Verwendung von Wachsmischungen für Lacke
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Metallocenwachsen, deren Oxidaten und deren Abmischungen mit weiteren Wachsen, sowie der entsprechenden Micronisate für Lacke.
Bei der Herstellung von Lacken werden Wachse im allgemeinen in einer Konzentration von 0,01-10% zugeben. Es handelt sich dabei um PE-Wachse, PTFE-Wachse, PP-Wachse, Amidwachse, FT-Paraffine, Montanwachse, natürliche Wachse, makro- und mikrokristalline Paraffine, Polyethylencopolymere, Sorbitanester und Metallocenwachse, sowie deren Abmischungen, wie in EP-A-0 890619 offenbart. Die Abmischungen können in unterschiedlichen Kombinationen, sowohl als Pulver- wie auch als Schmelzmischungen vorliegen.
Diese Wachse werden als Schuppen, Granulate, Pulver, Dispersionen, Emulsionen oder als Mikronisate zugegeben, wobei die bevorzugte Einsatzform als fein mikronisiertes Pulver mit Korngrößen bis 4 μm in DV50-Wert angesehen werden kann. (DV5o-Wert: 50% der Wachspartikel sind kleiner oder gleich 4 μm). Diese Wachse werden eingesetzt, um folgende Wirkungen bei den Lacken zu erzielen:
- bessere Kratzfestigkeit - besser Abriebfestigkeit
- bessere Dispergierung von Pigmenten
- bessere Pigmentstabilität
- Verbesserung des Absetzneigung
- Verbesserung der Redispergierung von Pigmenten - Orientierungswirkstoff bei Effektpigmenten
- eine gute Mattierung
- einen guten Griff
- Verbesserung des Gleitverhaltens
- Verbesserung des Metallmarkings
- gute Einarbeitung von Effektpigmenten zu erreichen
- Beeinflussung der Theologischen Eigenschaften
- bessere Blockfestigkeit - bessere Schleifbarkeit
- Entgasungsadditiv bei Pulverlacke
- Additiv zur Durchsatzerhöhung in Pulverlacken.
Diese Wachsadditive können in allen Lacksystemen verwendet werden (z.B. Iow solids, medium solids, high solids, lösemittelbasierende Lacke, wässrige oder wasseπ/erdünnbare Lacke, Pulverlacke, physikalisch trocknende Beschichtungssysteme, chemisch härtende Besen ichtungsstoffe, sowie strahlenhärtende Beschichtungsstoffe, wie z.B. UV-Lacke).
Da reine Polyethylenwachse und Metallocenwachse nicht in allen Lacksystemen, besonders nicht in wässrigen Systemen, verwendet werden können, werden auch Wachsoxidate eingesetzt.
Da die einzelnen Wachsarten unterschiedliche Wirkungen in den Lacken zeigen, werden bevorzugt Wachsmischungen zwischen PE-Wachsen, PTFE-Wachsen, PP-Wachsen, Amidwachsen, FT-Paraffinen, Montanwachsen, natürliche Wachsen, makro- und mikrokristallinen Paraffinen, Polyethylencopolymeren, Sorbitanestern und Metallocenwachsen eingesetzt, um die oben genannten Wirkungen miteinander zu kombinieren und entsprechende Verbesserungen bei Lacken zu erzielen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, solche Wachsmischungen für die Verwendung in Lacken zu finden, die besonders viele der oben angeführten Wirkungen zeigen. Überraschenderweise zeigten die Mischungen mit Metallocenwachsen die auffälligsten Verbesserungen. Besonders ist bei diesen Mischungen die Mahlbarkeit für die Herstellung von Wachsmikronisaten verbessert, d.h. die Ausbeuten sind erhöht.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von der Wachsen welche nach dem Metallocenverfahren hergestellt wurden, ist deren leichtere Mahlbarkeit, weshalb hier weniger Hilfsstoffe verbraucht werden als bei Wachsmischungen mit Wachsen, welche beispielsweise mit dem Ziegler-Natta-Verfahren hergestellt wurden.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Mischungen von Wachsen, welche
a) ein mittels Metallocenkatalyse hergestelltes Homo- oder Copolymerisat von C2-Ci8-σ-Olefinen, sowie Abbauwachse hergestellt aus mittels Metallocenkatalyse produzierten Polyolefinen höherer Kettenlänge,
sowie als Hilfsstoffe ein oder mehrere andere Wachse ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
b) PE-Wachsen, c) PTFE-Wachsen, d) PP-Wachsen, e) Amidwachsen, f) FT-Paraffinen, g) Montanwachsen, h) natürliche Wachsen, i) makro- und mikrokristallinen Paraffinen, j) polare Polyolefinwachse, oder k) Sorbitanestern,
I) Polyamide, m) Polyolefine, n) PTFE, o) Netzmittel,
P) Silikate
enthalten, zur Verbesserung der Eigenschaften von Lacken.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Lacke, welche die beschriebenen Wachsmischungen enthalten.
Das mittels Metallocenkatalyse hergestellte Homo- oder Copolymerisat von C-2-Ci8-ff-O!efinen (a) hat vorzugsweise folgende Eigenschaften:
Tropfpunkt (Tp): 80 - 165°C
Säurezahl (SZ): 0 - 50 mg KOH/g
Dichte: 0,87 - 1 ,03 g/cm3 Viskosität der Schmelze bei 170°C: 10 - 100000 mPas.
Als Polyolefinwachse kommen Homopolymerisate des Ethylens oder Propylens oder Copolymerisate des Ethylens oder Propylens untereinander, oder mit einem oder mehreren 1-Olefinen in Frage. Als 1-Olefine werden lineare oder verzweigte Olefine mit 4-18 C-Atomen, vorzugsweise 4-6 C-Atomen, eingesetzt. Diese
Olefine können eine mit der olefinischen Doppelbindung in Konjugation stehende aromatische Substitution aufweisen. Beispiele hierfür sind 1 -Buten, 1 -Hexen, 1-Octen oder 1-Octadecen, sowie Styrol. Bevorzugt sind Copolymere des Ethylens mit Propen oder 1 -Buten. Solche ethylenhaltigen Copolymere bestehen zu 70-99,9, bevorzugt zu 80-99 Gew.-% aus Ethylen.
Besonders gut geeignet sind Polyolefinwachse mit einem Tropfpunkt zwischen 90 und 160°C, bevorzugt zwischen 100 und 155°C, einer Schmelzviskosität bei 140°C zwischen 10 und 10000 mPas, bevorzugt zwischen 50 und 5000 mPas und einer Dichte bei 20°C zwischen 0,89 und 0,96 g/cm3, bevorzugt zwischen 0,91 und 0,94 g/cm3.
Geeignet sind weiterhin durch Oxidation modifizierte Metallocenwachse, wie sie beispielsweise durch Behandlung der Wachsschmelze mit Luft gemäß EP-A-0 896 591 erhalten werden können. Die Offenbarung dieses Dokuments bezüglich der oxidativen Behandlung von Wachsschmelzen wird hiermit in vorliegende Anmeldung einbezogen.
Metallocenkatalysatoren zur Herstellung der Polyolefinwachse sind chirale oder nichtchirale Übergangsmetallverbindungen der Formel M1LX. Die Übergangsmetallverbindung M1LX enthält mindestens ein Metallzentralatom M1, an das mindestens ein π-Ligand, z.B. ein Cyclopentadienylligand gebunden ist. Darüber hinaus können Substituenten, wie z.B. Halogen-, Alkyl-, Alkoxy- oder Arylgruppen an das Metallzentralatom M1 gebunden sein. M1 ist bevorzugt ein Element der III., IV., V. oder VI. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, wie Ti, Zr oder Hf. Unter Cyclopentadienylligand sind unsubstituierte Cyclopentadienylreste und substituierte Cyclopentadienylreste wie Methylcyclopentadienyl-, Indenyl-, 2-Methylindenyl-, 2-Methyl-4-phenylindenyl-, Tetrahydroindenyl- oder Octahydrofluorenylreste zu verstehen. Die π-Liganden können verbrückt oder unverbrückt sein, wobei einfache und mehrfache Verbrückungen - auch über Ringsysteme - möglich sind. Die Bezeichnung Metallocen umfasst auch Verbindungen mit mehr als einem Metallocenfragment, sogenannte mehrkernige Metallocene. Diese können beliebige
Substitutionsmuster und Verbrückungsvarianten aufweisen. Die einzelnen Metallocenfragmente solcher mehrkernigen Metallocene können sowohl gleichartig als auch voneinander verschieden sein. Beispiele für solche mehrkernigen Metallocene sind z.B. beschrieben in EP-A-0 632 063. Beispiele für allgemeine Strukturformeln von Metallocenen sowie für deren Aktivierung mit einem Cokatalysator sind u.a. in EP-A-0 571 882 gegeben. Die Offenbarungen dieser Gegenstände in den beiden Dokumente wird hiermit einbezogen.
Bei Zusatzstoff b) handelt es sich in bevorzugten Ausführungsformen um Polyethylen-Homo- und Copolymerwachse, die nicht mittels Metallocenkatalyse hergestellt wurden, und die ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 700 bis 10.000 g/mol bei einem Tropfpunkt zwischen 80 und 140 °C aufweisen.
Bei Zusatzstoff c) handelt es sich in bevorzugten Ausführungsformen um Polytetrafluoroethylen mit einem Molekulargewicht zwischen 30.000 und 2.000.000 g/mol, insbesondere zwischen 100.000 und 1.000.000 g/mol.
Bei Zusatzstoff d) handelt es sich in bevorzugten Ausführungsformen um Polypropylen-Homo- und Copolymerwachse, die nicht mittels Metallocenkatalyse hergestellt wurden, und die ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 700 bis 10.000 g/mol bei einem Tropfpunkt zwischen 80 und 160°C aufweisen.
Bei Zusatzstoff e) handelt es sich in bevorzugten Ausführungsformen um Amidwachse, herstellbar durch Umsetzung von Ammoniak oder Ethylendiamin mit gesättigten und/oder ungesättigten Fettsäuren. Bei den Fettsäuren handelt es sich zum Beispiel um Stearinsäure, Taigfettsäure, Palmitinsäure oder Erucasäure.
Bei Zusatzstoff f) handelt es sich in bevorzugten Ausführungsformen um FT- Paraffine mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 800 g/mol bei einem Tropfpunkt von 80 bis 125°C.
Bei Zusatzstoff g) handelt es sich vorzugsweise um Montanwachse einschließlich Säure- und Esterwachsen mit einer Kohlenstoffkettenlänge der Carbonsäure von C22 bis C36.
Bei den Esterwachsen handelt es sich vorzugsweise um Umsetzungsprodukte der Montansäuren mit ein oder mehrwertigen Alkoholen mit 2 bis 6 C-Atomen, wie zum Beispiel Ethandiol, Butan-1 ,3-diol oder Propan-1 ,2,3-triol.
Bei Zusatzstoff h) handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um Camaubawachs oder Candelillawachs.
Bei Zusatzstoff i) handelt es sich um Paraffine und mikrokristalline Wachse, welche bei der Erdölraffination anfallen. Die Tropfpunkte solcher Paraffine liegen vorzugsweise zwischen 45 und 65°C, die solcher mikrokristallinen Wachse vorzugsweise zwischen 73 und 100°C.
Bei Zusatzstoff j) handelt es sich in bevorzugten Ausführungsformen um polare Polyolefinwachse, herstellbar durch Oxidation von Ethylen- oder Propylen- Homopolymer- und -Copolymerwachsen oder deren Pfropfung mit
Maleinsäureanhydrid. Besonders bevorzugt wird hierfür von Polyolefinwachse mit einem Tropfpunkt zwischen 90 und 165°C, insbesondere zwischen 100 und 160°C, einer Schmelzviskosität bei 140°C (Polyethylenwachse) bzw. bei 170°C (Polypropylenwachse) zwischen 10 und 10000 mPas, insbesondere zwischen 50 und 5000 mPas und einer Dichte bei 20°C zwischen 0,85 und 0,96 g/cm3 ausgegangen.
Bei Zusatzstoff k) handelt es sich in bevorzugten Ausführungsformen um Umsetzungsprodukte von Sorbit (Sorbitol) mit gesättigten und/oder ungesättigten Fettsäuren und/oder Montansäuren. Bei den Fettsäuren handelt es sich zum Beispiel um Stearinsäure, Taigfettsäure, Palmitinsäure oder Erucasäure.
Bei Zusatzstoff I) handelt es sich um vorzugsweise gemahlene Polyamide, beispielsweise Polyamid-6 , Polyamid-6,6 oder Polyamid-12. Die Partikelgröße der Polyamide liegt vorzugsweise im Bereich von 5-200 μm, insbesondere 10-100 μm.
Bei Zusatzstoff m) handelt es sich um Polyolefine, also beispielsweise Polypropylen, Polyethylen oder Copolymere aus Propylen und Ethylen hoher oder niedriger Dichte mit Molgewichten von vorzugsweise 10.000 bis 1.000.000 D, insbesondere 15.000 bis 500.000 D als Zahlenmittel für das Molekulargewicht, deren Partikelgröße durch Mahlung im Bereich von vorzugsweise 5-200 μm, insbesondere 10-100 μm liegt.
Bei Zusatzstoff n) handelt es sich um thermoplastisches PTFE mit einem Molgewicht von vorzugsweise 500.000 - 10.000.000 D, insbesondere 500.000 - 2.000.000 D als Zahlenmittel , dessen Partikelgröße durch Mahlung im Bereich von vorzugsweise 5-200 μm , insbesondere 10-100 μm liegt.
Bei Zusatzstoff o) handelt es sich um amphiphile Verbindungen, welche im Allgemeinen die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten senken. Bei den Netzmitteln handelt es sich zum Beispiel um Alkylethoxylate, Fettalkoholethoxylate, Alkylbenzolsulfonate oder Betaine.
Bei Zusatzstoff p) handelt es sich um Silikate, welche nicht als Füllstoff oder Pigment in den Rezepturen eingesetzt werden. Bevorzugt werden Kieselsäuren oder Talkum eingesetzt.
Das Mischungsverhältnis von Bestandteil a) zu den Bestandteilen b) bis p) kann im Bereich von 1 bis 99 Gew.-% a) zu 1 bis 99 Gew.-% b) bis p) variiert werden. Wird eine Mischung aus mehreren der Bestandteile b) bis p) verwendet, so gilt die Mengenangabe für die Summe aus den Mengen dieser Bestandteile.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Wachse in mikronisierter Form für den erfindungsgemäßen Zweck verwendet. Insbesondere bevorzugt ist die Verwendung von Polyolefinwachs und gegebenenfalls zugemischten Hilfs- und Zusatzstoffen als Ultra-Feinstpulver mit einer Partikelgrößenverteilung
Verbessert wird u.a. die Mattierung der Lacke, die Dispergierbarkeit und Stabilität (Absetz- oder Aufrahmneigung) in Lacken und Dispersionen, eine Verbesserung der Gleitreibung (Slip), Härte und Abriebfestigkeit, Erhöhung des Durchsatzes und Verbesserung der Pigmentdispergierung in Pulverlacken, besseres Antiblocking und Griffempfinden (Softfeeling). Bei den Wachsmischungen handelt es sich im allgemeinen um Pulver- bzw. Schmelzmischungen.
Beispiele
Tabelle 1: Charakterisierung der Bestandteile der verwendeten Wachsmischungen
Erweichungspunkt
Tabelle 2: Wachsmischungen (alle Mischungen auf DV5o = 8 μm mikronisiert)
Herstellung einer wässrigen Wachsdispersion aus einem Mikropulver: 1 Gew.-% Tylose® wird in 60 Gew.-% Wasser eingerührt und kurz quellen gelassen, danach wird 39 Gew.-% mikronisiertes, oxidiertes Wachs in die Tyloselösung eindispergiert.
Tabelle 3: Dispergierung/Stabilität von Wachsmischungen
Einarbeiten einer wässrigen Wachsdispersion in einen wässrigen Acryllack: 4 Gew.-% der unter Beispiel 2 genannten Wachsdispersion wird in 96 Gew.-% wässrigen Acryllack (Basis Mowilith
® LDM 7460) eingerührt und anschließend mit einem Rahmenrakel (60 μm Nassfilmstärke) auf eine Glasplatte aufgezogen. Nach dem Trocknen wird der Glanz bestimmt.
Tabelle 4: Glanz der Wachsmischungen
Einarbeiten von mikronisierten Wachsen in einen Nitrocellulose-Standard-Lack zwecks Mattierung und Gleitreibung:
2 Gew.-% mikronisiertes Wachs werden in 98 Gew.-% NC-Lack mit Hilfe eines Dissolvers eindispergiert und anschließend mit einem Rahmenrakel (60 μm Nassfilmstärke) auf eine Glasplatte aufgezogen. Nach dem Trocknen wird der Glanz bestimmt.
Tabelle 5: Glanz und Gleitreibung der Wachsmischungen
Einarbeiten in einen weißen Hybrid-Pulverlack zwecks Verbesserung der Bleistifthärte und Abriebfestigkeit:
Die Wachse werden mit den einzelnen Rohstoffen in einem Schnellmischer mit einander gemischt, anschließend wird die Rohstoffe auf einen Labor- Doppelschneckenextruder (PC19-25 von APV) bei 110°C extrudiert, gemahlen auf < 125 μm und auf Alu bzw. Stahlblech aufgetragen, nach dem Einbrennen (15 min. bei 180°C) werden die beschichteten Bleche 24 Stunden im Klimaraum gelagert, danach die Bleistifthärte (nach Wolff-Wilborn) bestimmt und der Abriebtest am Taber Abraser bestimmt.
Tabelle 6: Bleistifthärte und Abriebtest
Einarbeiten in einen blauen Hybrid-Pulverlack zwecks Verbesserung der Dispergierung und Durchsatzverbesserung:
Die Wachse werden mit den einzelnen Rohstoffen in einem Schnellmischer miteinander gemischt, anschließend wird die Rohstoffe auf einen Labor- Doppelschneckenextruder (PC19-25 von APV) bei 110°C extrudiert, dabei muss die Dosiermenge auf eine Leistungsaufnahme von 70% am Extruder eingestellt werden, hierbei wird der Durchsatz erfasst, gemahlen auf < 125 μm und auf Alu bzw. Stahlblech aufgetragen, nach dem Einbrennen (15 min. bei 180°C) werden die beschichteten Bleche 24 Stunden im Klimaraum gelagert, danach die Farbtiefe gemessen.
Tabelle 7: Farbtiefe
Einarbeitung in einen Alkydharzlack zwecks Beurteilung der Blockeigenschaften und des Griffeindrucks:
2 Gew.-% mikronisiertes Wachs wird in den Alkydharzlack mit Hilfe eines Dissolvers eingearbeitet, danach wird mit Hilfe eines Rahmenrakels (60 μm Nassfilmstärke) der Lack auf Glas (mind. jeweils 2 Platten) aufgetragen. Nach dem 24 Std. Lagerung im Klimaraum wird der Griff beurteilt (subjektiv), anschließend werden die Platten im Wärmeschrank bei 50°C 24 Stunden gelagert. Dabei werden die Platten mit der Beschichtung aufeinander gelegt und mit einem 500 g Gewicht belastet. Anschließend wird das Blockverhalten beurteilt.
Tabelle 8: Beurteilung des Blockverhaltens
Tabelle 9: Griffverhalten der Wachsmischungen
Einarbeiten in einen 2K-PUR-Lack, auftragen auf Holzbrettchen und Beurteilung der Schleifbarkeit:
2 bzw. 4 Gew.-% mikronisiertes Wachs in die 1 Komponente eines 2K- Polyurethanlacksystem eindispergieren, danach mit der 2. Komponente versetzten und mittels eines Pinsels auf ein Holzbrettchen im Kreuzgang auftragen. Danach 24 Stunden im Klimaraum trocknen lassen. Anschließend Schleiftest durchführen, dabei wird ein Bogen Schleifpapier (240 Körnung) auf einen Holzklotz gespannt, ohne Druck 20 x über das Holzbrettchen geführte und danach der Abrieb beurteilt. Je weniger das Schleifpapier belegt ist, desto besser ist die Schleifbarkeit.
Tabelle 10: Schleifbarkeit additivierten Lacks