DE69219196T2

DE69219196T2 - Rheologiekontrollierende Zusatzmittel

Info

Publication number: DE69219196T2
Application number: DE69219196T
Authority: DE
Inventors: Hemi N Nae; Anthony P Ricci; Alfred J Whitton
Original assignee: Rheox International Inc
Current assignee: Rheox International Inc
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2012-02-11
Also published as: CA2065223C; EP0509202A1; EP0509202B1; US5164433A; CA2065223A1; ZA92646B; DE69219196D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein rheologisches Additiv, das sich zur Verdickung von wäßrigen Systemen, wie Latex-Anstrichmitteln eignet, und insbesondere rheologische Additive für wäßrige Systeme in Form eines Gemisches von Ton, polymeren Teilchen und Materialien vom Stärke-Typ, wobei das Additiv im Vergleich zu derzeit verfügbaren Verdickungsmitteln sich in bezug auf Verdickungswirkungsgrad, Walzenabtropfbeständigkeit und Fließeigenschaften bei erheblich geringeren Kosten als überlegen erweist.
Rheologische Additive sind Substanzen, die bei Zugabe zu einem System, die rheologischen Eigenschaften des Systems, wie das Fließverhalten, die Viskosität, die Verlaufeigenschaften, die Beständigkeit gegen Gardinenbildung und das Absetzverhalten, verändern. Zu diesen Additiven gehören Modifikatoren des rheologischen Verhaltens, Viskositätsmodifikatoren, viskositätserhöhende Mittel, Verdickungsmittel, Geliermittel, thixotrope Mittel, Mittel zur Verhinderung der Gardinenbildung, Antiabsetzmittel, Suspendiermittel, Emulgatoren, Verdünnungsmittel und oberflächenaktive Mittel.
Bei den derzeit verfügbaren handelsüblichen Verdickungsmitteln für Latex-Anstrichmittel handelt es sich vorwiegend um Cellulosematerialien, die den wäßrigen Träger der Anstrichmittel verdicken. Derartige Verdickungsmittel sind relativ teuer und gewährleisten dabei nicht die erforderliche rheologische Beschaffenheit, um eine bessere Walzenabtropfbeständigkeit und bessere Fließeigenschaften zu erreichen.
Zu wäßrigen Zusammensetzungen, bei denen allgemein Verdickungsmittel verwendet werden, gehören Anstrichmittel und andere Beschichtungsmassen, wie Überzüge für Papier und Druckfarben. Die meisten dieser wäßrigen Zusammensetzungen erfordern die Verwendung eines Verdickungsmaterials, um die rheologischen Eigenschaften zu verbessern, beispielsweise um eine geeignete Viskosität mit dem Ziel, die Pigmente, Bindemittel und andere Feststoffe in dispergiertem, suspendiertem oder emulgiertem Zustand zu halten, zu erreichen, um geeignete Fließeigenschaften zu erzielen und um eine gute Verträglichkeit zu erhalten.
Unter den bekannten rheologischen Additiven finden sich Tone, Organotone, pyrogenes Siliciumdioxid, organische und polymere Verdickungsmittel. Diese rheologischen Additive werden von Van der Watt und Godman in "Clay and Clay Materials", Bd. 9 (1960), S. 568 und von McCormick, Gok und Schulz in "Encyclopedia of Polymer Science and Engineering", Bd. 17 (1989), S. 730, beschrieben.
Tonminerialien sind eine Gruppe von Mineralien, die im wesentlichen aus hydratisierten Aluminiumsilicaten zusammengesetzt sind. Dazu gehören Montmorillonit, Kaolin, Illit, Saponit, Bentonit, Hectorit, Beidellit, Stevensit, Attapulgit und Sepiolit. Diese Minerialien werden in "Applied Clay Mineralogy", R. E. Grim, McGraw Hill, NY (1962) beschrieben. Ein wichtiger Typ von Tonminerialien ist Hectorit, der aus verschiedenen Lagerstätten erhalten wird. Hectorit-Lagerstätten enthalten typischerweise etwa 50 Gew.-% Hectorit, wobei es sich bei den übrigen Komponenten vorwiegend um Calcit und Dolomit und gelegentlich um Feldspat handelt. Die Hectorit- Lagerstätte wird üblicherweise aufbereitet, indem man Verunreinigungen entfernt, beispielsweise durch Herstellen einer wäßrigen Aufschlämmung, Zentrifugieren, Abtrennen des gereinigten Tons und Trocknen des Tons durch verschiedene Trocknungsverfahren, wie Trommeltrocknung, Ofentrocknung oder Sprühtrocknung.
Unter den polymeren rheologischen Additiven finden sich Guargummi, Traganthgummi, Pektin, Xanthan und Alginat, bei denen es sich um natürliche Verdickungsmittel handelt, Hydroxyethylcellulose und Methylcellulose, bei denen es sich um modifizierte Cellulose handelt, sowie synthetische Polymere oder Copolymere von ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und ihre Esterderivate, wie Poly-(acrylsäure), Polyacrylamid und Maleinsäureanhydrid-Styrol-Copolymere. Derartige Verdickungsmittel werden beispielsweise im US-Patent 4 507 426 beschrieben. Das US-Patent 3 769 257 beschreibt die Verwendung von Celluloseethern in Anstrichmitteln auf Latexbasis. Das US-Patent 4 558 079 beschreibt die Verwendung von hydrophob modifizierten Cellulosematerialien als Verdickungsmittel für Dichtmassen, die beim Bau von Wänden und Decken verwendet werden. US-Patent 4 226 754 beschreibt ein synthetisches Copolymeres, bei dem es sich um das Reaktionsprodukt aus Methacrylsäure, Methylmethacrylat und Vinylacetat handelt, sowie dessen Verwendung als Verdickungsmittel auf Beschichtungen auf Wasserbasis. Ein weiterer Typ von synthetischen Verdickungsmitteln beruht auf dem hydrophoben Verkappen eines wasserlöslichen Polymeren. Beispielsweise beschreibt US-Patent 3 770 684 ein Verdickungsmittel auf der Basis eines wasserlöslichen Polyethers, der mit unlöslichen Kohlenwasserstoffresten verkappt ist, sowie dessen Verwendung in Latex- Anstrichmitteln. US-Patent 4 079 028 beschreibt Copolymere auf Polyurethanbasis, die hydrophobe Endgruppen, die mit hydrophilen Polyethergruppen verbunden sind, aufweisen.
Polymere Verdickungsmittel und Tonmineralien werden in Zubereitungen für verschiedene Produkte eingesetzt. Beispielsweise beschreibt US-Patent 4 657 943 ein Verdickungsmittel, das sich für textile Klotzmittel und Ölbohrschlämme mit einem Gehalt an einem Acrylat-Polymeren und einem Aluminiumsilicat, Montmorillonit-Ton oder Bentonit eignet, wobei sich eine synergistische Wirkung in bezug auf eine Erhöhung der Viskosität des Systems unter alkalischen Bedingungen ergibt. Verdickungsmittel werden in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt, zum Beispiel in Anstrichmitteln, Lacken, Emailüberzügen, Wachsen, Ölbohrflüssigkeiten, Druckfarben, Klebstoffen, Dichtungsmassen, Kosmetika, Papierbeschichtungsmassen, textilen Kaschiermassen, Bademulsionssystemen, Reinigungs- und Poliermitteln und Waschmitteln.
Ein wichtiger Anwendungszweck von Verdickungsmitteln sind Latex-Anstrichmassen, die in großem Umfang für Beschichtungs- und Dekorationszwecke eingesetzt werden. Es ist wünschenswert, daß derartige Beschichtungssysteme während des Auftragens fließen, daß sie aber nach dem Auftragen keine Gardinenbildung zeigen. Ferner ist es wünschenswert, daß diese Beschichtungen während des Auftrags auf dem Substrat verbleiben und nicht im Anwendungsbereich verspritzt werden. Außerdem. ist es wünschenswert, daß derartige Beschichtungssysteme bei erhöhten Temperaturen und für eine ausreichende Zeitspanne stabil sind, so daß sich ihre Eigenschaften bei der Lagerung nicht verändern. Das Verdickungsmittel kann dem Beschichtungssystem entweder während der Mahlstufe oder nach dem Dispergieren des Pigments, d. h. als nachträgliches Additiv, zugesetzt werden. Polysaccharide, wie Hydroxyethylcellulose, beherrschen den Markt der Verdickungsmittel für Latex- Anstrichmittel seit der Einführung von Latex-Anstrichmitteln fast ganz. Hydroxyethylcellulose stellt ein nicht-ionisches wasserlösliches Material dar, das zahlreiche Anstrichsysteme auf Wasserbasis verdickt und stabilisiert. Hydroxyethylcellulose weist jedoch einige Nachteile auf. Beispielsweise ist Hydroxyethylcellulose teuer, unterliegt einem enzymatischen Abbau und zeigt eine geringe Spritzbeständigkeit. Hydroxyethylcellulose-Verdickungsmittel unterliegen einem Angriff durch Bakterien und Enzyme, was zu einem Verlust an Viskosität und anderen Fließeigenschaften führt, so daß die Verwendung von den biologischen Abbau hemmenden Konservierungsmitteln im Anstrichmittel erforderlich ist. Außerdem quellen die Verdickungsmittel in Wasser rasch unter Bildung von Klümpchen, die nicht leicht dispergiert werden. Eine richtige Zugabe von Hydroxyethylcellulose-Verdickungsmitteln erfordert daher eine sorgfältige und langsame Vorgehensweise, was zu langen Misch- und Verdünnungszeiten führt und zusätzliche Stufen beim Verfahren zur Vorbereitung der Beschichtungsmassen erfordert, was wiederum die Verarbeitungskosten der Beschichtungsmassen erhöht.
Es wurden zusätzliche Forschungsanstrengungen bezüglich eines Verdickungsmittels unternommen, das (1) als nachträgliches Additiv direkt wäßrigen Zusammensetzungen und insbesondere Latex-Anstrichzusammensetzungen zugesetzt werden kann, (2) in geringerem Maße biologisch abbaubar ist und (3) ein gunstigeres Kosten-Nutzen-Verhältnis in bezug auf die Gesamtherstellung und die rheologischen Eigenschaften einer Latex- Anstrichzusammensetzung, der es einverleibt wird, ergibt, beispielsweise in bezug auf zusätzliche Verdickungswirkung, Spritzbeständigkeit und Verlaufen, wobei jeweils mit Cellulosematerialien verglichen wird.
Als eine Lösung dieses Problems erfolgte die Entwicklung von synthetischen Polymeren in Form eines Reaktionsprodukts aus Methacrylsäure, Methylmethacrylat und Vinylacetat in den im US-Patent 4 226 754 angegebenen Verhältnissen. Wir haben jedoch festgestellt, daß Verdickungsmittelgemische mit höheren Konzentrationen von derartigen synthetischen Polymeren sowohl kostspielig in der Anwendung sind als auch häufig zu einer schlechten Stabilität der Anstrichmittel führen.
Die synthetischen Polymeren erfordern auch höhere Konzentrationen, um die gewünschten rheologischen Eigenschaften zu erzielen. Bei zahlreichen Anwendungen wird das wäßrige System, das das Verdickungsmittel enthält, Temperaturen im Bereich von 20 bis 100ºC ausgesetzt. Der Temperaturanstieg verursacht im allgemeinen eine Verringerung der Viskosität und der Stabilität der wäßrigen Zusammensetzungen.
Tone vom Smectit-Typ, wie Montmorillonit, Bentonit, Beidellit, Hectorit, Saponit und Stevensit, sowie ein Verfahren zur Herstellung von organophilen Ton-Geliermitteln unter Verwendung dieser Tone vom Smectit-Typ sind genauer im US-Patent 4 742 098 beschrieben. Derartige Tone, insbesondere Hectorit, haben sich in Anstrichmitteln als Verdickungsmittel sowie in polymeren Verdickungsmitteln als wertvoll erwiesen, jedoch weisen diese Produkte bis jetzt schlechte Walzen-Spritzeigenschaften, eine schlechte Qualität oder eine geringe Stabilität auf.
Versuche zur Verbesserung der bekannten rheologischen Mittel und Verdickungsmittel unter Verwendung von Gemischen aus Hectorit-Ton und polymeren Teilchen haben sich somit als ungeeignet in bezug auf eine Erhöhung der Stabilität, des Produktwirkungsgrads, der Walzen-Spritzbeständigkeit, der leichten Dispergierbarkeit und der Kosten erwiesen. Beispielsweise hat es sich gezeigt, daß ein zu großer Anteil an Hectorit zu einer schlechteren Walzen-Spritzbeständigkeit und zu einem geringeren Produktwirkungsgrad führt, während ein zu großer Anteil an polymerem Material sich als kostspielig erwiesen hat und zu einer geringen Stabilität der Anstrichmittel führt.
Somit besteht immer noch ein Bedürfnis nach einer Verdickungsmittelzusammensetzung, die Beschichtungssystemen auf Wasserbasis eine erhöhte Viskosität, Stabilität gegen Gardinenbildung, Spritzbeständigkeit und Wärmestabilität verleiht. Es besteht auch ein Bedürfnis nach einem billigen Verdickungsmittel, das in verschiedenen Typen von Zubereitungen, insbesondere als nachträgliches Additiv, leicht eingesetzt werden kann und direkt wäßrigen Systemen mit dem Ziel zugesetzt werden kann, den Systemen diese Eigenschaften zu verleihen.
Wir haben festgestellt, daß eine dritte Komponente im Ton-Polymer-Gemisch zu einer Senkung des Verhältnisses von polymeren Teilchen zum Ton und somit zu einer Kostensenkung führt, wobei man dennoch ein stabiles rheologisches Mittel erhält, das dem zweikomponentigen Produkt überlegen ist. Wir haben ferner festgestellt, daß es sich bei einer derartigen zusätzlichen Komponente um eine Stärke oder ein Stärkederivat, einschließlich chemische Modifikationen der Stärke durch Veresterung, Ethoxylierung und Carboxylierung, handeln muß.
Stärke ist der Hauptbestandteil der meisten Samen, Knollen und Wurzeln und wird gewerblich aus Mais, Weizen, Reis, Tapioka, Kartoffeln, Sago und anderen Quellen hergestellt. Stärke ist ein Gemisch aus linearen (Amylose) und verzweigten (Amylopectin) Polysacchariden. Sie wird in weitem Umfang in der Papier-, Textil- und Klebstoffindustrie eingesetzt. Stärke kann durch Oxidation der Hydroxylgruppen unter Bildung von Aldehyden, Ketonen oder Carbonsäuren modifiziert werden. Weitere Derivate werden durch Veretherung, Veresterung und Pfropfpolymerisation gebildet. Hydroxypropyl- und andere Hydroxyalkylstärken werden als Additive in Salat-Dressings und bei anderen Nahrungsmittel-Verdickungsanwendungen eingesetzt.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung mit einem Gehalt an einem wäßrigen Stärke-Verdickungsmittel für Latex-Anstrichmittel bereitzustellen, die eine erhöhte Viskosität und eine verbesserte Walzen-Spritzbeständigkeit bei Aufrechterhaltung einer guten Stabilität des Anstrichmittels gewährleistet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wäßrige Stärke-Verdickungsmittelzusammensetzung bereitzustellen, die im Vergleich zu Cellulose-Verdickungsmitteln billiger ist und eine erhöhte Produktqualität ergibt, wobei sie sich leicht in der Mahlvorrichtung und/oder als Wasser- Gel-Lösung dispergieren läßt.
Die vorstehenden Aufgaben werden erfindungsgemäß durch Verwendung eines Gemisches aus Ton, polymeren Teilchen und Stärke gelöst, das mindestens 0,1 Gew.-% eines Tons vom Smectit-Typ, mindestens 0,1 Gew.-% eines rheologisch aktiven, polymeren Materials, bei dem es sich um ein Polymeres oder Copolymeres handelt, das das Polymerisationsprodukt eines ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren, eines modifizierten, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren und/oder eines Vinylmonomeren oder modifizierten Vinylmonomeren darstellt, und 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Additiv, an Stärke enthält, als rheologisches Mittel und Verdickungsmittel für wäßrige Systeme, wie Latex-Anstrichmittel und andere Latex-Systeme.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Zusammensetzung abgestellt, bei der es sich beim Ton um Smectit, einschließlich Hectorit oder sprühgetrockneten Hectorit handelt, wobei die Zusammensetzung mit Latex und Pigmenten in Wechselwirkung tritt und eine höhere Viskosität ergibt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Verdickungsmittelzusammensetzung für Systeme auf Wasserbasis, die folgendes enthält:
(i) Ton vom Smectit-Typ, einschließlich Smectit, Montmorillonit, Bentonit, Hectorit, Kaolin, Illit, Saponit, Attapulgit und Sepiolit und Gemische davon;
(ii) eine Stärke, einschließlich Maisstärke, Weizenstärke, Reisstärke, Tapiokastärke, Kartoffelstärke, Sagostärke, Yuccastärke und Gerstestärke, Derivate davon unter Einschluß von Modifikationen durch Veresterung, Ethoxylierung, Carboxylierung und Pfropfen sowie Gemische davon;
(iii) ein Polymeres oder Copolymeres, bei dem es sich um das Polymerisationsprodukt eines ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren, eines modifizierten, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren und/oder Vinylmonomeren oder modifizierten Vinylmonomeren, wie Vinylacetat, handelt.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung bedient sich ferner polymerer Teilchen und handelsüblicher LORAMA 3030-Stärke oder einer anderen geeigneten Stärke, wie Mais-, Yucca-, Gerste- und Kartoffelstärke und Derivate davon, unter Einschluß von Modifikationen, die durch Veresterung, Ethoxylierung und Carboxylierung erhalten worden sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungssystems auf Wasserbasis, das Latex, Pigmente, Streckmittel und Füllstoffe und 0,05 bis 15 Gew.-% und vorzugsweise 0,1 bis 15 Gew.-% des rheologischen Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des Systems, enthält.
Das rheologische Additiv und das Beschichtungssystem lassen sich herstellen, indem man den Ton, die Stärke und das Polymere unter Bildung einer Mischung vermischt und die Mischung entweder während der Stufe des Mahlens der Beschichtungszubereitung oder als nachträglich dem Beschichtungssystem zuzusetzende Additivzusammensetzung zugibt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von derzeit bevorzugten Zusammensetzungen.
Wir haben festgestellt, daß eine Kombination, die mindestens 0,1 Gew.-% eines Tons vom Smectit-Typ, mindestens 0,1 Gew.-% eines rheologisch aktiven, polymeren Materials, bei dem es sich um ein Polymeres oder Copolymeres handelt, das das Polymerisationsprodukt eines ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren, eines modifizierten, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren und/oder eines Vinylmonomeren oder modifizierten Vinylmonomeren darstellt, und 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Additiv, an Stärke, enthält, eine Verdickung in Systemen auf Wasserbasis und insbesondere in Latex-Anstrichmitteln auf Wasserbasis ergibt. Diese Kombination verleiht ferner Systemen auf Wasserbasis eine bessere Wärmestabilität und Spritzbeständigkeit. Ein weiterer Vorteil dieser Kombination besteht in der besseren Zerstäubung beim Spritzen und in den rascheren Wasserfreisetzungseigenschaften. Diese Kombination führt auch zu geringen Kosten, sowohl in bezug auf Ausgangsmaterialien als auch in bezug auf die Herstellung.
Beim erfindungsgemäß einzusetzenden Ton vom Smectit-Typ kann es sich um Hectorit, Bentonit, Montmorillonit, Kaolin, Illit, Saponit, Attapulgit und Sepiolit sowie um Gemische davon handeln. Beim Ton kann es sich um einen Lager-Ton oder um aufgearbeiteten Ton handeln. Der Ton kann nach einer Reihe von Verfahren getrocknet worden sein, wozu die Ofentrocknung, Trommeltrocknung oder Sprühtrocknung gehören. Bei einem typischen Ton-Verbesserungs- oder Aufarbeitungsverfahren wird der Lager-Ton zunächst in Lösung gebracht, anschließend zentrifugiert, abgetrennt und getrocknet. Ferner kann eine Mahlstufe zur Bildung von Teilchen einer bestimmten Größe herangezogen werden. Hectorit-Ton, insbesondere sprühgetrockneter Hectorit, stellt derzeit die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.
Der Ton ist im rheologischen Additiv in einer Menge vorhanden, die die gewünschten rheologischen Eigenschaften bei Kombination mit der Stärke und dem Polymeren ergibt. Dieser Anteil beträgt mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-% und insbesondere 20 bis 50 Gew.-%. Der Anteil des Tons hängt weitgehend vom Endverwendungszweck des Verdickungsmittels ab. Zu Gesichtspunkten, die bei der Festlegung des Tonanteils herangezogen werden, gehören die gewünschte Viskosität der Zusammensetzung auf Wasserbasis, deren Fließ- und Verlaufverhalten und deren Beständigkeit gegen Gardinenbildung und Spritzbeständigkeit sowie deren Wärmestabilität in einer beliebigen speziellen Zubereitung.
Bei der Stärke kann es sich um Maisstärke, Weizenstärke, Reisstärke, Tapiokastärke, Kartoffelstärke, Sagostärke, Yuccastärke und Gerstestärke, Derivate davon oder modifizierte Stärken handeln, die beispielsweise durch Veresterung, Ethoxylierung, Carboxylierung oder Pfropfen von verschiedenen Gruppen auf die Stärke erhalten worden sind. Eine Maisstärke, z. B. handelsübliche LORAMA 3030 -Stärke, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt. Die Stärke ist im rheologischen Additiv in einer solchen Menge enthalten, daß sich bei Kombination mit dem Ton und dem Polymeren die gewünschten rheologischen Eigenschaften ergeben. Dieser Anteil beträgt 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Additiv. Der Stärkeanteil hängt weitgehend vom Endverwendungzweck des Verdickungsmittels ab.
Beim rheologisch aktiven, polymeren Material handelt es sich um ein Polymeres oder Copolymeres, das das Polymerisationsprodukt eines ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren, eines modifizierten, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren und/oder Vinylmonomeren oder modifizierten Vinylmonomeren, wie Vinylacetat darstellt. Das Polymere ist im rheologischen Additiv in einem Anteil enthalten, der zur Erzielung der gewünschten rheologischen Eigenschaften bei Kombination mit dem Ton und der Stärke ausreicht. Dieser Anteil beträgt mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-% und insbesondere 20 bis 50 Gew.-%. Der Anteil des eingesetzten Polymeren hängt weitgehend vom Endverwendungszweck des Verdickungsmittels ab.
Das erfindungsgemäße rheologische Additiv kann als Verdickungsmittelzusammensetzung eingesetzt werden, insbesondere als rheologisches Additiv in Systemen auf Wasserbasis unter Einschluß von Anstrichmitteln, Lacken, Email, Wachsen, Ölbohrflüssigkeiten, Druckfarben, Klebstoffen, Dichtungsmitteln, Kosmetika, Papierbeschichtungsmitteln, Textilkaschiermitteln, Bademulsionssystemen, Reinigungs und Poliermitteln, Waschmitteln, Dichtungsmassen und Mörtelmassen, sowie andere Zusammensetzungen, bei denen der Gehalt einer Verdickungsmittelzusammensetzung erwünscht ist. Das Verdickungsmittel wird in einer Menge verwendet, die zur Erzielung der gewünschten rheologischen Eigenschaften, wie einer hohen Viskosität bei niedrigen Schergeschwindigkeiten, eines hohen Elastizitätsmoduls, einer Bekämpfung der Gardinenbildung des Fluidsystems und einer Verhinderung des Absetzens und des Bildens von harten Packungen von Pigmenten, Streckmitteln und Füllstoffen, die in der das Verdickungsmittel enthaltenden Gesamtzusammensetzung vorhanden sind, ausreicht.
Die Verdickungsmittelzusammensetzung wird allgemein in einem System auf Wasserbasis eingesetzt. Die zu verwendende Menge beträgt typischerweise 0,05 bis 14%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Systems. Vorzugsweise ist die Verdickungsmittelzusammensetzung in einer Menge von 0,1 bis 5%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Systems (unter Einschluß von Wasser), vorhanden. Beispielsweise können wäßrige Dispersionen, Emulsionen, Suspensionen, Lösungen und Aufschlämmungen mit der Verdickungsmittelzusammensetzung verdickt werden.
In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird die Verdickungsmittelzusammensetzung in einem Anstrichmittel auf Latexbasis verwendet. Eine Anstrichmittelzubereitung auf Latexbasis enthält typischerweise Pigmente, Latex, Streckmittel, Füllstoffe, Wasser und andere Additive. Zu diesen Additiven können Weichmacher, Tenside, Konservierungsmittel, Frostschutzmittel, Antischaummittel, Koaleszenzmittel, Lösungsmittel und pH-Modifikatoren sowie Kombinationen davon. Die Additive können im Beschichtungssystem in einer Menge von 0,1 bis 50% des Gewichts des Beschichtungssystems vorhanden sein.
Ein typisches Pigment ist beispielsweise Titandioxid. Bei typischen Latex-Materialien handelt es sich um Polymere vom Vinyltyp, wie Polyvinylacetat. Typische Streckmittel und Füllstoffe sind Calciumcarbonat, Talcum, Calciumsulfat und Siliciumdioxid. Derartige Anstrichmittel-Zubereitungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine typische Anstrichmittelzubereitung auf Latex-Basis ist in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Latex-Anstrichmittelzubereitung
Die Verdickungsmittelzusammensetzung wird hergestellt, indem man den Ton, die Stärke und das Polymere vermischt und das Gemisch bewegt. Das Gemisch kann ferner je nach den Erfordernissen der einzelnen Systeme zur Bildung einer feinen Teilchengröße gemahlen werden. Die Verdickungsmittelzusammensetzung kann sodann als rheologisches Mittel in einer beliebigen Anzahl von Systemen auf Wasserbasis eingesetzt werden. Die einzelnen Komponenten des Verdickungsmittels können getrennt einem System auf Wasserbasis oder nach vorherigem Mischen der Komponenten zugesetzt werden. Das Verdickungsmittel kann beim Mahlen des Beschichtungssystems oder nach der Herstellung des Beschichtungssystems zugesetzt werden.
Die Systeme auf Wasserbasis können nach beliebigen herkömmlichen Verfahren, beispielsweise unter Verwendung von Kolloidmühlen, Walzenmühlen, Kugelmühlen, Dispergiervorrichtungen mit hoher und niedriger Geschwindigkeit und verschiedenen Typen von Mischern oder Mengern, bei Raumtemperatur oder niedrigeren oder höheren Temperaturen hergestellt werden.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung, sollen aber den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise beschränken.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung, die gleiche Anteile an sprühgetrocknetem Hectorit, LOPAMA 3030-Stärke und dem Copolymeren enthielt, wurde der in Tabelle 1 angegebenen Anstrichmittelzubereitung einverleibt. Das Anstrichmittel weist die gemäß dem Stand der Technik bekannten, erforderlichen rheologischen Eigenschaften auf. Zusätzlich zur Verdickungswirkung verleiht es auch Spritzbeständigkeit, Wärmebeständigkeit, gute Zerstäubungseigenschaften und gute Wasserfreisetzungseigenschaften. Diese Eigenschaften sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Die rheologischen Eigenschaften wurden gemäß folgenden Tests gemessen:
Die Stormer-Viskosität wird in Krebs-Einheiten (KU) mit einem Stormer-Viskosimeter gemäß ASTM D562 gemessen. Sämtliche Systeme wurden so zubereitet, daß sie eine Stormer-Viskosität von etwa 90 KU hatten.
Ein ICI-Kegel- und Platten-Viskosimeter wird zur Bestimmung der Viskosität in mPas (Poise) bei einer Schergeschwindigkeit von 10 000 sec&supmin;¹ gemäß ASTM D-4287-83 verwendet.
Unter "Gardinenbildung" versteht man das Fließen der Beschichtung nach unten unter dem Einfluß der Schwerkraftwirkung. Die Beständigkeit gegen Gardinenbildung wurde in µm (mil) mit einem Leneta-Mehrfachrillen-Auftragegerät gemäß ASTM D-4400-84, Verfahren A, gemessen.
Unter Verlaufen versteht man die Fähigkeit der Beschichtung, zu einer kontinuierlichen glatten Oberfläche zusammenzufließen. Die Eigenschaft wird gemäß ASTM D-4062-81 gemessen.
Unter Spritzbeständigkeit versteht man die Fähigkeit der Beschichtung auf dem Substrat zu verbleiben und nicht zu Spritzern um den Auftragebereich herum zu führen. Die Eigenschaft wurde durch Aufbringen des Überzugs auf eine senkrechte Oberfläche unter Verwendung einer standardmäßigen Anstrichrolle gemessen. Die Auftragegeschwindigkeit wurde bei sämtlichen Beschichtungssystemen gleich hoch gehalten. Die von der Rolle herunterfallenden Spritzer treffen auf eine schwarze horizontale Tafel auf. Die Spritzbeständigkeit wird visuell verglichen und mit den Bewertungen nicht-spritzend, geringfügig, mittel oder schlecht versehen.
Die Wärmebeständigkeit wird getestet, indem man die Probe 14 Tage in einem auf 60ºC (140ºF) gehaltenen Ofen beläßt und die Veränderungen der Eigenschaften der Beschichtungssysteme aufzeichnet. Tabelle 2 Eigenschaften der Anstrichmittel
SDH = Sprühgetrocknetes Hectorit
STA = Stärke (LORAMA 3030, modifizierte Maisstärke)
POL = Polymeres (Rheolate 1)
HEC = Hydroxyethylcellulose (Natrosol 250 HR)
Anmerkung a: Die Beschichtung haftete nicht an der Tafel
Während die einzelnen Komponenten nicht zu den erforderlichen Beschichtungseigenschaften führen, ergibt die spezielle Kombination der drei Komponenten eine Verbesserung in bezug auf Beständigkeit gegen Gardinenbildung, in bezug auf die Spritzbeständigkeit und in bezug auf die Wärmestabilität. Eine Kombination des Tons mit dem Polymeren (Beispiel 4) führt zu einer hervorragenden Beständigkeit gegen Gardinenbildung, jedoch zu einer mäßigen Spritzbeständigkeit. Diese Kombination gelierte im Ofen, was auf eine geringe Wärmestabilität hinweist. Das System mit einem Gehalt an Hydroxyethylcellulose (Beispiel 9) wies günstige Eigenschaften in bezug auf Viskosität, Beständigkeit gegen Gardinenbildung und Wärmestabilität auf, zeigte aber eine schlechte Spritzbeständigkeit.
Obgleich die Erfindung vorstehend beschrieben und detailliert erörtert worden ist, ist klar darauf hinzuweisen, daß diese Ausführungen nur Erläuterungs- und Beispielzwecken dienen und in keiner Weise als Beschränkung anzusehen sind. Der Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung werden nur durch die Formulierung der beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Rheologisches Additiv, enthaltend mindestens 0,1 Gew.-% eines Tons vom Smektit-Typ, mindestens 0,1 Gew.-% eines rheologisch aktiven, polymeren Materials, bei dem es sich um ein Polymeres oder Copolymeres handelt, das das Polymensationsprodukt eines ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren, eines modifizierten, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure-Monomeren und/oder eines Vinylmonomeren oder modifizierten Vinylmonomeren darstellt, und 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Additiv, an Stärke.

2. Rheologisches Additiv nach Anspruch 1, wobei der Ton vom Smektit-Typ unter Montmorillonit Bentonit, Hectorit, Kaolin, Illit, Saponit, Attapulgit, Sepiolit und Gemischen davon ausgewählt ist.

3. Rheologisches Additiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Stärke unter Maisstärke, Yuccastärke, Gerstestärke und Kartoffelstärke und Derivaten davon, einschließlich Modifikationen durch Veresterung, Ethoxylierung, Carboxylierung und Pfropfen, sowie Gemischen davon ausgewählt ist.

4. Rheologisches Additiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich beim Ton vom Smektit-Typ um Lager- Hectorit oder um aufgearbeitetes Hectorit handelt.

5. Rheologisches Additiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich beim Hectorit um sprühgetrocknetes Hectorit handelt.

6. Rheologisches Additiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Stärke um eine modifizierte Maisstärke handelt.

7. Rheologisches Additiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich beim Polymeren um ein ethylenisch ungesättigtes Carbonsäure/Vinylacetat-Copolymeres handelt.

8. Rheologisches Additiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich beim polymeren Material um ein Reaktionsprodukt aus Methacrylsäure, Methylmethacrylat und Vinylacetat handelt.

9. Rheologisches Additiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ton in einer Menge von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Additivzusammensetzung, vorliegt.

10. Rheologisches Additiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Polymere in einer Menge vosn mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Additivzusammensetzung, vorliegt.

11. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung auf Wasserbasis, umfassend die Zugabe von 0,05-15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Systems, des Additivs der Ansprüche 1-10.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Additiv in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Systems, zugesetzt wird.

13. Verwendung eines rheologischen Additivs nach den Ansprüchen 1 bis 10 zur Verdickung von wäßrigen Systemen.