction mixture is carried out in a known manner, for. B. by stirring, pumping or natural circulation.
  • the distillation is preferably carried out by passing the distillation charge over a falling-film evaporator or a heat exchanger.
  • Suitable distillation apparatuses for this purpose are all distillation apparatuses known to the person skilled in the art, e.g. Circulation evaporator, thin film evaporator, falling film evaporator, wiper blade evaporator, optionally with each attached rectification columns and stripping columns.
  • Suitable heat exchangers are, for example, Robert evaporators or tube or plate heat exchangers.
  • water and solvent (L) are distilled off to the extent that the content of silicates in the coating composition is from 5 to 80% by weight, preferably from 20 to 60 and particularly preferably from 20 to 50% by weight.
  • the residual content of water in the finished product should be less than 5% by weight, preferably less than 3, particularly preferably less than 2, very particularly preferably less than 1, in particular less than 0.5 and especially less than 0.3% by weight.
  • the residual content of solvent (L) in the finished product should be less than 15% by weight, preferably less than 10, particularly preferably less than 5, very particularly preferably less than 3, in particular less than 2 and especially less than 1% by weight.
  • the reaction mixture remains from the addition of the organic solvent (L) until the end of the distillation, i. until reaching the above-mentioned desired residual water content in the finished product, in the acidic range, i. the pH is less than 7, preferably less than 6, more preferably less than 5 and most preferably less than 4. Since the pH can only be determined uncertainly with decreasing water content, the addition of basic compounds in the reaction mixture is omitted at the end of the distillation.
  • Basic compounds in this sense are those which upon addition of the same amount of the basic compound in an amount of water corresponding to the volume of the reaction mixture are capable of raising the pH from pH 7 to at least pH 8 or above.
  • this includes hydroxides, carbonates, bicarbonates, basic oxides, primary, secondary or tertiary amines or ammonia.
  • the removal of the water can be carried out instead of the distillation by absorption, pervaporation or diffusion through membranes.
  • the coating compositions are those binder-crosslinker combinations which are customarily used for use in paints, preferably one- or two-component polyurethane coatings, epoxy resins, melamine-formaldehyde resins or radiation-curable compounds, more preferably one- or two-component ones Polyurethane coatings or radiation-curable compounds, and most preferably radiation-curable compounds.
  • Epoxy resins are those which are mostly composed of a carboxylic acid component and an epoxy component.
  • the carboxylic acid component is usually composed of dicarboxylic acid and optionally polycarboxylic acids.
  • the dicarboxylic acids include, for example, aliphatic dicarboxylic acids such as oleic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, cork acid, azelaic acid, sebacic acid, undecane- ⁇ , ⁇ -dicarboxylic acid, dodecane- ⁇ , ⁇ -dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, cis- and trans- Cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclopentane-1-dicarboxylic acid.
  • aliphatic dicarboxylic acids such as oleic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid,
  • aromatic dicarboxylic acids such as, for example, phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid.
  • unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid or fumaric acid.
  • the dicarboxylic acids mentioned can also be substituted by one or more radicals selected from C 1 -C 10 -alkyl groups, C 3 -C 12 -cycloalkyl groups or C 1 -C -aryl groups.
  • malonic acid succinic acid, glutaric acid, adipic acid, 1, 2, 1, 3 or 1, 4-cyclohexanedicarboxylic acid (hexahydrophthalic acids), phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid or their mono- or dialkyl esters.
  • Polycarboxylic acids are, for example, aconitic acid, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1, 2,4,5-
  • Benzoltetracarboxylic acid pyromellitic acid
  • mellitic acid and low molecular weight polyacrylic acids.
  • epoxy compounds are glycidyl ethers of aliphatic or aromatic polyols. Such products are commercially available in large numbers.
  • Aromatic glycidyl ethers are e.g. Bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol B diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, hydroquinone diglycidyl ether, alkylation products of phenol / dicyclopentadiene, e.g. 2,5-bis [(2,3-E-epoxypropoxy) phenyl] octahydro-4,7-methano-5H-indene (CAS No. [13446-85-0]), tris [4- (2, 3-epoxypropoxy) phenyl] methane isomers) CAS-No. [66072-39-7]), phenol based epoxy novolacs (CAS # [9003-35-4]) and cresol based epoxy novolacs (CAS # [37382-79-9]).
  • Bisphenol A diglycidyl ether bisphenol F diglycidyl ether
  • Aliphatic glycidyl ethers are, for example, 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, pentaerythritol tetraglycidyl ether, 1,1,2,2-tetrakis [4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl] ethane (CAS No. [ 27043-37-4]), diglycidyl ethers of polypropylene glycol ( ⁇ , ⁇ -bis (2,3-epoxypropoxy) poly (oxypropylene) (CAS No. [16096-30-3]) and hydrogenated bisphenol A (2 , 2-bis [4- (2,3-epoxypropoxy) cyclohexyl] propane, CAS No. [13410-58-7]).
  • bisphenol A, F or B type polyglycidyl compounds whose completely hydrogenated derivatives and glycidyl ethers of polyhydric alcohols, for example of 1,4-butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, of glycerol, trimethylolpropane and pentaerythritol.
  • polyepoxide compounds examples include Epikote ® 1001, Epikote ® 1007, and Epikote ® 162 (epoxide value: about 0.61 mol / 100 g) from Resolution, Rutapox® 0162 (epoxide value: about 0.58 mol / 100g) Hexion, Araldite ® DY 0397 (epoxide value: about 0.83 mol / 100g) and Araldit®GT 6063 (0.14 mol / 100 g) Huntsman (formerly Vantico AG).
  • the epoxy compound preferably has an epoxide number of 0.1 to 10 equivalents / kg, preferably 0.5 to 8, very particularly preferably 1 to 7 equivalents / kg.
  • the epoxy compound and the component having epoxy groups reactive groups are usually in a molar ratio of 0.5: 1 to 2: 1, preferably 0.7: 1 to 1, 5: 1 and more preferably 0.9: 1 to 1, 1: 1 mixed and optionally reacted with catalysis at elevated temperature.
  • epoxy resins without carboxylic acids, e.g. with amines, anhydrides, melamine, phenolic resins or with UV starters.
  • carboxylic acids e.g. with amines, anhydrides, melamine, phenolic resins or with UV starters.
  • melamine-formaldehyde resins may be
  • the free formaldehyde can be easily reduced due to the low viscosity of the amino resin.
  • the commercial products contain mostly methanol as alcohol, but mixed etherified or fully butylated types are also known.
  • the second large group of partially etherified melamine-formaldehyde resins which in practice usually has a built-in molar ratio of melamine: formaldehyde: alcohol of 1: 3 to
  • the high-imino types are distinguished from the methylol types by a high degree of alkylation, i. the proportion of etherified methylol groups on the incorporated formaldehyde equivalents, of usually up to 80%, whereas, on the other hand, the methylol types generally have ⁇ 70%.
  • Fields of application for the partially methylolated melamine-formaldehyde resins extend over all fields of application, also in combination with HMMM types for reactivity adjustment, where curing temperatures of 100 to 150 ° C. are required. Additional catalysis using weak acids is possible and common practice.
  • Typical melamine-formaldehyde resins have a solids content of at least 50% by weight, preferably at least 85, particularly preferably at least 90, very preferably at least 92 and in particular at least 95% by weight.
  • the solids content is determined in accordance with ISO 3251, by spreading 2 g of the sample material and 2 ml of n-butanol in a well-ventilated drying oven for a period of 2 hours to 125 0 C are heated. The sample is weighed before and after, and the ratio indicates the solids content.
  • the content of free formaldehyde is for example not more than 1% by weight, preferably not more than 0.8% by weight, more preferably not more than 0.5% by weight and very particularly preferably not more than 0.4% by weight.
  • the content of free formaldehyde is preferably not more than 0.2% by weight, more preferably not more than 0.15% by weight and most preferably not more than 0.1% by weight.
  • the content of free formaldehyde is determined according to EN ISO 9020.
  • the acid number of preferred melamine-formaldehyde resins is less than 3, more preferably less than 1 mg KOH / g, determined according to ISO 3682.
  • weak acids are understood to mean monovalent or polyvalent, organic or inorganic, preferably organic acids having a pKa of between 1.6 and 5.2, preferably between 1.6 and 3.8.
  • Examples thereof are carbonic acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid and maleic acid, glyoxylic acid, bromoacetic acid, chloroacetic acid, thioglycolic acid, glycine, cyanoacetic acid, acrylic acid, malonic acid, hydroxypropanedioic acid, propionic acid, lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, glyceric acid, alanine, sarcosine, fumaric acid, acetoacetic acid, succinic acid , isobutyrate, pentanoic acid, ascorbic acid, citric acid, nitrilotriacetic acid, cyclopentanecarboxylic acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, hexanoic acid, benzoic acid, cyclohexanecarboxylic acid, heptanedioic acid, heptanoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, tere
  • organic acids preferably mono- or polybasic carboxylic acids. Particularly preferred are formic acid, acetic acid, maleic acid or fumaric acid.
  • strong acids are understood as meaning monovalent or polyvalent, organic or inorganic, preferably organic acids having a pKa of less than 1.6, and more preferably less than 1. Examples thereof are sulfonic acids, sulfuric acid, pyrophosphoric acid, sulfurous acid and tetrafluoroboric acid, trichloroacetic acid, dichloroacetic acid, oxalic acid, nitroacetic acid.
  • blocked acids in particular blocked sulfonic acid derivatives.
  • Such acids are known to the skilled person as such, and are described e.g. marketed in free and blocked form under the tradename Nacure®.
  • an isocyanate group-containing compound often referred to as a crosslinker
  • a compound having isocyanate-reactive groups usually hydroxy groups.
  • the latter compound is also referred to as a binder.
  • the isocyanate groups of the isocyanate component are blocked, i. reacted reversibly with a compound which is released under the conditions of curing (stoving) and then allows a reaction of the thus liberated isocyanate groups with the binder.
  • crosslinkers and binders are mixed together just before application and then reacted with one another in the course of curing.
  • isocyanate component are known in the art polyisocyanates based on diisocyanates, in particular based on 1, 6-hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5- (isocyanatomethyl) cyclohexane, IPDI) or 4,4'-di (isocyanatocyclohexyl) methane (H12MDI), especially based on HDI and / or IPDI.
  • HDI 1, 6-hexamethylene diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • H12MDI 4,4'-di (isocyanatocyclohexyl) methane
  • the isocyanate component generally has a content of NCO groups (or blocked NCO groups) calculated as NCO with a molecular weight of 42 g / mol up to 30% by weight, preferably up to 25% by weight.
  • the polyisocyanate may contain, for example, isocyanurate groups, uretdione groups, biuret groups, oxadiazinetrione groups, iminooxadiazinedione groups, urethane groups and / or allophanate groups and may be, for example, uretonimine-modified, carbodiimide-modified or hyperbranched.
  • the binders may be, for example, polyacrylate polyols, polyester polyols, polyether polyols, polyurethane polyols; polyurea; Polyester polyacrylate latpolyols; polyester polyurethane polyols; Polyurethane polyacrylate polyols, polyurethane-modified alkyd resins; Fatty acid-modified polyester polyurethane polyols, copolymers with allyl ethers, graft polymers from the mentioned substance groups with, for example, different glass transition temperatures, and mixtures of said binders. Preference is given to polyacrylate polyols, polyester polyols and polyether polyols.
  • Preferred OH numbers measured according to DIN 53240-2, are 40-350 mg KOH / g solid resin for polyester, preferably 80-180 mg KOH / g solid resin, and 15-250 mg KOH / g solid resin for polyacrylatols, preferably 80-160 mg KOH / g.
  • the binders may have an acid number according to DIN EN ISO 3682 up to 200 mg KOH / g, preferably up to 150 and particularly preferably up to 100 mg KOH / g.
  • Polyacrylate polyols preferably have a molecular weight M n of at least 1000, particularly preferably at least 2000 and very particularly preferably at least 5000 g / mol.
  • the molecular weight M n may be, for example, up to 200,000, preferably up to 100,000, particularly preferably up to 80,000 and very particularly preferably up to 50,000 g / mol.
  • the polyacrylate polyols are copolymers of at least one (meth) acrylic ester with at least one compound having at least one, preferably exactly one hydroxyl group and at least one, preferably exactly one (meth) acrylate group.
  • Polyesterols as are obtainable by condensation of polycarboxylic acids, in particular dicarboxylic acids with polyols, in particular diols.
  • polycarboxylic acids in particular dicarboxylic acids
  • polyols in particular diols.
  • triols, tetrols, etc., as well as triacids, etc. are also used in part.
  • Polyesterpolyols are known, for example, from Ullmanns Encyklopadie der ischen Chemie, 4th Edition, Volume 19, pages 62 to 65. Preference is given to using polyesterpolyols which are obtained by reacting dihydric alcohols with dibasic carboxylic acids. Instead of the free polycarboxylic acids, it is also possible to use the corresponding polycarboxylic acid anhydrides or corresponding polycarboxylic acid esters of lower alcohols or mixtures thereof to prepare the polyesterpolyols.
  • the polycarboxylic acids may be aliphatic, cycloaliphatic, aralipha be table, aromatic or heterocyclic and optionally substituted, for example by halogen atoms, substituted and / or unsaturated.
  • polyetherols which are prepared by addition of ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide to H-active components.
  • polycondensates of butanediol are suitable.
  • radiation-curable compounds are preferably used as coating compositions.
  • Suitable radiation-curable compounds are those which have at least one free-radically polymerizable group. These may be those with one and / or those having more than one ethylenically unsaturated group.
  • compounds having multiple, i. at least two, co-polymerisable, ethylenically unsaturated groups around vinyl ether or (meth) acrylate compounds particularly preferably the acrylate compounds, i. the derivatives of acrylic acid.
  • Preferred vinyl ether and (meth) acrylate compounds contain 2 to 20, preferably 2 to 10 and most preferably 2 to 6 copolymerizable, ethylenically unsaturated double bonds.
  • the number average molecular weight M n of the compounds is preferably below 15,000, more preferably 300-12,000, most preferably 400-5,000 and in particular 500-3,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography with polystyrene as standard and Tetrahydrofuran as eluent).
  • (meth) acrylate compounds may be mentioned (meth) acrylic acid esters and in particular acrylic acid esters and vinyl ethers of polyfunctional alcohols, in particular those which contain no further functional groups or at most ether groups in addition to the hydroxyl groups.
  • examples of such alcohols are, for example, bifunctional alcohols, such as ethylene glycol, propylene glycol and their more highly condensed representatives, for example diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, etc., 1, 2, 1, 3 or 1, 4-butanediol, 1, 5 Pentanediol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, neopentylglycol, alkoxylated phenolic compounds, such as ethoxylated and / or propoxylated bisphenols, 1, 2-, 1, 3- or 1, 4- Cyclohexanedimethanol, trifunctional and higher herfunktionelle alcohols, such as g
  • the alkoxylation products are obtainable in a known manner by reacting the above alcohols with alkylene oxides, in particular ethylene oxide or propylene oxide.
  • alkylene oxides in particular ethylene oxide or propylene oxide.
  • the degree of alkoxylation per hydroxyl group is 0 to 10, i. 1 mol of hydroxyl group can be alkoxylated with up to 10 mol of alkylene oxides.
  • polyester (meth) acrylates which are the (meth) acrylic esters or vinyl ethers of polyesterols, and urethane, epoxide or melamine (meth) acrylates.
  • Urethane (meth) acrylates are e.g. obtainable by reacting polyisocyanates with hydroxyalkyl (meth) acrylates and optionally chain extenders such as diols, polyols, diamines, polyamines or dithiols or polythiols.
  • the urethane (meth) acrylates preferably have a number average molecular weight M n of from 500 to 20,000, in particular from 750 to 10,000, particularly preferably from 750 to 3,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography using polystyrene as standard).
  • the urethane (meth) acrylates preferably have a content of from 1 to 5, more preferably from 2 to 4 moles of (meth) acrylic groups per 1,000 g of urethane (meth) acrylate.
  • Epoxide (meth) acrylates are obtainable by reacting epoxides with (meth) acrylic acid.
  • Suitable epoxides are, for example, epoxidized olefins or glycidyl ethers, e.g. Bisphenol A diglycidyl ethers or aliphatic glycidyl ethers such as butanediol diglycidyl ether.
  • Melamine (meth) acrylates are obtainable by reacting melamine with (meth) acrylic acid or its esters.
  • the epoxide (meth) acrylates and melamine (meth) acrylates preferably have a number average molecular weight M n of 500 to 20,000, particularly preferably from 750 to 10,000 g / mol and very particularly preferably from 750 to 3,000 g / mol; the content of (meth) acrylic groups is preferably 1 to 5, particularly preferably 2 to 4 per 1000 g of epoxy (meth) acrylate or melamine (meth) acrylate (determined by gel permeation chromatography with polystyrene as standard and tetrahydrofuran as eluent). Also suitable are carbonate (meth) acrylates which contain on average preferably 1 to 5, in particular 2 to 4, particularly preferably 2 to 3 (meth) acrylic groups and very particularly preferably 2 (meth) acrylic groups.
  • the number average molecular weight M n of the carbonate (meth) acrylates is preferably less than 3,000 g / mol, more preferably less than 1,500 g / mol, more preferably less than 800 g / mol (determined by gel permeation chromatography with polystyrene as standard, solvent tetrahydrofuran).
  • the carbonate (meth) acrylates are readily obtainable by transesterification of carbonic acid esters with polyhydric, preferably dihydric alcohols (diols, eg hexanediol) and subsequent esterification of the free OH groups with (meth) acrylic acid or transesterification with (meth) acrylic esters, as it eg in EP-A 92,269. They are also available by reacting phosgene, urea derivatives with polyvalent, e.g. dihydric alcohols.
  • the radiation-curable, free-radically or cationically polymerizable compounds having only one ethylenically unsaturated, copolymerizable group are often reactive diluents, that is to say compounds of low viscosity which simultaneously participate in the polymerization reaction.
  • Preferred (meth) acrylic acid alkyl esters are those having a C 1 -C 10 -alkyl radical, such as methyl methacrylate, methyl acrylate, n-butyl acrylate, ethyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate.
  • mixtures of (meth) acrylic acid alkyl esters are also suitable.
  • Vinyl esters of carboxylic acids having 1 to 20 carbon atoms are e.g. Vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl propionate and vinyl acetate.
  • ⁇ , ⁇ -Unsaturated carboxylic acids and their anhydrides can be, for example, acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid or maleic anhydride, preferably acrylic acid.
  • Suitable vinylaromatic compounds are, for example, vinyltoluene, ⁇ -butylstyrene, 4-n-butylstyrene, 4-n-decylstyrene and preferably styrene.
  • nitriles are acrylonitrile and methacrylonitrile.
  • Suitable vinyl ethers are e.g. Vinyl methyl ether, vinyl isobutyl ether, vinyl hexyl ether and vinyl octyl ether.
  • non-aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms and one or two olefinic double bonds may be mentioned butadiene, isoprene, and ethylene, propylene and isobutylene.
  • N-vinylformamide, N-vinylpyrrolidone and N-vinylcaprolactam can be used.
  • the silicate-containing coating composition obtained according to the invention can still be mixed with photoinitiators.
  • the photoinitiators may already be present during mixing with the silicates.
  • photoinitiators known to those skilled in the art may be used, e.g. those in "Advances in Polymer Science", Volume 14, Springer Berlin 1974 or in K.K. Dietliker, Chemistry and Technology of UV and EB Formulation for Coatings, Inks and Paints, Volume 3; Photoinitiators for Free Radical and Cationic Polymerization, P.K.T. Oldring (Eds), SITA Technology Ltd, London.
  • Suitable examples include mono- or Bisacylphosphinoxide Irgacure® 819 (bis (2,4,6-tri-methylbenzoyl) phenylphosphine oxide), as described for example in EP-A 7 508, EP-A 57 474, DE-A 196 18 720, EP-A 495 751 are described or EP-A 615 980, for example, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (Lucirin ® TPO), ethyl-2,4,6-trimethylben- zoylphenylphosphinat, benzophenones, hydroxyacetophenones, phenylglyoxylic acid and its derivatives or mixtures these photoinitiators.
  • Irgacure® 819 bis (2,4,6-tri-methylbenzoyl) phenylphosphine oxide
  • Examples which may be mentioned are benzophenone, acetophenone, acetonaphthoquinone, methyl ethyl ketone, valerophenone, hexanophenone, ⁇ -phenylbutyrophenone, p-morpholinopropiophenone, dibenzosuberone, 4-morpholinobenzophenone, 4-morpholinodeoxybenzoin, p-diacetylbenzene, 4-aminobenzophenone, 4 ' -Methoxyacetophenone, ⁇ -methylanthraquinone, tert-butylanthraquinone, anthraquinone-carboxylic acid ester, benzaldehyde, ⁇ -tetralone, 9-acetylphenanthrene, 2-acetylphenanthrene, 10-thioxanthenone, 3-acetylphenanthrene, 3-acetylindole, 9-fluororon, 1-in
  • non-yellowing or slightly yellowing photoinitiators of the phenylglyoxalic acid ester type, as described in DE-A 198 26 712, DE-A 199 13 353 or WO 98/33761.
  • phosphine oxides ⁇ -hydroxyketones and benzophenones are preferred.
  • mixtures of different photoinitiators can be used.
  • the photoinitiators may be used alone or in combination with a photopolymerization onspromotor, e.g. benzoic, amine or similar type.
  • a photopolymerization onspromotor e.g. benzoic, amine or similar type.
  • further typical coatings additives can be added, for example antioxidants, oxidation inhibitors, stabilizers, activators (accelerators), fillers, pigments, dyes, degassing agents, brighteners, antistatic agents, flame retardants, thickeners, thixotropic agents, flow aids, binders, Defoamers, fragrances, surface active agents, viscosity modifiers, plasticizers, plasticizers, tackifying resins (tackifiers), chelating agents or compatibilizers.
  • antioxidants for example antioxidants, oxidation inhibitors, stabilizers, activators (accelerators), fillers, pigments, dyes, degassing agents, brighteners, antistatic agents, flame retardants, thickeners, thixotropic agents, flow aids, binders, Defoamers, fragrances, surface active agents, viscosity modifiers, plasticizers, plasticizers, tackifying resins (tackifiers), chelating agents or compatibilizers.
  • a post-curing accelerator e.g. Tin octoate, zinc octoate, dibutyltin laureate or diaza [2.2.2] bicyclooctane.
  • photochemically and / or thermally activatable initiators for example potassium peroxodisulfate, dibenzoyl peroxide, cyclohexanone peroxide, di-tert-butyl peroxide, azobisisobutyronitrile, cyclohexylsulfonyl acetyl peroxide, diisopropyl percarbonate, tert-butyl peroctoate or benzopinacol, as well as, for example, those thermally activatable initiators having a half life of 80 0 C of more than 100 hours, such as di-t-butyl peroxide, cumene hydroperoxide, dicumyl peroxide, t-butyl perbenzoate, silylated pinacols, the z.
  • photochemically and / or thermally activatable initiators for example potassium peroxodisulfate, dibenzoyl peroxide, cyclohexanone peroxide, di-ter
  • ADDID 600 commercially available under the trade name ADDID 600 from Wacker or hydroxyl-containing amine-N-oxides, such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, 4-hydroxy-2,2,6, 6-tetramethylpiperidine-N-oxyl etc.
  • Suitable initiators are described in "Polymer Handbook" 2nd ed., Wiley & Sons, New York.
  • chelating agents e.g. Ethylenediamine and their salts and ß-diketones are used.
  • Suitable fillers include silicates, e.g. For example, by hydrolysis of silicon tetrachloride available silicates such as Aerosil ® the Fa. Degussa, silica, talc, aluminum silicates, magnesium silicates, calcium carbonates etc. Since silicates are evenly introduced by the inventive method in a coating composition, it represents a preferred embodiment, no further fillers admit.
  • silicates e.g. For example, by hydrolysis of silicon tetrachloride available silicates such as Aerosil ® the Fa. Degussa, silica, talc, aluminum silicates, magnesium silicates, calcium carbonates etc. Since silicates are evenly introduced by the inventive method in a coating composition, it represents a preferred embodiment, no further fillers admit.
  • Suitable stabilizers include typical UV absorbers such as oxanilides, triazines and benzotriazole (the latter available as Tinuvin ® grades from Ciba-Spezialitatenchemie) and benzophenones. These may be used alone or together with suitable radical scavengers, for example sterically hindered amines such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 2,6-di-tert-butylpiperidine or derivatives thereof, eg. For example, bis (2,2,6,6-tetra-methyl-4-piperidyl) sebacinate can be used. Stabilizers are usually used in amounts of 0.1 to 5.0 wt .-%, based on the solid components contained in the preparation.
  • silicate-containing coating compositions and coating formulations obtained according to the invention are particularly suitable for coating substrates such as wood, paper, textile, leather, fleece, plastic surfaces, glass, ceramics, mineral building materials such as cement blocks and fiber cement boards, or metals or coated metals, preferably plastics or metals, which may be present as films, for example.
  • the thickness of such a layer to be cured as described may be from 0.1 ⁇ m to several mm, preferably from 1 to 2000 ⁇ m, more preferably 5 to 1000 ⁇ m, most preferably from 10 to 500 ⁇ m and in particular from 10 to 250 ⁇ m.
  • substrates coated with a multilayer coating according to the invention are also the subject of the present invention.
  • the substrates are coated by customary methods known to the person skilled in the art, at least one coating composition being applied to the substrate to be coated Apply substrate in the desired strength and the optional volatile constituents of the coating composition, optionally with heating removed. This process can optionally be repeated one or more times.
  • the application to the substrate can in a known manner, for. Example by spraying, filling, doctoring, brushing, rolling, rolling, casting, lamination, injection molding or coextrusion done.
  • the coating thickness is usually in a range of about 3 to 1,000 g / m 2 and preferably 10 to 200 g / m 2 .
  • a method for coating substrates in which the coating composition is applied to the substrate and optionally dried, cured with electron beams or UV exposure under an oxygen-containing atmosphere or preferably under inert gas, optionally at temperatures up to the height of the drying temperature and then at temperatures up to to 160 0 C, preferably between 60 and 160 0 C, thermally treated.
  • the method for coating substrates can also be carried out so that after application of the coating composition initially at temperatures up to 160 0 C, preferably between 60 and 160 ° C, thermally treated and then with electron beams or UV exposure under oxygen or preferably under inert gas is hardened.
  • the curing of the films formed on the substrate can optionally be carried out exclusively thermally. In general, however, the coatings are cured both by irradiation with high-energy radiation and thermally.
  • the curing can also take place in addition to or instead of the thermal curing by NIR radiation, wherein NIR radiation here electromagnetic radiation in the wavelength range of 760 nm to 2.5 microns, preferably from 900 to 1500 nm is designated.
  • thermal, NIR and / or radiation curing can take place after each coating operation.
  • Suitable radiation sources for radiation curing are, for example, low-pressure mercury lamps, medium-pressure lamps with high-pressure lamps and fluorescent tubes, pulse emitters, metal halide lamps, electronic flash devices, whereby a radiation curing without photoinitiator is possible, or Excimerstrahler.
  • the radiation sources used are, for example, high-pressure mercury vapor lamps, lasers, pulsed lamps (flash light), halogen lamps or excimer radiators.
  • the radiation dose for UV curing which is usually sufficient for crosslinking, is in the range from 80 to 3,000 mJ / cm 2 .
  • radiation sources can be used for the curing, e.g. two to four.
  • the irradiation may preferably also in the absence of oxygen, for. B. under inert gas atmosphere, are performed.
  • inert gases are preferably nitrogen, noble gases, carbon dioxide, or combustion gases.
  • the irradiation can be carried out by covering the coating mass with transparent media.
  • Transparent media are z.
  • plastic films glass or liquids, eg. B. water. Particular preference is given to irradiation in the manner described in DE-A1 199 57 900.
  • Another object of the invention is a method for coating substrates, wherein
  • step iii) optionally irradiating the film formed in step ii) with high energy radiation, whereby the film is precured, then optionally mechanically working the precured film coated article or contacting the surface of the precured film with another substrate,
  • the steps iv) and iii) can also be performed in reverse order, d. H.
  • the film may first be cured thermally or by NIR radiation and then with high energy radiation.
  • the method according to the invention it is possible to finely distribute silicate particles in organic coating compositions and to spend only a small amount of organic solvent.
  • Silicate particles with simple means evenly and without significant aggregation of the particles in coating materials can be introduced. In the case of the finished coating compositions, this leads to almost complete transparency in the visible range and even to increased scratch resistance.
  • the viscosity increase of the resulting coating compositions is less pronounced than according to comparable prior art processes.
  • the suspension was admixed with 110 g of 2-propanol, 3 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.05 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatile constituents were removed while passing through a small amount of lean air (nitrogen-air mixture with about 6% by volume oxygen content) at 50 ° C. and under reduced pressure (130 mbar).
  • lean air nitrogen-air mixture with about 6% by volume oxygen content
  • There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, whose water content is less than 0.5 wt .-% and which is storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 2.08 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 S
  • the suspension was admixed with 110 g of 2-propanol, 3 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.05 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatile constituents were passed through at 50 ° C. and below with sparse lean air reduced pressure (130 mbar) away.
  • This gave a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, the water content of which was less than 0.5% by weight and which was storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 4.64 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 1250 S -1 .
  • a basic silica sol having a SiC "2 solids content of 30 wt .-% and an average particle size of 13 nm (Ludox® HS 30, Grace GmbH & Co. KG, Worms, Germany) with 8 g of a strongly acidic cationic ion exchanger (Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufmün, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, whereby a pH value of 2.0, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration ,
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 2 , 64 Pa * s, measured at the cone-plate viscometer at 23 0 C, with a shear rate of 2500 s " 1 .
  • a basic silica sol having a SiO 2 solids content of 40 wt .-% and a mean particle size of 19 nm (Ludox® TM 40, Grace GmbH & Co. KG, Worms, Germany) with 10 g of a strongly acidic cationic ion exchanger (Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufmün, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, whereby a pH value of 2.0, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration.
  • 20 g of the silicic acid sol acidified by means of ion exchange were mixed with 20 ml of 2-propanol. To the mixture was added 0.49 g with stirring. (Methacryloxy) propyltrimethoxysilane was added and the reaction solution for 24 h at 25 0 C stirred.
  • the suspension was admixed with 132 g of 2-propanol, 8 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar).
  • a flowable, transparent coating composition with a SiO 2 solids content of 49% was obtained, which has a water content of 0.4% by weight and which is storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 2.24 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
  • a glass beaker 1000 g of a basic silica sol having a SiC "2 solids content of 30% by weight and an average particle size of 15 nm (Levasil® 200, HCStark GmbH, Leverkusen, Germany) with 100 g of a strongly acidic cationic ion exchanger ( Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufmün, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, with a pH of 2.3, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration.
  • a strongly acidic cationic ion exchanger Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufmün, Germany
  • the suspension was admixed with 132 g of 2-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar).
  • There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.2 wt .-% and which is storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 1.36 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
  • the suspension was admixed with 132 g of 2-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar).
  • a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.2% by weight and which is storable for at least 3 months, was obtained.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 1.40 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
  • the suspension was admixed with 175 g of 2-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatile components were removed under gen passage of little lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar).
  • a solid, non-flowable but transparent coating composition having a SiCV solids content of 48% and having a water content of 0.2% by weight was obtained.
  • the suspension was admixed with 300 g of 1-propanol, 60 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 2.0 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar).
  • There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 47%, which has a water content of 0.2 wt .-% and which is storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 1.30 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 5000 s -1 .
  • Example 8 170 g of 1-propanol were added to 170 g of the acidic acid solution (Levasil® 200, Example 5) acidified by means of ion exchange. 7.00 g of 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane were added to the mixture with stirring and the reaction solution for 24 h at 25 0 C is stirred.
  • the suspension was admixed with 260 g of 1-propanol, 51 g of trimethylolpropane triacrylate (Laromer® TMPTA, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 1.7 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® TMPTA.
  • the volatiles were removed under passage of little lean air at 50 0 C and under vermin- dertem pressure (130 mbar).
  • a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.3% by weight and which is storable for at least 3 months, was obtained.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 2.46 Pa * s, measured on the cone and plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
  • the suspension was then alkoxylated with 175 g of 2-propanol, 6 g of trimethylolpropane triacrylate (Laromer® PO 33 F, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® PO 33 F offset.
  • the volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar).
  • There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.2 wt .-% and which is storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 1.92 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
  • the suspension was admixed with 30 g of 1-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). It was a flowable, transparent Be Stratified material having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.2 wt .-% and which is storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 2.08 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 S -1 .
  • a basic silica sol having a SiO 2 solids content of 30% by weight and an average particle size of 9 nm (Levasil 300, HCStark GmbH, Leverkusen, Germany) were mixed with 30 g of a strongly acidic cationic ion exchanger (Amberjet 1200 (FIG. H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufmün, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, with a pH of 2.3, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration.
  • 100 g of the silicic acidified by means of ion exchange were mixed with 100 ml of 2-propanol. 6.18 g of 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane were added to the mixture with stirring and the reaction solution for 24 h at 25 0 C is stirred.
  • the suspension was admixed with 700 g of 2-propanol, 30 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 1.0 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863.
  • the volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar).
  • There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.3 wt .-% and which is storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 2.80 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
  • a basic silica sol with a SiC "2 solids content of 40% by weight and an average particle size of 15 nm (Levasil® 200, HCStark GmbH, Leverkusen, Germany) were mixed with 30 g of a strongly acidic cationic ion exchanger in a glass beaker ( Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufmün, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, with a pH of 2.4, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration.
  • the volatiles were removed at temperatures of 45 0 C (100 mbar) to 70 0 C (50 mbar) and under reduced pressure.
  • a flowable, transparent coating composition with a SiO 2 solids content of 46% was obtained, which has a water content of 0.1% by weight and which is storable for at least 3 months.
  • the coating composition had a Brookfield viscosity of 0.96 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 5000 s -1 .
  • Laromer® LR 8863 blended with 4% by weight Irgacure® 184 (photoinitiator, Ciba Spezialitatenchemie) is applied with a box doctor blade on bonder plate type 26 S 60 OC (Chemmetall) 30 microns thick and twice under a UV laboratory system (Company IST) (1 mercury medium pressure lamp with 120 W / cm) cured at a belt speed of 10m / min.
  • Irgacure® 184 photoinitiator, Ciba Spezialitatenchemie
  • the scratch resistance is determined. Scratching takes place by means of a hammer coated with a scrubbing fleece of the area 2.5 * 2.5 cm (Scotchbrite 7448 type S ultrafine, company 3M) (weight 500 g) which is passed over the coating in 10 or 50 double strokes without additional weight load becomes.
  • the different matting in relation to the unloaded paint film due to the scratching is measured with a gloss meter (Mikro TRI-Gloss, Byk Gardener) at a measuring angle of 20 degrees. 56% (10 double strokes) and 64% (50 double strokes) are lost.
  • the SiO 2 -modified product prepared according to Example 7 is used instead of Laromer® LR 8863.
  • the coated with this coating compound substrates show a loss of gloss of 6% (10 double strokes) and 11% (50 double strokes).

Abstract

The present invention relates to a method for the fine distribution of silicates in coating compounds for use in paints.

Description

Verfahren zur Verteilung von Silikaten in Beschichtungsmassen Method for distributing silicates in coating compositions
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur homogenen Dispergierung von anorganischen Nanopartikeln in Beschichtungsmassen mit dem Ziel der Verbesserung der Kratzfestigkeit der daraus erhaltenen Beschichtungen.The present invention describes a process for the homogeneous dispersion of inorganic nanoparticles in coating compositions with the aim of improving the scratch resistance of the coatings obtained therefrom.
Um anorganische Partikel in organischen Beschichtungsmassen einzuarbeiten, werden diese Teilchen häufig als gemahlene oder gefällte Feststoffe oder Aufschlämmung bzw. Paste hergestellt und dann in der organischen Beschichtungsmasse suspendiert.To incorporate inorganic particles in organic coating compositions, these particles are often prepared as milled or precipitated solids or slurry, and then suspended in the organic coating composition.
Nachteilig daran ist, daß die Partikel durch bekannte Verfahren wie Trockenmahlung, Naßmahlung, Ultraschallbehandlung oder Extrudieren nicht frei von Agglomeraten in eine organische Matrix überführt werden können. Zudem neigen beispielsweise durch Nassmahlung dispergierte Partikel nach Entfernung des Lösungsmittels zur Aggregation, so daß die Teilchen beim Einbringen in ein Medium, wie beispielsweise eine Beschichtungsmasse, ungleichmäßig verteilt sind. Dies hat in der Regel einen Transparenzverlust der Beschichtungsmasse zur Folge und führt aufgrund der Phasentrennung der Beschichtungsmasse zu abrasionslabilen Beschichtungen mit geringer Härte.The disadvantage of this is that the particles can not be transferred free of agglomerates into an organic matrix by known methods such as dry grinding, wet grinding, ultrasonic treatment or extrusion. In addition, for example, particles dispersed by wet grinding tend to aggregate after removal of the solvent, so that the particles are unevenly distributed when introduced into a medium such as a coating composition. As a rule, this results in a loss of transparency of the coating composition and, due to the phase separation of the coating composition, leads to abrasion-labile coatings with low hardness.
Da es eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wässrige anorganische Nanopartikel-Sole als anorganischen Füllstoff für organische Beschichtungsmassen zu verwenden, wird eine geeignete Vorbehandlung der Partikel benötigt, um diese agglomerationsfrei in das organische Harz zu überführen.Since it is a particular embodiment of the present invention to use aqueous inorganic nanoparticle sols as inorganic fillers for organic coating compositions, a suitable pretreatment of the particles is required in order to convert them without agglomeration into the organic resin.
Eine direkte Suspendierung der Teilchen im wäßrigen Lösungsmittel in den organischen Beschichtungsmassen verbietet sich zumeist aufgrund der Unverträglichkeit der Lösungsmittel. Es wird jedoch ein weitgehender Verzicht auf Lösungsmittel gefordert, da Lösungsmittel eine zusätzliche Komponente im Lacksystem darstellen und dies eine Abtrennung des Lösungsmittels beim Endanwender bedeuten würde. Gesucht sind also gebrauchsfertige, lösungsmittelarme Beschichtungsmassen, die bereits anorganische Partikel enthalten.Direct suspension of the particles in the aqueous solvent in the organic coating materials is usually impossible due to the incompatibility of the solvents. However, a substantial absence of solvents is required because solvents would be an additional component in the paint system and this would mean separation of the solvent from the end user. We are looking for ready-to-use, low-solvent coating compounds that already contain inorganic particles.
US 3699049 beschreibt die Wasserabtrennung durch Destillation bei 50 bis 100 0C aus sauren oder basischen, kolloidalen Kieselsolen mit polyfunktionellen Alkoholen, wie beispielsweise Glycerin.US 3699049 describes the removal of water by distillation at 50 to 100 0 C of acidic or basic, colloidal silica sols with polyfunctional alcohols, such as glycerol.
Nachteilig ist, daß das Lösungsmittel bei dieser Methode nicht entfernt werden kann, da das in den explizit offenbarten Beispielen eingesetzte Glycerin einen Siedepunkt von ca. 290 0C bei Normaldruck aufweist. Dies verbietet eine Entfernung des Lösungsmittel unter schonenden Bedingungen. DE 102005018671 beschreibt Epoxyharze als Klebstoffe mit Organosilan-modifizierte Siliciumdioxidsolen, insbesondere mit Epoxygruppen modifizierte Siliciumdioxidsole, deren Oberflächenmodifizierung ein Aggregieren der Teilchen ermöglichen soll.The disadvantage is that the solvent can not be removed in this method, since the glycerol used in the explicitly disclosed examples has a boiling point of about 290 0 C at atmospheric pressure. This prohibits removal of the solvent under mild conditions. DE 102005018671 describes epoxy resins as adhesives with organosilane-modified silica sols, in particular with epoxy groups-modified silica sols whose surface modification is intended to allow particle aggregation.
EP 75545 A1 beschreibt die Herstellung von silikathaltigen ungesättigen Polyesterharzen durch Abdestillieren von Wasser aus sauren Kieselsolen in Gegenwart von Bausteinen der Polyester und anschließendem Versetzen mit radikalisch polymerisierbaren Monomeren.EP 75545 A1 describes the preparation of silicate-containing unsaturated polyester resins by distilling off water from acidic silica sols in the presence of building blocks of the polyesters and subsequent addition with free-radically polymerizable monomers.
In diesem Fall wird ein SiO2-gefüllter Polyester-Feststoff hergestellt, der nicht mehr fließfähig ist und damit auch nicht als Beschichtungsmasse eingesetzt werden kann.In this case, a SiO2-filled polyester solid is produced, which is no longer flowable and thus can not be used as a coating material.
DE 69314374 T2 beschreibt die Entfernung von Wasser bei Temperaturen unter 55 0C aus sauren Kieselsolen unter Ersetzen von Wasser durch Alkanolacrylate als Solvens.DE 69314374 T2 describes the removal of water at temperatures below 55 0 C from acidic silica sols with replacement of water by alkanol acrylates as solvent.
Diese Methode ist beschränkt auf polare Verbindungen wie Alkanolacrylate und ist auf unmodifizierte Kieselsole beschränkt.This method is limited to polar compounds such as alkanol acrylates and is limited to unmodified silica sols.
EP 460560 A2 beschreibt ausgehend von alkoholischen Dispersionen von Kieselsolen die Oberflächenmodifizierung mit doppelbindungshaltigen Silanen zur Verwendung in radikalisch polymerisierbaren Beschichtungsmassen.EP 460560 A2 describes starting from alcoholic dispersions of silica sols the surface modification with double bond-containing silanes for use in free-radically polymerizable coating compositions.
Diese Methode geht bereits von Kieselsolen aus, die in Alkoholen vorliegen. Derartige Kieselsole sind kommerziell schlechter verfügbar als wäßrige Kieselsole. Zudem wird nicht offenbart, bei welchem pH die Oberflächenmodifizierung durchgeführt wird. Zudem ist nachteilig an dieser Reaktionsführung, daß in wasserfreien alkoholischen Solen lediglich freie Silanolgruppen an der Oberfläche der Teilchen mit den Silanen reagieren können. Somit kann eine Kondensationsreaktion, und damit die Aggregationsneigung, in alkoholischer Suspension deutlich leichter unterbunden werden als in wäß- riger Suspension.This method already starts from silica sols, which are present in alcohols. Such silica sols are less commercially available than aqueous silica sols. In addition, it is not disclosed at which pH the surface modification is carried out. In addition, it is disadvantageous in this reaction procedure that only free silanol groups on the surface of the particles can react with the silanes in anhydrous alcoholic sols. Thus, a condensation reaction, and thus the tendency to aggregate, in alcoholic suspension can be prevented much easier than in aqueous suspension.
EP 1236765 A beschreibt ein Verfahren, in dem eine Alkalisilikatlösung mit einem sauren lonentauscher angesäuert und zu einem Kieselsol umgesetzt sowie mit einem Si- lan oberflächenmodifiziert wird und dieses dann mit iso-Propanol versetzt und Wasser abdestilliert wird. Die so erhaltenen Silikate mit einer Teilchengröße von 3 bis 50 nm können anschließend in organischen Beschichtungsmassen aufgenommen werden. Die hergestellten Kieselsole werden nach ihrer Herstellung durch saure Polykondensa- tion zum Schutz gegen Agglomeration alkalisch gestellt (Absatz [0042], siehe dazu auch Beispiel 1 der EP 13661 12 B1 ). Anschließend, d.h. im alkalischen pH-Bereich, wird optional durch Umsetzung mit funktionellen Silanen die Oberfläche des Kieselsols modifiziert. Nachteilig an diesem Herstellungsverfahren ist, daß die so erhaltenen Produkte eine relativ hohe Viskosität aufweisen. Weiterhin ist nachteilig, daß kommerziell erhältliche Kieselsäuresole, die im alkalischen pH-Bereich modifiziert werden, bei Zugabe von Alkoholen und/oder Silanen eine deutliche Agglomerierungs- und Gelierungstendenz zeigen.EP 1236765 A describes a process in which an alkali silicate solution is acidified with an acidic ion exchanger and converted into a silica sol and surface-modified with a silane and this is then mixed with isopropanol and water is distilled off. The resulting silicates having a particle size of 3 to 50 nm can then be taken up in organic coating compositions. The silica sols prepared are made alkaline after their preparation by acidic polycondensation to protect against agglomeration (paragraph [0042], see also example 1 of EP 13661 12 B1). Subsequently, ie in the alkaline pH range, the surface of the silica sol is optionally modified by reaction with functional silanes. A disadvantage of this production process is that the products thus obtained have a relatively high viscosity. A further disadvantage is that commercially available silicic acid sols which are modified in the alkaline pH range show a marked agglomeration and gelation tendency on addition of alcohols and / or silanes.
WO 2006/044376 beschreibt die Herstellung von anorganischen Oxiden, insbesondere Silikaten in wäßrigem Medium und anschließender Verteilung in organischen Beschich- tungsmassen. Ein dort offenbartes Verfahren (Beispiel 3) umfaßt ausgehend von ei- nem Kieselsol einen lonenaustausch unter Freisetzung der Säure, Vermischen mit einem organischen Lösungsvermittler, Zusatz von Base und Versetzen mit einem Silan zur Oberflächenmodifizierung. Auch hier findet die vollständige Oberflächenmodifizierung mit dem Silan im alkalischen pH-Bereich statt. Anschließend wird das Lösungsmittel bis zum Trocknen entfernt und in einem organischen Lösungsmittel aufgenom- men.WO 2006/044376 describes the preparation of inorganic oxides, in particular silicates in an aqueous medium and subsequent distribution in organic coating compositions. A process disclosed therein (Example 3) comprises, starting from a silica sol, an ion exchange with liberation of the acid, mixing with an organic solubilizer, addition of base and addition of a surface-modification silane. Again, the complete surface modification with the silane takes place in the alkaline pH range. Subsequently, the solvent is removed until dry and taken up in an organic solvent.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die so erhaltenen Lösungen von Kieselsolen unter Verwendung von kommerziellen Kieselsäuresolen eine hohe Viskosität aufweisen und zudem die Oberfläche der Partikel vollständig mit Silan umgesetzt werden muß, um ein rieselfähiges Pulver zu ergeben. Es wird zwar darauf hingewiesen, daß die Oberflächenbehandlung mit Silanen unter sauren oder basischen Bedingungen verlaufen kann, explizit offenbart werden jedoch lediglich alkalische Reaktionsbedingungen.A disadvantage of this method is that the resulting solutions of silica sols using commercial silica sols have a high viscosity and also the surface of the particles must be completely reacted with silane to give a free-flowing powder. It is noted that surface treatment with silanes may be under acidic or basic conditions, but only alkaline reaction conditions are explicitly disclosed.
In einem anderen Verfahren (Beispiel 1 ) wird das wäßrige Nanosilikatsol direkt mit einem Lösungsvermittler, der gleichzeitig als Reaktivverdünner fungieren kann, und der organischen Beschichtungsmasse versetzt und das Wasser per Destillation abgetrennt und anschließend mit einem organischen Lösungsmittel aufgenommen. Die Oberflächenmodifizierung mit einem Silan findet auch hier im Alkalischen statt. Nachteilig ist, daß der Lösungsvermittler in der Beschichtungsmasse verbleibt und dies Verfahren nur für solche Lösungsvermittler anwendbar ist, die gleichzeitig als Reaktivverdünner reagieren können.In another method (Example 1), the aqueous Nanosilikatsol is mixed directly with a solubilizer, which can act as a reactive diluent, and the organic coating composition and the water separated by distillation and then taken up with an organic solvent. The surface modification with a silane also takes place here in the alkaline. The disadvantage is that the solubilizer remains in the coating composition and this method is applicable only to those solubilizers that can react simultaneously as reactive diluents.
In einem weiteren Verfahren (Beispiel 2) wird ein weiteres Silikasol mit einem funktio- nalisierten Alkoxysilan unter Verwendung eines Katalysators im Alkalischen funktiona- lisiert. Das Produkt wird in einer großen Menge Lösungsmittel aufgenommen und der Katalysator durch Wäsche entfernt. Das funktionalisierte Silikat wird dann als organische Lösung weiter in Beschichtungsmassen eingesetzt.In a further process (Example 2), another silica sol is functionalized with a functionalized alkoxysilane using a catalyst in the alkaline state. The product is taken up in a large amount of solvent and the catalyst removed by washing. The functionalized silicate is then further used as an organic solution in coating compositions.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß der Katalysator aufwendig über Wäschen aus dem Produkt entfernt werden muß um die Reaktion zu stoppen. Die erhaltenen Pulver lassen sich zudem nicht mehr vollständig redispergieren, was zu größeren Agglomera- ten im Produkt und damit zu einer verminderten Transparenz der Beschichtung führt.A disadvantage of this method is that the catalyst has to be removed from the product in a complicated manner by means of washes in order to stop the reaction. The obtained powders Moreover, they can no longer be completely redispersed, which leads to larger agglomerates in the product and thus to a reduced transparency of the coating.
US 2006/0251901 A1 beschreibt die Modifizierung von kolloidalen Silikaten mit ver- schiedenen Silanen in Gegenwart von Lösungsmitteln und anschließender Abtrennung von Wasser.US 2006/0251901 A1 describes the modification of colloidal silicates with various silanes in the presence of solvents and subsequent separation of water.
In den Beispielen 4 und 5 der US 2006/0251901 A1 werden saure kolloidale Silikate eingesetzt und mit Phenyltrimethoxysilan oberflächenmodifiziert. Nach einer Reakti- onszeit von 2 Stunden wird das Reaktionsgemisch basisch gestellt und das Lösungsmittel abdestilliert.In Examples 4 and 5 of US 2006/0251901 A1, acidic colloidal silicates are used and surface-modified with phenyltrimethoxysilane. After a reaction time of 2 hours, the reaction mixture is made basic and the solvent is distilled off.
In Beispiel 1 der US 2006/0251901 A1 wird zwar als Agens zur Oberflächenmodifizierung ein methacrylgruppenhaltiges Silan eingesetzt, jedoch handelt es sich bei dem eingesetzten kolloidalen Silikat um ein alkalisches Silikat.Although in Example 1 of US 2006/0251901 A1 a methacrylic-containing silane is used as the surface modification agent, the colloidal silicate used is an alkaline silicate.
US 2007/0207410 A1 beschreibt die Modifizierung von kolloidalen Silikaten mit verschiedenen Silanen in Gegenwart von Lösungsmitteln und anschließender Abtrennung von Wasser. In Formulierung E wird ein kommerzielles kolloidales Silikat zunächst auf einen pH zwischen 2 und 3 und anschließend zur Oberflächenmodifizierung auf einen pH zwischen 8 und 9 gebracht. Die Oberflächenmodifizierung erfolgt auch hier im alkalischen Milieu. In Absatz [0171] wird angeregt, die Silikate für die nachfolgende Oberflächenmodifizierung auf einen pH von 8 bis 9 zu bringen. Die Durchführung im sauren pH-Bereich wird nicht offenbart.US 2007/0207410 A1 describes the modification of colloidal silicates with various silanes in the presence of solvents and subsequent separation of water. In Formulation E, a commercial colloidal silicate is first brought to a pH between 2 and 3 and then to a pH between 8 and 9 for surface modification. The surface modification also takes place here in the alkaline medium. In paragraph [0171] it is suggested to bring the silicates to a pH of 8 to 9 for the subsequent surface modification. The implementation in the acidic pH range is not disclosed.
US 2007/0207410 A1 verweist auf die Methode gemäß US 2801185, nach der ein Kie- selsäuresol bei einem pH von bevorzugt etwa 3 (Spalte 3, Zeile 41 ) mit Alkoholen behandelt wird, einerseits zur Entfernung von Wasser (Spalte 5, Zeile 66 ff.) und insbesondere zur Oberflächenbehandlung, in dem zugängliche OH-Gruppen auf der Ober- fläche des SoIs mit dem Alkohol verestert werden (Spalte 4, Zeile 28 ff). Offenbart wird lediglich die Umsetzung mit Alkoholen zur Modifizierung der Oberfläche.US 2007/0207410 A1 refers to the method according to US Pat. No. 2,001,885, according to which a silica sol is treated with alcohols at a pH of preferably about 3 (column 3, line 41), on the one hand to remove water (column 5, line 66 ff .) and in particular for the surface treatment, in which accessible OH groups on the surface of the sol are esterified with the alcohol (column 4, line 28 ff). Only the reaction with alcohols to modify the surface is disclosed.
US 2007/0207410 A1 verweist weiterhin auf die Methode nach US 4522958, nach der gemäß Beispiel 1 ein saures kolloidales Silikat mit Dipropylenglycolmonomethylether versetzt und entwässert wird. Das so erhaltene Produkt wird in ein Acrylharz eingearbeitet und ergibt eine strahlungshärtbare Beschichtungsmasse.US 2007/0207410 A1 also refers to the method according to US Pat. No. 4,522,958, according to which, according to Example 1, an acidic colloidal silicate is mixed with dipropylene glycol monomethyl ether and dehydrated. The product thus obtained is incorporated into an acrylic resin to give a radiation-curable coating composition.
Nachteilig an dieser Methode ist, daß lediglich eine Oberflächenmodifizierung durch eine Veresterung von OH-Gruppen auf der Oberfläche des Silikats mit dem Alkohol des Lösungsmittels erfolgt. Dieser Alkohol besitzt keine strahlungshärtbaren Gruppen, die eine Reaktion mit dem strahlungshärtbaren Medium ermöglichen. US 6136912 und US 6825239 die Abtrennung von Wasser mit Hilfe von Alkoholen aus wäßrigen Kieselsolen bei einem pH von 1 bis 3 bei gleichzeitiger Umsetzung mit einem Vinylsilan in Mengen von 0,01 - 0,1 mmol/m2 Oberfläche bzw. 0,01 bis 1 g/g und anschließender Vermischung mit multifunktionellen (Meth)Acrylaten. Die Kieselsole kön- nen durch Ansäuern kommerziell erhältlicher alkalischer Kieselsole hergestellt werden.A disadvantage of this method is that only a surface modification takes place by esterification of OH groups on the surface of the silicate with the alcohol of the solvent. This alcohol has no radiation-curable groups that allow reaction with the radiation-curable medium. US 6136912 and US 6825239, the separation of water with the aid of alcohols from aqueous silica sols at a pH of 1 to 3 with simultaneous reaction with a vinyl silane in amounts of 0.01 to 0.1 mmol / m 2 surface or 0.01 to 1 g / g and subsequent mixing with multifunctional (meth) acrylates. The silica sols can be prepared by acidification of commercially available alkaline silica sols.
Nachteilig daran ist, daß Vinylsilane eine relativ geringe Reaktivität in der UV- Polymerisationsreaktion aufweisen, so daß die Vernetzungsdichte in den resultierenden Beschichtungen geringer bleibt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Stabilität und Viskosität von Produkten, die mit einem Vinylsilan modifiziert sind, noch nicht optimal ist.The disadvantage of this is that vinyl silanes have a relatively low reactivity in the UV polymerization reaction, so that the crosslinking density in the resulting coatings remains lower. Another disadvantage is that stability and viscosity of products modified with a vinyl silane are not yet optimal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Beschichtungsmassen mit niedriger Viskosität zur Verfügung zu stellen, die feinteilige Silikate, hergestellt ausgehend von kos- tengünstigen handelsüblichen Produkten, enthalten, wobei die Silikate gleichmäßig in der Beschichtungsmasse verteilt sein sollen. Die Oberflächenmodifizierung soll mit möglichst wenig Agens erfolgen.The object of the present invention was to provide coating compositions with low viscosity which contain finely divided silicates prepared from cost-effective commercial products, the silicates being to be distributed uniformly in the coating composition. The surface modification should be done with as little agent as possible.
Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von silikathaltigen orga- nischen Beschichtungsmassen, umfassend die SchritteThe object has been achieved by a process for the preparation of silicate-containing organic coating compositions, comprising the steps
- Versetzen eines wäßrigen Kieselsols (K) mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 5 bis 150 nm mit einem Gehalt an Kieselsäure, berechnet als SiÜ2, von 10 bis 60 Gew% mit einem pH-Wert von 2 bis 4 mit der 0 bis 10-fachen Menge an Wasser (bezogen auf den eingesetzten Gehalt an Siθ2) und der 0,1 bis 20-fachen Menge (bezo- gen auf den eingesetzten Gehalt an Siθ2) bei einer Temperatur von 10 bis 60 0C an mindestens einem organischen Lösungsmittel (L), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-2-propanol , 1-Chlor-2-Propanol, Cyclopentanol, Cyclohexanol, 1 ,4-Dioxan, Tetrahydrofuran, 1- Methoxy-2-propanol, 1-Ethoxy-2-propanol, 2-Ethoxyethanol, 2-Methyl-2-propanol, 2- Methoxyethanol, Dimethylformamid, Acetonitril und Aceton,- Adding an aqueous silica sol (K) having an average particle diameter of 5 to 150 nm with a content of silica, calculated as Si02, from 10 to 60% by weight with a pH of 2 to 4 with the 0 to 10-fold amount of water (based on the set content of SiO 2) and 0.1 to 20 times the amount (based on the set content of SiO 2) at a temperature of 10 to 60 0 C at least one organic solvent (L), selected from the group consisting of ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, 1-chloro-2-propanol, cyclopentanol, cyclohexanol, 1, 4-dioxane, Tetrahydrofuran, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 2-ethoxyethanol, 2-methyl-2-propanol, 2-methoxyethanol, dimethylformamide, acetonitrile and acetone,
- mindestens einer Verbindung (S), die mindestens eine mindestens einfach alkoxylier- te Silylgruppe und mindestens eine Gruppe aufweist, die reaktiv gegenüber der organischen Beschichtungsmasse ist, in einer Menge von 0,1 bis 20 μmol pro m2 Oberfläche von (K), sowie - gegebenenfalls weiterem Lösungsmittel (L),at least one compound (S) which has at least one at least monoalkoxylated silyl group and at least one group which is reactive with the organic coating composition in an amount of from 0.1 to 20 μmol per m 2 surface area of (K), and optionally further solvent (L),
- Versetzen des so erhaltenen Gemisches mit der organischen Beschichtungsmasse und- placing the mixture thus obtained with the organic coating composition and
- zumindest teilweiser Destillation des organischen Lösungsmittels (L).- At least partial distillation of the organic solvent (L).
Die eingesetzten wäßrigen kolloidalen Lösung (K) von Polykieselsäureteilchen (Kiesel- sol) enthalten Teilchen mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 bis 150 nm, be- vorzugt 2 bis 120, besonders bevorzugt 3 bis 100, ganz besonders bevorzugt 4 bis 80, insbesondere 5 bis 50 und speziell 8 bis 40 nm.The aqueous colloidal solution (K) of polysilicic acid particles (silica sol) contains particles having an average particle diameter of from 1 to 150 nm. preferably 2 to 120, particularly preferably 3 to 100, very particularly preferably 4 to 80, in particular 5 to 50 and especially 8 to 40 nm.
Der Gehalt an Kieselsäure, berechnet als Siθ2, beträgt von 10 bis 60 Gew% , bevor- zugt von 20 bis 55, besonders bevorzugt 25 bis 40 Gew%. Es sind auch Kieselsole mit einem geringeren Gehalt einsetzbar, jedoch muß der Mehrgehalt an Wasser dann in einem späteren Schritt destillativ abgetrennt werden.The content of silica, calculated as SiO 2, is from 10 to 60% by weight, preferably from 20 to 55, particularly preferably from 25 to 40% by weight. It is also silica sols can be used with a lower content, but the excess water must then be separated by distillation in a later step.
Bei den wäßrigen Lösungen (K) handelt es sich um kolloidale Lösungen von Polykie- seisäure, die gegebenenfalls zu einem geringen Teil mit Alkalimetall-, Erdalkalimetall-, Ammonium-, Aluminium-, Eisen(ll)-, Eisen(lll)- und/oder Zirkoniumionen stabilisiert sein können, bevorzugt Alkalimetall-, Erdalkalimetall-, Ammonium- und/oder Eisen (I- ll)ionen, besonders bevorzugt Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/oder Ammoniumionen, ganz besonders bevorzugt Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallionen und insbesonde- re Alkalimetallionen.The aqueous solutions (K) are colloidal solutions of polyalkanoic acid, which may contain a small proportion of alkali metal, alkaline earth metal, ammonium, aluminum, iron (II), iron (III) and / or or zirconium ions, preferably alkali metal, alkaline earth metal, ammonium and / or iron (II) ions, particularly preferably alkali metal, alkaline earth metal and / or ammonium ions, very particularly preferably alkali metal and / or alkaline earth metal ions and in particular re alkali metal ions.
Unter den Alkalimetallionen sind Natrium- und/oder Kaliumionen bevorzugt, besonders bevorzugt sind Natriumionen.Among the alkali metal ions, sodium and / or potassium ions are preferred, with sodium ions being particularly preferred.
Unter den Erdalkalimetallionen sind Magnesium-, Calcium- und/oder Berylliumionen bevorzugt, besonders bevorzugt sind Magnesium- und/oder Calciumionen, ganz besonders bevorzugt sind Magnesiumionen.Among the alkaline earth metal ions, magnesium, calcium and / or beryllium ions are preferred, magnesium and / or calcium ions are particularly preferred, magnesium ions are very particularly preferred.
Das molare Verhältnis von Metallionen zu Siliziumatomen in (K) beträgt von 0:1 bis 0,1 :1 , bevorzugt von 0,002 bis 0,04 : 1.The molar ratio of metal ions to silicon atoms in (K) is from 0: 1 to 0.1: 1, preferably from 0.002 to 0.04: 1.
Die eingesetzten Kieselsole (K) weisen nach Einstellen des pH-Wertes einen pH-Wert der wäßrigen Phase von 2 bis 4, bevorzugt von 2 bis 3 auf.After adjusting the pH, the silica sols (K) used have a pH of the aqueous phase of from 2 to 4, preferably from 2 to 3.
Unter einer wäßrigen kolloidalen Lösung wird in dieser Schrift eine Lösung von gegebenenfalls stabilisierten Kieselsäurepartikeln mit einem mittleren Teilchendurchmesser zwischen 1 und 150 nm verstanden, die sich auch bei Lagern über einen Zeitraum von einem Monat bei 20 0C nicht absetzt.Under an aqueous colloidal solution, a solution of optionally stabilized silica particles which have a mean particle diameter between 1 and 150 nm in this document, which does not settle even when storing for a period of one month at 20 0 C.
Unter einem SoI wird in dieser Schrift eine kolloiddisperse, inkohärente (d.h. jedes Teilchen ist frei beweglich) Lösung eines festen Stoffes in Wasser verstanden, hier als Kieselsol eine kolloiddisperse Lösung von Siliziumdioxid in Wasser.By SOI is meant in this document a colloidally disperse, incoherent (i.e., each particle is freely mobile) solution of a solid in water, here as silica sol a colloidally disperse solution of silica in water.
Die erfindungsgemäß eingesetzten sauren wäßrigen Kieselsole (K) können beispiels- weise auf drei verschiedenen Arten erhalten werden:The acidic aqueous silica sols (K) used according to the invention can be obtained, for example, in three different ways:
- durch Ansäuern der korrespondierenden alkalischen Kieselsole,by acidification of the corresponding alkaline silica sols,
- durch Herstellung aus niedermolekularen Kieselsäuren, bevorzugt Wasserglas, d.h. salzartigen Teilchen mit einem Durchmesser unter 1 nm, oder - durch Kondensation von Estern niedermolekularer Kieselsäuren.by production from low-molecular silicas, preferably water glass, ie salt-like particles with a diameter below 1 nm, or - by condensation of esters of low molecular weight silicas.
Die wäßrigen Lösungen von alkalischen Kieselsolen weisen in der Regel einen pH- Wert von 7 bis 1 1 , bevorzugt von 8 bis 1 1 , besonders bevorzugt von 8 bis 10 und ganz besonders bevorzugt von 9 bis 10 auf. Diese alkalischen Kieselsole sind kommerziell erhältlich und stellen mithin ein leicht verfügbares und bevorzugtes Ausgangsprodukt für das erfindungsgemäße Verfahren dar.The aqueous solutions of alkaline silica sols generally have a pH of from 7 to 11, preferably from 8 to 11, more preferably from 8 to 10 and most preferably from 9 to 10. These alkaline silica sols are commercially available and thus represent a readily available and preferred starting material for the process according to the invention.
Die Teilchen in diesen alkalischen Kieselsolen weisen zumeist einen mittleren Partikeldurchmesser von 1 bis 150 nm, bevorzugt 2 bis 120, besonders bevorzugt 3 bis 100, ganz besonders bevorzugt 4 bis 80, insbesondere 5 bis 50 und speziell 8 bis 30 nm auf.The particles in these alkaline silica sols usually have an average particle diameter of 1 to 150 nm, preferably 2 to 120, particularly preferably 3 to 100, very particularly preferably 4 to 80, in particular 5 to 50 and especially 8 to 30 nm.
Der Gehalt an Kieselsäure, berechnet als Siθ2, beträgt von 15 bis 60 Gew% , bevorzugt von 20 bis 55, besonders bevorzugt 25 bis 40 Gew%. Es sind auch alkalische Kieselsole mit einem geringeren Feststoffgehalt einsetzbar, jedoch muß der Mehrgehalt an Wasser dann in einem späteren Schritt destillativ abgetrennt werden.The content of silica, calculated as SiO 2, is from 15 to 60% by weight, preferably from 20 to 55, particularly preferably from 25 to 40% by weight. It is also possible to use alkaline silica sols with a lower solids content, but the excess water content must then be removed by distillation in a later step.
Die alkalischen Kieselsole können mit den oben genannten Metallionen stabilisiert sein.The alkaline silica sols can be stabilized with the above metal ions.
Das molare Verhältnis von Metallionen zu Siliziumatomen in (K) beträgt von 0:1 bis 0,1 :1 , bevorzugt von 0,002 bis 0,04 : 1.The molar ratio of metal ions to silicon atoms in (K) is from 0: 1 to 0.1: 1, preferably from 0.002 to 0.04: 1.
Der pH-Wert dieser alkalischen Kieselsole beträgt in der Regel mindestens 8, bevorzugt 8 bis 12, besonders bevorzugt 8 bis 11 und ganz besonders bevorzugt 8 bis 10.The pH of these alkaline silica sols is generally at least 8, preferably 8 to 12, particularly preferably 8 to 11 and very particularly preferably 8 to 10.
Die Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden Kieselsole (K) aus diesen alkali- sehen Kieselsolen erfolgt durch Einstellen des gewünschten pH-Wertes in diesen Kieselsolen, beispielsweise Zugabe von Mineralsäuren oder Versetzen der alkalischen Kieselsole mit einem lonentauscher.The silica sols (K) to be used according to the invention are prepared from these alkali silicas by adjusting the desired pH in these silica sols, for example adding mineral acids or adding the alkaline silica sols with an ion exchanger.
Das Ansäuern kann mit beliebigen Säuren erfolgen, bevorzugt mit Salzsäure, Salpe- tersäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Methylsulfon- säure, para-Toluolsulfonsäure oder auch durch versetzen mit einem sauren lonentauscher, bevorzugt durch Ansäuern mit Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Essigsäure, besonders bevorzugt mit Salzsäure, Salpetersäure oder Schwefelsäure und ganz besonders bevorzugt durch Ansäuern mit Schwefelsäu- re. Es stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, die Kieselsole (K) durch Versetzen von alkalischen Kieselsolen mit einem lonentauscher herzustellen. Dies hat zur Folge, daß in den Kieselsolen (K) der Elektrolytgehalt niedrig ist, beispielsweise weniger als 0,2 Gew% beträgt und bevorzugt weniger als 0,1 Gew%.Acidification can be carried out with any acids, preferably with hydrochloric acid, salicylic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, acetic acid, formic acid, methylsulfonic acid, para-toluenesulfonic acid or else by addition with an acidic ion exchanger, preferably by acidification with hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, Sulfuric acid or acetic acid, particularly preferably with hydrochloric acid, nitric acid or sulfuric acid, and very particularly preferably by acidification with sulfuric acid. It is a preferred embodiment to prepare the silica sols (K) by adding alkaline silica sols with an ion exchanger. This has the consequence that in the silica sols (K) the electrolyte content is low, for example less than 0.2% by weight and preferably less than 0.1% by weight.
Unter Elektrolyten werden hier andere anorganische ionische Bestandteile als Silikate, Hydroxide und Protonen verstanden. Diese vorwiegend aus der Stabilisierung der alkalischen Kieselsole stammenden Elektrolyt^ werden zur Stabilisierung der Partikel nach deren Herstellung zu der Suspension zugegeben.Electrolytes are understood to mean other inorganic ionic constituents than silicates, hydroxides and protons. These electrolytes, which originate predominantly from the stabilization of the alkaline silica sols, are added to the suspension in order to stabilize the particles after their preparation.
Denkbar ist auch die Herstellung der Kieselsole (K) aus Wasserglas durch Ansäuern, beispielsweise mit einem lonentauscher oder durch Versetzen mit Mineralsäure. Als Wasserglas wird dafür bevorzugt Kalium- und/oder Natriumsilikat eingesetzt, das besonders bevorzugt ein Verhältnis von 1 - 10 mol SiÜ2 zu 1 mol Alkalioxid, ganz beson- ders bevorzugt 1 ,5 - 6 und insbesondere 2 - 4 mol SiÜ2 zu 1 mol Alkalioxid aufweist.Also conceivable is the preparation of the silica sol (K) from water glass by acidification, for example with an ion exchanger or by adding mineral acid. The water glass used for this is preferably potassium silicate and / or sodium silicate, which is particularly preferably a ratio of 1-10 mol of SiO 2 to 1 mol of alkali oxide, very particularly preferably 1.5-6 and in particular 2-4 mol of SiO 2 to 1 mol of alkali oxide having.
In diesem Fall läßt man das Reaktionsgemisch reagieren, bis sich ein Kieselsol (K) der gewünschten Größe gebildet hat, und fährt dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren fort.In this case, the reaction mixture is allowed to react until a silica sol (K) of the desired size is formed, and then proceeds to the process of this invention.
Die niedermolekularen Kieselsäuren (Ortho- und Oligokieselsäure) sind normalerweise nur in hochverdünnten wäßrigen Lösungen mit einem Gehalt von wenigen Gew% stabil und werden dafür in der Regel vor Weiterverwendung aufkonzentriert.The low molecular weight silicic acids (ortho- and oligosilicic acid) are normally stable only in highly dilute aqueous solutions with a content of a few% by weight and are usually concentrated before further use.
Weiterhin kann die Herstellung der Kieselsole (K) durch Kondensation von Estern niedermolekularer Kieselsäuren erfolgen. Dabei handelt es sich meist um d- bis C4-AIkVl-, besonders Ethylester von Oligo- und insbesondere Orthokieselsäure, die im Sauren oder Basischen Kieselsole (K) bilden.Furthermore, the preparation of the silica sols (K) can be carried out by condensation of esters of low molecular weight silicic acids. These are usually d- to C 4 -AlkVl-, especially ethyl esters of oligo- and especially orthosilicic acid, which form in acidic or basic silica sols (K).
Zur Funktionalisierung der Oberfläche der Siθ2-Nanopartikel wird die erhaltene angesäuerte Lösung mit der 0 bis 10-fachen, bevorzugt 0,2 bis δfachen, besonders bevorzugt 0,4 bis 3fachen und ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 2fachen Menge an Wasser (bezogen auf die Menge des eingesetzten Kieselsols) versetzt und der 0,1 bis 20- fachen, bevorzugt 0,3 bis 10-fachen, besonders bevorzugt 0,5 bis δfachen und ganz besonders bevorzugt 1 bis 2fachen Menge (bezogen auf die Menge des eingesetzten Kieselsols) an mindestens einem organischen Lösungsmittel (L) versetzt. Eine bevorzugte Ausführungsform stellt es dar, kein zusätzliches Wasser zuzugeben.In order to functionalize the surface of the SiO 2 nanoparticles, the resulting acidified solution is reacted with 0 to 10 times, preferably 0.2 to δ times, particularly preferably 0.4 to 3 times and very particularly preferably 0.5 to 2 times the amount of water (based on the amount of silica sol used) and 0.1 to 20 times, preferably 0.3 to 10 times, more preferably 0.5 to δfachen and most preferably 1 to 2 times the amount (based on the amount of silica sol used) added to at least one organic solvent (L). A preferred embodiment is to add no additional water.
Das Lösungsmittel (L) kann vor oder während der Umsetzung mit dem Silan (S) dem Reaktionsgemisch zugegeben werden, bevorzugt vor oder während und besonders bevorzugt vor der Umsetzung mit dem Silan. Das organische Lösungsmittel (L) wird nach folgenden Kriterien ausgewählt: Es sollte unter den Vermischungsbedingungen sowohl eine ausreichende Mischbarkeit mit Wasser als auch eine Mischbarkeit mit der organischen Beschichtungsmasse aufweisen.The solvent (L) can be added to the reaction mixture before or during the reaction with the silane (S), preferably before or during and more preferably before the reaction with the silane. The organic solvent (L) is selected according to the following criteria: Under the mixing conditions, it should have both sufficient miscibility with water and miscibility with the organic coating.
Die Mischbarkeit mit Wasser unter den Reaktionsbedingungen sollte mindestens 20 Gew% (bezogen auf das fertige Wasser-Lösungsmittel Gemisch), bevorzugt mindestens 50 Gew% und besonders bevorzugt mindestens 80 Gew% betragen. Bei zu geringer Mischbarkeit besteht die Gefahr, daß sich aus dem modifizierten Kieselsol ein Gel bildet oder größere Nanopartikelaggregate ausflocken.The miscibility with water under the reaction conditions should be at least 20% by weight (based on the finished water-solvent mixture), preferably at least 50% by weight and particularly preferably at least 80% by weight. If the miscibility is too low, there is a risk that a gel will form from the modified silica sol or larger granules of nanoparticles will flocculate.
Die Beschichtungsmasse sollte vollständig in dem Lösungsmittel (L) bzw. dem Wasser- Lösungsmittel-Gemisch löslich sein.The coating composition should be completely soluble in the solvent (L) or the water-solvent mixture.
Weiterhin sollte das Lösungsmittel (L) einen Siedepunkt von weniger als 80 0C in einem Druckbereich von Normaldruck bis 50 hPa aufweisen, so daß es einfach destillativ abtrennbar ist.Furthermore, the solvent (L) should have a boiling point of less than 80 0 C in a pressure range of atmospheric pressure to 50 hPa, so that it is easily separable by distillation.
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet das Lösungsmittel (L) mit Wasser unter den Bedingungen der Destillation ein Azeotrop oder Heteroazeotrop, so daß das Destillat nach der Destillation eine wäßrige und eine organische Phase bildet.In a preferred embodiment, the solvent (L) forms an azeotrope or heteroazeotrope with water under the conditions of the distillation, so that the distillate forms an aqueous and an organic phase after the distillation.
Beispiele für geeignete Lösungsmittel (L) sind Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1- Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-2-propanol , 1-Chlor-2-Propanol, Cyclopentanol, Cyclohe- xanol, 1 ,4-Dioxan, Tetrahydrofuran, 1-Methoxy-2-propanol, 1-Ethoxy-2-propanol, 2- Ethoxyethanol, 2-Methyl-2-propanol, 2-Methoxyethanol, Dimethylformamid, Acetonitril und Aceton.Examples of suitable solvents (L) are ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, 1-chloro-2-propanol, cyclopentanol, cyclohexanol, 1, 4-dioxane, tetrahydrofuran, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 2-ethoxyethanol, 2-methyl-2-propanol, 2-methoxyethanol, dimethylformamide, acetonitrile and acetone.
Es kann eine bevorzugte Ausführungsform darstellen, Wasser und Lösungsmittel (L) gleichzeitig zu der Lösung des Silikats zuzugeben, wobei es auch sinnvoll sein kann, Wasser und Lösungsmittel (L) miteinander vorgemischt zuzugeben.It may be a preferred embodiment to add water and solvent (L) simultaneously to the solution of the silicate, and it may also be useful to add water and solvent (L) premixed with each other.
Die Zugabe von Wasser und Lösungsmittel (L), bzw. deren Gemisch, kann in einem Guß, portionsweise oder kontinuierlich erfolgen.The addition of water and solvent (L), or their mixture, can be carried out in one pour, in portions or continuously.
Durch diese Maßnahme kann abhängig von der Vorbehandlung der Sole eine Agglomeration der Silikatpartikel vermindert oder bevorzugt sogar verhindert werden.As a result of this measure, depending on the pretreatment of the brine, agglomeration of the silicate particles can be reduced or preferably even prevented.
Erfindungsgemäß wird dem Reaktionsgemisch noch mindestens eine Verbindung (S) zugefügt, die mindestens eine, bevorzugt genau eine mindestens einfach, beispielsweise ein- bis dreifach, bevorzugt genau dreifach alkoxylierte Silylgruppe und mindes- tens eine, bevorzugt genau eine Gruppe aufweist, die reaktiv gegenüber der organischen Beschichtungsmasse ist.According to the invention at least one compound (S) is added to the reaction mixture, the at least one, preferably exactly one at least once, for example, one to three, preferably exactly triply alkoxylated silyl group and at least at least one, preferably has exactly one group which is reactive with the organic coating composition.
Unter alkoxylierten Silylgruppen werden GruppenAmong alkoxylated silyl groups are groups
(R1-O-)n-Si(R 1 -O-) n -Si
verstanden, in denenunderstood in which
R1 für Ci bis C2o-Alkyl, bevorzugt Cibis C4-Alkyl und n für eine ganze Zahl von 1 bis 3, bevorzugt 3 steht.R 1 is Ci to C 2 o-alkyl, preferably Cibis C 4 alkyl and n is an integer from 1 to 3, preferably 3.
Beispiele für Ci bis C2o-Alkyl sind Methyl, Ethyl, iso-Propyl, n-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sek-Butyl, tert-Butyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Decyl, n-Dodecyl, n- Tetradecyl, n-Hexadecyl, n-Octadecyl und n-Eicosyl.Examples of C 1 - to C 20 -alkyl are methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, 2- Ethylhexyl, n-decyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl and n-eicosyl.
Beispiele für Ci bis C4-Alkyl sind Methyl, Ethyl, iso-Propyl, n-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sek-Butyl und tert-Butyl.Examples of C 1 to C 4 -alkyl are methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl.
Bevorzugte Reste R1 sind Methyl, Ethyl, n-Butyl und tert-Butyl, besonders bevorzugt Methyl und Ethyl.Preferred radicals R 1 are methyl, ethyl, n-butyl and tert-butyl, more preferably methyl and ethyl.
Gruppen, die reaktiv gegenüber der organischen Beschichtungsmasse sind, sind sol- che, die eine gleiche bzw. komplementäre Gruppe aufweisen wie die Bindemittel- Vernetzer-Kombination der organischen Beschichtungsmasse.Groups which are reactive with the organic coating composition are those which have a same or complementary group as the binder-crosslinker combination of the organic coating composition.
Dies bedeutet Hydroxy-, Epoxy-, Amino- oder Säuregruppen im Fall von Epoxyharzen oder Melamin-Formaldehyd-Harzen, Hydroxy-, Amino- oder Isocyanatgruppen im Fall von Polyurethanharzen oder radikalisch polymerisierbare Gruppen im Fall von strahlungshärtbaren Harzen.This means hydroxy, epoxy, amino or acid groups in the case of epoxy resins or melamine-formaldehyde resins, hydroxy, amino or isocyanate groups in the case of polyurethane resins or radically polymerizable groups in the case of radiation-curable resins.
Radikalisch polymerisierbare Gruppen sind beispielsweise Allylether-, Vinylether-, Ac- rylat- oder Methacrylatgruppen, bevorzugt Vinylether-, Acrylat- oder Methacrylatgrup- pen und besonders bevorzugt Acrylat- oder Methacrylatgruppen, die in dieser Schrift kurz als (Meth)acrylatgruppen bezeichnet werden.Free-radically polymerizable groups are, for example, allyl ether, vinyl ether, acrylate or methacrylate groups, preferably vinyl ether, acrylate or methacrylate groups and particularly preferably acrylate or methacrylate groups, which are referred to briefly as (meth) acrylate groups in this document.
Diese reaktiven Gruppen sind in der Regel durch Spacergruppen mit den Silylgruppen verbunden. Bei derartigen Spacergruppen handelt es sich um 1 bis 20 Kohlenstoffato- me aufweisende, zweibindige organische Reste, beispielsweise Alkylen- oder Ary- lengruppen, bevorzugt Alkylengruppen. Beispiele dafür sind Methylen, 1 ,2-Ethylen (-CH2-CH2-), 1 ,2-Propylen (-CH(CHs)-CH2-) und/oder 1 ,3-Propylen (-CH2-CH2-CH2-), 1 ,2-, 1 ,3- und/oder 1 ,4-Butylen, 1 ,1-Dimethyl- 1 ,2-ethylen, 1 ,2-Dimethyl-1 ,2-ethylen, 1 ,6-Hexylen, 1 ,8-Octylen oder 1 ,10-Decylen, bevorzugt Methylen, 1 ,2-Ethylen, 1 ,2- oder 1 ,3-Propylen, 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ,4-Butylen, besonders bevorzugt Methylen, 1 ,2-Ethylen, 1 ,2- und/oder 1 ,3-Propylen und/oder 1 ,4- Butylen und ganz besonders bevorzugt Methylen, 1 ,2-Ethylen, 1 ,2- und/oder 1 ,3- Propylen.These reactive groups are usually connected by spacer groups with the silyl groups. Such spacer groups are divalent organic radicals having 1 to 20 carbon atoms, for example alkylene or arylene groups, preferably alkylene groups. Examples of these are methylene, 1,2-ethylene (-CH 2 -CH 2 -), 1, 2-propylene (-CH (CH 2 ) -CH 2 -) and / or 1, 3-propylene (-CH 2 -CH 2 -CH 2 -), 1, 2, 1, 3 and / or 1, 4-butylene, 1, 1-dimethyl-1, 2-ethylene, 1, 2-dimethyl-1, 2-ethylene, 1 , 6-hexylene, 1, 8-octylene or 1, 10-decylene, preferably methylene, 1, 2-ethylene, 1, 2 or 1, 3-propylene, 1, 2, 1, 3 or 1, 4 Butylene, particularly preferably methylene, 1, 2-ethylene, 1, 2 and / or 1, 3-propylene and / or 1, 4-butylene and most preferably methylene, 1, 2-ethylene, 1, 2 and / or 1, 3-propylene.
Bevorzugte Verbindungen (S) sind, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilan, 2-(3,4- Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, Isooctyl trimethoxysilan, N-(3-Preferred compounds (S) are, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, isooctyltrimethoxysilane, N- (3)
Triethoxysilylpropyl)methoxyethoxyethoxyethylcarbamate (PEG3TES), N-(3- Triethoxysilylpropyl)methoxyethoxyethoxyethyl carbamate (PEG2TES), 3- (Methacryloyloxy)propyltrimethoxysilan, 3-Acryloxypropyltrimethoxysilan, 3- (Methacryloyloxy)propyltriethoxysilan, 3-(Methacryloxy)methyltriethoxysilan, 3- (Methacryloxy)ethyltriethoxysilan, 3-(Methacryloxymethyl)methyldimethoxysilan, 3- (Methacryloxymethyl)methyldiethoxysilan, 3-(Methacryloxy) propylmethyldimethoxysi- lan, 3-(Acryloxypropyl)methyldimethoxysilan, 3-(Methacryloxy)propyl- dimethylethoxysilan, 3-(Methacryloxy)propyldimethylethoxysilan, Vinyldimethylethoxysi- lan, Vinylmethyldiacetoxysilan, Vinylmethyldiethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, Vi- nyltriethoxysilan, Vinyltriisopropoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriphenoxysilan, Vinyltri-t-butoxysilan, Vinyltris-isobutoxysilan, Vinyltriisopropenoxysilan, Vinyltris(2- methoxyethoxy)silan, 3-(N-Allylamino)-propyltrimethoxysilan, 3-(N-Allylamino)- propyltriethoxysilan, Styrylethyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3- Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan, 3- Aminopropylmethylimethoxysilan, 3-Aminopropyldimethylmethoxysilan, 3- Aminopropyldimethylethoxysilan, N-(2'-Aminoethyl)-3- aminopropylmethyldimethoxysilan, N-(2'-Aminoethyl)-3- aminopropylmethyldiethoxysilan, N-(2'-Aminoethyl)-3-aminopropylmethoxysilan, N-(2'- Aminoethyl)-3-aminopropylethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3- Mercaptopropyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, 3- Mercaptopropylmethyldiethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan oder 3- Glycidoxypropyltrimethoxysilan.Triethoxysilylpropyl) methoxyethoxyethoxyethyl carbamate (PEG3TES), N- (3-triethoxysilylpropyl) methoxyethoxyethoxyethyl carbamate (PEG2TES), 3- (methacryloyloxy) propyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3- (methacryloyloxy) propyltriethoxysilane, 3- (methacryloxy) methyltriethoxysilane, 3- (methacryloxy) ethyltriethoxysilane, 3- (methacryloxymethyl) methyldimethoxysilane, 3- (methacryloxymethyl) methyldiethoxysilane, 3- (methacryloxy) propylmethyldimethoxysilane, 3- (acryloxypropyl) methyldimethoxysilane, 3- (methacryloxy) propyldimethylethoxysilane, 3- (methacryloxy) propyldimethylethoxysilane, vinyldimethylethoxysilane lan, vinylmethyldiacetoxysilane, vinylmethyldiethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriisopropoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriphenoxysilane, vinyltri-t-butoxysilane, vinyltrisisobutoxysilane, vinyltriisopropenoxysilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, 3- (N-allylamino) -propyltrimethoxysilane, 3 (N-allylamino) - propyltriethoxysilane, styrylethyltrimeth oxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropylmethylimethoxysilane, 3-aminopropyldimethylmethoxysilane, 3-aminopropyldimethylethoxysilane, N- (2'-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2'-aminoethyl) -3- aminopropylmethyldiethoxysilane, N- (2'-aminoethyl) -3-aminopropylmethoxysilane, N- (2'-aminoethyl) -3-aminopropylethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane or 3- glycidoxypropyltrimethoxysilane.
Bevorzugt handelt es sich bei den Verbindungen (S) um 3- (Methacryloxy)propyltrimethoxysilan, 3-Acryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Preferably, the compounds (S) are 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3
(Methacryloxy)propyltriethoxysilan oder 3-(Methacryloxy) propylmethyldimethoxysilan.(Methacryloxy) propyltriethoxysilane or 3- (methacryloxy) propylmethyldimethoxysilane.
Erfindungsgemäß entscheidend ist, daß die Umsetzung des Kieselsols (K) mit mindestens einer Verbindung (S) in einem pH-Bereich erfolgt, der dem isoelektrischen Punkt des eingesetzten Kieselsols ± eine pH-Einheit entspricht. Zumeist handelt es sich dabei um einen pH-Wert von 2 bis 4. Das Ansäuern kann mit beliebigen Säuren erfolgen, bevorzugt mit Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Methylsulfon- säure, para-Toluolsulfonsäure oder auch durch Überleiten über saure lonentauscher, bevorzugt durch Ansäuern mit Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Schwefel- säure, Essigsäure oder lonentauschern, besonders bevorzugt mit Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure oder lonentauschern und ganz besonders bevorzugt durch Ansäuern mit Schwefelsäure oder lonentauschern.According to the invention it is crucial that the reaction of the silica sol (K) with at least one compound (S) takes place in a pH range which corresponds to the isoelectric point of the silica sol used ± a pH unit. In most cases, this is a pH of 2 to 4. Acidification can be carried out with any acids, preferably with hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, acetic acid, formic acid, methylsulfonic acid, para-toluenesulfonic acid or else by passing over acidic ion exchangers, preferably by acidification with hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid , Acetic acid or ion exchangers, particularly preferably with hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or ion exchangers, and very particularly preferably by acidification with sulfuric acid or ion exchangers.
Durch die Umsetzung mit der Verbindung (S) wird die Oberfläche des eingesetzten Kieselsols (K) so modifiziert, daß die Verträglichkeit zwischen dem ursprünglich polaren Kieselsol und der zumeist unpolaren Beschichtungsmasse verbesert wird. Zugleich bringt eine vollständige Modifizierung der Oberfläche, wie beschrieben in WO 2006/044376 keine weiteren Vorteile.By reaction with the compound (S), the surface of the silica sol (K) used is modified so that the compatibility between the originally polar silica sol and the mostly non-polar coating composition is improved. At the same time, complete modification of the surface, as described in WO 2006/044376, brings no further advantages.
Daher ist es erfindungsgemäß ausreichend, wenn (S) in einer Menge von 0,1 bis 20 μmol pro m2 Oberfläche von (K) eingesetzt wird, bevorzugt in 0,25 bis 15, besonders bevorzugt 0,5 bis 10 und ganz besonders bevorzugt 1 bis 8 μmol pro m2 Oberfläche von (K).Therefore, it is sufficient according to the invention if (S) is used in an amount of 0.1 to 20 μmol per m 2 surface area of (K), preferably in 0.25 to 15, particularly preferably 0.5 to 10 and very particularly preferably 1 to 8 μmol per m 2 surface area of (K).
Dies entspricht in der Regel einer Menge von 0,01 bis 5 mmol (S) pro Gramm (K), bevorzugt 0,05 bis 4 mmol (S) pro Gramm (K) und besonders bevorzugt 0,1 bis 3 mmol (S) pro Gramm (K).This usually corresponds to an amount of 0.01 to 5 mmol (S) per gram (K), preferably 0.05 to 4 mmol (S) per gram (K) and particularly preferably 0.1 to 3 mmol (S) per gram (K).
Die Umsetzung erfolgt bevorzugt in einer Weise, so daß nicht mehr als 20 mol% des eingesetzten Silans (S) unumgesetzt im Reaktionsgemisch verbleiben, bevorzugt nicht mehr als 15mol%, besonders bevorzugt nicht mehr als 10 mol% und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 5 mol%.The reaction is preferably carried out in a manner such that not more than 20 mol% of the silane (S) used remain unreacted in the reaction mixture, preferably not more than 15 mol%, more preferably not more than 10 mol% and most preferably not more than 5 mol%.
Dazu erfolgt die Umsetzung mit (S) unter Rühren bei einer Temperatur von 10 bis 60 0C, bevorzugt von 20 bis 50, besonders bevorzugt von 20 bis 40 0C.For this, the reaction with (S) is carried out with stirring at a temperature of 10 to 60 ° C., preferably from 20 to 50, particularly preferably from 20 to 40 ° C.
Unter diesen Reaktionsbedingungen läßt man 30 Minuten bis 48 Stunden, bevorzugt 45 Minuten bis 36 Stunden, besonders bevorzugt 1 bis 24 Stunden reagieren.Under these reaction conditions, it is allowed to react for 30 minutes to 48 hours, preferably 45 minutes to 36 hours, more preferably 1 to 24 hours.
Die Verbindung (S) wird in Mengen von 0,1 bis 40 Gew% zugesetzt bevorzugt 0,5 bis 30 Gew% und besonders bevorzugt 1 bis 20 Gew% bezogen auf den Siθ2-Gehalt.The compound (S) is added in amounts of from 0.1 to 40% by weight, preferably from 0.5 to 30% by weight and more preferably from 1 to 20% by weight, based on the SiO 2 content.
Um die optimale Menge an Verbindung (S) pro Oberfläche von (K) zu bestimmen kann man beispielsweise wie folgt vorgehen:For example, to determine the optimum amount of compound (S) per surface of (K), proceed as follows:
Zunächst setzt man in einer systematischen Reihe Proben von (K) mit derartigen Mengen von (S) um, daß beispielsweise 20, 40, 60, 80 und 100 % der Hydroxygruppen an der Oberfläche von (K) mit (S) modifiziert werden. Selbstverständlich sind auch andere Mengen und größere oder geringere Abstände zwischen den Mengen in der Modifizierung von (K) möglich.First, in a systematic series, samples of (K) are reacted with such amounts of (S) that, for example, 20, 40, 60, 80 and 100% of the hydroxy groups are attached of the surface of (K) can be modified with (S). Of course, other amounts and greater or lesser intervals between the amounts in the modification of (K) are possible.
Von diesen Proben wird die Viskosität bestimmt und gegen die Menge von (S) aufgetragen. Üblicherweise wird man einen Bereich finden, in dem sich die Viskosität nur geringfügig in Abhängigkeit von der Menge an (S) ändert und einen Bereich, in dem die Viskosität sich stark in Abhängigkeit von der Menge an (S) ändert. Idealerweise bilden sich zwei Äste, die entsprechend als Geraden verlängert einen Schnittpunkt bilden, der, gegebenenfalls in einem Bereich von ± 10%, bevorzugt im Bereich von ± 5%, die optimale Menge an (S) pro Oberfläche von (K) mit Hinblick auf die Viskosität angibt.From these samples the viscosity is determined and plotted against the amount of (S). Usually, one will find a range in which the viscosity changes only slightly depending on the amount of (S) and a range in which the viscosity changes greatly depending on the amount of (S). Ideally, two branches, correspondingly elongated as a straight line, form an intersection, optionally in a range of ± 10%, preferably in the range of ± 5%, of the optimum amount of (S) per surface of (K) with respect to indicates the viscosity.
Nach Zugabe von Wasser und Lösungsmittel (L) und der anschließenden Umsetzung mit dem Silan liegt das Kieselsol (K) in der Regel als 3 bis 30 Gew%ige kolloidale Lö- sung vor, wobei das Verhältnis von Wasser zu Lösungsmittel (L) in der Regel 10:90 bis 90:10 (v/v), bevorzugt 25:75 bis 75:25 und besonders bevorzugt 40:60 bis 60:40 beträgt.After addition of water and solvent (L) and the subsequent reaction with the silane, the silica sol (K) is generally present as a 3 to 30% strength by weight colloidal solution, the ratio of water to solvent (L) in the Rule 10:90 to 90:10 (v / v), preferably 25:75 to 75:25, and more preferably 40:60 to 60:40.
In diese Lösung wird die organische Beschichtungsmasse eingetragen, bzw., wenn eine Komponente der Beschichtungsmasse reaktiv gegenüber Wasser und/oder dem eingesetzten Lösungsmittel (L) ist, die unter den Vermischungsbedingungen nicht signifikant reaktive Komponente der Beschichtungsmasse.The organic coating composition is introduced into this solution or, if one component of the coating composition is reactive with respect to water and / or the solvent (L) used, the component of the coating composition which is not significantly reactive under the mixing conditions.
Die Beschichtungsmassen sind prinzipiell nicht begrenzt. Mit Vorteil weisen sie eine Viskosität bei 25°C von nicht mehr als 4000 mPas auf (gemäß DIN EN ISO 3219 in einem Kegel-Platte-Rotationsviskosimeter bei einem Schergefälle von 100 S"1), bevorzugt nicht mehr als 3000 mPas, besonders bevorzugt nicht mehr als 2000 mPas, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 1500 und insbesondere nicht mehr als 1000 mPas.The coating compositions are in principle not limited. Advantageously, they have a viscosity at 25 ° C of not more than 4000 mPas (according to DIN EN ISO 3219 in a cone-plate rotation viscometer at a shear rate of 100 S " 1 ), preferably not more than 3000 mPas, more preferably not more than 2000 mPas, more preferably not more than 1500 and in particular not more than 1000 mPas.
Bedingung ist, daß die Beschichtungsmasse unter den Bedingungen der Destillation einen Siedepunkt oberhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels haben sollte, bevorzugt mindestens 10 0C höher, besonders bevorzugt mindestens 25 0C und ganz besonders bevorzugt mindestens 40 0C höher.The condition is that the coating composition should have a boiling point above the boiling point of the solvent under the conditions of distillation, preferably at least 10 0 C higher, more preferably at least 25 0 C and most preferably at least 40 0 C higher.
Handelt es sich bei der Beschichtungsmasse um eine radikalisch polymerisierbare, so kann es eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, der Beschichtungsmasse mindestens einen Inhibitor gegen eine radikalische Polymerisation zuzusetzen.If the coating composition is a free-radically polymerizable one, it may be a preferred embodiment of the present invention to add to the coating composition at least one inhibitor against free radical polymerization.
Dabei kann es sich um Phenole, Chinone, Hydrochinone, N-Oxyle, aromatische Amine, besonders Phenylendiamine, Sulfonamide, Oxime, Hydroxylamine, Harnstoffderivate, phosphorhaltige Verbindungen, schwefelhaltige Verbindungen oder Metallsalze handeln.These may be phenols, quinones, hydroquinones, N-oxyls, aromatic amines, especially phenylenediamines, sulfonamides, oximes, hydroxylamines, urea derivatives, phosphorus-containing compounds, sulfur-containing compounds or metal salts act.
Derartige Inhibitoren sind beispielsweise beschrieben in DE 10258329 A1 , Absätze [0012] bis [0043] und [0051] bis [0071], besonders [0051] bis [0054] und [0069] bis [0071], die hiermit durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Offenbarung seien.Such inhibitors are described, for example, in DE 10258329 A1, paragraphs [0012] to [0043] and [0051] to [0071], especially [0051] to [0054] and [0069] to [0071], which are hereby incorporated by reference present disclosure.
Bevorzugt sind N-Oxyle, wie z.B. 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin-N-oxyl, 4- Oxo-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin-N-oxyl, 4-Acetoxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin-N- oxyl, 2,2,6,6-tetramethyl-piperidin-N-oxyl, 4,4',4"-Tris(2,2,6,6-tetramethyl-piperidin-N- oxyl)-phosphit oder 3-Oxo-2,2,5,5-tetra-methyl-pyrrolidin-N-oxyl, Phenole und Naphtho- Ie, wie z.B. p-Aminophenol, p-Nitrosophenol, 2-tert.-Butylphenol, 4-tert.-Butylphenol, 2,4-di-tert.-Butylphenol, 2-Methyl-4-tert.-Butylphenol, 4-Methyl-2,6-tert.-Butylphenol (2,6-tert.-Butyl-p-Kresol) oder 4-tert.-Butyl-2,6-dimethylphenol, Chinone, wie z.B. Hydrochinon oder Hydrochinonmonomethylether, aromatische Amine, wie z.B. N, N- Diphenylamin, N-Nitroso-diphenylamin, Phenylendiamine, wie z.B. N,N'-Dialkyl-para- phenylendiamin, wobei die Alkylreste gleich oder verschieden sein können und jeweils unabhängig voneinander aus 1 bis 4 Kohlenstoffatome bestehen und geradkettig oder verzweigt sein können, Hydroxylamine, wie z.B. N,N-Diethylhydroxylamin, Harnstoffde- rivate, wie z.B. Harnstoff oder Thioharnstoff, phosphorhaltige Verbindungen, wie z.B. Hypophosphorige Säure, Irgaphos® 168 der Ciba Spezialitätenchemie, PPQ, Triphe- nylphosphin, Triphenylphosphit oder Triethylphosphit oder schwefelhaltige Verbindungen, wie z.B. Diphenylsulfid oder Phenothiazin und deren Gemische.Preferred are N-oxyls, e.g. 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, 4-oxo-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, 4-acetoxy-2,2,6, 6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, 2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, 4,4 ', 4 "-tris (2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-N- oxyl) phosphite or 3-oxo-2,2,5,5-tetra-methyl-pyrrolidine-N-oxyl, phenols and naphthols, for example p-aminophenol, p-nitrosophenol, 2-tert-butylphenol, 4-tert-butylphenol, 2,4-di-tert-butylphenol, 2-methyl-4-tert-butylphenol, 4-methyl-2,6-tert-butylphenol (2,6-tert-butyl -p-cresol) or 4-tert-butyl-2,6-dimethylphenol, quinones, such as hydroquinone or hydroquinone monomethyl ether, aromatic amines, such as N, N-diphenylamine, N-nitroso-diphenylamine, phenylenediamines, such as N, N'-dialkyl-para-phenylenediamine, wherein the alkyl radicals may be identical or different and each independently of one another consist of 1 to 4 carbon atoms and may be straight-chain or branched, hydroxylamines, such as N, N-diethylhydroxylamine, urea derivatives, such as e.g. Urea or thiourea, phosphorus-containing compounds, e.g. Hypophosphorous acid, Irgaphos® 168 from Ciba Spezialitätenchemie, PPQ, triphenylphosphine, triphenyl phosphite or triethyl phosphite or sulfur-containing compounds, such as e.g. Diphenyl sulfide or phenothiazine and mixtures thereof.
Besonders bevorzugt sind Phenole, Hydrochinone, N-Oxyle, Phenothiazin, phosphorhaltige Verbindungen und deren Gemische.Particular preference is given to phenols, hydroquinones, N-oxyls, phenothiazine, phosphorus-containing compounds and mixtures thereof.
Ganz besonders bevorzugt sind Hydrochinonmonomethylether, Phenothiazin, 4- Hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin-N-oxyl ,Tetramethyl-piperidin-N-oxyl, Phenothia- zin, Triphenylphosphit und deren Gemische.Very particular preference is given to hydroquinone monomethyl ether, phenothiazine, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine N-oxyl, tetramethylpiperidine N-oxyl, phenothiazine, triphenyl phosphite and mixtures thereof.
Bevorzugte Kombinationen sind Hydrochinonmonomethylether und Triphenylphosphit sowie Hydrochinonmonomethylether und Phenothiazin.Preferred combinations are hydroquinone monomethyl ether and triphenyl phosphite as well as hydroquinone monomethyl ether and phenothiazine.
Die Inhibitoren werden üblicherweise in Mengen von jeweils 1 bis 1000 ppm, bevorzugt 5 bis 800, besonders bevorzugt 10 bis 500 und ganz besonders bevorzugt 20 bis 300 ppm zugesetzt.The inhibitors are usually added in amounts of 1 to 1000 ppm, preferably 5 to 800, particularly preferably 10 to 500 and very particularly preferably 20 to 300 ppm.
Bevorzugt handelt es sich bei den zugesetzten Inhibitoren um aerobe Inhibitoren, die zur vollen Wirksamkeit die Anwesenheit von molekularem Sauerstoff (O2) erfordern. Es kann eine besonders bevorzugte Ausführungsform darstellen, als Inhibitoren eine Kombination aus mindestens einem aeroben und mindestens einem anaeroben Inhibitor einzusetzen.Preferably, the added inhibitors are aerobic inhibitors that require the presence of molecular oxygen (O 2) to be fully effective. It may represent a particularly preferred embodiment, as inhibitors Use combination of at least one aerobic and at least one anaerobic inhibitor.
Aerobe Inhibitoren wirken nur in Gegenwart von Sauerstoff, solche aeroben Inhibitoren sind beispielsweise phenolische Polymerisationsinhibitoren, wie Hydrochinonmono- methylether.Aerobic inhibitors act only in the presence of oxygen, such aerobic inhibitors are, for example, phenolic polymerization inhibitors, such as hydroquinone monomethyl ether.
Dies hat den Vorteil, daß die Inhibitoren ihre radikalisch inhibierende Wirkung während der Destillation in Gegenwart eines sauerstoffhaltigen Gases entfalten können.This has the advantage that the inhibitors can develop their free-radical inhibiting effect during distillation in the presence of an oxygen-containing gas.
Als sauerstoffhaltiges Gas können bevorzugt Luft oder ein Gemisch aus Luft und einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Gas verwendet werden. Als inertes Gas können Stickstoff, Helium, Argon, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf, niedere Kohlenwasserstoffe oder deren Gemische verwendet werden. Der Sauerstoffgehalt des sauerstoffhaltigen Gases kann beispielsweise bis zu 21 Vol% betragen, bevorzugt 1 bis 21 , besonders bevorzugt 5 bis 21 und ganz besonders bevorzugt 10 bis 20 Vol%. Selbstverständlich können, falls gewünscht, auch höhere Sauerstoffgehalte eingesetzt werden, beispielsweise bis zu 50 Vol%. Bevorzugt wird die Beschichtungsmasse während der Vermischung mit dem Silikat mit einem sauerstoffhaltigen Gas überschichtet und/oder dieses durch das Gemisch durchgeleitet. Während der Destillation wird bevorzugt ebenfalls durch die Destillationsvorlage ein sauerstoffhaltiges Gas durchgeperlt, beispielsweise durch eine Tauchung oder eine Fritte, und/oder als Strippgas eingesetzt.As the oxygen-containing gas, air or a mixture of air and a gas inert under the reaction conditions may be preferably used. Nitrogen, helium, argon, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, lower hydrocarbons or mixtures thereof can be used as the inert gas. The oxygen content of the oxygen-containing gas may be, for example, up to 21% by volume, preferably 1 to 21, particularly preferably 5 to 21 and very particularly preferably 10 to 20% by volume. Of course, if desired, higher oxygen contents can also be used, for example up to 50% by volume. Preferably, the coating composition is coated during mixing with the silicate with an oxygen-containing gas and / or passed through the mixture. During the distillation, an oxygen-containing gas is preferably also bubbled through the distillation template, for example by a dip or a frit, and / or used as a stripping gas.
Wenn dagegen die fertige Beschichtungsmasse radikalisch ausgehärtet werden soll, beispielsweise durch Aktivierung von Photoinitiatoren (siehe unten), so ist es vorteilhaft, die gewünschte Härtung unter einer Inertatmosphäre durchzuführen, in der der Gehalt an molekularem Sauerstoff verringert ist.In contrast, if the finished coating composition is to be cured by free radicals, for example by activation of photoinitiators (see below), it is advantageous to carry out the desired curing under an inert atmosphere in which the content of molecular oxygen is reduced.
Anaerobe Polymerisationsinhibitoren dagegen, wie z.B. Phenothiazin, benötigen keinen Sauerstoff, sondern werden durch Sauerstoff in nicht polymerisationsinhibierenden Nebenreaktionen verbraucht.On the other hand, anaerobic polymerization inhibitors, e.g. Phenothiazine, do not require oxygen, but are consumed by oxygen in non-polymerization-inhibiting side reactions.
Es kann vorteilhaft sein, im Umgang mit den radikalisch polymerisierbaren Verbindun- gen unter Lichtausschluß zu arbeiten um die Gefahr einer vorzeitigen Polymerisation der strahlungshärtbaren Verbindungen zu verringern. Dies kann durch Arbeiten in lichtundurchlässigen Apparaturen erfolgen oder, wenn in Glasteilen gearbeitet wird, durch Verwendung von Braunglas oder Abdeckung der Glasteile.It may be advantageous to work with the exclusion of light when dealing with the free-radically polymerizable compounds in order to reduce the risk of premature polymerization of the radiation-curable compounds. This can be done by working in opaque equipment or, when working in glass parts, by using brown glass or covering the glass parts.
Die Abdestillation von Wasser und dem organischen Lösungsmittel (L) erfolgt unter normalem oder vermindertem Druck, bevorzugt bei 10 hPa bis normalem Druck, be- sonders bevorzugt bei 20 hPa bis normalem Druck, ganz besonders bevorzugt bei 50 hPa bis normalem Druck und insbesondere bei 100 hPa bis normalem Druck.Distillation of water and the organic solvent (L) is carried out under normal or reduced pressure, preferably at 10 hPa to normal pressure, especially preferably at 20 hPa to normal pressure, most preferably at 50 hPa to normal pressure and in particular at 100 hPa to normal pressure.
Die Temperatur, bei der die Destillation erfolgt richtet sich nach der Siedetemperatur von Wasser und/oder organischem Lösungsmittel (L) bei dem jeweiligen Druck.The temperature at which the distillation takes place depends on the boiling point of water and / or organic solvent (L) at the respective pressure.
Bevorzugt werden die Destillationsbedingungen so gewählt, daß Wasser und das organische Lösungsmittel unter den Bedingungen ein Azeotrop bilden.Preferably, the distillation conditions are chosen so that water and the organic solvent form an azeotrope under the conditions.
Bevorzugt beträgt die Temperatur nicht mehr als 80 0C, bevorzugt nicht mehr als 70 0C.The temperature is preferably not more than 80 ° C., preferably not more than 70 ° C.
Die Destillation kann diskontinuierlich, semikontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen.The distillation can be carried out batchwise, semicontinuously or continuously.
Beispielsweise kann sie diskontinuierlich aus einem Rührkessel erfolgen, dem gegebenenfalls eine kurze Rektifikationskolonne aufgesetzt sein kann.For example, it can be carried out batchwise from a stirred tank, which may optionally be placed a short rectification column.
Die Wärmezufuhr bei dem Rührkessel erfolgt über innen- und/oder außenliegende Wärmetauscher herkömmlicher Bauart und/oder Doppelwandheizung, vorzugsweise außenliegende Umlaufverdampfer mit Natur- oder Zwangsumlauf. Die Durchmischung des Reaktionsgemisches erfolgt auf bekannte Weise, z. B. durch Rühren, Umpumpen oder Naturumlauf.The heat supply to the stirred tank via internal and / or external heat exchanger conventional design and / or double wall heater, preferably external circulation evaporator with natural or forced circulation. The mixing of the reaction mixture is carried out in a known manner, for. B. by stirring, pumping or natural circulation.
Kontinuierlich erfolgt die Destillation bevorzugt durch Überleiten der Destillationsvorla- ge über einen Fallfilmverdampfer oder einen Wärmetauscher.Continuously, the distillation is preferably carried out by passing the distillation charge over a falling-film evaporator or a heat exchanger.
Als Destillationsapparat dafür geeignet sind sämtliche dem Fachmann bekannte Destillationsapparate, z.B. Umlaufverdampfer, Dünnfilmverdampfer, Fallfilmverdampfer, Wischblattverdampfer, gegebenenfalls jeweils mit aufgesetzten Rektifikationskolonnen sowie Strippkolonnen. Als Wärmetauscher geeignet sind beispielsweise Robert- Verdampfer oder Röhren- oder Plattenwärmetauscher.Suitable distillation apparatuses for this purpose are all distillation apparatuses known to the person skilled in the art, e.g. Circulation evaporator, thin film evaporator, falling film evaporator, wiper blade evaporator, optionally with each attached rectification columns and stripping columns. Suitable heat exchangers are, for example, Robert evaporators or tube or plate heat exchangers.
Wasser und Lösungsmittel (L) werden in der Regel soweit abdestilliert, daß der Gehalt an Silikaten in der Beschichtungsmasse von 5 bis 80 Gew%, bevorzugt von 20 bis 60 und besonders bevorzugt von 20 bis 50 Gew% beträgt.As a rule, water and solvent (L) are distilled off to the extent that the content of silicates in the coating composition is from 5 to 80% by weight, preferably from 20 to 60 and particularly preferably from 20 to 50% by weight.
Der Restgehalt an Wasser im fertigen Produkt sollte weniger als 5 Gew% betragen, bevorzugt weniger als 3, besonders bevorzugt weniger als 2, ganz besonders bevorzugt weniger als 1 , insbesondere weniger als 0,5 und speziell weniger als 0,3 Gew% betragen. Der Restgehalt an Lösungsmittel (L) im fertigen Produkt sollte weniger als 15 Gew% betragen, bevorzugt weniger als 10, besonders bevorzugt weniger als 5, ganz besonders bevorzugt weniger als 3, insbesondere weniger als 2 und speziell weniger als 1 Gew% betragen.The residual content of water in the finished product should be less than 5% by weight, preferably less than 3, particularly preferably less than 2, very particularly preferably less than 1, in particular less than 0.5 and especially less than 0.3% by weight. The residual content of solvent (L) in the finished product should be less than 15% by weight, preferably less than 10, particularly preferably less than 5, very particularly preferably less than 3, in particular less than 2 and especially less than 1% by weight.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbleibt des Reaktionsgemisch von der Zugabe des organischen Lösungsmittels (L) bis zum Ende der Destillation, d.h. bis zum Erreichen des oben genannten gewünschten Restgehalts an Wasser im fertigen Produkt, im sauren Bereich, d.h. der pH beträgt weniger als 7, be- vorzugt weniger als 6, besonders bevorzugt weniger als 5 und ganz besonders bevorzugt weniger als 4. Da der pH-Wert mit abnehmendem Wassergehalt nur unsicher zu bestimmen ist, wird alternativ auf die Zugabe von basischen Verbindungen in das Reaktionsgemisch zum Ende der Destillation verzichtet.In a preferred embodiment of the present invention, the reaction mixture remains from the addition of the organic solvent (L) until the end of the distillation, i. until reaching the above-mentioned desired residual water content in the finished product, in the acidic range, i. the pH is less than 7, preferably less than 6, more preferably less than 5 and most preferably less than 4. Since the pH can only be determined uncertainly with decreasing water content, the addition of basic compounds in the reaction mixture is omitted at the end of the distillation.
Als basische Verbindungen in diesem Sinne gelten solche, die bei Zugabe der gleichen Menge der basischen Verbindung in eine dem Volumen des Reaktionsgemischs entsprechenden Menge Wasser in der Lage sind, eine pH-Erhöhung von pH 7 auf mindestens pH 8 oder darüber zu bewirken. Insbesondere umfaßt dies Hydroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate, basische Oxide, primäre, sekundäre oder tertiäre Amine oder Ammoniak.Basic compounds in this sense are those which upon addition of the same amount of the basic compound in an amount of water corresponding to the volume of the reaction mixture are capable of raising the pH from pH 7 to at least pH 8 or above. In particular, this includes hydroxides, carbonates, bicarbonates, basic oxides, primary, secondary or tertiary amines or ammonia.
Die Entfernung des Wassers kann anstelle der Destillation auch erfolgen durch Absorption, Pervaporation oder Diffusion über Membranen.The removal of the water can be carried out instead of the distillation by absorption, pervaporation or diffusion through membranes.
Bei der Beschichtungsmasse handelt es sich um solche Bindemittel-Vernetzer- Kombinationen, die üblicherweise für den Einsatz in Lacken eingesetzt werden, bevorzugt um ein- oder zweikomponentige Polyurethanlacke, Epoxyharze, Melamin- Formaldehyd-Harze oder strahlungshärtbare Verbindungen, besonders bevorzugt um ein- oder zweikomponentige Polyurethanlacke oder strahlungshärtbare Verbindungen und ganz besonders bevorzugt um strahlungshärtbare Verbindungen.The coating compositions are those binder-crosslinker combinations which are customarily used for use in paints, preferably one- or two-component polyurethane coatings, epoxy resins, melamine-formaldehyde resins or radiation-curable compounds, more preferably one- or two-component ones Polyurethane coatings or radiation-curable compounds, and most preferably radiation-curable compounds.
Epoxyharze sind solche, die zumeist aus einer Carbonsäurekomponente und einer Epoxykomponente aufgebaut sind.Epoxy resins are those which are mostly composed of a carboxylic acid component and an epoxy component.
Die Carbonsäurekomponente setzt sich zumeist zusammen aus Dicarbonsäure sowie gegebenenfalls Polycarbonsäuren.The carboxylic acid component is usually composed of dicarboxylic acid and optionally polycarboxylic acids.
Zu den Dicarbonsäuren gehören beispielsweise aliphatische Dicarbonsäuren, wie O- xalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Kork- säure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecan-α,ω-dicarbonsäure, Dodecan-α,ω- dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclohexan-1 ,2-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclo- hexan-1 ,3-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclohexan-1 ,4-dicarbonsäure, eis- und trans- Cyclopentan-1 ,2-dicarbonsäure, eis- und trans-Cyclopentan-i ^-dicarbonsäure. Weiterhin können auch aromatische Dicarbonsäuren, wie zum Beispiel Phthalsäure, I- sophthalsäure oder Terephthalsäure verwendet werden. Auch ungesättigte Dicarbonsäuren, wie Maleinsäure oder Fumarsäure sind einsetzbar.The dicarboxylic acids include, for example, aliphatic dicarboxylic acids such as oleic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, cork acid, azelaic acid, sebacic acid, undecane-α, ω-dicarboxylic acid, dodecane-α, ω-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, cis- and trans- Cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid, cis- and trans-cyclopentane-1-dicarboxylic acid. Furthermore, it is also possible to use aromatic dicarboxylic acids, such as, for example, phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid. It is also possible to use unsaturated dicarboxylic acids, such as maleic acid or fumaric acid.
Die genannten Dicarbonsäuren können auch substituiert sein mit einem oder mehreren Resten, ausgewählt aus Ci-Cio-Alkylgruppen, C3-Ci2-Cycloalkylgruppen oder Ce-Cu- Arylgruppen.The dicarboxylic acids mentioned can also be substituted by one or more radicals selected from C 1 -C 10 -alkyl groups, C 3 -C 12 -cycloalkyl groups or C 1 -C -aryl groups.
Besonders bevorzugt setzt man Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäu- re, 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ,4-Cyclohexandicarbonsäure (Hexahydrophthalsäuren), Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure oder deren Mono- oder Dialkylester ein.Particular preference is given to using malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, 1, 2, 1, 3 or 1, 4-cyclohexanedicarboxylic acid (hexahydrophthalic acids), phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid or their mono- or dialkyl esters.
Polycarbonsäuren sind beispielsweise Aconitsäure, 1 ,3,5-Cyclohexantricarbonsäure, 1 ,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure, 1 ,2,4,5-Polycarboxylic acids are, for example, aconitic acid, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1, 2,4,5-
Benzoltetracarbonsäure (Pyromellitsäure) sowie Mellitsäure und niedermolekulare Polyacrylsäuren.Benzoltetracarboxylic acid (pyromellitic acid) and mellitic acid and low molecular weight polyacrylic acids.
Beispiele für Epoxyverbindungen sind Glycidylether aliphatischer oder aromatische Polyole. Derartige Produkte werden im Handel in großer Zahl angeboten.Examples of epoxy compounds are glycidyl ethers of aliphatic or aromatic polyols. Such products are commercially available in large numbers.
Aromatische Glycidylether sind z.B. Bisphenol-A-diglycidylether, Bisphenol-F-digly- cidylether, Bisphenol-B-diglycidylether, Bisphenol-S-diglycidylether, Hydrochinon- diglycidylether, Alkylierungsprodukte von Phenol/Dicyclopentadien, z.B. 2,5-bis[(2,3-E- poxypropoxy)phenyl]octahydro-4,7-methano-5H-inden) (CAS-Nr. [13446-85-0]), Tris[4- (2,3-epoxypropoxy)phenyl]methan Isomere )CAS-Nr. [66072-39-7]), Phenol basierte Epoxy Novolake (CAS-Nr. [9003-35-4]) und Kresol basierte Epoxy Novolake (CAS-Nr. [37382-79-9]).Aromatic glycidyl ethers are e.g. Bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol B diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, hydroquinone diglycidyl ether, alkylation products of phenol / dicyclopentadiene, e.g. 2,5-bis [(2,3-E-epoxypropoxy) phenyl] octahydro-4,7-methano-5H-indene (CAS No. [13446-85-0]), tris [4- (2, 3-epoxypropoxy) phenyl] methane isomers) CAS-No. [66072-39-7]), phenol based epoxy novolacs (CAS # [9003-35-4]) and cresol based epoxy novolacs (CAS # [37382-79-9]).
Aliphatische Glycidylether sind beispielsweise 1 ,4-Butandioldiglycidether, 1 ,6-Hexan- dioldiglycidylether, Trimethylolpropantriglycidylether, Pentaerythrittetraglycidylether, 1 ,1 ,2,2-tetrakis[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]ethan (CAS-Nr. [27043-37-4]), Diglycidyl- ether von Polypropylenglykol (α,ω-bis(2,3-epoxypropoxy)poly(oxypropylen) (CAS-Nr. [16096-30-3]) und von hydriertem Bisphenol A (2,2-bis[4-(2,3-epoxypro- poxy)cyclohexyl]propan, CAS-Nr. [13410-58-7]).Aliphatic glycidyl ethers are, for example, 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, pentaerythritol tetraglycidyl ether, 1,1,2,2-tetrakis [4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl] ethane (CAS No. [ 27043-37-4]), diglycidyl ethers of polypropylene glycol (α, ω-bis (2,3-epoxypropoxy) poly (oxypropylene) (CAS No. [16096-30-3]) and hydrogenated bisphenol A (2 , 2-bis [4- (2,3-epoxypropoxy) cyclohexyl] propane, CAS No. [13410-58-7]).
Besonders bevorzugt sind Polyglycidylverbindungen vom Bisphenol A-, -F- oder -B- Typ, deren vollständig hydrierte Derivate und Glycidylether mehrwertiger Alkohole, z.B. des 1 ,4-Butandiol, 1 ,4-Cyclohexandimethanol, Neopentylglykol, des 1 ,6-Hexandiol, des Glycerin, Trimethylolpropan und des Pentaerythrit. Beispiele für derartige Polyepoxid- verbindungen sind Epikote® 1001 , Epikote® 1007 und Epikote® 162 (Epoxidwert: ca. 0,61 mol/100g) der Firma Resolution, Rütapox® 0162 (Epoxidwert: ca. 0,58 mol/100g) der Firma Hexion, Araldit® DY 0397 (Epoxidwert: ca. 0,83 mol/100g) und Araldit® GT 6063 (0,14 mol/100 g) der Firma Huntsman (ehemals Vantico AG).Particular preference is given to bisphenol A, F or B type polyglycidyl compounds whose completely hydrogenated derivatives and glycidyl ethers of polyhydric alcohols, for example of 1,4-butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, of glycerol, trimethylolpropane and pentaerythritol. Examples of such polyepoxide compounds are Epikote ® 1001, Epikote ® 1007, and Epikote ® 162 (epoxide value: about 0.61 mol / 100 g) from Resolution, Rutapox® 0162 (epoxide value: about 0.58 mol / 100g) Hexion, Araldite ® DY 0397 (epoxide value: about 0.83 mol / 100g) and Araldit®GT 6063 (0.14 mol / 100 g) Huntsman (formerly Vantico AG).
Ganz besonders bevorzugt sind Bisphenol-A-diglycidylether, 1 ,4-Butandiol-diglycidyl- ether, Trimethylolpropantriglycidylether und Pentaerythrittetraglycidylether, insbesondere Bisphenol-A-diglycidylether.Very particular preference is given to bisphenol A diglycidyl ether, 1,4-butanediol diglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether and pentaerythritol tetraglycidyl ether, in particular bisphenol A diglycidyl ether.
Bevorzugt hat die Epoxyverbindung eine Epoxidzahl von 0,1 bis 10 Äquivalenten/kg, bevorzugt 0,5 bis 8, ganz besonders bevorzugt 1 - 7 Äquivalenten/kg.The epoxy compound preferably has an epoxide number of 0.1 to 10 equivalents / kg, preferably 0.5 to 8, very particularly preferably 1 to 7 equivalents / kg.
Die Epoxyverbindung und die Komponente, die gegenüber Epoxygruppen reaktive Gruppen aufweist, werden in der Regel in einem molaren Verhältnis 0,5 :1 bis 2:1 , bevorzugt 0,7:1 bis 1 ,5:1 und besonders bevorzugt 0,9:1 bis 1 ,1 :1 vermischt und gegebenenfalls unter Katalyse bei erhöhter Temperatur zur Reaktion gebracht.The epoxy compound and the component having epoxy groups reactive groups are usually in a molar ratio of 0.5: 1 to 2: 1, preferably 0.7: 1 to 1, 5: 1 and more preferably 0.9: 1 to 1, 1: 1 mixed and optionally reacted with catalysis at elevated temperature.
Es ist aber auch möglich Epoxyharze ohne Carbonsäuren zu härten, z.B. mit Aminen, Anhydriden, Melamin, Phenolharzen oder auch mit UV-Startern. Derartige System sind dem Fachmann bekannt.However, it is also possible to cure epoxy resins without carboxylic acids, e.g. with amines, anhydrides, melamine, phenolic resins or with UV starters. Such systems are known to the person skilled in the art.
Bei Melamin-Formaldehyd-Harzen kann es sich beispielsweise handeln umFor example, melamine-formaldehyde resins may be
1. vollständig bis hoch methylolierte und vollalkylierte bis hochalkylierte Harze1. fully to highly methylolated and fully alkylated to highly alkylated resins
(H M MM-Typen)(H M MM types)
2.1 teilmethylolierte und hochalkylierte Harze (High Imino Typen) 2.2. teilmethylolierte und teilalkylierte Harze (Methylol Typen)2.1 partially methylolated and highly alkylated resins (high imino types) 2.2. partially methylolated and partially alkylated resins (methylol types)
3. niedrig methylolierte Harze (Melamin-Formaldehyd-Kondensate)3. low methylolated resins (melamine-formaldehyde condensates)
Die erste große Gruppe der vollständig veretherten Melamin-Formaldehyd-Harze, bei denen das sogenannte Einbaumolverhältnis Melamin:Formaldehyd:Alkohol theoretisch 1 :6:6, in der Praxis in der Regel 1 :>5,5:>5,0 und meist 1 :>5,5:>4,5 beträgt, zeichnen sich durch ein ausgesprochen gutes High solids-Verhalten (relativ niedrige Viskosität bei hohem Feststoffgehalt) aus. Bei dieser Vernetzergruppe lässt sich der freie Formaldehyd aufgrund der niedrigen Viskosität des Aminoharzes leicht reduzieren. Derzeit erreichbar ist ein Gehalt an freiem Formaldehyd < 0,3 Gew%, bei speziell hergestellten Aminoharzen auch < 0,1 Gew%. Dabei enthalten die Handelsprodukte als Alkohol zumeist Methanol, es sind aber auch gemischtveretherte oder vollständig butylierte Typen bekannt.The first large group of fully etherified melamine-formaldehyde resins in which the so-called Einbaumolverhältnis melamine: formaldehyde: alcohol theoretically 1: 6: 6, in practice usually 1:> 5.5:> 5.0 and usually 1 :> 5.5:> 4.5, are characterized by a very good high solids behavior (relatively low viscosity at high solids content). In this crosslinker group, the free formaldehyde can be easily reduced due to the low viscosity of the amino resin. Currently attainable is a content of free formaldehyde <0.3% by weight, with specially prepared amino resins also <0.1% by weight. The commercial products contain mostly methanol as alcohol, but mixed etherified or fully butylated types are also known.
Die geringe thermische Reaktivität bei Einbrennbedingungen, wie 20 Minuten bei 1400C, erfordert für diese vollständig veretherten Melamin-Formaldehyd-Harze die Katalyse mit starken Säuren. Dadurch erhält man eine sehr schnelle Härtung, durch Umetherung mit dem Bindemittel unter Freisetzung der Veretherungsalkohole ein ho- mogenes Conetzwerk. Mit dieser Katalyse mit starken Säuren sind sehr kurze Aushärtungszeiten, wie bei teilmethylolierten Melamin-Formaldehyd-Harzen möglich. Während der Vernetzung ist eine Formaldehydemission möglich, die deutlich über dem freien Formaldehyd liegt und in der Rückspaltung von Methylolgruppen begründet ist.The low thermal reactivity at baking conditions, such as 140 ° C. for 20 minutes, requires strong acid catalysis for these fully etherified melamine-formaldehyde resins. This gives a very rapid curing, by re-etherification with the binder to release the etherification alcohols a ho mogenes Conetzwerk. With this catalysis with strong acids very short curing times, as in partially methylolated melamine-formaldehyde resins are possible. During the crosslinking a formaldehyde emission is possible, which is significantly higher than the free formaldehyde and is due to the cleavage of methylol groups.
Die zweite große Gruppe der teilweise veretherten Melamin-Formaldehyd-Harze, die in der Praxis zumeist ein Einbaumolverhältnis Melamin:Formaldehyd:Alkohol von 1 : 3 bisThe second large group of partially etherified melamine-formaldehyde resins, which in practice usually has a built-in molar ratio of melamine: formaldehyde: alcohol of 1: 3 to
5.4 : 2 bis 4,3 beträgt, zeichnet sich durch eine im Vergleich zur ersten Gruppe deutlich erhöhte thermische Reaktivität ohne Säurekatalyse aus. Während der Produktion die- ser Vernetzer findet eine Eigenkondensation statt, die zu einer höheren Viskosität (geringeres High solids-Verhalten) führt und dadurch die Entfernung des freien Formaldehyd bei der Destillation erschwert. Für diese Produkte sind ein Gehalt an freiem Formaldehyd von 0,5 bis 1 ,5% Standard, jedoch gibt es auch Produkte mit einem Gehalt an freiem Formaldehyd von 0,3 bis 3 Gew%. Auch hier sind als Handelsprodukte me- thylierte, butylierte sowie gemischt veretherte Typen weit verbreitet. Die Veretherung mit weiteren Alkylierungsstoffen ist in der Literatur beschrieben bzw. entsprechende spezielle Produkte kommerziell erhältlich.5.4: 2 to 4.3, is characterized by a significantly increased compared to the first group thermal reactivity without acid catalysis. During the production of these crosslinkers, a self-condensation takes place, which leads to a higher viscosity (lower high-solids behavior) and thus makes the removal of free formaldehyde during distillation more difficult. For these products, a content of free formaldehyde of 0.5 to 1, 5% standard, but there are also products with a content of free formaldehyde from 0.3 to 3% by weight. Here, too, methylated, butylated and mixed etherified types are widely used as commercial products. The etherification with further alkylating agents is described in the literature or corresponding special products are commercially available.
High-Imino- und Methylol-Typen als jeweilige Untergruppe weisen beide eine unvoll- ständige Methylolierung, d.h. Formaldehyd-Einbaumolverhältnisse von weniger als 1 :High-imino and methylol types as respective subgroups both exhibit incomplete methylolation, i. Formaldehyde Einbaumolverhältnisse of less than 1:
5.5 auf. Die High-Imino-Typen unterscheiden sich von den Methylol-Typen jedoch durch einen hohen Alkylierungsgrad, d.h. dem Anteil der veretherten Methylolgruppen an den eingebauten Formaldehyd-Äquivalenten, von meist bis zu 80 %, wo hingegen die Methylol-Typen in der Regel < 70 % aufweisen.5.5. However, the high-imino types are distinguished from the methylol types by a high degree of alkylation, i. the proportion of etherified methylol groups on the incorporated formaldehyde equivalents, of usually up to 80%, whereas, on the other hand, the methylol types generally have <70%.
Einsatzgebiete für die teilmethylolierten Melamin-Formaldehyd-Harze erstrecken sich über alle Anwendungsbereiche, auch in Kombination mit HMMM Typen zur Reaktivitätsanpassung, wo Härtungstemperaturen von 100 bis 1500C gefordert sind. Eine zusätzliche Katalyse mit Hilfe schwacher Säuren ist möglich und gängige Praxis.Fields of application for the partially methylolated melamine-formaldehyde resins extend over all fields of application, also in combination with HMMM types for reactivity adjustment, where curing temperatures of 100 to 150 ° C. are required. Additional catalysis using weak acids is possible and common practice.
Neben der Reaktion des Aminoharzes mit dem Bindemittel findet ein deutlich erhöhter Anteil an Eigenvernetzung des Vernetzers mit sich selbst statt. Die Folge ist eine reduzierte Elastizität des Gesamtsystems, welche durch die geeignete Auswahl des Kombinationspartners ausgeglichen werden muss. Vorteilhaft dagegen ist die reduzierte Gesamtformaldehydemission aus den daraus hergestellten Beschichtungen.In addition to the reaction of the amino resin with the binder, a significantly increased proportion of intrinsic crosslinking of the crosslinker takes place with itself. The result is a reduced elasticity of the overall system, which must be compensated by the appropriate selection of the combination partner. In contrast, the reduced total formaldehyde emission from the coatings produced therefrom is advantageous.
Typische Melamin-Formaldehyd-Harze weisen einen Festkörpergehalt von mindestens 50 Gew%, bevorzugt mindestens 85, besonders bevorzugt mindestens 90, ganz besonders bevorzugt mindestens 92 und insbesondere mindestens 95 Gew% auf.Typical melamine-formaldehyde resins have a solids content of at least 50% by weight, preferably at least 85, particularly preferably at least 90, very preferably at least 92 and in particular at least 95% by weight.
Der Festkörpergehalt wird gemäß der ISO 3251 bestimmt, indem 2 g des Probenmaterials und 2 ml n-Butanol flächig ausgebreitet in einem gut belüfteten Trockenschrank für eine Dauer von 2 Stunden auf 125 0C erhitzt werden. Die Probe wird dazu vorher und nachher gewogen, und das Verhältnis gibt den Festkörpergehalt an.The solids content is determined in accordance with ISO 3251, by spreading 2 g of the sample material and 2 ml of n-butanol in a well-ventilated drying oven for a period of 2 hours to 125 0 C are heated. The sample is weighed before and after, and the ratio indicates the solids content.
Der Gehalt an freiem Formaldehyd beträgt beispielsweise nicht mehr als 1 Gew%, be- vorzugt nicht mehr als 0,8 Gew%, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,5 Gew% und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 0,4 Gew%.The content of free formaldehyde is for example not more than 1% by weight, preferably not more than 0.8% by weight, more preferably not more than 0.5% by weight and very particularly preferably not more than 0.4% by weight.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gehalt an freiem Formaldehyd bevorzugt nicht mehr als 0,2 Gew%, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,15 Gew% und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 0,1 Gew%.In a particularly preferred embodiment, the content of free formaldehyde is preferably not more than 0.2% by weight, more preferably not more than 0.15% by weight and most preferably not more than 0.1% by weight.
Der Gehalt an freiem Formaldehyd wird bestimmt gemäß EN ISO 9020.The content of free formaldehyde is determined according to EN ISO 9020.
Die Säurezahl bevorzugter Melamin-Formaldehyd-Harze beträgt weniger als 3, beson- ders bevorzugt weniger als 1 mg KOH/g, bestimmt gemäß ISO 3682.The acid number of preferred melamine-formaldehyde resins is less than 3, more preferably less than 1 mg KOH / g, determined according to ISO 3682.
Je nach eingesetztem Melamin-Formaldehyd-Harz kann eine Katalyse mit starken oder schwachen Säuren sinnvoll sein.Depending on the melamine-formaldehyde resin used, catalysis with strong or weak acids may be useful.
Unter schwachen Säuren werden dabei im Rahmen dieser Schrift ein- oder mehrwertige, organische oder anorganische, bevorzugt organische Säuren mit einem pKs-Wert zwischen 1 ,6 und 5,2, bevorzugt zwischen 1 ,6 und 3,8 verstanden.For the purposes of this document, weak acids are understood to mean monovalent or polyvalent, organic or inorganic, preferably organic acids having a pKa of between 1.6 and 5.2, preferably between 1.6 and 3.8.
Beispiele dafür sind Kohlensäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure und Maleinsäure, Glyoxylsäure, Bromessigsäure, Chloressisgsäure, Thioglykolsäure, Glycin, Cyanessigsäure, Acrylsäure, Malonsäure, Hydroxypropandisäure, Propionsäure, Milchsäure, 3-Hydroxypropionsäure, Glycerylsäure, Alanin, Sarcosin, Fumarsäure, Acetoessigsäure, Bernsteinsäure, iso-Buttersäure, Pentansäure, Ascorbinsäure, Zitronensäure, Nitrilotriessigsäure, Cyclopentancarbonsäure, 3-Methylglutarsäure, Adipin- säure, Hexansäure, Benzoesäure, Cyclohexancarbonsäure, Heptandionsäure, Heptan- säure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Tolylsäure, Phenylessigsäure, Phenoxyessigsäure, Mandelsäure oder Sebacinsäure.Examples thereof are carbonic acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid and maleic acid, glyoxylic acid, bromoacetic acid, chloroacetic acid, thioglycolic acid, glycine, cyanoacetic acid, acrylic acid, malonic acid, hydroxypropanedioic acid, propionic acid, lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, glyceric acid, alanine, sarcosine, fumaric acid, acetoacetic acid, succinic acid , isobutyrate, pentanoic acid, ascorbic acid, citric acid, nitrilotriacetic acid, cyclopentanecarboxylic acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, hexanoic acid, benzoic acid, cyclohexanecarboxylic acid, heptanedioic acid, heptanoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, toluic acid, phenylacetic acid, phenoxyacetic acid, mandelic acid or sebacic acid ,
Bevorzugt sind organische Säuren, bevorzugt ein- oder mehrwertige Carbonsäuren. Besonders bevorzugt sind Ameisensäure, Essigsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure.Preference is given to organic acids, preferably mono- or polybasic carboxylic acids. Particularly preferred are formic acid, acetic acid, maleic acid or fumaric acid.
Unter starken Säuren werden dabei im Rahmen dieser Schrift ein- oder mehrwertige, organische oder anorganische, bevorzugt organische Säuren mit einem pKs-Wert von weniger als 1 ,6 und besonders bevorzugt weniger als 1 verstanden. Beispiele dafür sind Sulfonsäuren, Schwefelsäure, Pyrophosphorsäure, Schweflige Säure und Tetrafluoroborsäure, Trichloressigsäure, Dichloressigsäure, Oxalsäure, Nit- roessigsäure.In the context of this document, strong acids are understood as meaning monovalent or polyvalent, organic or inorganic, preferably organic acids having a pKa of less than 1.6, and more preferably less than 1. Examples thereof are sulfonic acids, sulfuric acid, pyrophosphoric acid, sulfurous acid and tetrafluoroboric acid, trichloroacetic acid, dichloroacetic acid, oxalic acid, nitroacetic acid.
Ebenfalls können blockierte Säuren, insbesondere blockierte Sulfonsäurederivate eingesetzt werden.It is likewise possible to use blocked acids, in particular blocked sulfonic acid derivatives.
Solche Säuren sind dem Fachmann als solche bekannt, und werden z.B. in freier und blockierter Form unter dem Handelsnamen Nacure® vermarktet.Such acids are known to the skilled person as such, and are described e.g. marketed in free and blocked form under the tradename Nacure®.
Für Polyurethanlacke wird im Prinzip eine isocyanatgruppenhaltige Verbindung, häufig als Vernetzer bezeichnet, mit einer Verbindung umgesetzt, die gegenüber Isocyanat reaktive Gruppen aufweist, meist Hydroxygruppen. Letztere Verbindung wird auch als Bindemittel bezeichnet.For polyurethane coatings, in principle, an isocyanate group-containing compound, often referred to as a crosslinker, is reacted with a compound having isocyanate-reactive groups, usually hydroxy groups. The latter compound is also referred to as a binder.
In einkomponentigen Polyurethanlacken sind die Isocyanatgruppen der Isocyanatkom- ponente blockiert, d.h. reversibel mit einer Verbindung umgesetzt, die unter den Bedingungen der Härtung (Einbrennen) freigesetzt wird und dann eine Reaktion der so freigesetzten Isocyanatgruppen mit dem Bindemittel ermöglicht.In one-component polyurethane coatings, the isocyanate groups of the isocyanate component are blocked, i. reacted reversibly with a compound which is released under the conditions of curing (stoving) and then allows a reaction of the thus liberated isocyanate groups with the binder.
In zweikomponentigen Polyurethanlacken werden dagegen Vernetzer und Bindemittel erst kurz vor der Applikation miteinander vermischt und dann in der Härtung miteinander zur Reaktion gebracht.In two-component polyurethane coatings, on the other hand, crosslinkers and binders are mixed together just before application and then reacted with one another in the course of curing.
Im letzteren Falle ist es erfindungsgemäß sinnvoll, die Silikate in die Bindemittelkomponente einzuarbeiten, da die Isocyanatkomponente üblicherweise zumindest mit Wasser, oft aber auch mit dem organischen Lösungsmittel (L) reagiert.In the latter case, it makes sense according to the invention to incorporate the silicates into the binder component, since the isocyanate component usually reacts at least with water, but often also with the organic solvent (L).
Als Isocyanatkomponente sind dem Fachmann bekannte Polyisocyanate auf Basis von Diisocyanaten, insbesondere auf Basis von 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), I- sophorondiisocyanat (1 -lsocyanato-3,3,5- trimethyl-5-(isocyanatomethyl)cyclohexan, IPDI) oder 4,4'-Di(isocyanatocyclohexyl)methan (H12MDI), besonders auf Basis HDI und/oder IPDI.As isocyanate component are known in the art polyisocyanates based on diisocyanates, in particular based on 1, 6-hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5- (isocyanatomethyl) cyclohexane, IPDI) or 4,4'-di (isocyanatocyclohexyl) methane (H12MDI), especially based on HDI and / or IPDI.
Die Isocyanatkomponente weist in der Regel einen Gehalt an NCO-Gruppen (bzw. blockierten NCO-Gruppen) berechnet als NCO mit der Molmasse 42 g/mol bis zu 30 Gew%, bevorzugt bis zu 25 Gew%.The isocyanate component generally has a content of NCO groups (or blocked NCO groups) calculated as NCO with a molecular weight of 42 g / mol up to 30% by weight, preferably up to 25% by weight.
Die Polyisocyanat können beispielsweise Isocyanuratgruppen, Uretdiongruppen, Biu- retgruppen, Oxadiazintriongruppen, Iminooxadiazindiongruppen, Urethan- und/oder Allophanatgruppen enthalten und können beispielsweise Uretonimin-modifiziert, Car- bodiimid-modifiziert oder hyperverzweigt sein. Bei den Bindemitteln kann es sich beispielsweise um Polyacrylatpolyole, Polyesterpolyole, Polyetherpolyole, Polyurethanpolyole; Polyharnstoffpolyole; Polyesterpolyacry- latpolyole; Polyesterpolyurethanpolyole; Polyurethanpolyacrylatpolyole, Polyurethan- modifizierte Alkydharze; Fettsäuremodifizierte Polyesterpolyurethanpolyole, Kopolyme- risate mit Allylethern, Propfpolymerisate aus den genannten Stoffgruppen mit z.B. unterschiedlichen Glasübergangstemperaturen, sowie Mischungen der genannten Bindemittel handeln. Bevorzugt sind Polyacrylatpolyole, Polyesterpolyole und Polyetherpolyole.The polyisocyanate may contain, for example, isocyanurate groups, uretdione groups, biuret groups, oxadiazinetrione groups, iminooxadiazinedione groups, urethane groups and / or allophanate groups and may be, for example, uretonimine-modified, carbodiimide-modified or hyperbranched. The binders may be, for example, polyacrylate polyols, polyester polyols, polyether polyols, polyurethane polyols; polyurea; Polyester polyacrylate latpolyols; polyester polyurethane polyols; Polyurethane polyacrylate polyols, polyurethane-modified alkyd resins; Fatty acid-modified polyester polyurethane polyols, copolymers with allyl ethers, graft polymers from the mentioned substance groups with, for example, different glass transition temperatures, and mixtures of said binders. Preference is given to polyacrylate polyols, polyester polyols and polyether polyols.
Bevorzugte OH-Zahlen, gemessen gemäß DIN 53240-2, sind 40-350 mg KOH/g Festharz für Polyester, bevorzugt 80-180 mg KOH/g Festharz, und 15-250 mg KOH/g Festharz für Polyacrylatole, bevorzugt 80-160 mg KOH/g.Preferred OH numbers, measured according to DIN 53240-2, are 40-350 mg KOH / g solid resin for polyester, preferably 80-180 mg KOH / g solid resin, and 15-250 mg KOH / g solid resin for polyacrylatols, preferably 80-160 mg KOH / g.
Zusätzlich können die Bindemittel eine Säurezahl gemäß DIN EN ISO 3682 bis 200 mg KOH/g, bevorzugt bis 150 und besonders bevorzugt bis 100 mg KOH/g aufweisen.In addition, the binders may have an acid number according to DIN EN ISO 3682 up to 200 mg KOH / g, preferably up to 150 and particularly preferably up to 100 mg KOH / g.
Polyacrylatpolyole weisen bevorzugt ein Molekulargewicht Mn von mindestens 1000, besonders bevorzugt mindestens 2000 und ganz besonders bevorzugt mindestens 5000 g/mol auf. Das Molekulargewicht Mn kann beispielsweise bis 200.000, bevorzugt bis zu 100.000, besonders bevorzugt bis zu 80.000 und ganz besonders bevorzugt bis zu 50.000 g/mol betragen.Polyacrylate polyols preferably have a molecular weight M n of at least 1000, particularly preferably at least 2000 and very particularly preferably at least 5000 g / mol. The molecular weight M n may be, for example, up to 200,000, preferably up to 100,000, particularly preferably up to 80,000 and very particularly preferably up to 50,000 g / mol.
Bei den Polyacrylatpolyolen handelt es sich um Copolymere von mindestens einem (Meth)Acrylsäureester mit mindestens einer Verbindung mit mindestens einer, bevorzugt genau einer Hydroxygruppe und mindestens einer, bevorzugt genau einer (Meth)Acrylatgruppe.The polyacrylate polyols are copolymers of at least one (meth) acrylic ester with at least one compound having at least one, preferably exactly one hydroxyl group and at least one, preferably exactly one (meth) acrylate group.
Weitere Polymere sind z.B. Polyesterole, wie sie durch Kondensation von Polycarbon- säuren, insbesondere Dicarbonsäuren mit Polyolen, insbesondere Diolen erhältlich sind. Um eine eine für die Polymerisation angemessene Funktionalität des Polyester- polyols zu gewährleisten werden partiell auch Triole, Tetrole etc. wie auch Trisäuren, etc. eingesetzt.Other polymers are e.g. Polyesterols, as are obtainable by condensation of polycarboxylic acids, in particular dicarboxylic acids with polyols, in particular diols. In order to ensure a functionality of the polyester polyol which is suitable for the polymerization, triols, tetrols, etc., as well as triacids, etc., are also used in part.
Polyesterpolyole, sind z.B. aus Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 19, S. 62 bis 65 bekannt. Bevorzugt werden Polyesterpolyole eingesetzt, die durch Umsetzung von zweiwertigen Alkoholen mit zweiwertigen Carbonsäuren erhalten werden. Anstelle der freien Polycarbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester von niederen Alkoholen oder deren Gemische zur Herstellung der Polyesterpolyole verwendet werden. Die Polycarbonsäuren können aliphatisch, cycloaliphatisch, aralipha- tisch, aromatisch oder heterocyclisch sein und gegebenenfalls, z.B. durch Halogenatome, substituiert und/oder ungesättigt sein.Polyesterpolyols are known, for example, from Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie, 4th Edition, Volume 19, pages 62 to 65. Preference is given to using polyesterpolyols which are obtained by reacting dihydric alcohols with dibasic carboxylic acids. Instead of the free polycarboxylic acids, it is also possible to use the corresponding polycarboxylic acid anhydrides or corresponding polycarboxylic acid esters of lower alcohols or mixtures thereof to prepare the polyesterpolyols. The polycarboxylic acids may be aliphatic, cycloaliphatic, aralipha be table, aromatic or heterocyclic and optionally substituted, for example by halogen atoms, substituted and / or unsaturated.
Weiterhin sind als Polymere auch Polyetherole geeignet, die durch Addition von Ethy- lenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid an H-aktive Komponenten hergestellt werden. Ebenso sind Polykondensate aus Butandiol geeignet.Also suitable as polymers are polyetherols which are prepared by addition of ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide to H-active components. Likewise, polycondensates of butanediol are suitable.
Bevorzugt werden als Beschichtungsmassen jedoch strahlungshärtbare Verbindungen eingesetzt.However, radiation-curable compounds are preferably used as coating compositions.
Als strahlungshärtbare Verbindungen kommen solche in Betracht, die mindestens eine radikalisch polymerisierbare Gruppe aufweisen. Dabei kann es sich um solche mit einer und/oder um solche mit mehr als einer ethylenisch ungesättigten Gruppe handeln.Suitable radiation-curable compounds are those which have at least one free-radically polymerizable group. These may be those with one and / or those having more than one ethylenically unsaturated group.
Bevorzugt handelt es sich bei Verbindungen mit mehreren, d.h. mindestens zwei, co- polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Gruppen um Vinylether- oder (Meth)acrylatverbindungen, besonders bevorzugt sind jeweils die Acrylatverbindungen, d.h. die Derivate der Acrylsäure.Preferably, compounds having multiple, i. at least two, co-polymerisable, ethylenically unsaturated groups around vinyl ether or (meth) acrylate compounds, particularly preferably the acrylate compounds, i. the derivatives of acrylic acid.
Bevorzugte Vinylether- und (Meth)acrylat-Verbindungen enthalten 2 bis 20, bevorzugt 2 bis 10 und ganz besonders bevorzugt 2 bis 6 copolymerisierbare, ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen.Preferred vinyl ether and (meth) acrylate compounds contain 2 to 20, preferably 2 to 10 and most preferably 2 to 6 copolymerizable, ethylenically unsaturated double bonds.
Besonders bevorzugt sind solche Verbindungen mit einem Gehalt an ethylenisch un- gesättigte Doppelbindungen von 0,1 - 0,7 mol /100 g, ganz besonders bevorzugt 0,2 - 0,6 mol / 100 g.Particular preference is given to those compounds having a content of ethylenically unsaturated double bonds of 0.1 to 0.7 mol / 100 g, very particularly preferably 0.2 to 0.6 mol / 100 g.
Das zahlenmittlere Molekulargewicht Mn der Verbindungen liegt, wenn nicht anders angegeben, bevorzugt unter 15.000, besonders bevorzugt bei 300 - 12.000, ganz besonders bevorzugt bei 400 bis 5.000 und insbesondere bei 500 - 3.000 g/mol (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie mit Polystyrol als Standard und Te- trahydrofuran als Elutionsmittel).Unless stated otherwise, the number average molecular weight M n of the compounds is preferably below 15,000, more preferably 300-12,000, most preferably 400-5,000 and in particular 500-3,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography with polystyrene as standard and Tetrahydrofuran as eluent).
Als (Meth)acrylatverbindungen genannt seien (Meth)acrylsäureester und insbesondere Acrylsäureester sowie Vinylether von mehrfunktionellen Alkoholen, insbesondere solchen, die neben den Hydroxylgruppen keine weiteren funktionellen Gruppen oder allenfalls Ethergruppen enthalten. Beispiele solcher Alkohole sind z.B. bifunktionelle Alkohole, wie Ethylenglykol, Propylenglykol und deren höher kondensierte Vertreter, z.B. wie Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol etc., 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,6-Hexandiol, 3-Methyl-1 ,5-pentandiol, Neo- pentylglykol, alkoxylierte phenolische Verbindungen, wie ethoxylierte und/oder propo- xylierte Bisphenole, 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ,4-Cyclohexandimethanol, trifunktionelle und hö- herfunktionelle Alkohole, wie Glycerin, Trimethylolpropan, Butantriol, Trimethylolethan, Pentaerythrit, Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit, Sorbit, Mannit und die entsprechenden alkoxylierten, insbesondere ethoxylierten und/oder propoxylierten Alkohole.As (meth) acrylate compounds may be mentioned (meth) acrylic acid esters and in particular acrylic acid esters and vinyl ethers of polyfunctional alcohols, in particular those which contain no further functional groups or at most ether groups in addition to the hydroxyl groups. Examples of such alcohols are, for example, bifunctional alcohols, such as ethylene glycol, propylene glycol and their more highly condensed representatives, for example diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, etc., 1, 2, 1, 3 or 1, 4-butanediol, 1, 5 Pentanediol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, neopentylglycol, alkoxylated phenolic compounds, such as ethoxylated and / or propoxylated bisphenols, 1, 2-, 1, 3- or 1, 4- Cyclohexanedimethanol, trifunctional and higher herfunktionelle alcohols, such as glycerol, trimethylolpropane, butanetriol, trimethylolethane, pentaerythritol, ditrimethylolpropane, dipentaerythritol, sorbitol, mannitol and the corresponding alkoxylated, in particular ethoxylated and / or propoxylated alcohols.
Die Alkoxylierungsprodukte sind in bekannter Weise durch Umsetzung der vorstehenden Alkohole mit Alkylenoxiden, insbesondere Ethylen- oder Propylenoxid, erhältlich. Vorzugsweise beträgt der Alkoxylierungsgrad je Hydroxylgruppe 0 bis 10, d.h. 1 mol Hydroxylgruppe kann mit bis zu 10 mol Alkylenoxiden alkoxyliert sein.The alkoxylation products are obtainable in a known manner by reacting the above alcohols with alkylene oxides, in particular ethylene oxide or propylene oxide. Preferably, the degree of alkoxylation per hydroxyl group is 0 to 10, i. 1 mol of hydroxyl group can be alkoxylated with up to 10 mol of alkylene oxides.
Als (Meth)acrylatverbindungen seien weiterhin Polyester(meth)acrylate genannt, wobei es sich um die (Meth)acrylsäureester oder Vinylether von Polyesterolen handelt, sowie Urethan-, Epoxid- oder Melamin(meth)acrylate.Other suitable (meth) acrylate compounds are polyester (meth) acrylates, which are the (meth) acrylic esters or vinyl ethers of polyesterols, and urethane, epoxide or melamine (meth) acrylates.
Urethan(meth)acrylate sind z.B. erhältlich durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Hydroxyalkyl(meth)acrylaten und gegebenenfalls Kettenverlängerungsmitteln wie Dio- len, Polyolen, Diaminen, Polyaminen oder Dithiolen oder Polythiolen.Urethane (meth) acrylates are e.g. obtainable by reacting polyisocyanates with hydroxyalkyl (meth) acrylates and optionally chain extenders such as diols, polyols, diamines, polyamines or dithiols or polythiols.
Die Urethan(meth)acrylate haben vorzugsweise ein zahlenmittleres Molgewicht Mn von 500 bis 20.000, insbesondere von 750 bis 10.000 besonders bevorzugt 750 bis 3.000 g/mol (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie mit Polystyrol als Standard).The urethane (meth) acrylates preferably have a number average molecular weight M n of from 500 to 20,000, in particular from 750 to 10,000, particularly preferably from 750 to 3,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography using polystyrene as standard).
Die Urethan(meth)acrylate haben vorzugsweise einen Gehalt von 1 bis 5, besonders bevorzugt von 2 bis 4 Mol (Meth)acrylgruppen pro 1.000 g Urethan(meth)acrylat.The urethane (meth) acrylates preferably have a content of from 1 to 5, more preferably from 2 to 4 moles of (meth) acrylic groups per 1,000 g of urethane (meth) acrylate.
Epoxid(meth)acrylate sind erhältlich durch Umsetzung von Epoxiden mit (Meth)acryl- säure. Als Epoxide in Betracht kommen z.B epoxidierte Olefine oder Glycidylether, z.B. Bisphenol-A-diglycidylether oder aliphatische Glycidylether, wie Butandioldiglycidether.Epoxide (meth) acrylates are obtainable by reacting epoxides with (meth) acrylic acid. Suitable epoxides are, for example, epoxidized olefins or glycidyl ethers, e.g. Bisphenol A diglycidyl ethers or aliphatic glycidyl ethers such as butanediol diglycidyl ether.
Melamin(meth)acrylate sind erhältlich durch Umsetzung von Melamin mit (Meth)acrylsäure oder deren Ester.Melamine (meth) acrylates are obtainable by reacting melamine with (meth) acrylic acid or its esters.
Die Epoxid(meth)acrylate und Melamin(meth)acrylate haben vorzugsweise ein zahlenmittleres Molgewicht Mn von 500 bis 20.000, besonders bevorzugt von 750 bis 10.000 g/mol und ganz besonders bevorzugt von 750 bis 3.000 g/mol; der Gehalt an (Meth)acrylgruppen beträgt vorzugsweise 1 bis 5, besonders bevorzugt 2 bis 4 pro 1.000 g Epoxid(meth)acrylat oder Melamin(meth)acrylat (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie mit Polystyrol als Standard und Tetrahydrofuran als Elutionsmittel). Weiterhin geeignet sind Carbonat(meth)acrylate, die im Mittel vorzugsweise 1 bis 5, insbesondere 2 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 (Meth)acrylgruppen und ganz besonders bevorzugt 2(Meth)acrylgruppen enthalten.The epoxide (meth) acrylates and melamine (meth) acrylates preferably have a number average molecular weight M n of 500 to 20,000, particularly preferably from 750 to 10,000 g / mol and very particularly preferably from 750 to 3,000 g / mol; the content of (meth) acrylic groups is preferably 1 to 5, particularly preferably 2 to 4 per 1000 g of epoxy (meth) acrylate or melamine (meth) acrylate (determined by gel permeation chromatography with polystyrene as standard and tetrahydrofuran as eluent). Also suitable are carbonate (meth) acrylates which contain on average preferably 1 to 5, in particular 2 to 4, particularly preferably 2 to 3 (meth) acrylic groups and very particularly preferably 2 (meth) acrylic groups.
Das zahlungsmittlere Molekulargewicht Mn der Carbonat(meth)acrylate ist vorzugsweise kleiner 3.000 g/mol, besonders bevorzugt kleiner 1.500 g/mol, besonders bevorzugt kleiner 800 g/mol (bestimmt durch Gelpermeationschromatgraphie mit Polystyrol als Standard, Lösemittel Tetrahydrofuran).The number average molecular weight M n of the carbonate (meth) acrylates is preferably less than 3,000 g / mol, more preferably less than 1,500 g / mol, more preferably less than 800 g / mol (determined by gel permeation chromatography with polystyrene as standard, solvent tetrahydrofuran).
Die Carbonat(meth)acrylate sind in einfacher Weise erhältlich durch Umesterung von Kohlensäureestern mit mehrwertigen, vorzugsweise zweiwertigen Alkoholen (Diolen, z.B. Hexandiol) und anschließende Veresterung der freien OH-Gruppen mit (Meth)- acrylsäure oder auch Umesterung mit (Meth)acrylsäureestern, wie es z.B. in EP-A 92 269 beschrieben ist. Erhältlich sind sie auch durch Umsetzung von Phosgen, Harnstoffderivaten mit mehrwertigen, z.B. zweiwertigen Alkoholen.The carbonate (meth) acrylates are readily obtainable by transesterification of carbonic acid esters with polyhydric, preferably dihydric alcohols (diols, eg hexanediol) and subsequent esterification of the free OH groups with (meth) acrylic acid or transesterification with (meth) acrylic esters, as it eg in EP-A 92,269. They are also available by reacting phosgene, urea derivatives with polyvalent, e.g. dihydric alcohols.
Bei den strahlungshärtbaren, radikalisch oder kationisch polymerisierbaren Verbindungen mit nur einer ethylenisch ungesättigten, copolymerisierbaren Gruppe handelt es sich häufig um Reaktivverdünner, also solche Verbindungen mit niedriger Viskosität die gleichzeitig an der Polymerisationsreaktion teilnehmen.The radiation-curable, free-radically or cationically polymerizable compounds having only one ethylenically unsaturated, copolymerizable group are often reactive diluents, that is to say compounds of low viscosity which simultaneously participate in the polymerization reaction.
Genannt seien z.B. Ci-C2o-Alkyl(meth)acrylate, Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylester von bis zu 20 C-Atomen enthaltenden Carbonsäuren, ethylenisch ungesättigte Nitrile, Vinylether von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen, α,ß-ungesättigte Carbonsäuren und deren Anhydride und aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 8 C-Atomen und 1 oder 2 Doppelbindungen.Called e.g. C 1 -C 20 -alkyl (meth) acrylates, vinylaromatics having up to 20 carbon atoms, vinyl esters of carboxylic acids containing up to 20 carbon atoms, ethylenically unsaturated nitriles, vinyl ethers of alcohols containing from 1 to 10 carbon atoms, α, β-unsaturated Carboxylic acids and their anhydrides and aliphatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms and 1 or 2 double bonds.
Als (Meth)acrylsäurealkylester bevorzugt sind solche mit einem Ci-Cio-Alkylrest, wie Methylmethacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat, Ethylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat.Preferred (meth) acrylic acid alkyl esters are those having a C 1 -C 10 -alkyl radical, such as methyl methacrylate, methyl acrylate, n-butyl acrylate, ethyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate.
Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.In particular, mixtures of (meth) acrylic acid alkyl esters are also suitable.
Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen sind z.B. Vinyllaurat, Vinylstearat, Vinylpropionat und Vinylacetat.Vinyl esters of carboxylic acids having 1 to 20 carbon atoms are e.g. Vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl propionate and vinyl acetate.
α,ß-Ungesättigte Carbonsäuren und deren Anhydride können beispielsweise sein Ac- rylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid, bevorzugt Acrylsäure.α, β-Unsaturated carboxylic acids and their anhydrides can be, for example, acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid or maleic anhydride, preferably acrylic acid.
Als vinylaromatische Verbindungen kommen z.B. Vinyltoluol, α-Butylstyrol, 4-n- Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril.Suitable vinylaromatic compounds are, for example, vinyltoluene, α-butylstyrene, 4-n-butylstyrene, 4-n-decylstyrene and preferably styrene. Examples of nitriles are acrylonitrile and methacrylonitrile.
Geeignete Vinylether sind z.B. Vinylmethylether, Vinylisobutylether, Vinylhexylether und Vinyloctylether.Suitable vinyl ethers are e.g. Vinyl methyl ether, vinyl isobutyl ether, vinyl hexyl ether and vinyl octyl ether.
Als nicht aromatische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und einer oder zwei olefinischen Doppelbindungen seien Butadien, Isopren, sowie Ethylen, Propylen und Isobutylen genannt.As non-aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms and one or two olefinic double bonds may be mentioned butadiene, isoprene, and ethylene, propylene and isobutylene.
Weiterhin sind N-Vinylformamid, N-Vinylpyrrolidon sowie N-Vinylcaprolactam einsetzbar.Furthermore, N-vinylformamide, N-vinylpyrrolidone and N-vinylcaprolactam can be used.
Des weiteren können die erfindungsgemäß erhaltenen silikatenthaltenden Beschich- tungsmasse noch mit Photoinitiatoren versetzt werden. Die Photoinitiatoren können weniger bevorzugt auch schon während der Vermischung mit den Silikaten anwesend sein. Dabei können dem Fachmann bekannte Photoinitiatoren verwendet werden, z.B. solche in "Advances in Polymer Science", Volume 14, Springer Berlin 1974 oder in K. K. Dietliker, Chemistry and Technology of UV- and EB-Formulation for Coatings, Inks and Paints, Volume 3; Photoinitiators for Free Radical and Cationic Polymerization, P. K. T. Oldring (Eds), SITA Technology Ltd, London, genannten.Furthermore, the silicate-containing coating composition obtained according to the invention can still be mixed with photoinitiators. Less preferably, the photoinitiators may already be present during mixing with the silicates. Therein, photoinitiators known to those skilled in the art may be used, e.g. those in "Advances in Polymer Science", Volume 14, Springer Berlin 1974 or in K.K. Dietliker, Chemistry and Technology of UV and EB Formulation for Coatings, Inks and Paints, Volume 3; Photoinitiators for Free Radical and Cationic Polymerization, P.K.T. Oldring (Eds), SITA Technology Ltd, London.
In Betracht kommen z.B. Mono- oder Bisacylphosphinoxide Irgacure® 819 (Bis(2,4,6- Tri-methylbenzoyl)phenylphosphinoxid), wie sie z.B. in EP-A 7 508, EP-A 57 474, DE-A 196 18 720, EP-A 495 751 oder EP-A 615 980 beschrieben sind, beispielsweise 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid (Lucirin® TPO), Ethyl-2,4,6-trimethylben- zoylphenylphosphinat, Benzophenone, Hydroxyacetophenone, Phenylglyoxylsäure und ihre Derivate oder Gemische dieser Photoinitiatoren. Als Beispiele seien genannt Ben- zophenon, Acetophenon, Acetonaphthochinon, Methylethylketon, Valerophenon, He- xanophenon, α-Phenylbutyrophenon, p-Morpholinopropiophenon, Dibenzosuberon, 4-Morpholinobenzophenon, 4-Morpholinodeoxybenzoin, p-Diacetylbenzol, 4-Amino- benzophenon, 4'-Methoxyacetophenon, ß-Methylanthrachinon, tert-Butylanthrachinon, Anthrachinoncarbonysäureester, Benzaldehyd, α-Tetralon, 9-Acetylphenanthren, 2-Acetylphenanthren, 10-Thioxanthenon, 3-Acetylphenanthren, 3-Acetylindol, 9-FIu- orenon, 1-lndanon, 1 ,3,4-Triacetylbenzol, Thioxanthen-9-on, Xanthen-9-on, 2,4-Di- methylthioxanthon, 2,4-Diethylthioxanthon, 2,4-Di-iso-propylthioxanthon, 2,4-Di- chlorthioxanthon, Benzoin, Benzoin-iso-butylether, Chloroxanthenon, Benzointetra- hydropyranylether, Benzoin-methylether, Benzoin-ethylether, Benzoin-butylether, Ben- zoin-iso-propylether, 7-H-Benzoin-methylether, Benz[de]anthracen-7-on, 1-Naph- thaldehyd, 4,4'-Bis(dimethylamino)benzophenon, 4-Phenylbenzophenon, 4-Chlorben- zophenon, Michlers Keton, 1-Acetonaphthon, 2-Acetonaphthon, 1-Benzoylcyclohexan- 1 -ol, 2-Hydroxy-2,2-dimethylacetophenon, 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon, 2,2-Diethoxy-2-phenylacetophenon, 1 ,1-Dichloracetophenon, 1-Hydroxyacetophenon, Acetophenondimethylketal, o-Methoxybenzophenon, Triphenylphosphin, Tri-o-Tolyl- phosphin, Benz[a]anthracen-7,12-dion, 2,2-Diethoxyacetophenon, Benzilketale, wie Benzildimethylketal, 2-Methyl-1 -[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1 -on, An- thrachinone wie 2-Methylanthrachinon, 2-Ethylanthrachinon, 2-tert-Butylanthra-chinon, 1-Chloranthrachinon, 2-Amylanthrachinon und 2,3-Butandion.Suitable examples include mono- or Bisacylphosphinoxide Irgacure® 819 (bis (2,4,6-tri-methylbenzoyl) phenylphosphine oxide), as described for example in EP-A 7 508, EP-A 57 474, DE-A 196 18 720, EP-A 495 751 are described or EP-A 615 980, for example, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (Lucirin ® TPO), ethyl-2,4,6-trimethylben- zoylphenylphosphinat, benzophenones, hydroxyacetophenones, phenylglyoxylic acid and its derivatives or mixtures these photoinitiators. Examples which may be mentioned are benzophenone, acetophenone, acetonaphthoquinone, methyl ethyl ketone, valerophenone, hexanophenone, α-phenylbutyrophenone, p-morpholinopropiophenone, dibenzosuberone, 4-morpholinobenzophenone, 4-morpholinodeoxybenzoin, p-diacetylbenzene, 4-aminobenzophenone, 4 ' -Methoxyacetophenone, β-methylanthraquinone, tert-butylanthraquinone, anthraquinone-carboxylic acid ester, benzaldehyde, α-tetralone, 9-acetylphenanthrene, 2-acetylphenanthrene, 10-thioxanthenone, 3-acetylphenanthrene, 3-acetylindole, 9-fluororon, 1-indanone, 1 , 3,4-triacetylbenzene, thioxanthen-9-one, xanthen-9-one, 2,4-dimethylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-diisopropyltrioxanthone, 2,4-dichlorothioxanthone , Benzoin, benzoin isobutyl ether, chloroxanthenone, benzoin tetrahydropyranyl ether, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin butyl ether, benzoin isopropyl ether, 7-H-benzoin methyl ether, benz [de] anthracene-7 -one, 1-naphthaldehyde, 4,4'-bis (dimethylamino) benzophenone, 4-phenylbenzophenone, 4-chlorobenzene zophenone, Michler's ketone, 1-acetonaphthone, 2-acetonaphthone, 1-benzoylcyclohexan-1-ol, 2-hydroxy-2,2-dimethylacetophenone, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 2,2-Diethoxy-2-phenylacetophenone, 1,1-dichloroacetophenone, 1-hydroxyacetophenone, acetophenone dimethyl ketal, o-methoxybenzophenone, triphenylphosphine, tri-o-tolylphosphine, benz [a] anthracene-7,12-dione, 2, 2-diethoxyacetophenone, benzil ketals such as benzil dimethyl ketal, 2-methyl-1 - [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one, anthraquinones such as 2-methylanthraquinone, 2-ethylanthraquinone, 2-tert-butylanthra- quinone, 1-chloroanthraquinone, 2-amylanthraquinone and 2,3-butanedione.
Geeignet sind auch nicht- oder wenig vergilbende Photoinitiatoren vom Phenylglyoxal- säureestertyp, wie in DE-A 198 26 712, DE-A 199 13 353 oder WO 98/33761 be- schrieben.Also suitable are non-yellowing or slightly yellowing photoinitiators of the phenylglyoxalic acid ester type, as described in DE-A 198 26 712, DE-A 199 13 353 or WO 98/33761.
Unter den genannten Photoinitiatoren sind Phosphinoxide, α-Hydroxyketone und Ben- zophenone bevorzugt.Among the photoinitiators mentioned, phosphine oxides, α-hydroxyketones and benzophenones are preferred.
Insbesondere können auch Gemische verschiedener Photoinitiatoren verwendet werden.In particular, mixtures of different photoinitiators can be used.
Die Photoinitiatoren können allein oder in Kombination mit einem Photopolymerisati- onspromotor, z.B. vom Benzoesäure-, Amin- oder ähnlichem Typ verwendet werden.The photoinitiators may be used alone or in combination with a photopolymerization onspromotor, e.g. benzoic, amine or similar type.
Weiterhin können neben den Photoinitiatoren noch weitere lacktypische Additive zugesetzt werden, beispielsweise Antioxidantien, Oxidationsinhibitoren, Stabilisatoren, Aktivatoren (Beschleuniger), Füllmittel, Pigmente, Farbstoffe, Entgasungsmittel, Glanzmittel, antistatische Agentien, Flammschutzmittel, Verdicker, thixotrope Agentien, Ver- laufshilfsmittel, Bindemittel, Antischaummittel, Duftstoffe, oberflächenaktive Agentien, Viskositätsmodifikatoren, Weichmacher, Plastifizierer, klebrigmachende Harze (Tacki- fier), Chelatbildner oder Verträglichkeitsmittel (compatibilizer) verwendet werden.In addition to the photoinitiators, further typical coatings additives can be added, for example antioxidants, oxidation inhibitors, stabilizers, activators (accelerators), fillers, pigments, dyes, degassing agents, brighteners, antistatic agents, flame retardants, thickeners, thixotropic agents, flow aids, binders, Defoamers, fragrances, surface active agents, viscosity modifiers, plasticizers, plasticizers, tackifying resins (tackifiers), chelating agents or compatibilizers.
Als Beschleuniger für die thermische Nachhärtung kann z.B. Zinnoctoat, Zinkoctoat, Dibutylzinnlaureat oder Diaza[2.2.2]bicyclooctan verwendet werden.As a post-curing accelerator, e.g. Tin octoate, zinc octoate, dibutyltin laureate or diaza [2.2.2] bicyclooctane.
Weiterhin können ein oder mehrere photochemisch und/oder thermisch aktivierbare Initiatoren zugesetzt werden, z.B. Kaliumperoxodisulfat, Dibenzoylperoxid, Cyclohexa- nonperoxid, Di-tert.-Butylperoxid, Azobis-iso-butyronitril, Cyclohexylsulfonylacetylpero- xid, Di-iso-propylpercarbonat, tert-Butylperoktoat oder Benzpinakol, sowie beispielsweise solche thermisch aktivierbare Initiatoren, die eine Halbwertszeit bei 800C von mehr als 100 Stunden aufweisen, wie Di-t-Butylperoxid, Cumolhydroperoxid, Dicumyl- peroxid, t-Butylperbenzoat, silylierte Pinakole, die z. B. unter dem Handelsnamen AD- DID 600 der Firma Wacker kommerziell erhältlich sind oder Hydroxylgruppen-haltige Amin-N-Oxide, wie 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-N-oxyl, 4-Hydroxy-2,2,6,6-Tetra- methylpiperidin-N-oxyl etc. Weitere Beispiele geeigneter Initiatoren sind in "Polymer Handbook", 2. Aufl., Wiley & Sons, New York beschrieben.It is furthermore possible to add one or more photochemically and / or thermally activatable initiators, for example potassium peroxodisulfate, dibenzoyl peroxide, cyclohexanone peroxide, di-tert-butyl peroxide, azobisisobutyronitrile, cyclohexylsulfonyl acetyl peroxide, diisopropyl percarbonate, tert-butyl peroctoate or benzopinacol, as well as, for example, those thermally activatable initiators having a half life of 80 0 C of more than 100 hours, such as di-t-butyl peroxide, cumene hydroperoxide, dicumyl peroxide, t-butyl perbenzoate, silylated pinacols, the z. B. commercially available under the trade name ADDID 600 from Wacker or hydroxyl-containing amine-N-oxides, such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, 4-hydroxy-2,2,6, 6-tetramethylpiperidine-N-oxyl etc. Further examples of suitable initiators are described in "Polymer Handbook" 2nd ed., Wiley & Sons, New York.
Als Verdicker kommen neben radikalisch (co)polymerisierten (Co)Polymerisaten, übli- che organische und anorganische Verdicker wie Hydroxymethylcellulose oder Bentoni- te in Betracht.Suitable thickeners besides free-radically (co) polymerized (co) polymers, customary organic and inorganic thickeners such as hydroxymethylcellulose or bentonites are also suitable.
Als Chelatbildner können z.B. Ethylendiaminessigsäure und deren Salze sowie ß- Diketone verwendet werden.As chelating agents, e.g. Ethylenediamine and their salts and ß-diketones are used.
Geeignete Füllstoffe umfassen Silikate, z. B. durch Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid erhältliche Silikate wie Aerosil® der Fa. Degussa, Kieselerde, Talkum, Aluminiumsilikate, Magnesiumsilikate, Calciumcarbonate etc. Da durch das erfindungsgemäße Verfahren Silikate gleichmäßig in eine Beschichtungsmasse eingetragen werden, stellt es eine bevorzugte Ausführungsform dar, keine weiteren Füllstoffe zuzugeben.Suitable fillers include silicates, e.g. For example, by hydrolysis of silicon tetrachloride available silicates such as Aerosil ® the Fa. Degussa, silica, talc, aluminum silicates, magnesium silicates, calcium carbonates etc. Since silicates are evenly introduced by the inventive method in a coating composition, it represents a preferred embodiment, no further fillers admit.
Geeignete Stabilisatoren umfassen typische UV-Absorber wie Oxanilide, Triazine und Benzotriazol (letztere erhältlich als Tinuvin® -Marken der Ciba-Spezialitätenchemie) und Benzophenone. Diese können allein oder zusammen mit geeigneten Radikalfän- gern, beispielsweise sterisch gehinderten Aminen wie 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin, 2,6-Di-tert.-butylpiperidin oder deren Derivaten, z. B. Bis-(2,2,6,6-tetra-methyl-4-pi- peridyl)sebacinat, eingesetzt werden. Stabilisatoren werden üblicherweise in Mengen von 0,1 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf die in der Zubereitung enthaltenen festen Komponenten, eingesetzt.Suitable stabilizers include typical UV absorbers such as oxanilides, triazines and benzotriazole (the latter available as Tinuvin ® grades from Ciba-Spezialitatenchemie) and benzophenones. These may be used alone or together with suitable radical scavengers, for example sterically hindered amines such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 2,6-di-tert-butylpiperidine or derivatives thereof, eg. For example, bis (2,2,6,6-tetra-methyl-4-piperidyl) sebacinate can be used. Stabilizers are usually used in amounts of 0.1 to 5.0 wt .-%, based on the solid components contained in the preparation.
Die erfindungsgemäß erhaltenen silikathaltigen Beschichtungsmassen und Lackformulierungen eignen sich besonders zum Beschichten von Substraten wie Holz, Papier, Textil, Leder, Vlies, Kunststoffoberflächen, Glas, Keramik, mineralischen Baustoffen, wie Zement-Formsteine und Faserzementplatten, oder Metallen oder beschichteten Metallen, bevorzugt von Kunststoffen oder Metallen, die beispielsweise auch als Folien vorliegen können.The silicate-containing coating compositions and coating formulations obtained according to the invention are particularly suitable for coating substrates such as wood, paper, textile, leather, fleece, plastic surfaces, glass, ceramics, mineral building materials such as cement blocks and fiber cement boards, or metals or coated metals, preferably plastics or metals, which may be present as films, for example.
Die Dicke einer solchen wie beschrieben zu härtenden Schicht kann von 0,1 μm bis mehrere mm betragen, bevorzugt von 1 bis 2.000 μm, besonders bevorzugt 5 bis 1.000 μm, ganz besonders bevorzugt von 10 bis 500 μm und insbesondere von 10 bis 250 μm.The thickness of such a layer to be cured as described may be from 0.1 μm to several mm, preferably from 1 to 2000 μm, more preferably 5 to 1000 μm, most preferably from 10 to 500 μm and in particular from 10 to 250 μm.
Weiterhin sind auch Substrate, beschichtet mit einer erfindungsgemäßen Mehrschicht- lackierung Gegenstand der vorliegenden Erfindung.Furthermore, substrates coated with a multilayer coating according to the invention are also the subject of the present invention.
Die Beschichtung der Substrate erfolgt nach üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren, wobei man wenigstens eine Beschichtungsmasse auf das zu beschichtende Substrat in der gewünschten Stärke aufbringt und die gegebenenfalls enthaltenen flüchtigen Bestandteile der Bechichtungsmasse, gegebenenfalls unter Erhitzen, entfernt. Dieser Vorgang kann optional ein- oder mehrfach wiederholt werden. Das Aufbringen auf das Substrat kann in bekannter Weise, z. B. durch Spritzen, Spachteln, Rakeln, Bürsten, Rollen, Walzen, Gießen, Laminieren, Hinterspritzen oder Coextrudie- ren erfolgen. Die Beschichtungsstärke liegt in der Regel in einem Bereich von etwa 3 bis 1.000 g/m2 und vorzugsweise 10 bis 200 g/m2.The substrates are coated by customary methods known to the person skilled in the art, at least one coating composition being applied to the substrate to be coated Apply substrate in the desired strength and the optional volatile constituents of the coating composition, optionally with heating removed. This process can optionally be repeated one or more times. The application to the substrate can in a known manner, for. Example by spraying, filling, doctoring, brushing, rolling, rolling, casting, lamination, injection molding or coextrusion done. The coating thickness is usually in a range of about 3 to 1,000 g / m 2 and preferably 10 to 200 g / m 2 .
Weiterhin wird ein Verfahren zum Beschichten von Substraten offenbart, bei dem man die Beschichtungsmasse auf das Substrat aufbringt und gegebenenfalls trocknet, mit Elektronenstrahlen oder UV Belichtung unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre oder bevorzugt unter Inertgas härtet, gegebenenfalls bei Temperaturen bis zur Höhe der Trocknungstemperatur und anschließend bei Temperaturen bis zu 1600C, bevorzugt zwischen 60 und 160 0C, thermisch behandelt.Furthermore, a method for coating substrates is disclosed, in which the coating composition is applied to the substrate and optionally dried, cured with electron beams or UV exposure under an oxygen-containing atmosphere or preferably under inert gas, optionally at temperatures up to the height of the drying temperature and then at temperatures up to to 160 0 C, preferably between 60 and 160 0 C, thermally treated.
Das Verfahren zum Beschichten von Substraten kann auch so durchgeführt werden, daß nach dem Aufbringen der Beschichtungsmasse zunächst bei Temperaturen bis zu 1600C, bevorzugt zwischen 60 und 160 °C, thermisch behandelt und anschließend mit Elektronenstrahlen oder UV Belichtung unter Sauerstoff oder bevorzugt unter Inertgas gehärtet wird.The method for coating substrates can also be carried out so that after application of the coating composition initially at temperatures up to 160 0 C, preferably between 60 and 160 ° C, thermally treated and then with electron beams or UV exposure under oxygen or preferably under inert gas is hardened.
Die Härtung der auf dem Substrat gebildeten Filme kann optional ausschließlich thermisch erfolgen. Im allgemeinen härtet man die Beschichtungen jedoch sowohl durch Bestrahlung mit energiereicher Strahlung als auch thermisch.The curing of the films formed on the substrate can optionally be carried out exclusively thermally. In general, however, the coatings are cured both by irradiation with high-energy radiation and thermally.
Die Härtung kann auch zusätzlich oder anstelle der thermischen Härtung durch NIR-Strahlung erfolgen, wobei als NIR-Strahlung hier elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 760 nm bis 2,5 μm, bevorzugt von 900 bis 1500 nm bezeichnet ist.The curing can also take place in addition to or instead of the thermal curing by NIR radiation, wherein NIR radiation here electromagnetic radiation in the wavelength range of 760 nm to 2.5 microns, preferably from 900 to 1500 nm is designated.
Gegebenenfalls kann, wenn mehrere Schichten des Beschichtungsmittels übereinander aufgetragen werden, nach jedem Beschichtungsvorgang eine thermische, NIR und/oder Strahlungshärtung erfolgen.Optionally, if several layers of the coating composition are applied to one another, thermal, NIR and / or radiation curing can take place after each coating operation.
Als Strahlungsquellen für die Strahlungshärtung geeignet sind z.B. Quecksilber-Niederdruckstrahler, -Mitteldruckstrahler mit Hochdruckstrahler sowie Leuchtstoffröhren, Impulsstrahler, Metallhalogenidstrahler, Elektronenblitzeinrichtungen, wodurch eine Strahlungshärtung ohne Photoinitiator möglich ist, oder Excimerstrahler. Die Strahlungshärtung erfolgt durch Einwirkung energiereicher Strahlung, also UV-Strahlung oder Tageslicht, vorzugsweise Licht im Wellenlängenbereich von λ=200 bis 700 nm strahlt, besonders bevorzugt von λ=200 bis 500 nm und ganz besonders bevorzugt λ=250 bis 400 nm, oder durch Bestrahlung mit energiereichen Elektronen (Elektronen- Strahlung; 150 bis 300 keV). Als Strahlungsquellen dienen beispielsweise Hochdruckquecksilberdampflampen, Laser, gepulste Lampen (Blitzlicht), Halogenlampen oder Excimerstrahler. Die üblicherweise zur Vernetzung ausreichende Strahlungsdosis bei UV-Härtung liegt im Bereich von 80 bis 3.000 mJ/cm2.Suitable radiation sources for radiation curing are, for example, low-pressure mercury lamps, medium-pressure lamps with high-pressure lamps and fluorescent tubes, pulse emitters, metal halide lamps, electronic flash devices, whereby a radiation curing without photoinitiator is possible, or Excimerstrahler. The radiation is cured by exposure to high-energy radiation, ie UV radiation or daylight, preferably light in the wavelength range of λ = 200 to 700 nm, particularly preferably from λ = 200 to 500 nm and most preferably λ = 250 to 400 nm, or by Irradiation with high-energy electrons (electron Radiation; 150 to 300 keV). The radiation sources used are, for example, high-pressure mercury vapor lamps, lasers, pulsed lamps (flash light), halogen lamps or excimer radiators. The radiation dose for UV curing, which is usually sufficient for crosslinking, is in the range from 80 to 3,000 mJ / cm 2 .
Selbstverständlich sind auch mehrere Strahlungsquellen für die Härtung einsetzbar, z.B. zwei bis vier.Of course, several radiation sources can be used for the curing, e.g. two to four.
Diese können auch in jeweils unterschiedlichen Wellenlängebereichen strahlen.These can also radiate in different wavelength ranges.
Die Bestrahlung kann bevorzugt auch unter Ausschluß von Sauerstoff, z. B. unter Inertgas-Atmosphäre, durchgeführt werden. Als Inertgase eignen sich vorzugsweise Stickstoff, Edelgase, Kohlendioxid, oder Verbrennungsgase. Des weiteren kann die Bestrahlung erfolgen, indem die Beschichtungsmasse mit transparenten Medien abgedeckt wird. Transparente Medien sind z. B. Kunststofffolien, Glas oder Flüssigkeiten, z. B. Wasser. Besonders bevorzugt ist eine Bestrahlung in der Weise, wie sie in der DE-A1 199 57 900 beschrieben ist.The irradiation may preferably also in the absence of oxygen, for. B. under inert gas atmosphere, are performed. As inert gases are preferably nitrogen, noble gases, carbon dioxide, or combustion gases. Furthermore, the irradiation can be carried out by covering the coating mass with transparent media. Transparent media are z. As plastic films, glass or liquids, eg. B. water. Particular preference is given to irradiation in the manner described in DE-A1 199 57 900.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten, wobei manAnother object of the invention is a method for coating substrates, wherein
i) ein Substrat mit einer silikathaltigen Beschichtungsmasse, wie zuvor beschrieben, beschichtet,i) coating a substrate with a silicate-containing coating composition as described above,
ii) flüchtige Bestandteile der Beschichtungsmasse zur Filmbildung unter Bedingun- gen entfernt, bei denen der Photoinitiator im wesentlichen noch keine freien Radikale ausbildet,ii) removing volatile constituents of the coating composition for film formation under conditions in which the photoinitiator does not essentially form free radicals,
iii) gegebenenfalls den in Schritt ii) gebildeten Film mit energiereicher Strahlung bestrahlt, wobei der Film vorgehärtet wird, und anschließend gegebenenfalls den mit dem vorgehärteten Film beschichteten Gegenstand mechanisch bearbeitet oder die Oberfläche des vorgehärteten Films mit einem anderen Substrat in Kontakt bringt,iii) optionally irradiating the film formed in step ii) with high energy radiation, whereby the film is precured, then optionally mechanically working the precured film coated article or contacting the surface of the precured film with another substrate,
iv) dem Film thermisch oder mit NIR-Strahlung endhärtetiv) the film cures thermally or with NIR radiation
Dabei können die Schritte iv) und iii) auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt, d. h. der Film kann zuerst thermisch oder per NIR-Strahlung und dann mit energiereicher Strahlung gehärtet werden.In this case, the steps iv) and iii) can also be performed in reverse order, d. H. The film may first be cured thermally or by NIR radiation and then with high energy radiation.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Silikatpartikel in organischen Beschichtungsmassen feinzuverteilen und dafür lediglich einen geringen Anteil an organischem Lösungsmittel aufzuwenden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind Silikatpartikel mit einfachen Mitteln gleichmäßig und ohne nennenswerte Aggregation der Partikel in Beschichtungsmassen einbringbar. Dies führt bei den fertigen Beschich- tungsmassen zu einer im sichtbaren Bereich nahezu vollständigen Transparenz und sogar zu einer erhöhten Kratzbeständigkeit. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist der Viskositätsanstieg der erhaltenen Beschichtungsmassen geringer ausgeprägt als nach vergleichbaren Verfahren des Standes der Technik.With the method according to the invention, it is possible to finely distribute silicate particles in organic coating compositions and to spend only a small amount of organic solvent. By the method according to the invention are Silicate particles with simple means evenly and without significant aggregation of the particles in coating materials can be introduced. In the case of the finished coating compositions, this leads to almost complete transparency in the visible range and even to increased scratch resistance. By the method according to the invention, the viscosity increase of the resulting coating compositions is less pronounced than according to comparable prior art processes.
BeispieleExamples
Beispiel 1 :Example 1 :
In einem Kolben wurden 10 g vollentsalztes Wasser und 10 ml 2-Propanol vorgelegt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 10 g eines basischen Kieselsäuresols mit einem Siθ2-Feststoffanteil von 30 Gew.-% und einer mittleren Partikelgröße von 9 nm (Levasil® 300, HCStark GmbH, Leverkusen, Deutschland) zugegeben. Anschließend wurde so viel Schwefelsäure zugetropft bis sich ein pH-Wert von 3,0 einstellte. Zu der Mischung wurden, ebenfalls unter Rühren, 0,90 g 3-(Methacryloxy)propyl- trimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt. Anschließend wurde die Suspension mit 110 g 2-Propanol, 3 g ethoxyliertem Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,05 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft (Stickstoff-Luft- Gemisch mit ca. 6 Vol% Sauerstoffgehalt) bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Beschichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, deren Wassergehalt kleiner 0,5 Gew.-% ist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 2,08 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 S"1.In a flask, 10 g of deionized water and 10 ml of 2-propanol were introduced. With stirring, 10 g of a basic silica sol having a SiO 2 solids content of 30% by weight and an average particle size of 9 nm (Levasil® 300, HC Stark GmbH, Leverkusen, Germany) were added to the mixture. Subsequently, so much sulfuric acid was added dropwise until a pH of 3.0 was established. 0.90 g of 3- (methacryloxy) were added to the mixture, also with stirring, propyl trimethoxysilane was added and stirred the reaction solution for 24 h at 25 0 C. Subsequently, the suspension was admixed with 110 g of 2-propanol, 3 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.05 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatile constituents were removed while passing through a small amount of lean air (nitrogen-air mixture with about 6% by volume oxygen content) at 50 ° C. and under reduced pressure (130 mbar). There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, whose water content is less than 0.5 wt .-% and which is storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 2.08 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 S -1 .
Beispiel 2:Example 2:
In einem Kolben wurden 10 g vollentsalztes Wasser und 10 ml 2-Propanol vorgelegt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 10 g eines basischen Kieselsäuresols mit einem Siθ2-Feststoffanteil von 30 Gew.-% und einer mittleren Partikelgröße von 9 nm (Levasil® 300, HCStark GmbH, Leverkusen, Deutschland) zugegeben. Anschließend wurde so viel Schwefelsäure zugetropft bis sich ein pH-Wert von 3,0 einstellte. Zu der Mischung wurden, ebenfalls unter Rühren, 0,77 g 3-(Methacryloxy)propyl- trimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt. Anschließend wurde die Suspension mit 110 g 2-Propanol, 3 g ethoxyliertem Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,05 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Be- schichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, deren Wassergehalt kleiner 0,5 Gew.-% ist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Be- schichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 4,64 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 1250 S"1.In a flask, 10 g of deionized water and 10 ml of 2-propanol were introduced. With stirring, 10 g of a basic silica sol having a SiO 2 solids content of 30% by weight and an average particle size of 9 nm (Levasil® 300, HC Stark GmbH, Leverkusen, Germany) were added to the mixture. Subsequently, so much sulfuric acid was added dropwise until a pH of 3.0 was established. 0.77 g of 3- (methacryloxy) were added to the mixture, also with stirring, propyl trimethoxysilane was added and stirred the reaction solution for 24 h at 25 0 C. Subsequently, the suspension was admixed with 110 g of 2-propanol, 3 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.05 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatile constituents were passed through at 50 ° C. and below with sparse lean air reduced pressure (130 mbar) away. This gave a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, the water content of which was less than 0.5% by weight and which was storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 4.64 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 1250 S -1 .
Beispiel 3:Example 3:
In einem Becherglas wurden 50 g eines basischen Kieselsäuresols mit einem SiC"2- Feststoffanteil von 30 Gew.-% und einer mittleren Partikelgröße von 13 nm (Ludox® HS 30, Grace GmbH & Co. KG, Worms, Deutschland) mit 8 g eines stark sauren kationischen lonentauschers (Amberjet® 1200(H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Deutschland) versetzt, 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, wobei sich ein pH-Wert von 2,0 einstellte, und der lonentauscher im Anschluß durch Filtration entfernt wurde.In a beaker, 50 g of a basic silica sol having a SiC "2 solids content of 30 wt .-% and an average particle size of 13 nm (Ludox® HS 30, Grace GmbH & Co. KG, Worms, Germany) with 8 g of a strongly acidic cationic ion exchanger (Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, whereby a pH value of 2.0, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration ,
In einem Kolben wurden 20 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols mit 20 ml 2-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 0,83 g 3- (Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt. Anschließend wurde die Suspension mit 132 g 2-Propanol, 6 g ethoxyliertem Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,1 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Be- Schichtungsmasse mit einem SiC"2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,6 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 2,64 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 s"1.In a flask, 20 g of the silicic acid sol acidified by means of ion exchange were mixed with 20 ml of 2-propanol. 0.83 g of 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane were added to the mixture with stirring and the reaction solution for 24 h at 25 0 C is stirred. Subsequently, the suspension was admixed with 132 g of 2-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). A flowable, transparent coating composition having a SiC "2 solids content of 48%, which has a water content of 0.6% by weight and which is storable for at least 3 months, was obtained The coating composition had a Brookfield viscosity of 2 , 64 Pa * s, measured at the cone-plate viscometer at 23 0 C, with a shear rate of 2500 s " 1 .
Beispiel 4:Example 4:
In einem Becherglas wurden 50 g eines basischen Kieselsäuresols mit einem SiÜ2- Feststoffanteil von 40 Gew.-% und einer mittleren Partikelgröße von 19 nm (Ludox® TM 40, Grace GmbH & Co. KG, Worms, Deutschland) mit 10 g eines stark sauren kationischen lonentauschers (Amberjet® 1200(H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Deutschland) versetzt, 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, wobei sich ein pH-Wert von 2,0 einstellte, und der lonentauscher im Anschluß durch Filtration entfernt wurde. In einem Kolben wurden 20 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols mit 20 ml 2-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 0,49 g 3- (Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt.In a beaker, 50 g of a basic silica sol having a SiO 2 solids content of 40 wt .-% and a mean particle size of 19 nm (Ludox® TM 40, Grace GmbH & Co. KG, Worms, Germany) with 10 g of a strongly acidic cationic ion exchanger (Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, whereby a pH value of 2.0, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration. In a flask, 20 g of the silicic acid sol acidified by means of ion exchange were mixed with 20 ml of 2-propanol. To the mixture was added 0.49 g with stirring. (Methacryloxy) propyltrimethoxysilane was added and the reaction solution for 24 h at 25 0 C stirred.
Anschließend wurde die Suspension mit 132 g 2-Propanol, 8 g ethoxyliertem Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,1 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Be- schichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 49 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,4 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 2,24 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 s"1.Subsequently, the suspension was admixed with 132 g of 2-propanol, 8 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). A flowable, transparent coating composition with a SiO 2 solids content of 49% was obtained, which has a water content of 0.4% by weight and which is storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 2.24 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
Beispiel 5:Example 5:
In einem Becherglas wurden 1000 g eines basischen Kieselsäuresols mit einem SiC"2- Feststoffanteil von 30 Gew.-% und einer mittleren Partikelgröße von 15 nm (Levasil® 200, HCStark GmbH, Leverkusen, Deutschland) mit 100 g eines stark sauren kationischen lonentauschers (Amberjet® 1200(H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Deutschland) versetzt, 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, wobei sich ein pH-Wert von 2,3 einstellte, und der lonentauscher im Anschluß durch Filtration entfernt.In a glass beaker, 1000 g of a basic silica sol having a SiC "2 solids content of 30% by weight and an average particle size of 15 nm (Levasil® 200, HCStark GmbH, Leverkusen, Germany) with 100 g of a strongly acidic cationic ion exchanger ( Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, with a pH of 2.3, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration.
In einem Kolben wurden 20 g dieses mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols mit 20 ml 2-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 0,83 g 3- (Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt.In a flask, 20 g of this by means of ion exchange acidified silica sol with 20 ml of 2-propanol were added. 0.83 g of 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane were added to the mixture with stirring and the reaction solution for 24 h at 25 0 C is stirred.
Anschließend wurde die Suspension mit 132 g 2-Propanol, 6 g ethoxyliertem Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,1 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Beschichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,2 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 1 ,36 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 S"1.Subsequently, the suspension was admixed with 132 g of 2-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.2 wt .-% and which is storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 1.36 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
Beispiel 6:Example 6:
In einem Kolben wurden 20 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols (Levasil® 200, Beispiel 5) mit 20 ml 2-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden un- ter Rühren 0,66 g 3-(Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt. Anschließend wurde die Suspension mit 132 g 2-Propanol, 6 g ethoxyliertem Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,1 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Be- schichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,2 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 1 ,40 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 s"1.In a flask, 20 g of the silicic acid sol acidified by means of ion exchange (Levasil® 200, Example 5) were admixed with 20 ml of 2-propanol. To the mixture, 0.66 g of 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane were added un- ter stirring, and stirring the reaction solution for 24 h at 25 0 C. Subsequently, the suspension was admixed with 132 g of 2-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). A flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.2% by weight and which is storable for at least 3 months, was obtained. The coating composition had a Brookfield viscosity of 1.40 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
Vergleichsbeispiel 1 :Comparative Example 1
In einem Kolben wurden 20 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols (Levasil® 200, Beispiel 5) mit 20 ml 2-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden un- ter Rühren 0,63 g Vinyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt.In a flask, 20 g of the silicic acid sol acidified by means of ion exchange (Levasil® 200, Example 5) were admixed with 20 ml of 2-propanol. 0.63 g of vinyltrimethoxysilane was added to the mixture un- ter stirring, and stirring the reaction solution for 24 h at 25 0 C.
Anschließend wurde die Suspension mit 175 g 2-Propanol, 6 g ethoxyliertem Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,1 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchti- gen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine feste, nicht fließfähige, aber transparente Beschichtungsmasse mit einem SiCVFeststoffgehalt von 48 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,2 Gew.-% aufweist.Subsequently, the suspension was admixed with 175 g of 2-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatile components were removed under gen passage of little lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). A solid, non-flowable but transparent coating composition having a SiCV solids content of 48% and having a water content of 0.2% by weight was obtained.
Beispiel 7:Example 7:
In einem Kolben wurden 200 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols (Levasil® 200, Beispiel 5) mit 200 ml 1-Propanol versetzt. Zu der Mischung wur- den unter Rühren 4,90 g 3-(Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt.In a flask 200 g of 1-propanol 200 g of acidified by means of ion exchange silica sol (Levasil® 200, Example 5) were added. Wur- the 4.90 g of 3- stirring (methacryloxy) propyltrimethoxysilane was added and stirred the reaction solution for 24 h at 25 0 C to the mixture.
Anschließend wurde die Suspension mit 300 g 1-Propanol, 60 g ethoxyliertem Tri- methylolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 2,0 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Beschichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 47 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,2 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 1 ,30 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 5000 S"1.Subsequently, the suspension was admixed with 300 g of 1-propanol, 60 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 2.0 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 47%, which has a water content of 0.2 wt .-% and which is storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 1.30 Pa * s, measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 5000 s -1 .
Beispiel 8: In einem Kolben wurden 170 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäure- sols (Levasil® 200, Beispiel 5) mit 170 ml 1-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 7,00 g 3-(Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt.Example 8: 170 g of 1-propanol were added to 170 g of the acidic acid solution (Levasil® 200, Example 5) acidified by means of ion exchange. 7.00 g of 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane were added to the mixture with stirring and the reaction solution for 24 h at 25 0 C is stirred.
Anschließend wurde die Suspension mit 260 g 1-Propanol, 51 g Trimethylolpropantri- acrylat (Laromer® TMPTA, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 1 ,7 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® TMPTA versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermin- dertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Beschich- tungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,3 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschich- tungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 2,46 Pa*s auf, gemessen am Kegel- Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 S"1.Subsequently, the suspension was admixed with 260 g of 1-propanol, 51 g of trimethylolpropane triacrylate (Laromer® TMPTA, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 1.7 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® TMPTA. The volatiles were removed under passage of little lean air at 50 0 C and under vermin- dertem pressure (130 mbar). A flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.3% by weight and which is storable for at least 3 months, was obtained. The coating composition had a Brookfield viscosity of 2.46 Pa * s, measured on the cone and plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
Beispiel 9:Example 9:
In einem Kolben wurden 20 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols (Levasil 200, Beispiel 5) mit 20 ml 2-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 0,83 g 3-(Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt.In a flask, 20 g of the silicic acid sol acidified by means of ion exchange (Levasil 200, Example 5) were admixed with 20 ml of 2-propanol. 0.83 g of 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane were added to the mixture with stirring and the reaction solution for 24 h at 25 0 C is stirred.
Anschließend wurde die Suspension mit 175 g 2-Propanol, 6 g alkoxyliert.es Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® PO 33 F, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,1 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® PO 33 F versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Beschichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,2 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 1 ,92 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 S"1.The suspension was then alkoxylated with 175 g of 2-propanol, 6 g of trimethylolpropane triacrylate (Laromer® PO 33 F, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® PO 33 F offset. The volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.2 wt .-% and which is storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 1.92 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
Beispiel 10:Example 10:
In einem Kolben wurden 20 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols (Levasil® 200, Beispiel 5) mit 20 ml 1-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 0,73 g 2-Methylpropyltriethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt.In a flask, 20 g of the silicic acid sol acidified by means of ion exchange (Levasil® 200, Example 5) were admixed with 20 ml of 1-propanol. 0.73 g of 2-methylpropyltriethoxysilane were added to the mixture while stirring, and the reaction solution was stirred at 25 ° C. for 24 h.
Anschließend wurde die Suspension mit 30 g 1-Propanol, 6 g ethoxyliertem Trimethy- lolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 0,1 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Be- Schichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,2 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 2,08 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 S"1.Subsequently, the suspension was admixed with 30 g of 1-propanol, 6 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 0.1 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). It was a flowable, transparent Be Stratified material having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.2 wt .-% and which is storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 2.08 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 S -1 .
Beispiel 1 1 :Example 1 1:
In einem Becherglas wurden 100 g eines basischen Kieselsäuresols mit einem SiÜ2- Feststoffanteil von 30 Gew.-% und einer mittleren Partikelgröße von 9 nm (Levasil 300, HCStark GmbH, Leverkusen, Deutschland) mit 30 g eines stark sauren kationischen lonentauschers (Amberjet 1200(H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Deutschland) versetzt, 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, wobei sich ein pH- Wert von 2,3 einstellte, und der lonentauscher im Anschluß durch Filtration entfernt. In einem Kolben wurden 100 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäure- sols mit 100 ml 2-Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 6,18 g 3- (Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 24 h bei 25 0C nachgerührt.100 g of a basic silica sol having a SiO 2 solids content of 30% by weight and an average particle size of 9 nm (Levasil 300, HCStark GmbH, Leverkusen, Germany) were mixed with 30 g of a strongly acidic cationic ion exchanger (Amberjet 1200 (FIG. H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, with a pH of 2.3, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration. In a flask, 100 g of the silicic acid acidified by means of ion exchange were mixed with 100 ml of 2-propanol. 6.18 g of 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane were added to the mixture with stirring and the reaction solution for 24 h at 25 0 C is stirred.
Anschließend wurde die Suspension mit 700 g 2-Propanol, 30 g ethoxyliertem Tri- methylolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland) und 1 ,0 g einer 10 %igen Lösung von 4-Methoxyphenol in Laromer® 8863 versetzt. Die flüchtigen Bestandteile wurden unter Durchleitung von wenig Magerluft bei 50 0C und unter vermindertem Druck (130 mbar) entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Beschichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 48 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,3 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfähig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 2,80 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 2500 s"1.Subsequently, the suspension was admixed with 700 g of 2-propanol, 30 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) and 1.0 g of a 10% solution of 4-methoxyphenol in Laromer® 8863. The volatiles were removed while passing through a small amount of lean air at 50 0 C and under reduced pressure (130 mbar). There was obtained a flowable, transparent coating composition having a SiO 2 solids content of 48%, which has a water content of 0.3 wt .-% and which is storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 2.80 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 2500 s -1 .
Beispiel 12:Example 12:
In einem Becherglas wurden 300 g eines basischen Kieselsäuresols mit einem SiC"2- Feststoffanteil von 40 Gew.-% und einer mittleren Partikelgröße von 15 nm (Levasil® 200, HCStark GmbH, Leverkusen, Deutschland) mit 30 g eines stark sauren kationischen lonentauschers (Amberjet® 1200(H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Deutschland) versetzt, 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, wobei sich ein pH-Wert von 2,4 einstellte, und der lonentauscher im Anschluß durch Filtration entfernt.300 g of a basic silica sol with a SiC "2 solids content of 40% by weight and an average particle size of 15 nm (Levasil® 200, HCStark GmbH, Leverkusen, Germany) were mixed with 30 g of a strongly acidic cationic ion exchanger in a glass beaker ( Amberjet® 1200 (H), Sigma Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Germany), stirred for 30 minutes at room temperature, with a pH of 2.4, and the ion exchanger was subsequently removed by filtration.
In einem 750 ml Miniplant-Reaktor mit Thermostat, Impellerrührer und Wellenbrecher wurden 250 g des mittels lonentauscher angesäuerten Kieselsäuresols mit 250 ml 1- Propanol versetzt. Zu der Mischung wurden unter Rühren 13,75 g 3-In a 750 ml Miniplant reactor with thermostat, impeller and breakwater 250 g of acidified by means of ion exchanger silica sol with 250 ml of 1-propanol were added. 13.75 g of 3 were added to the mixture with stirring.
(Methacryloxy)propyltrimethoxysilan zugegeben und die Reaktionslösung für 18 h bei 25 0C nachgerührt. Anschließend wurde die Suspension mit 250 ml 1-Propanol, 1 10 g ethoxyliertem Tri- methylolpropantriacrylat (Laromer® 8863, BASF, Ludwigshafen, Deutschland), 0,125 g 4-Methoxyphenol und 0,5 g Triphenylphosphit versetzt.(Methacryloxy) propyltrimethoxysilane was added and the reaction solution for 18 h at 25 0 C stirred. Subsequently, the suspension was admixed with 250 ml of 1-propanol, 1 10 g of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Laromer® 8863, BASF, Ludwigshafen, Germany), 0.125 g of 4-methoxyphenol and 0.5 g of triphenyl phosphite.
Die flüchtigen Bestandteile wurden bei Temperaturen von 45 0C (100 mbar) bis 70 0C (50 mbar) und unter vermindertem Druck entfernt. Es wurde eine fließfähige, transparente Beschichtungsmasse mit einem Siθ2-Feststoffgehalt von 46 % erhalten, die einen Wassergehalt von 0,1 Gew.-% aufweist und die für mindestens 3 Monate lagerfä- hig ist. Die Beschichtungsmasse wies eine Brookfield Viskosität von 0,96 Pa*s auf, gemessen am Kegel-Platten-Viskosimeter bei 23 0C, mit einer Schergeschwindigkeit von 5000 s-1.The volatiles were removed at temperatures of 45 0 C (100 mbar) to 70 0 C (50 mbar) and under reduced pressure. A flowable, transparent coating composition with a SiO 2 solids content of 46% was obtained, which has a water content of 0.1% by weight and which is storable for at least 3 months. The coating composition had a Brookfield viscosity of 0.96 Pa * s, as measured on the cone-plate viscometer at 23 ° C., with a shear rate of 5000 s -1 .
Anwendungsbeispiel 1 (Vergleich):Application Example 1 (Comparison):
Laromer® LR 8863 abgemischt mit 4 Gew.-% Irgacure® 184 (Photoinitiator, Firma Ci- ba Spezialitätenchemie) wird mit einem Kastenrakel auf Bonderblech Typ 26 S 60 O C (Firma Chemmetall) 30 μm dick appliziert und 2 mal unter einer UV-Laboranlage (Firma IST) (1 Quecksilbermitteldrucklampe mit 120 W/cm) bei einer Bandgeschwindigkeit von 10m/min gehärtet.Laromer® LR 8863 blended with 4% by weight Irgacure® 184 (photoinitiator, Ciba Spezialitatenchemie) is applied with a box doctor blade on bonder plate type 26 S 60 OC (Chemmetall) 30 microns thick and twice under a UV laboratory system (Company IST) (1 mercury medium pressure lamp with 120 W / cm) cured at a belt speed of 10m / min.
Nach 24 Stunden Lagerung unter Normklimabedingungen wird die Kratzbeständigkeit bestimmt. Die Verkratzung erfolgt durch einen mit einem Scheuervlies der Fläche 2,5*2,5 cm (Scotchbrite 7448 Typ S ultrafine, Firma 3M ) beschichteten Hammer (Gewicht 500g ) der in 10 bzw. 50 Doppelhüben über die Lackierung ohne zusätzliche Ge- wichtsbelastung geführt wird. Die durch die Verkratzung unterschiedliche Vermattung im Verhältnis zum unbelasteten Lackfilm wird mit einem Glanzmessgerät (Mikro TRI- Gloss, Firma Byk Gardener) bei einem Messwinkel von 20 Grad gemessen. Gefunden werden 56% (10 Doppelhübe) und 64 % (50 Doppelhübe) Glanzverlust.After 24 hours of storage under standard climatic conditions, the scratch resistance is determined. Scratching takes place by means of a hammer coated with a scrubbing fleece of the area 2.5 * 2.5 cm (Scotchbrite 7448 type S ultrafine, company 3M) (weight 500 g) which is passed over the coating in 10 or 50 double strokes without additional weight load becomes. The different matting in relation to the unloaded paint film due to the scratching is measured with a gloss meter (Mikro TRI-Gloss, Byk Gardener) at a measuring angle of 20 degrees. 56% (10 double strokes) and 64% (50 double strokes) are lost.
Beschichtungsbeispiel 1 :Coating Example 1
Analog dem Anwendungsbeispiel 1 wird das entsprechend Beispiel 7 hergestellte Siθ2-modifizierte Produkt anstelle Laromer® LR 8863 eingesetzt. Die mit dieser Be- Schichtungsmasse beschichteten Substrate zeigen einen Glanzverlust von 6 % (10 Doppelhübe) und 11 % (50 Doppelhübe). Analogously to Application Example 1, the SiO 2 -modified product prepared according to Example 7 is used instead of Laromer® LR 8863. The coated with this coating compound substrates show a loss of gloss of 6% (10 double strokes) and 11% (50 double strokes).

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von silikathaltigen organischen Beschichtungsmas- sen, umfassend die Schritte - Versetzen eines wäßrigen Kieselsols (K) mit einem mittleren Partikeldurch- messer von 5 bis 150 nm mit einem Gehalt an Kieselsäure, berechnet als SiO2, von 10 bis 60 Gew% mit einem pH-Wert von 2 bis 4 mit der 0 bis 10- fachen Menge an Wasser (bezogen auf den eingesetzten Gehalt an SiO2) und der 0,1 bis 20-fachen Menge (bezogen auf den eingesetzten Gehalt an SiO2) bei einer Temperatur von 10 bis 60 0C an mindestens einem organischen Lösungsmittel (L), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethanol, 1- Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-2-propanol , 1-Chlor-2- Propanol, Cyclopentanol, Cyclohexanol, 1 ,4-Dioxan, Tetrahydrofuran, 1- Methoxy-2-propanol, 1-Ethoxy-2-propanol, 2-Ethoxyethanol, 2-Methyl-2- propanol, 2-Methoxyethanol, Dimethylformamid, Acetonitril und Aceton,1. A process for the preparation of silicate-containing organic Beschichtungsmas- sen, comprising the steps - adding an aqueous silica sol (K) having an average particle diameter of 5 to 150 nm with a silica content, calculated as SiO 2 , from 10 to 60 wt % with a pH of 2 to 4 with 0 to 10 times the amount of water (based on the SiO 2 content used) and 0.1 to 20 times the amount (based on the SiO 2 content used) at a temperature of 10 to 60 ° C. on at least one organic solvent (L) selected from the group consisting of ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, 1-chloro-2-propanol, cyclopentanol, cyclohexanol, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 2-ethoxyethanol, 2-methyl-2-propanol, 2- Methoxyethanol, dimethylformamide, acetonitrile and acetone,
- mindestens einer Verbindung (S), die mindestens eine mindestens einfach alkoxylierte Silylgruppe und mindestens eine Gruppe aufweist, die reaktiv gegenüber der organischen Beschichtungsmasse ist, in einer Menge von 0,1 bis 20 μmol (S) pro m2 Oberfläche von (K), sowie - gegebenenfalls weiterem Lösungsmittel (L),at least one compound (S) which has at least one at least monoalkoxylated silyl group and at least one group which is reactive with the organic coating composition, in an amount of from 0.1 to 20 μmol (S) per m 2 surface area of (K) , and optionally further solvent (L),
- Versetzen des so erhaltenen Gemisches mit der organischen Beschichtungsmasse und- placing the mixture thus obtained with the organic coating composition and
- zumindest teilweiser Destillation des organischen Lösungsmittels (L).- At least partial distillation of the organic solvent (L).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte organische Lösungsmittel (L) mit Wasser unter den Bedingungen der Destillation ein Azeotrop bildet.2. The method according to claim 1, characterized in that the organic solvent used (L) forms an azeotrope with water under the conditions of distillation.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die reaktiven Gruppen der Verbindung (S) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Epoxy-, Amino-, Säure-, Hydroxy-, isocyanat- und radikalisch polymerisierbaren Gruppen.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reactive groups of the compound (S) are selected from the group consisting of epoxy, amino, acid, hydroxy, isocyanate and radically polymerizable groups.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (S) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 3-4. The method according to claim 3, characterized in that the compound (S) is selected from the group consisting of 3
(Methacryloxy)propyltrimethoxysilan, 3-Acryloxypropyltrimethoxysilan, 3- (Methacryloxy)propyltriethoxysilan, 3-(Methacryloxy) propylmethyldimethoxysi- lan, 3-(Methacryloxy)methyltriethoxysilan, 3-(Methacryloxy)- methyl(methyl)dimethoxysilan und 3- (Methacryloxy)methyl(methyl)diethoxysilan. (Methacryloxy) propyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3- (methacryloxy) propyltriethoxysilane, 3- (methacryloxy) propylmethyldimethoxysilane, 3- (methacryloxy) methyltriethoxysilane, 3- (methacryloxy) methyl (methyl) dimethoxysilane, and 3- (methacryloxy) methyl (methyl) diethoxysilane.
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß pH des Reaktionsgemischs von der Zugabe des organischen Lösungsmittels (L) bis zum Ende der Destillation weniger als 5 beträgt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that pH of the reaction mixture from the addition of the organic solvent (L) until the end of the distillation is less than 5.
6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Beschichtungsmasse eine Viskosität von nicht mehr als 4000 mPas aufweist.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the organic coating material has a viscosity of not more than 4000 mPas.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß es sich bei der organischen Beschichtungsmasse um Komponenten für ein- oder zweikomponentige Polyurethanlacke, Epoxyharze, Melamin- Formaldehyd-Harze oder um strahlungshärtbare Verbindungen handelt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized marked, that it is the organic coating material components for one- or two-component polyurethane coatings, epoxy resins, melamine-formaldehyde resins or radiation-curable compounds.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der organischen Beschichtungsmasse um eine strahlungshärtbare Verbindungen handelt, dadurch gekennzeichnet, daß man der Beschichtungsmasse mindestens einen Inhibitor gegen eine radikalische Polymerisation zusetzt.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the organic coating composition is a radiation-curable compounds, characterized in that the coating composition is added at least one inhibitor against a radical polymerization.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Inhibitor min- destens ein aerober Inhibitor enthalten ist.9. The method according to claim 8, characterized in that as inhibitor at least one aerobic inhibitor is contained.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschichtungsmasse mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Kontakt bringt.10. The method according to claim 9, characterized in that one brings the coating composition with an oxygen-containing gas in contact.
1 1. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhibitor ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydrochinonmonomethylether, Tetramethyl-piperidin-N-oxyl, Phenothiazin und Triphenylphosphit .1 1. A method according to claim 8, characterized in that the inhibitor is selected from the group consisting of hydroquinone monomethyl ether, tetramethyl-piperidine-N-oxyl, phenothiazine and triphenyl phosphite.
12. Verfahren zur Beschichtung von Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß man eine nach einem der Ansprüche 8 bis 11 erhaltene silikatpartikelhaltige12. A process for coating substrates, characterized in that one obtained according to one of claims 8 to 11 silicate particle-containing
Beschichtungsmasse mit mindestens einem Photoinitiator und gegebenenfalls weiteren lacktypischen Additiven versetzt, auf ein Substrat aufbringt und bevorzugt unter Inertgas mit UV-Strahlung belichtet.Coating composition with at least one photoinitiator and optionally further typical paint additives added, applied to a substrate and preferably exposed under inert gas with UV radiation.
13. Verwendung von Beschichtungsmassen erhalten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Beschichten von Substraten. 13. Use of coating compositions obtained according to one of claims 1 to 11 for coating substrates.
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