WO2008058678A1 - Coating materials comprising reactive ester waxes and mixed-oxide nanoparticles - Google Patents

Coating materials comprising reactive ester waxes and mixed-oxide nanoparticles Download PDF

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WO2008058678A1
WO2008058678A1 PCT/EP2007/009719 EP2007009719W WO2008058678A1 WO 2008058678 A1 WO2008058678 A1 WO 2008058678A1 EP 2007009719 W EP2007009719 W EP 2007009719W WO 2008058678 A1 WO2008058678 A1 WO 2008058678A1
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nanoparticles
coating compositions
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reactive ester
acid
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PCT/EP2007/009719
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Inventor
Anja Heinze
Heino Heckmann
Original Assignee
Clariant Finance (Bvi) Limited
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F292/00Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to inorganic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L51/00Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L51/10Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to inorganic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D151/00Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D151/10Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers grafted on to inorganic materials

Definitions

  • the invention relates to coating compositions containing reactive ester waxes and mixed oxide nanoparticles consisting of 50 to 99.9 wt .-% alumina and 0.1 to 50 wt .-% oxides of elements of the I. or II. Main group of the Periodic Table, said nanoparticles modified with a silane or siloxane on the surface.
  • the aluminum oxide in the mixed oxide nanoparticles is preferably present in the rhombohedral ⁇ -modification (corundum).
  • the mixed oxides according to the present invention preferably have a particle size of less than 1 ⁇ m, preferably less than 0.2 ⁇ m and particularly preferably between 0.001 and 0.1 ⁇ m.
  • Particles of this size according to the invention are to be referred to below as
  • the mixed oxide nanoparticles used according to the invention can be prepared by different processes described below.
  • agglomerates of these mixed oxides are used, which are then deagglomerated to the desired particle size.
  • These agglomerates can be prepared by methods described below.
  • Such agglomerates can be prepared, for example, by various chemical syntheses. These are usually precipitation reactions (hydroxide precipitation, hydrolysis of organometallic compounds) with subsequent calcination. Crystallization seeds are often added to reduce the transition temperature to the ⁇ -alumina. The sols thus obtained are dried and thereby converted into a gel. The further calcining then takes place at temperatures between 350 ° C and 650 ° C. For the conversion to Ot-Al 2 O 3 must then be annealed at temperatures around 1000 0 C. The processes are described in detail in DE 199 22 492.
  • the desired molecules are obtained from chemical reactions of a Precursorgases or by rapid cooling of a supersaturated gas.
  • the formation of the particles occurs either through collision or the constant equilibrium evaporation and condensation of molecular clusters.
  • the newly formed particles grow by further collision with product molecules (condensation) and / or particles (coagulation). If the coagulation rate is greater than that of the new growth or growth, agglomerates of spherical primary particles are formed.
  • Flame reactors represent a production variant based on this principle. Nanoparticles are formed here by the decomposition of precursor molecules in the flame at 1500 ° C.-2500 ° C.
  • Small particles can also be formed from drops with the help of centrifugal force, compressed air, sound, ultrasound and other methods.
  • the drops are then converted into powder by direct pyrolysis or by in situ reactions with other gases.
  • the spray and freeze drying should be mentioned.
  • precursor drops are transported through a high temperature field (flame, oven), resulting in rapid evaporation of the volatile component or initiating the decomposition reaction to the desired product.
  • the desired particles are collected in filters.
  • the production of BaTiO 3 from an aqueous solution of barium acetate and titanium lactate can be mentioned here.
  • the nanoparticles must be released. This is preferably done by grinding or by treatment with ultrasound. According to the invention, this deagglomeration is carried out in the presence of a solvent and a coating agent, preferably a silane or siloxane, which saturates the resulting active and reactive surfaces during the milling process by a chemical reaction or physical attachment and thus prevents reagglomeration.
  • a coating agent preferably a silane or siloxane, which saturates the resulting active and reactive surfaces during the milling process by a chemical reaction or physical attachment and thus prevents reagglomeration.
  • the nano-mixed oxide remains as a small particle. It is also possible to add the coating agent after deagglomeration.
  • agglomerates are used which, as described in Ber. DKG 74 (1997) no. 11/12, pp. 719-722, as previously described.
  • the starting point here is aluminum chlorohydrate, which has the formula A 1 (OH) x Cl y, where x is a number from 2.5 to 5.5 and y is a number from 3.5 to 0.5 and the sum of x and y is always 6 amounts to.
  • This aluminum chlorohydrate is mixed with crystallization seeds as an aqueous solution, then dried and then subjected to a thermal treatment (calcination).
  • aqueous solutions Preference is given to starting from about 50% aqueous solutions, as they are commercially available. Such a solution is mixed with nuclei which promote the formation of the ⁇ -modification of Al 2 O 3 . In particular, such nuclei cause a lowering of the temperature for the formation of the ⁇ -modification in the subsequent thermal treatment.
  • nuclei As germs are preferably in question finely disperse corundum, diaspore or hematite. Particular preference is given to using finely divided ⁇ -Al 2 O 3 nuclei having an average particle size of less than 0.1 ⁇ m. In general, 2 to 3 wt .-% of germs based on the resulting alumina from.
  • This starting solution additionally contains oxide formers in order to produce the oxides MeO in the mixed oxide.
  • the chlorides of the elements of the I. and II. Main group of the Periodic Table, in particular the chlorides of the elements Ca and Mg, but also other soluble or dispersible salts such as oxides, oxychlorides, carbonates or sulfates.
  • the amount of oxide generator is such that the finished nanoparticles contain from 0.01 to 50% by weight of the oxide Me.
  • the oxides of the I. and II. Main group may be present as a separate phase in addition to the alumina or with this real mixed oxides such as spinels, etc. form.
  • the term "mixed oxides" in the context of this invention should be understood to include both types.
  • This suspension of aluminum chlorohydrate, germs and oxide formers is then evaporated to dryness and subjected to a thermal treatment (calcination).
  • This calcination is carried out in suitable devices, for example in push-through, chamber, tube, rotary kiln or microwave ovens or in a fluidized bed reactor.
  • suitable devices for example in push-through, chamber, tube, rotary kiln or microwave ovens or in a fluidized bed reactor.
  • the temperature for the calcination should not exceed 1400 0 C.
  • the lower temperature limit depends on the desired yield of nanocrystalline mixed oxide, the desired residual chlorine content and the content of germs.
  • the formation of the nanoparticles begins at about 500 0 C, but to keep the chlorine content low and the yield of nanoparticles high, but you will work preferably at 700 to 1100 ° C, especially at 1000 to 1100 ° C.
  • agglomerates accumulate in the form of nearly spherical nanoparticles. These particles consist of Al 2 O 3 and MeO. The content of MeO acts as an inhibitor of crystal growth and keeps the crystallite size small. As a result, the agglomerates, as obtained by the calcination described above, clearly differ from the particles used in the process described in WO 2004/069 400, which are coarser, inherently homogeneous particles and not agglomerates of pre-fabricated nanoparticles.
  • the agglomerates are preferably comminuted by wet grinding in a solvent, for example in an attritor mill, bead mill or stirred mill.
  • a solvent for example in an attritor mill, bead mill or stirred mill.
  • a suspension of nanoparticles having a d50 value of less than 100 nm is obtained.
  • Another possibility for deagglomeration is sonication.
  • Coating agents such as e.g. Silanes or siloxanes there are two possibilities.
  • deagglomeration can be carried out in the presence of the coating agent, for example by adding the coating agent to the mill during milling.
  • a second possibility consists of first destroying the agglomerates of the nanoparticles and then treating the nanoparticles, preferably in the form of a suspension in a solvent, with the coating agent.
  • Suitable solvents for deagglomeration are both water and conventional solvents, preferably those which are also used in the paint industry, such as alcohols, in particular methanol, ethanol, isopropanol or 1-butanol, ketones, in particular acetone, methyl ethyl ketone or methyl isobutyl ketone , Ethers, in particular tetrahydrofuran or esters, O
  • an inorganic or organic acid for example HCl, HNO3, formic acid or acetic acid
  • the amount of acid may be 0.1 to 5 wt .-%, based on the mixed oxide.
  • the coating agent preferably a silane or siloxane
  • the nanoparticles thus treated precipitate are separated and dried to a powder, for example by freeze-drying.
  • Suitable coating agents are preferably silanes or siloxanes or mixtures thereof.
  • suitable coating agents are all substances which can bind physically to the surface of the mixed oxides (adsorption) or which can bond to form a chemical bond on the surface of the mixed oxide particles. Since the surface of the mixed oxide particles is hydrophilic and free hydroxy groups are available, suitable coating agents are alcohols, compounds having amino, hydroxyl, carbonyl, carboxyl or mercapto functions, silanes or siloxanes. Examples of such coating compositions are polyvinyl alcohol, mono-, di- and tricarboxylic acids, amino acids, amines, waxes, surfactants, hydroxycarboxylic acids, organosilanes and organosiloxanes.
  • Suitable silanes or siloxanes are compounds of the formulas
  • n is an integer meaning 1 ⁇ n ⁇ 1000, preferably 1 ⁇ n ⁇ 100
  • m is an integer 0 ⁇ m ⁇ 12
  • p is an integer 0 ⁇ p ⁇ 60
  • q is an integer 0 ⁇ q ⁇ 40
  • r is an integer 2 ⁇ r ⁇ 10 and s is an integer 0 ⁇ s ⁇ 18 and
  • Y is a reactive group, for example ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated groups, such as (meth) acryloyl, vinyl or allyl groups, amino, amido, ureido, hydroxyl, epoxy, isocyanato, mercapto, sulfonyl, Phosphonyl, trialkoxylsilyl,
  • X is a .functional oligomer with t an integer 2 ⁇ t ⁇ 8 and
  • the t-functional oligomer X is preferably selected from:
  • Oligomers of (meth) acrylic acid amides oligomers of (meth) acrylic acid imides, oligomers of (meth) acrylonitrile, particularly preferably oligoethers, oligoesters, oligourethanes.
  • radicals of oligoethers are compounds of the type - (C a H 2a -O) b - C 3 H 23 - or O- (C a H 2a -O) b -C a H 2 aO with 2 ⁇ a ⁇ 12 and 1 ⁇ b ⁇ 60, for example a diethylene glycol, triethylene glycol or tetraethylene glycol residue, a dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol residue, a dibutylene glycol, tributylene glycol or tetrabutylene glycol residue.
  • residues of Oligoestem are compounds of the type -C b H 2b - (C (CO) C 3 H 23 - (CO) O- C b H 2b -) c - or -OC b H 2b - (C (CO ) C 3 H 23 - (CO) O-
  • silanes of the type defined above are, for. Hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, other homologous and isomeric compounds of the series Si n O n -I (CH 2) 2 n + 2 , where n is an integer 2 ⁇ n ⁇ 1000, e.g. B. Polydimethylsiloxane 200® fluid (20 cSt).
  • Dihydrohexamethytrisiloxane, Dihydrooctamethyltetrasiloxan other homologous and isomeric compounds of the series H - [(Si-O) n (CH 3 ) 2n ] -Si (CH 3 ) 2 -H, where n is an integer 2 ⁇ n ⁇ 1000, preferred are the ⁇ , ⁇ -dihydropolysiloxanes, e.g. B. polydimethylsiloxane (hydride end groups, M n 580).
  • ⁇ -OH groups are also the corresponding difunctional compounds with epoxy, isocyanato, vinyl, AIIyI- and di (meth) acryloyl used, for.
  • R is an alkyl, such as. Methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, butyl,
  • R 1 is an alkyl, such as. For example, methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, butyl, R 1 is a cycloalkyl n is an integer of 1 - 20 x + y 3 x 1 or 2 y 1 or 2.
  • R is an alkyl, such as. As methyl, ethyl, propyl, m is a number between 0.1 - 20
  • Preferred silanes are the silanes listed below: triethoxysilane, octadecyltimethoxysilane,
  • 3-aminopropyltriethoxysilanes 3-aminopropyltrimethoxysilanes, 2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilanes, triaminofunctional propyltrimethoxysilanes (DYNASYLAN® TRIAMINO from Degussa), N- (n-butyl-3-aminopropyltrimethoxysilanes, 3-aminopropylmethyldiethoxysilanes.
  • the coating compositions are preferably added in molar ratios of mixed oxide nanoparticles to silane or siloxane of from 1: 1 to 10: 1.
  • the amount of solvent in the deagglomeration is generally 50 to 90 wt .-%, based on the total amount of mixed oxide nanoparticles and solvent.
  • the deagglomeration by grinding and simultaneous modification with the Besen ichtungssch preferably takes place at temperatures of 20 to 150 0 C, more preferably at 20 to 90 0 C.
  • the suspension is subsequently separated from the grinding beads.
  • the suspension can be heated to complete the reaction for up to 30 hours. Finally, the solvent is distilled off and the remaining residue is dried. It may also be advantageous to leave the modified mixed oxide nanoparticles in the solvent, to convert them into a solvent desired for the application and to use the dispersion for further applications.
  • the surface-modified mixed oxide nanoparticles prepared in this way are incorporated with the reactive ester waxes in any desired coating compositions.
  • the amount of such nanoparticles in the coating compositions is usually 1 to 8, preferably 2 wt .-%.
  • the reactive ester waxes in the context of the present invention are reaction products of a polyol, long-chain aliphatic carboxylic acids and at least one ethylenically unsaturated carboxylic acid, which may be oligomerized by the addition of a dicarboxylic acid.
  • long-chain aliphatic carboxylic acids it is possible to use all carboxylic acids having more than 7 carbon atoms, but preferably C 8 -C 22 -fatty acids and C 22 -C 5 -O-wax acids, either in pure form or else preferably in the form of mixtures of technical products such as coconut fatty acid, Tallow fatty acid, sunflower acid, montan wax acid, paraffin oxidate or olefin oxidate. to Molreflectssver deskrung the mixtures of long-chain carboxylic acids may still be mixed with small amounts of dicarboxylic acids such as adipic acid, dodecanedioic acid, Montanwachsdicarbonklaren.
  • polystyrene resin polyhydric aliphatic alcohols having 2 to 10
  • Carbon atoms and 2 to 10 OH groups are used, such as glycols, glycerol, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, sugar alcohols, sorbitol and their internal ethers such as sorbitans, their oligomers such as diglycerol, dipentaerythritol, their polymers such as polyglycols or polyglycerols or the alkoxylates of said polyols.
  • glycols such as glycols, glycerol, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, sugar alcohols, sorbitol and their internal ethers such as sorbitans, their oligomers such as diglycerol, dipentaerythritol, their polymers such as polyglycols or polyglycerols or the alkoxylates of said polyols.
  • ethylenically unsaturated carboxylic acids for example, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, and their anhydrides or esters can be used.
  • the stoichiometry is chosen so that one mole of polyol fatty acid partial ester is reacted with one mole of the unsaturated carboxylic acid.
  • the reactive ester wax is exemplified on the reaction product of pentaerythritol, a mixture of long-chain aliphatic carboxylic acids based on technical montan wax acid and acrylic acid:
  • H 2 C CH-OC-OH 2 CC-CH 2 O-CO-Rm
  • the preparation of the reactive ester wax can be carried out by reacting the polyol with the long-chain aliphatic carboxylic acid to a partial ester, this can be further converted by esterification with a dicarboxylic acid to a polyester wax. An ethylenically unsaturated acid is then bound via esterification to this partial ester component, so that a solid reactive product having a melting point between 40 and 90 ° C. is formed.
  • Such reactive compounds are described in DE 100 03 118 and T b
  • the amount of reactive ester wax in the coating compositions is generally 2 to 10, preferably 2 to 4 wt .-%.
  • the coating compositions of the invention which are preferably paints, especially radiation-curable coatings, also contain conventional and known binders.
  • Reactive thinner such as DPGDA, TPGDA, HDDA, TMPTA as well as photoinitiators and various additives.
  • a polymerization takes place between the unsaturated groups in the paint binder and in the reactive ester wax.
  • lacquer binders for one-component and multi-component polymer systems the following components known from lacquer technology can be used:
  • mono- to polyfunctional acrylates for example butyl acrylate, ethylhexyl acrylate, norbornyl acrylate, butanediol diacrylate, hexanediol diacrylate, dipropylene glycol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, mono- or polyethoxylated trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane triethoxytriacrylate, pentaerythritol tetraethoxytriacrylate, pentaerythritol tetraethoxy-tetraacrylate, polyether acrylate, polyether acrylate, polyether acrylate,
  • Polyurethane acrylates for example Craynor ® CN 925, CN 981 of Cray Valley Resins GmbH, Ebecryl ® EB 1290 from UCB GmbH, Laromer® 8987 from BASF AG, Photomer® 6019 or Photomer ® 6010 the company. Cognis,
  • Polyester acrylates for example Craynor ® CN 292 from Cray Valley Resins GmbH, Laromer® ® LR 8800 from BASF AG, Ebecryl ® EB 800 UCB GmbH, Photomer ® 5429 F and Photomer ® 5960 F from. Cognis, Epoxy acrylates, for example Laromer® ® EA 81 from BASF AG, Ebecryl ® EB 604 UCB GmbH, Craynor ® CN104D80 of Cray Valley Resins GmbH, dendritic polyester / ether acrylates of the company. Perstorp Specialty Chemicals AG or the company. Bayer AG.
  • Binder additives which contain no reactive double bonds include, for example, the following products:
  • Polyurethane polymers and their precursors in the form of polyisocyanates, polyols, polyurethane prepolymers, as a capped prepolymer and as reacted polyurethanes in the form of a melt or solution are:
  • Polyols in the form of polyethers for example polyethylene glycol 400, Voranol ® P 400 and
  • Polycarbonates such as Desmophen ® C 200, hydroxyl-containing polyacrylates, for example,
  • Polyurethane prepolymers such as Desmodur ® E 4280 of Bayer AG, vestanate ® EP-U 423 from Degussa AG,
  • PMMA and further poly (meth) alkyl acrylates for example Plexisol ® P 550 and Degalan LP 50/01 ® from Degussa AG,
  • Polyvinyl acetate and its copolymers eg Vinnapas® ® B 100/20 VLE Wacker-Chemie GmbH.
  • the binder may also be chosen so that it is identical to the silane or siloxane used for functionalizing the nano-mixed oxide.
  • the binders preferably have a molecular weight of 100 to 800 g / mol.
  • the content of binder in the entire coating composition is preferably 80 to 99, in particular 90 to 99 wt .-%.
  • the coating compositions of the invention may also contain other additives, such as those customary in paint technology, such as reactive diluents, binder additives, solvents and co-solvents, waxes, matting agents, lubricants, defoamers, deaerators, leveling agents, thixotropic agents, thickeners, inorganic and organic pigments, fillers , Adhesion promoters, corrosion inhibitors, UV stabilizers, HALS compounds, free-radical scavengers, antistatics, wetting agents and / or the catalysts, cocatalysts, initiators, free-radical initiators, photoinitiators, photosensitizers, etc., which are required depending on the type of curing.
  • additives such as those customary in paint technology, such as reactive diluents, binder additives, solvents and co-solvents, waxes, matting agents, lubricants, defoamers, deaerators, leveling agents,
  • additives include polyethylene glycol, PE, Waxes, PTFE waxes, PP waxes, amide waxes, FT paraffins, montan waxes, grafted waxes, natural waxes, macro- and microcrystalline paraffins, polar polyolefin waxes, sorbitan esters, polyamides, polyolefins, PTFE, wetting agents or silicates in question.
  • Alumina to magnesium oxide was 99.5: 0.5%.
  • the powder was calcined in a rotary kiln at 1050 0 C.
  • the contact time in the hot zone was a maximum of 5 min.
  • a white powder was obtained whose grain distribution corresponded to the feed material.
  • An X-ray structure analysis showed that predominantly ⁇ -alumina is present.
  • the images of the SEM image taken showed crystallites in the range 10-100 nm, which are present as agglomerates.
  • the residual chlorine content was only a few ppm.
  • the mixed oxide thus obtained (MgO-doped corundum) was suspended in 120 g of methanol and deagglomerated in a vertical stirred ball mill from Netzsch (type PE 075). After 2 h, 20 g of 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate (Dynasilan Memo, Degussa) were added and the suspension was deagglomerated in the stirred ball mill for a further 2 h. Subsequently, the suspension was separated from the beads. The suspension remains stable for weeks without evidence of sedimentation of the coated mixed oxide. The dispersion was converted by solvent exchange into the solvent suitable for the coating compositions.
  • Example 3 80 g of the mixed oxide (MgO doped corundum) from example 1 were suspended in 120 g of acetone and deagglomerated in a vertical stirred ball mill from Netzsch (type PE 075). After 2 h, 15 g of trimethoxy-octylsilane and 5 g of 3- (trimethoxysilyl) -propyl methacrylate (Dynasilan Memo, Degussa) were added, and the suspension was deagglomerated in the recycle ball mill for a further 2 h. Subsequently, the suspension was separated from the beads. The suspension remains stable for weeks without evidence of sedimentation of the coated mixed oxide. The dispersion was converted by solvent exchange into the solvent suitable for coating compositions.
  • the coated mixed oxides from Examples 1 to 3 were tested for scratch resistance, gloss and sliding friction together with a reactive ester wax in paint.
  • the application examples refer to the tests in a 100% UV varnish and show the improved matting, a higher scratch protection and a good slip.
  • Tego Airex 920 ® TEGO
  • Irgacure ® 500 CIBA
  • the mixed oxide nanoparticles of Examples 1 to 3 were in
  • DPGDA Dipropylene glycol diacrylate
  • a reactive Esterwachs was (Ceridust ® 5091 from the company. Clariant) dispersed under high shear forces in the binder.
  • Ceridust ® 5091 is a mixture of the reaction product of pentaerythritol with a mixture of long-chain carboxylic acids based on technical montan wax acid and acrylic acid (reactive Esterwachs) and an amide wax.
  • the paints were applied to glass plates at a wet film thickness of 30 ⁇ m, hardened with UV radiation and, using the micro-gloss from BYK-Gardner, the gloss was determined at an angle of 20 °. As the values in the following table show, the combination of nanoparticles and ester wax achieves a stronger matting compared to the two additives individually.
  • the paints were applied to glass plates with a 30 ⁇ m wet film thickness and cured. Using scotch-brite sponges (No. 96, 3M company) and various weights were on the abrasion tester (mtv Messtechnik) the scratch resistance determined by the residual gloss measured after scratching at an angle of 20 ° and the gloss reduction (initial gloss minus Gloss after scratching).
  • the sliding friction coefficient was determined by means of a Friction / Peel Tester (Twing-Albert) and a carriage with a leather sole (load 349 g).

Abstract

What are claimed are coating materials, more particularly varnishes, which comprise reactive ester waxes and mixed-oxide nanoparticles consisting of 50% to 99.9% by weight of aluminium oxide and 0.1% to 50% by weight of oxides of elements of main group I or II of the Periodic Table of the Elements, these nanoparticles being surface-modified with a silane or siloxane.

Description

.,
Beschreibungdescription
Beschichtungsmassen enthaltend reaktive Esterwachse und Mischoxid- NanopartikelCoating compositions containing reactive ester waxes and mixed oxide nanoparticles
Bekannt sind Nanopartikel enthaltende Beschichtungsmittel, wobei die Nanopartikel mittels Sol-Gel-Technik hergestellt werden durch hydrolytische (Co-) Kondensation von Tetraethoxysilan (TEOS) mit weiteren Metallalkoxyden in Abwesenheit von organischen und/oder anorganischen Bindemitteln. Aus DE 199 24 644 ist bekannt, dass die Sol-Gel-Synthese auch im Medium durchgeführt werden kann. Bevorzugt eingesetzt werden strahlenhärtende Formulierungen. Alle mittels Sol-Gel-Prozess hergestellten Materialien zeichnen sich aber durch geringe Festkörpergehalte an anorganischer und organischer Substanz, durch erhöhte Mengen des Kondensationsproduktes (in der Regel Alkohole), durch die Anwesenheit von Wasser und durch begrenzte Lagerstabilität aus.Nanoparticles containing coating compositions are known, wherein the nanoparticles are prepared by sol-gel technique by hydrolytic (co) condensation of tetraethoxysilane (TEOS) with other metal alkoxides in the absence of organic and / or inorganic binders. From DE 199 24 644 it is known that the sol-gel synthesis can also be carried out in the medium. Radiation-curing formulations are preferably used. However, all materials produced by sol-gel process are characterized by low solids contents of inorganic and organic substance, by increased amounts of the condensation product (usually alcohols), by the presence of water and by limited storage stability.
Einen Fortschritt stellen die hochtemperaturbeständigen, reaktiven Metalloxidpartikel dar, hergestellt durch hydrolytische Kondensation von Metallalkoxiden auf der Oberfläche von nanoskaligen anorganischen Partikeln in Gegenwart von reaktiven Bindemitteln. Die Temperaturbeständigkeit der ausreagierten Formulierungen wird erreicht durch die heterogene Copolymerisation von reaktiven Gruppen des Mediums mit gleichartigen reaktiven Gruppen des Bindemittels. Nachteilig ist hier die Unvollständigkeit der heterogenen Copolymerisation, bei der nicht alle reaktiven Gruppen auf der Oberfläche der Partikel in die Copolymerisation eintreten. Grund sind hauptsächlich sterische Hinderungen. Bekanntermaßen führen jedoch die nicht ausreagierten Gruppen zu unerwünschten Folgereaktionen, die Verfärbungen, Versprödungen oder vorzeitigen Abbau hervorrufen können. Das gilt besonders für Hochtemperaturanwendungen. Auch das in der DE 198 46 660 beschriebene Verfahren führt zu nicht lagerstabilen Systemen bedingt durch das saure Medium in Gegenwart des Kondensationsprodukts (in der Regel Alkohole). Bekannt sind auch nanoskalige oberflächenmodifizierte Teilchen (Degussa Aerosil® R 7200), die durch Kondensation von Metalloxiden mit Silanen in Abwesenheit eines Bindemittels und somit in Abwesenheit von starken Scherkräften entstanden sind, wie sie in viskosen Medien bei Rührgeschwindigkeiten von > 10 m/ s wirken. Diese Aerosile besitzen aus diesem Grund größere Teilchen als die eingesetzten Rohstoffe, ihre Opazität ist deutlich höher und ihre Wirksamkeit ist geringer als die der in WO 00/22052 beschriebenen Teilchen und der daraus hergestellten Lacke.Progress is made by the high-temperature-resistant, reactive metal oxide particles produced by hydrolytic condensation of metal alkoxides on the surface of nanoscale inorganic particles in the presence of reactive binders. The temperature resistance of the reacted formulations is achieved by the heterogeneous copolymerization of reactive groups of the medium with similar reactive groups of the binder. The disadvantage here is the incompleteness of the heterogeneous copolymerization, in which not all reactive groups on the surface of the particles enter the copolymerization. Reason are mainly steric hindrance. However, it is known that the unreacted groups lead to undesired secondary reactions, which can cause discoloration, embrittlement or premature degradation. This is especially true for high temperature applications. The process described in DE 198 46 660 also leads to non-storage-stable systems due to the acidic medium in the presence of the condensation product (usually alcohols). Also known are nanoscale surface-modified particles (Degussa Aerosil ® R 7200), which are obtained by condensation of metal oxides with silanes in the absence of a binder and hence in the absence of strong shear forces, as they act in viscous media at stirring speeds of> 10 m / s. For this reason, these aerosils have larger particles than the raw materials used, their opacity is markedly higher and their effectiveness is lower than that of the particles described in WO 00/22052 and the paints prepared therefrom.
Aus DE 100 03 118 sind bestimmte reaktive Esterwachse bekannt sowie deren Verwendung als Zusatz in Oberflächenbeschichtungen, beispielsweise Lacken.From DE 100 03 118 certain reactive ester waxes are known and their use as an additive in surface coatings, such as paints.
Durch die Kombination von Mischoxid-Nanopartikeln und reaktiven Esterwachsen beispielsweise in Form von mikronisiertem Wachs oder als Emulsionspolymerisat lassen sich die Eigenschaften, welche durch Wachse hervorgerufen werden, mit der Wirkung der Nanopartikel vereinen und sogar verbessern.By combining mixed oxide nanoparticles and reactive ester waxes, for example in the form of micronized wax or as emulsion polymer, the properties which are caused by waxes can be combined with the effect of the nanoparticles and even improved.
Gegenstand der Erfindung sind Beschichtungsmassen enthaltend reaktive Esterwachse und Mischoxid-Nanopartikel bestehend aus 50 bis 99,9 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 50 Gew.-% Oxiden von Elementen der I. oder II. Hauptgruppe des Periodensystems, wobei diese Nanopartikel mit einem Silan oder Siloxan an der Oberfläche modifiziert sind.The invention relates to coating compositions containing reactive ester waxes and mixed oxide nanoparticles consisting of 50 to 99.9 wt .-% alumina and 0.1 to 50 wt .-% oxides of elements of the I. or II. Main group of the Periodic Table, said nanoparticles modified with a silane or siloxane on the surface.
Das Aluminiumoxid in den Mischoxid-Nanopartikeln liegt bevorzugt in der rhomboedrischen α-Modifikation (Korund) vor. Die Mischoxide gemäß der vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise eine Partikelgröße von kleiner 1 μm, bevorzugt kleiner 0,2 μm und besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 0,1 μm.The aluminum oxide in the mixed oxide nanoparticles is preferably present in the rhombohedral α-modification (corundum). The mixed oxides according to the present invention preferably have a particle size of less than 1 μm, preferably less than 0.2 μm and particularly preferably between 0.001 and 0.1 μm.
Erfindungsgemäße Partikel dieser Größenordnung sollen im folgenden alsParticles of this size according to the invention are to be referred to below as
Mischoxid-Nanopartikel bezeichnet werden.Mixed oxide nanoparticles are called.
Die erfindungsgemäß benutzten Mischoxid-Nanopartikel können nach unterschiedlichen, im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden.The mixed oxide nanoparticles used according to the invention can be prepared by different processes described below.
Diese Verfahrensbeschreibungen beziehen sich auf die Herstellung nur von reinen Aluminiumoxid-Partikeln, es versteht sich aber von selbst, dass bei all diesen Verfahrensvarianten neben Al-enthaltenden Ausgangsverbindungen auch solche Verbindungen aus Elementen der I. oder II. Hauptgruppe des Periodensystems anwesend sein müssen, um die Mischoxide zu bilden. Hierfür kommen vor allem infrage vorzugsweise die Chloride, aber auch die Oxide, Oxidchloride, Carbonate, Sulfate oder andere geeignete Salze. Die Menge an solchen Oxidbildnern ist so bemessen, dass die fertigen Nanopartikel die zuvor genannten Mengen an Oxid MeO enthalten.These process descriptions refer to the production of pure only Aluminum oxide particles, but it goes without saying that in all these process variants in addition to Al-containing starting compounds and those compounds of elements of the I. or II. Main group of the Periodic Table must be present in order to form the mixed oxides. For this purpose, especially the chlorides, but also the oxides, oxide chlorides, carbonates, sulfates or other suitable salts come into question. The amount of such oxide formers is such that the finished nanoparticles contain the aforementioned amounts of oxide MeO.
Ganz allgemein geht man bei der Herstellung der eriϊndungsgemäßen Nanopartikel von größeren Agglomeraten dieser Mischoxide aus, die anschließend auf die gewünschte Partikelgröße desagglomeriert werden. Diese Agglomerate können hergestellt werden durch nachfolgend beschriebene Verfahren.Quite generally, in the preparation of the nanoparticles according to the invention, larger agglomerates of these mixed oxides are used, which are then deagglomerated to the desired particle size. These agglomerates can be prepared by methods described below.
Solche Agglomerate lassen sich beispielsweise durch verschiedene chemische Synthesen herstellen. Hierbei handelt es sich meist um Fällungsreaktionen (Hydroxidfällung, Hydrolyse metallorganischer Verbindungen) mit anschließender Kalzinierung. Dabei werden häufig Kristallisationskeime zugesetzt, um die Umwandlungstemperatur zum α-Aluminiumoxid herabzusetzen. Die so erhaltenen Sole werden getrocknet und dabei in ein Gel überführt. Die weitere Kalzinierung findet dann bei Temperaturen zwischen 350°C und 650°C statt. Für die Umwandlung zum Ot-AI2O3 muss dann bei Temperaturen um 10000C geglüht werden. Die Verfahren sind ausführlich in DE 199 22 492 beschrieben.Such agglomerates can be prepared, for example, by various chemical syntheses. These are usually precipitation reactions (hydroxide precipitation, hydrolysis of organometallic compounds) with subsequent calcination. Crystallization seeds are often added to reduce the transition temperature to the α-alumina. The sols thus obtained are dried and thereby converted into a gel. The further calcining then takes place at temperatures between 350 ° C and 650 ° C. For the conversion to Ot-Al 2 O 3 must then be annealed at temperatures around 1000 0 C. The processes are described in detail in DE 199 22 492.
Ein weiterer Weg ist das Aerosolverfahren. Dabei werden die gewünschten Moleküle aus chemischen Reaktionen eines Precursorgases oder durch schnelle Abkühlung eines übersättigten Gases erhalten. Die Bildung der Partikel erfolgt entweder durch Kollision oder die ständige im Gleichgewicht befindliche Verdampfung und Kondensation von Molekülclustern. Die neu gebildeten Teilchen wachsen durch weitere Kollision mit Produktmolekülen (Kondensation) und/oder Partikeln (Koagulation). Ist die Koagulationsrate größer als jene der Neubildung bzw. des Wachstums, entstehen Agglomerate von kugelförmigen Primärpartikeln. Flammenreaktoren stellen eine auf diesem Prinzip basierende Herstellungsvariante dar. Nanopartikel werden hier durch die Zersetzung von Precursormolekülen in der Flamme bei 15000C - 25000C gebildet. Als Beispiele seien die Oxidationen von TiCI4; SICI4 und Si2O(CH3)6 in Methan/O2-Flammen erwähnt, die zu TiO2- und SiO2-Partikeln führen. Bei Einsatz von AICI3 konnte bislang nur die entsprechende Tonerde erzeugt werden. Flammenreaktoren werden heute großtechnisch für die Synthese von Submikropartikeln wie Ruß, Pigment-TiO2, Kieselsäure und Tonerde eingesetzt.Another way is the aerosol process. The desired molecules are obtained from chemical reactions of a Precursorgases or by rapid cooling of a supersaturated gas. The formation of the particles occurs either through collision or the constant equilibrium evaporation and condensation of molecular clusters. The newly formed particles grow by further collision with product molecules (condensation) and / or particles (coagulation). If the coagulation rate is greater than that of the new growth or growth, agglomerates of spherical primary particles are formed. Flame reactors represent a production variant based on this principle. Nanoparticles are formed here by the decomposition of precursor molecules in the flame at 1500 ° C.-2500 ° C. As examples, the oxidations of TiCl 4 ; SICI 4 and Si 2 O (CH 3 ) 6 in methane / O 2 flames leading to TiO 2 and SiO 2 particles. When using AICI 3 so far only the corresponding clay could be produced. Flame reactors are now used industrially for the synthesis of submicroparticles such as carbon black, pigment TiO 2 , silica and alumina.
Kleine Partikel können auch mit Hilfe von Fliehkraft, Druckluft, Schall, Ultraschall und weiteren Methoden auch aus Tropfen gebildet werden. Die Tropfen werden dann durch direkte Pyrolyse oder durch in situ Reaktionen mit anderen Gasen in Pulver umgewandelt. Als bekannte Verfahren sind die Sprüh- und Gefriertrocknung zu erwähnen. Bei der Spraypyrolyse werden Precursortropfen durch ein Hochtemperaturfeld (Flamme, Ofen) transportiert, was zu einer raschen Verdampfung der leicht flüchtigen Komponente führt oder die Zersetzungsreaktion zum gewünschten Produkt initiiert. Die gewünschten Partikel werden in Filtern gesammelt. Als Beispiel kann hier die Herstellung von BaTiO3 aus einer wässrigen Lösung von Bariumacetat und Titanlactat genannt werden.Small particles can also be formed from drops with the help of centrifugal force, compressed air, sound, ultrasound and other methods. The drops are then converted into powder by direct pyrolysis or by in situ reactions with other gases. As known methods, the spray and freeze drying should be mentioned. In spray pyrolysis, precursor drops are transported through a high temperature field (flame, oven), resulting in rapid evaporation of the volatile component or initiating the decomposition reaction to the desired product. The desired particles are collected in filters. As an example, the production of BaTiO 3 from an aqueous solution of barium acetate and titanium lactate can be mentioned here.
Durch Mahlung kann ebenfalls versucht werden, Korund zu zerkleinern und dabei Kristallite im nano-Bereich zu erzeugen. Die besten Mahlergebnisse können mit Rührwerkskugelmühlen in einer Nassmahlung erzielt werden. Dabei müssen Mahlperlen aus einem Material verwendet werden, das eine größere Härte als Korund hat.By grinding can also be attempted to crush corundum and thereby produce crystallites in the nano range. The best grinding results can be achieved with stirred ball mills in a wet grinding. In this case, grinding beads must be used from a material that has a greater hardness than corundum.
Ein weiterer Weg zur Herstellung von Korund bei niedriger Temperatur stellt die Umwandlung von Aluminiumchlorohydrat dar. Dieses wird dazu ebenfalls mit Impfkeimen, bevorzugt aus Feinstkorund oder Hämatit, versetzt. Zur Vermeidung von Kristallwachstum müssen die Proben bei Temperaturen um 700°C bis maximal 9000C kaliziniert werden. Die Dauer der Kalzinierung beträgt hierbei mindestens vier Stunden. Nachteil dieser Methode ist deshalb der große DAnother way to produce corundum at low temperature is the conversion of aluminum chlorohydrate. This is also to seed with added, preferably from Feinstkorund or hematite. To avoid crystal growth, the samples must be kaliziniert to 700 ° C up to 900 0 C at temperatures. The duration of the calcination is at least four hours. Disadvantage of this method is therefore the big one D
Zeitaufwand und die Restmengen an Chlor im Aluminiumoxid. Die Methode wurde ausführlich beschrieben in Ber. DKG 74 (1997) No. 11/12, S. 719 - 722.Time and the residual amounts of chlorine in the alumina. The method has been described in detail in Ber. DKG 74 (1997) no. 11/12, p. 719-722.
Aus diesen Agglomeraten müssen die Nanopartikel freigesetzt werden. Dies geschieht vorzugsweise durch Mahlen oder durch Behandlung mit Ultraschall. Erfindungsgemäß erfolgt diese Desagglomeration in Gegenwart eines Lösungsmittels und eines Beschichtungsmittels, bevorzugt eines Silans oder Siloxans, das während des Mahlprozesses die entstehenden aktiven und reaktiven Oberflächen durch eine chemische Reaktion oder physikalische Anlagerung absättigt und somit die Reagglomeration verhindert. Das Nano- Mischoxid bleibt als kleines Partikel erhalten. Es ist auch möglich, das Beschichtungsmittel nach erfolgter Desagglomeration zuzugeben.From these agglomerates, the nanoparticles must be released. This is preferably done by grinding or by treatment with ultrasound. According to the invention, this deagglomeration is carried out in the presence of a solvent and a coating agent, preferably a silane or siloxane, which saturates the resulting active and reactive surfaces during the milling process by a chemical reaction or physical attachment and thus prevents reagglomeration. The nano-mixed oxide remains as a small particle. It is also possible to add the coating agent after deagglomeration.
Vorzugsweise geht man bei der Herstellung der Mischoxide von Agglomeraten aus, die entsprechend den Angaben in Ber. DKG 74 (1997) No. 11/12, S. 719 bis 722 hergestellt werden, wie zuvor beschrieben.Preferably, in the preparation of the mixed oxides, agglomerates are used which, as described in Ber. DKG 74 (1997) no. 11/12, pp. 719-722, as previously described.
Ausgangspunkt hierbei ist Aluminiumchlorohydrat, dem die Formel A^(OH)xCIy zukommt, wobei x eine Zahl von 2,5 bis 5,5 und y eine Zahl von 3,5 und 0,5 ist und die Summe von x und y stets 6 beträgt. Dieses Aluminiumchlorohydrat wird als wässrige Lösung mit Kristallisationskeimen vermischt, anschließend getrocknet und dann einer thermischen Behandlung (Kalzinierung) unterzogen.The starting point here is aluminum chlorohydrate, which has the formula A 1 (OH) x Cl y, where x is a number from 2.5 to 5.5 and y is a number from 3.5 to 0.5 and the sum of x and y is always 6 amounts to. This aluminum chlorohydrate is mixed with crystallization seeds as an aqueous solution, then dried and then subjected to a thermal treatment (calcination).
Bevorzugt geht man dabei von ca. 50 %igen wässrigen Lösungen aus, wie sie kommerziell verfügbar sind. Eine solche Lösung wird mit Kristallisationskeimen versetzt, die die Bildung der α-Modifikation des AI2O3 fördern. Insbesondere bewirken solche Keime eine Herabsetzung der Temperatur für die Bildung der α-Modifikation bei der nachfolgenden thermischen Behandlung. Als Keime kommen bevorzugt infrage feinstdisperser Korund, Diaspor oder Hämatit. Besonders bevorzugt nimmt man feinstdisperse α- AI2O3-Keime mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 0,1 μm. Im Allgemeinen reichen 2 bis 3 Gew.-% an Keimen bezogen auf das entstehende Aluminiumoxid aus. Diese Ausgangslösung enthält zusätzlich noch Oxidbildner, um die Oxide MeO in dem Mischoxid zu erzeugen. Hierfür kommen vor allem infrage die Chloride der Elemente der I. und II. Hauptgruppe des Periodensystems, insbesondere die Chloride der Elemente Ca und Mg, aber darüber hinaus auch andere lösliche oder dispergierbare Salze wie Oxide, Oxichloride, Carbonate oder Sulfate. Die Menge an Oxidbildner ist so bemessen, dass die fertigen Nanopartikel 0,01 bis 50 Gew.-% des Oxids Me enthalten. Die Oxide der I. und II. Hauptgruppe können als separate Phase neben dem Aluminiumoxid vorliegen oder mit diesem echte Mischoxide wie z.B. Spinelle etc. bilden. Der Begriff "Mischoxide" im Rahmen dieser Erfindung ist so zu verstehen, dass er beide Typen mit einschließt.Preference is given to starting from about 50% aqueous solutions, as they are commercially available. Such a solution is mixed with nuclei which promote the formation of the α-modification of Al 2 O 3 . In particular, such nuclei cause a lowering of the temperature for the formation of the α-modification in the subsequent thermal treatment. As germs are preferably in question finely disperse corundum, diaspore or hematite. Particular preference is given to using finely divided α-Al 2 O 3 nuclei having an average particle size of less than 0.1 μm. In general, 2 to 3 wt .-% of germs based on the resulting alumina from. This starting solution additionally contains oxide formers in order to produce the oxides MeO in the mixed oxide. For this purpose, especially the chlorides of the elements of the I. and II. Main group of the Periodic Table, in particular the chlorides of the elements Ca and Mg, but also other soluble or dispersible salts such as oxides, oxychlorides, carbonates or sulfates. The amount of oxide generator is such that the finished nanoparticles contain from 0.01 to 50% by weight of the oxide Me. The oxides of the I. and II. Main group may be present as a separate phase in addition to the alumina or with this real mixed oxides such as spinels, etc. form. The term "mixed oxides" in the context of this invention should be understood to include both types.
Diese Suspension aus Aluminiumchlorohydrat, Keimen und Oxidbildnern wird dann bis zum Trocknen eingedampft und einer thermischen Behandlung (Kalzinierung) unterworfen. Diese Kalzinierung erfolgt in hierfür geeigneten Vorrichtungen, beispielsweise in Durchschub-, Kammer-, Rohr-, Drehrohr- oder Mikrowellenöfen oder in einem Wirbelschichtreaktor. Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man auch so vorgehen, dass man die wässrige Suspension aus Aluminiumchlorohydrat, Oxidbildnern und Keimen ohne vorherige Entfernung des Wassers direkt in die Kalzinierungsapparatur einspritzt.This suspension of aluminum chlorohydrate, germs and oxide formers is then evaporated to dryness and subjected to a thermal treatment (calcination). This calcination is carried out in suitable devices, for example in push-through, chamber, tube, rotary kiln or microwave ovens or in a fluidized bed reactor. According to a variant of the method according to the invention, it is also possible to inject the aqueous suspension of aluminum chlorohydrate, oxide formers and germs directly into the calcining apparatus without prior removal of the water.
Die Temperatur für die Kalzinierung soll 14000C nicht übersteigen. Die untere Temperaturgrenze ist abhängig von der gewünschten Ausbeute an nanokristallinem Mischoxid, vom gewünschten Restchlorgehalt und dem Gehalt an Keimen. Die Bildung der Nanopartikel setzt bereits bei ca. 5000C ein, um jedoch den Chlorgehalt niedrig und die Ausbeute an Nanopartikeln hoch zu halten, wird man jedoch bevorzugt bei 700 bis 1100°C, insbesondere bei 1000 bis 1100°C arbeiten.The temperature for the calcination should not exceed 1400 0 C. The lower temperature limit depends on the desired yield of nanocrystalline mixed oxide, the desired residual chlorine content and the content of germs. The formation of the nanoparticles begins at about 500 0 C, but to keep the chlorine content low and the yield of nanoparticles high, but you will work preferably at 700 to 1100 ° C, especially at 1000 to 1100 ° C.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass für die Kalzinierung im Allgemeinen weniger als 30 Minuten, vorzugsweise 0,5 bis 10, insbesondere 0,5 bis 5 Minuten ausreichen. Bereits nach dieser kurzen Zeit kann unter den oben angegebenen Bedingungen für die bevorzugten Temperaturen eine ausreichende Ausbeute an Nanopartikeln erreicht werden. Man kann jedoch auch entsprechend den Angaben in Ber. DKG 74 (1997) No. 11/12, S. 722 4 Stunden lang bei 7000C oder 8 Stunden lang bei 5000C kalzinieren.It has surprisingly been found that for calcination generally less than 30 minutes, preferably 0.5 to 10, in particular 0.5 to 5 minutes are sufficient. Already after this short time under the conditions given above for the preferred temperatures, a sufficient yield of nanoparticles can be achieved. But you can also according to the information in Ber. DKG 74 (1997) no. 11/12, p. 722 for 4 hours at 700 0 C or 8 hours at 500 0 C calcine.
Bei der Kalzinierung fallen Agglomerate in Form von nahezu kugelförmigen Nanopartikeln an. Diese Partikel bestehen aus AI2O3 und MeO. Der Gehalt an MeO wirkt als Inhibitor für das Kristallwachstum und hält die Kristallitgröße klein. Dadurch unterscheiden sich die Agglomerate, wie sie durch die oben beschriebene Kalzinierung erhalten werden, deutlich von den Partikeln, wie sie bei dem in WO 2004/069 400 beschriebenen Verfahren eingesetzt werden, wo es sich um gröbere, in sich homogene Teilchen und nicht um Agglomerate von bereits vorgefertigten Nanopartikeln handelt.During calcination, agglomerates accumulate in the form of nearly spherical nanoparticles. These particles consist of Al 2 O 3 and MeO. The content of MeO acts as an inhibitor of crystal growth and keeps the crystallite size small. As a result, the agglomerates, as obtained by the calcination described above, clearly differ from the particles used in the process described in WO 2004/069 400, which are coarser, inherently homogeneous particles and not agglomerates of pre-fabricated nanoparticles.
Zur Gewinnung von Nanopartikeln werden die Agglomerate vorzugsweise durch Nassmahlung in einem Lösungsmittel zerkleinert, beispielsweise in einer Attritormühle, Perlmühle oder Rührwerksmühle. So erhält man beispielsweise nach einer zweistündigen Mahlung eine Suspension von Nanopartikeln mit einem d50-Wert von kleiner als 100 nm. Eine andere Möglichkeit der Desagglomeration ist die Beschallung mit Ultraschall.To obtain nanoparticles, the agglomerates are preferably comminuted by wet grinding in a solvent, for example in an attritor mill, bead mill or stirred mill. Thus, for example, after a two-hour grinding, a suspension of nanoparticles having a d50 value of less than 100 nm is obtained. Another possibility for deagglomeration is sonication.
Für die Modifizierung der Oberfläche dieser Nanopartikel mitFor modifying the surface of these nanoparticles with
Beschichtungsmitteln, wie z.B. Silanen oder Siloxanen gibt es zwei Möglichkeiten. Gemäß der ersten bevorzugten Variante kann man die Desagglomeration in Gegenwart des Beschichtungsmittels vornehmen, beispielsweise indem man das Beschichtungsmittel während des Mahlens in die Mühle gibt. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass man zuerst die Agglomerate der Nanopartikel zerstört und anschließend die Nanopartikel, vorzugsweise in Form einer Suspension in einem Lösungsmittel, mit dem Beschichtungsmittel behandelt.Coating agents, such as e.g. Silanes or siloxanes there are two possibilities. According to the first preferred variant, deagglomeration can be carried out in the presence of the coating agent, for example by adding the coating agent to the mill during milling. A second possibility consists of first destroying the agglomerates of the nanoparticles and then treating the nanoparticles, preferably in the form of a suspension in a solvent, with the coating agent.
Als Lösungsmittel für die Desagglomeration kommen in Frage sowohl Wasser als auch übliche Lösungsmittel, vorzugsweise solche, die auch in der Lackindustrie genommen werden, wie zum Beispiel Alkohole, insbesondere Methanol, Ethanol, Isopropanol oder 1-Butanol, Ketone, insbesondere Aceton, Methylethylketon oder Methylisobutylketon, Ether, insbesondere Tetrahydrofuran oder Ester, oSuitable solvents for deagglomeration are both water and conventional solvents, preferably those which are also used in the paint industry, such as alcohols, in particular methanol, ethanol, isopropanol or 1-butanol, ketones, in particular acetone, methyl ethyl ketone or methyl isobutyl ketone , Ethers, in particular tetrahydrofuran or esters, O
insbesondere Ethylacetat, Butylacetat oder Methoxypropylacetat. Erfolgt die Desagglomeration in Wasser, sollte eine anorganische oder organische Säure, beispielsweise HCl, HNO3, Ameisensäure oder Essigsäure zugegeben werden, um die entstehenden Nanopartikel in der wässrigen Suspension zu stabilisieren. Die Menge an Säure kann 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Mischoxid, betragen. Aus dieser wässrigen Suspension der sauer modifizierten Nanopartikel wird dann bevorzugt die Kornfraktion mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 20 nm durch Zentrifugieren abgetrennt. Anschließend wird bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei ca. 1000C das Beschichtungsmittel, vorzugsweise ein Silan oder Siloxan, zugegeben. Die so behandelten Nanopartikel fallen aus, werden abgetrennt und zu einem Pulver getrocknet, beispielsweise durch Gefriertrocknung.in particular ethyl acetate, butyl acetate or methoxypropyl acetate. When deagglomerating in water, an inorganic or organic acid, for example HCl, HNO3, formic acid or acetic acid, should be added to stabilize the resulting nanoparticles in the aqueous suspension. The amount of acid may be 0.1 to 5 wt .-%, based on the mixed oxide. From this aqueous suspension of the acid-modified nanoparticles is then preferably the grain fraction having a particle diameter of less than 20 nm separated by centrifugation. Subsequently, at elevated temperature, for example at about 100 ° C., the coating agent, preferably a silane or siloxane, is added. The nanoparticles thus treated precipitate, are separated and dried to a powder, for example by freeze-drying.
Als geeignete Beschichtungsmittel kommen hierbei vorzugsweise Silane oder Siloxane oder deren Mischungen infrage.Suitable coating agents here are preferably silanes or siloxanes or mixtures thereof.
Darüber hinaus sind als Beschichtungsmittel alle Stoffe geeignet, die an der Oberfläche der Mischoxide physikalisch anbinden können (Adsorption) oder die durch die Bildung einer chemischen Bindung an der Oberfläche der Mischoxid- Partikel anbinden können. Da die Oberfläche der Mischoxid-Partikel hydrophil ist und freie Hydroxygruppen zur Verfügung stehen, kommen als Beschichtungsmittel Alkohole, Verbindungen mit Amino-, Hydroxy-, Carbonyl-, Carboxyl- oder Mercapto-Funktionen, Silane oder Siloxane infrage. Beispiele für solche Beschichtungsmittel sind Polyvinylalkohol, Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, Aminosäuren, Amine, Wachse, Tenside, Hydroxycarbonsäuren, Organosilane und Organosiloxane.In addition, suitable coating agents are all substances which can bind physically to the surface of the mixed oxides (adsorption) or which can bond to form a chemical bond on the surface of the mixed oxide particles. Since the surface of the mixed oxide particles is hydrophilic and free hydroxy groups are available, suitable coating agents are alcohols, compounds having amino, hydroxyl, carbonyl, carboxyl or mercapto functions, silanes or siloxanes. Examples of such coating compositions are polyvinyl alcohol, mono-, di- and tricarboxylic acids, amino acids, amines, waxes, surfactants, hydroxycarboxylic acids, organosilanes and organosiloxanes.
Als Silane bzw. Siloxane kommen infrage Verbindungen der FormelnSuitable silanes or siloxanes are compounds of the formulas
a) R [-Si (R'R")-O-]n Si (R1R11J-R"1 oder cyclo-[-Si (R'R")-O-]r Si (R'R")-O-a) R [-Si (R'R ") - O-] n Si (R 1 R 11 JR" 1 or cyclo - [-Si (R'R ") - O-] r Si (R'R") -O-
wonn yWonn y
R, R1, R", R1"- gleich oder verschieden voneinander einen Alkylrest mit 1 - 18 C- Atomen oder einen Phenylrest oder einen Alkylphenyl- oder einen Phenylalkylrest mit 6 - 18 C-Atomen oder einen Rest der allgemeinen Formel -(CmH2m-O)p-CqH2q+i oder einen Rest der allgemeinen Formel -CSH2SY oder einen Rest der allgemeinen Formel -XZt-i,R, R 1 , R ", R 1 " - identical or different from each other, an alkyl radical having 1-18 C atoms or a phenyl radical or an alkylphenyl or a phenylalkyl radical having 6 - 18 C-atoms or a radical of the general formula - ( C m H 2 m -O) p-C q H 2 q + i or a radical of the general formula C s H 2 S y or a radical of the general formula -XZ t- i,
n eine ganze Zahl mit der Bedeutung 1 ≤ n < 1000, bevorzugt 1 < n < 100, m eine ganze Zahl 0 < m < 12 und p eine ganze Zahl 0 < p < 60 und q eine ganze Zahl 0 < q < 40 und r eine ganze Zahl 2 < r < 10 und s eine ganze Zahl 0 < s < 18 undn is an integer meaning 1 ≦ n <1000, preferably 1 <n <100, m is an integer 0 <m <12 and p is an integer 0 <p <60 and q is an integer 0 <q <40 and r is an integer 2 <r <10 and s is an integer 0 <s <18 and
Y eine reaktive Gruppe, beispielsweise α,ß-ethylenisch ungesättigte Gruppen, wie (Meth)Acryloyl-, Vinyl- oder Allylgruppen, Amino-, Amido-, Ureido-, Hydroxyl-, Epoxy-, Isocyanato-, Mercapto-, Sulfonyl-, Phosphonyl-, Trialkoxylsilyl-,Y is a reactive group, for example α, β-ethylenically unsaturated groups, such as (meth) acryloyl, vinyl or allyl groups, amino, amido, ureido, hydroxyl, epoxy, isocyanato, mercapto, sulfonyl, Phosphonyl, trialkoxylsilyl,
Alkyldialkoxysilyl-, Dialkylmonoalkoxysilyl-, Anhydrid- und/oder Carboxylgruppen,Alkyldialkoxysilyl, dialkylmonoalkoxysilyl, anhydride and / or carboxyl groups,
Imido-, Imino-, Sulfit-, Sulfat-, Sulfonat-, Phosphin-, Phosphit-, Phosphat-,Imido, imino, sulfite, sulfate, sulfonate, phosphine, phosphite, phosphate,
Phosphonatgruppen undPhosphonate groups and
X ein .-funktionelles Oligomer mit t eine ganze Zahl 2 < t < 8 undX is a .functional oligomer with t an integer 2 <t <8 and
Z wiederum einen RestZ in turn a rest
R [-Si (R'R")-O-]n Si (R1R")-^" oder cyclo-[-Si (R1FT)-O-Jr Si (R1FT)-O- darstellt, wie vorstehend definiert.R [-Si (R'R ") - O-] n Si (R 1 R") - ^ "or cyclo - [- Si (R 1 FT) -O-Jr Si (R 1 FT) -O- as defined above.
Das t-funktionelle Oligomer X ist dabei bevorzugt ausgewählt aus:The t-functional oligomer X is preferably selected from:
Oligoether, Oligoester, Oligoamid, Oligourethan, Oligohamstoff, Oligoolefin, Oligovinylhalogenid, Oligovinylidendihalogenid, Oligoimin, Oligovinylalkohol, Ester, Acetal oder Ether von Oligovinylalkohol, Cooligomere von Maleinsäureanhydrid, Oligomere von (Meth)acrylsäure, Oligomere von (Meth)acrylsäureestern,Oligoether, oligoester, oligoamide, oligourethane, oligohamine, oligoolefin, oligovinyl halide, oligovinylidenedihalogenide, oligoimine, oligovinyl alcohol, esters, acetal or ethers of oligovinyl alcohol, cooligomers of maleic anhydride, oligomers of (meth) acrylic acid, oligomers of (meth) acrylic acid esters,
Oligomere von (Meth)acrylsäureamiden, Oligomere von (Meth)acrylsäureimiden, Oligomere von (Meth)acrylsäurenitril, besonders bevorzugt Oligoether, Oligoester, Oligourethane. Beispiele für Reste von Oligoethern sind Verbindungen vom Typ -(CaH2a-O)b- C3H23- bzw. O-(CaH2a-O)b-CaH2a-O mit 2 < a < 12 und 1 < b < 60, z.B. ein Diethylenglykol-, Triethylenglykol- oder Tetraethylenglykol-Rest, ein Dipropylenglykol-, Tripropylenglykol-, Tetrapropylenglykol-Rest, ein Dibutylenglykol-, Tributylenglykol- oder Tetrabutylenglykol-Rest. Beispiele für Reste von Oligoestem sind Verbindungen vom Typ -CbH2b-(C(CO) C3H23-(CO) O- CbH2b-)c- bzw. -O-CbH2b-(C(CO) C3H23-(CO) O-Oligomers of (meth) acrylic acid amides, oligomers of (meth) acrylic acid imides, oligomers of (meth) acrylonitrile, particularly preferably oligoethers, oligoesters, oligourethanes. Examples of radicals of oligoethers are compounds of the type - (C a H 2a -O) b - C 3 H 23 - or O- (C a H 2a -O) b -C a H 2 aO with 2 <a <12 and 1 <b <60, for example a diethylene glycol, triethylene glycol or tetraethylene glycol residue, a dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol residue, a dibutylene glycol, tributylene glycol or tetrabutylene glycol residue. Examples of residues of Oligoestem are compounds of the type -C b H 2b - (C (CO) C 3 H 23 - (CO) O- C b H 2b -) c - or -OC b H 2b - (C (CO ) C 3 H 23 - (CO) O-
CbH2b-)c-O- mit a und b unterschiedlich oder gleich 3 < a ≤ 12, 3 < b < 12 und 1 < c < 30, z.B. ein Oligoester aus Hexandiol und Adipinsäure.C b H 2b -) c -O- with a and b different or equal to 3 <a ≤ 12, 3 <b <12 and 1 <c <30, eg an oligoester of hexanediol and adipic acid.
b) Organosilane des Typs (RO)3Si(CH2)m-R' R = Alkyl, wie Methyl-, Ethyl-, Propyl- m = 0,1 - 20 R1 = Methyl-, Phenyl, -C4F9; OCF2-CHF-CF3, -C6F13, -0-CF2-CHF2 b) organosilanes of the type (RO) 3 Si (CH 2 ) m -R 'R = alkyl, such as methyl, ethyl, propyl, m = 0.1-20 R 1 = methyl, phenyl, -C 4 F 9 ; OCF 2 -CHF-CF 3 , -C 6 F 13 , -O-CF 2 -CHF 2
-NH2, -N3, SCN, -CH=CH2, -NH-CH2-CH2-NH2,-NH 2 , -N 3 , SCN, -CH = CH 2 , -NH-CH 2 -CH 2 -NH 2 ,
-N-(CH2-CH2-NH2)2 -N- (CH 2 -CH 2 -NH 2 ) 2
-0OC(CH3)C = CH2 -OOC (CH 3 ) C = CH 2
-OCH2-CH(O)CH2 -NH-CO-N-CO-(CH2)5 -OCH 2 -CH (O) CH 2 -NH-CO-N-CO- (CH 2 ) 5
-NH-COO-CH3, -NH-COO-CH2-CH3, -NH-(CH2)3Si(OR)3
Figure imgf000011_0001
-NH-COO-CH 3 , -NH-COO-CH 2 -CH 3 , -NH- (CH 2 ) 3 Si (OR) 3
Figure imgf000011_0001
-SHSH
-NR1R11R"1 (R1 = Alkyl, Phenyl; R" = Alkyl, Phenyl; R"1 = H, Alkyl, Phenyl, Benzyl,-NR 1 R 11 R " 1 (R 1 = alkyl, phenyl; R" = alkyl, phenyl; R " 1 = H, alkyl, phenyl, benzyl,
C2H4NR1111 mit R"" = A, Alkyl und R = H, Alkyl).C 2 H 4 NR 1111 with R "" = A, alkyl and R = H, alkyl).
Beispiele für Silane der oben definierten Art sind z. B. Hexamethyldisiloxan, Octamethyltrisiloxan, weitere homologe und isomere Verbindungen der Reihe SinOn-I (CHs)2n+2, wobei n eine ganze Zahl 2 < n < 1000 ist, z. B. Polydimethylsiloxan 200® fluid (20 cSt). Hexamethyl-cyclo-trisiloxan, Octamethyl-cyclo-tetrasiloxan, weitere homologe und isomere Verbindungen der Reihe (Si-O)r(CH3)2r, wobei r eine ganze Zahl 3 < r < 12 ist, Dihydroxytetramethydisiloxan, Dihydroxyhexamethyltrisiloxan,Examples of silanes of the type defined above are, for. Hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, other homologous and isomeric compounds of the series Si n O n -I (CH 2) 2 n + 2 , where n is an integer 2 <n <1000, e.g. B. Polydimethylsiloxane 200® fluid (20 cSt). Hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclo tetrasiloxane, other homologous and isomeric compounds of the series (Si-O) r (CH 3 ) 2r, where r is an integer 3 <r <12, dihydroxytetramethydisiloxane, dihydroxyhexamethyltrisiloxane,
Dihydroxyoctamethyltetrasiloxan, weitere homologe und isomere Verbindungen der ReiheDihydroxyoctamethyltetrasiloxane, other homologous and isomeric compounds of the series
HO-[(Si-O)n(CH3)2n]-Si(CH3)2-OH oder HO-[(Si-O)n(CH3)2nHSi-O)m(C6H5)2m]-Si(CH3)2-OH, wobei m eine ganze Zahl 2 < m < 1000 ist, bevorzugt sind die α,ω-Dihydroxypolysiloxane, z. B. Polydimethylsiloxan (OH-Endgruppen, 90-150 cST) oder Polydimethylsiloxan-co-diphenylsiloxan, (Dihydroxy-Endgruppen, 60 cST).HO - [(Si-O) n (CH 3 ) 2n ] -Si (CH 3 ) 2 -OH or HO - [(Si-O) n (CH 3 ) 2n HSi-O) m (C 6 H 5 ) 2m ] -Si (CH 3 ) 2 -OH, where m is an integer 2 <m <1000, preferably the α, ω-dihydroxypolysiloxanes, z. Polydimethylsiloxane (OH end groups, 90-150 cSt) or polydimethylsiloxane-co-diphenylsiloxane (dihydroxy end groups, 60 cST).
Dihydrohexamethytrisiloxan, Dihydrooctamethyltetrasiloxan weitere homologe und isomere Verbindungen der Reihe H-[(Si-O)n(CH3)2n]-Si(CH3)2-H, wobei n eine ganze Zahl 2 < n < 1000 ist, bevorzugt sind die α,ω-Dihydropolysiloxane, z. B. Polydimethylsiloxan (Hydrid-Endgruppen, Mn = 580).Dihydrohexamethytrisiloxane, Dihydrooctamethyltetrasiloxan other homologous and isomeric compounds of the series H - [(Si-O) n (CH 3 ) 2n ] -Si (CH 3 ) 2 -H, where n is an integer 2 <n <1000, preferred are the α, ω-dihydropolysiloxanes, e.g. B. polydimethylsiloxane (hydride end groups, M n = 580).
Di(hydroxypropyl)hexamehtyltrisiloxan, Dihydroxypropyl)octamethyltetrasiloxan, weitere homologe und isomere Verbindungen der Reihe HO-(CH2)u[(Si- O)n(CH3)2(CH2)u-OH, bevorzugt sind die α,ω-Dicarbinolpolysiloxane mit 3 < u < 18, 3 < n < 1000 oder ihre Polyether-modifizierten Nachfolgeverbindungen auf Basis der Ethylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO) als Homo- oder Mischpolymer HO-(EO/PO)v-(CH2)u[(Si-O)t(CH3)2t]-Si(CH3)2(CH2)u-(EO/PO)v-OH, bevorzugt sind α,ω-Di(carbinolpolyether)-polysiloxane mit 3 < n < 1000, 3 < u < 18, 1 < v < 50.Di (hydroxypropyl) hexamethyltrisiloxane, dihydroxypropyl) octamethyltetrasiloxane, other homologous and isomeric compounds of the series HO- (CH 2 ) u [(Si-O) n (CH 3 ) 2 (CH 2 ) u-OH, the α, ω are preferred -Dicarbinolpolysiloxanes with 3 <u <18, 3 <n <1000 or their polyether-modified successor compounds based on ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) as homo- or mixed polymer HO- (EO / PO) v - (CH 2 ) u [(Si-O) t (CH 3 ) 2t] -Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) u - (EO / PO) v -OH, preferred are α, ω-di (carbinol polyether) -polysiloxanes with 3 <n <1000, 3 <u <18, 1 <v <50.
Statt α,ω-OH-Gruppen kommen ebenfalls die entsprechenden difunktionellen Verbindungen mit Epoxy-, Isocyanato-, Vinyl-, AIIyI- und Di(meth)acryloylgruppen zum Einsatz, z. B. Polydimethylsiloxan mit Vinylendgruppen (850 - 1150 cST) oder TEGORAD 2500 der Fa. Tego Chemie Service. Es kommen auch die Veresterungsprodukte von ethoxylierten/propoxylierten Trisiloxanen und höheren Siloxanen mit Acrylsäurecopolymeren und/oder Maleinsäurecopolymeren als modifizierende Verbindung infrage, z. B. BYK Silclean 3700 der Fa. Byk Chemie oder TEGO® Protect 5001 der Fa. Tego Chemie Service GmbH.Instead of α, ω-OH groups are also the corresponding difunctional compounds with epoxy, isocyanato, vinyl, AIIyI- and di (meth) acryloyl used, for. B. Polydimethylsiloxan with vinyl end groups (850 - 1150 cST) or TEGORAD 2500 from. Tego Chemie Service. There are also the esterification of ethoxylated / propoxylated trisiloxanes and higher siloxanes with acrylic acid copolymers and / or maleic acid copolymers as a modifying compound in question, z. B. BYK Silclean 3700 from Byk Chemie or TEGO® Protect 5001 from Tego Chemie Service GmbH.
Statt α,ω-OH-Gruppen kommen ebenfalls die entsprechenden difunktionellen Verbindungen mit -NHR"" mit R"" = H oder Alkyl zum Einsatz, z. B. die allgemein bekannten Aminosiliconöle der Firmen Wacker, Dow Corning, Bayer, Rhodia etc. zum Einsatz, die statistisch auf der Polysiloxankette verteilte (Cyclo)-Instead of α, ω-OH groups are also the corresponding difunctional compounds with -NHR "" with R "" = H or alkyl used, for. For example, the well-known aminosilicone oils from Wacker, Dow Corning, Bayer, Rhodia, etc., which are distributed randomly on the polysiloxane chain (cyclo), are used.
Alkylaminogruppen oder (Cyclo)-Alkyliminogruppen auf ihrer Polymerkette tragen.Carry alkylamino groups or (cyclo) alkylimino groups on their polymer chain.
Organosilane des Typs (RO)3Si(CnH2n+i) und (RO)3Si(CnH2n+I), wobei R ein Alkyl, wie z. B. Methyl, Ethyl-, n-Propyl-, i-Propyl, Butyl- n I bis 20.Organosilanes of the type (RO) 3 Si (CnH 2 n + i) and (RO) 3 Si (C n H 2n + I), wherein R is an alkyl, such as. For example, methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, butyl n I to 20.
Organosilane des Typs R'x(RO)ySi(CnH2n+1) und (RO)3Si(CnH2n+1), wobeiOrganosilanes of the type R'x (RO) ySi (CnH2n + 1) and (RO) 3Si (CnH2n + 1), wherein
R ein Alkyl, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, i-Propyl-, Butyl-,R is an alkyl, such as. Methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, butyl,
R1 ein Alkyl, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, i-Propyl-, Butyl-, R1 ein Cycloalkyl n eine ganze Zahl von 1 - 20 x+y 3 x 1 oder 2 y 1 oder 2.R 1 is an alkyl, such as. For example, methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, butyl, R 1 is a cycloalkyl n is an integer of 1 - 20 x + y 3 x 1 or 2 y 1 or 2.
Organosilane des Typs (RO)3Si(CH2)(TrR1, wobeiOrganosilanes of the type (RO) 3 Si (CH 2 ) (TrR 1 , where
R ein Alkyl, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, m eine Zahl zwischen 0,1 - 20R is an alkyl, such as. As methyl, ethyl, propyl, m is a number between 0.1 - 20
R1 Methyl-, Phenyl, -C4F9; OCF2-CHF-CF3, -C6Fi3, -0-CF2-CHF2, -NH2, -N3, -SCN, -CH=CH2, -NH-CH2-CH2-NH2, -N-(CH2-CH2-NH2)2,R 1 is methyl, phenyl, -C 4 F 9 ; OCF 2 -CHF-CF 3 , -C 6 Fi 3 , -O-CF 2 -CHF 2 , -NH 2 , -N 3 , -SCN, -CH = CH 2 , -NH-CH 2 -CH 2 -NH 2 , -N- (CH 2 -CH 2 -NH 2 ) 2 ,
-0OC(CH3)C = CH2, -OCH2-CH(O)CH2, -NH-CO-N-CO-(CH2)5,-OOC (CH 3 ) C = CH 2 , -OCH 2 -CH (O) CH 2 , -NH-CO-N-CO- (CH 2 ) 5 ,
-NH-COO-CH3, -NH-COO-CH2-CH3,-NH-COO-CH 3 , -NH-COO-CH 2 -CH 3 ,
-NH-(CH2)3Si(OR)3, -Sx-(CH2)3)Si(OR)3, -SH-NR1R11R1" (R1 = Alkyl, Phenyl; R" = Alkyl, Phenyl; R111 = H, Alkyl, Phenyl, Benzyl, C2H4NR1111R"1" mit R1"1 = A, Alkyl und R = H, Alkyl) bedeutet.-NH- (CH 2 ) 3 Si (OR) 3 , -S x - (CH 2 ) 3 ) Si (OR) 3 , -SH-NR 1 R 11 R 1 "(R 1 = alkyl, phenyl; R "= alkyl, phenyl, R 111 = H, alkyl, phenyl, benzyl, C 2 H 4 NR 1111 R" 1 "with R 1 " 1 = A, alkyl and R = H, alkyl).
Bevorzugte Silane sind die im Folgenden aufgeführten Silane: Triethoxysilan, Octadecyltimethoxisilan,Preferred silanes are the silanes listed below: triethoxysilane, octadecyltimethoxysilane,
3-(Trimethoxysilyl)-propylmethacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-propylacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-methylmethacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-methylacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-ethylmethacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-ethylacrylate, 3-(TrimethoxysiIyl)-pentylmethacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-pentylacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-hexylmethacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-hexylacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-butylmethacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-butylacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-heptylmethacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-heptylacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-octylmethacrylate, 3-(Trimethoxysilyl)-octylacrylate, Methyltrimethoxysilane, Methyltriethoxysilane, Propyltrimethoxisilane, Propyltriethoxisilane, Isobutyltrimethoxisilane, Isobutyltriethoxysilane, Octyltrimethoxysilane, Octyltriethoxysilane, Hexadecyltrimethoxysilane, Phenyltrimethoxysilane, Phenyltriethoxysilane, Tridecafluoro-1 ,1 ,2,2-tetrahydrooctyltriethoxysilane, Tetramethoxysilane, Tetraethoxysilane, Oligomeric tetraethoxysilane (DYNASIL® 40 Fa. Degussa), Tetra-n-propoxysilane,3- (trimethoxysilyl) -propylmethacrylate, 3- (trimethoxysilyl) -propylacrylate, 3- (trimethoxysilyl) -methylmethacrylate, 3- (trimethoxysilyl) -methylacrylate, 3- (trimethoxysilyl) -ethylmethacrylate, 3- (trimethoxysilyl) -ethylacrylate, 3- (Trimethoxysilyl) pentyl methacrylates, 3- (trimethoxysilyl) pentyl acrylates, 3- (trimethoxysilyl) hexyl methacrylates, 3- (trimethoxysilyl) hexacrylates, 3- (trimethoxysilyl) butyl methacrylates, 3- (trimethoxysilyl) butyl acrylates, 3- (trimethoxysilyl ) -heptylmethacrylate, 3- (trimethoxysilyl) -heptylacrylate, 3- (trimethoxysilyl) -octylmethacrylate, 3- (trimethoxysilyl) -octylacrylate, Methyltrimethoxysilane, Methyltriethoxysilane, Propyltrimethoxisilane, Propyltriethoxisilane, Isobutyltrimethoxisilane, Isobutyltriethoxysilane, Octyltrimethoxysilane, Octyltriethoxysilane, Hexadecyltrimethoxysilane, Phenyltrimethoxysilane, Phenyltriethoxysilane, Tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltriethoxysilanes, tetramethoxysilanes, tetraethoxysilanes, oligomeric tetraethoxysilanes (DYNASIL® 4 0 Degussa), tetra-n-propoxysilane,
3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-Glycidyloxypropyltriethoxysilane,3-glycidyloxypropyltrimethoxysilanes, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilanes,
3-Methacryloxylpropyltrimethoxysilane, Vinyltrimethoxysilane, Vinyltriethoxysilane,3-methacryloxypropyltrimethoxysilanes, vinyltrimethoxysilanes, vinyltriethoxysilanes,
3-Mercaptopropyltrimethoxysilane,3-Mercaptopropyltrimethoxysilane,
3-Aminopropyltriethoxysilane, 3-Aminopropyltrimethoxysilane, 2-Aminoethyl-3- aminopropyltrimethoxysilane, Triaminofunctional propyltrimethoxysilane (DYNASYLAN® TRIAMINO Fa. Degussa), N-(n-Butyl-3- aminopropyltrimethoxysilane, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilane.3-aminopropyltriethoxysilanes, 3-aminopropyltrimethoxysilanes, 2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilanes, triaminofunctional propyltrimethoxysilanes (DYNASYLAN® TRIAMINO from Degussa), N- (n-butyl-3-aminopropyltrimethoxysilanes, 3-aminopropylmethyldiethoxysilanes.
Die Beschichtungsmittel, hier insbesondere die Silane oder Siloxane werden vorzugsweise in molaren Verhältnissen Mischoxid-Nanopartikel zu Silan bzw. Siloxan von 1 :1 bis 10:1 zugegeben. Die Menge an Lösungsmittel beim Desagglomerieren beträgt im Allgemeinen 50 bis 90 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Mischoxid-Nanopartikel und Lösungsmittel. Die Desagglomerierung durch Mahlen und gleichzeitige Modifizierung mit dem Besen ichtungsmittel erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 20 bis 1500C, besonders bevorzugt bei 20 bis 900C.The coating compositions, in particular the silanes or siloxanes, are preferably added in molar ratios of mixed oxide nanoparticles to silane or siloxane of from 1: 1 to 10: 1. The amount of solvent in the deagglomeration is generally 50 to 90 wt .-%, based on the total amount of mixed oxide nanoparticles and solvent. The deagglomeration by grinding and simultaneous modification with the Besen ichtungsmittel preferably takes place at temperatures of 20 to 150 0 C, more preferably at 20 to 90 0 C.
Erfolgt die Desagglomeration durch Mahlen, wird die Suspension anschließend von den Mahlperlen abgetrennt.If deagglomeration is carried out by grinding, the suspension is subsequently separated from the grinding beads.
Nach der Desagglomeration kann die Suspension zur Vervollständigung der Reaktion noch bis zu 30 Stunden erhitzt werden. Abschließend wird das Lösungsmittel abdestilliert und der verbleibende Rückstand getrocknet. Es kann auch vorteilhaft sein, die modifizierten Mischoxid-Nanopartikel im Lösungsmittel zu belassen, in ein, für die Anwendung gewünschtes, Lösemittel zu überführen und die Dispersion für weitere Anwendungen zu verwenden.After deagglomeration, the suspension can be heated to complete the reaction for up to 30 hours. Finally, the solvent is distilled off and the remaining residue is dried. It may also be advantageous to leave the modified mixed oxide nanoparticles in the solvent, to convert them into a solvent desired for the application and to use the dispersion for further applications.
Es ist auch möglich, die Mischoxid-Nanopartikel in den entsprechendenIt is also possible to use the mixed oxide nanoparticles in the corresponding
Lösungsmitteln zu suspendieren und die Reaktion mit dem Beschichtungsmittel nach der Desagglomeration in einem weiteren Schritt durchzuführen.Suspend solvents and perform the reaction with the coating agent after deagglomeration in a further step.
Die so hergestellten, an der Oberfläche modifizierten Mischoxid-Nanopartikel werden mit den reaktiven Esterwachsen in beliebige Beschichtungsmassen eingearbeitet.The surface-modified mixed oxide nanoparticles prepared in this way are incorporated with the reactive ester waxes in any desired coating compositions.
Die Menge an derartigen Nanopartikeln in den Beschichtungsmassen beträgt üblicherweise 1 bis 8, bevorzugt 2 Gew.-%.The amount of such nanoparticles in the coating compositions is usually 1 to 8, preferably 2 wt .-%.
Bei den reaktiven Esterwachsen im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich um Umsetzungsprodukte aus einem Polyol, langkettigen aliphatischen Carbonsäuren und mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure, die durch den Zusatz einer Dicarbonsäure oligomerisiert sein können. Als langkettige aliphatische Carbonsäuren können alle Carbonsäuren mit mehr als 7 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden, bevorzugt aber C8-C22-Fettsäuren und C22-C5o-Wachssäuren, entweder in reiner Form oder aber bevorzugt in Form von Mischungen technischer Produkte wie z.B. Kokosfettsäure, Taigfettsäure, Sonnenblumensäure, Montanwachssäure, Paraffinoxidat oder Olefinoxidat. Zur Molgewichtsvergrößerung können die Mischungen der langkettigen Carbonsäuren noch mit geringen Anteilen an Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Dodecandisäure, Montanwachsdicarbonsäuren, versetzt sein.The reactive ester waxes in the context of the present invention are reaction products of a polyol, long-chain aliphatic carboxylic acids and at least one ethylenically unsaturated carboxylic acid, which may be oligomerized by the addition of a dicarboxylic acid. As long-chain aliphatic carboxylic acids, it is possible to use all carboxylic acids having more than 7 carbon atoms, but preferably C 8 -C 22 -fatty acids and C 22 -C 5 -O-wax acids, either in pure form or else preferably in the form of mixtures of technical products such as coconut fatty acid, Tallow fatty acid, sunflower acid, montan wax acid, paraffin oxidate or olefin oxidate. to Molgewichtsvergrößerung the mixtures of long-chain carboxylic acids may still be mixed with small amounts of dicarboxylic acids such as adipic acid, dodecanedioic acid, Montanwachsdicarbonsäuren.
Als Polyole können mehrwertige aliphatische Alkohole mit 2 bis 10As polyols, polyhydric aliphatic alcohols having 2 to 10
Kohlenstoffatomen und 2 bis 10 OH-Gruppen eingesetzt werden, wie Glykole, Glycerin, Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Zuckeralkohole, Sorbitol und deren interne Ether wie Sorbitane, deren Oligomere wie Diglycerin, Dipentaerythrit, deren Polymere wie Polyglykole oder Polyglycerine oder die Alkoxylate der genannten Polyole.Carbon atoms and 2 to 10 OH groups are used, such as glycols, glycerol, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, sugar alcohols, sorbitol and their internal ethers such as sorbitans, their oligomers such as diglycerol, dipentaerythritol, their polymers such as polyglycols or polyglycerols or the alkoxylates of said polyols.
Als ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren können beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure, sowie deren Anhydride oder Ester eingesetzt werden. Die Stöchiometrie wird so gewählt, dass ein Mol Polyol-Fettsäure-Partialester mit einem Mol der ungesättigten Carbonsäure umgesetzt wird.As ethylenically unsaturated carboxylic acids, for example, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, and their anhydrides or esters can be used. The stoichiometry is chosen so that one mole of polyol fatty acid partial ester is reacted with one mole of the unsaturated carboxylic acid.
Das reaktive Esterwachs sei beispielhaft dargestellt am Umsetzungsprodukt aus Pentaerythrit, einer Mischung langkettiger aliphatischer Carbonsäuren auf Basis technischer Montanwachssäure und Acrylsäure:The reactive ester wax is exemplified on the reaction product of pentaerythritol, a mixture of long-chain aliphatic carboxylic acids based on technical montan wax acid and acrylic acid:
CH2O-Rn iCH 2 OR n i
H2C=CH-OC-O-H2C-C-CH2O-CO-RmH 2 C = CH-OC-OH 2 CC-CH 2 O-CO-Rm
CH2O-CO-Rm CH 2 O-CO-R m
Rn = H, CO-Rm, Rm = Alkylrest der MontanwachssäureR n = H, CO-R m , R m = alkyl radical of montan wax acid
Die Herstellung des reaktiven Esterwachses kann so erfolgen, indem das Polyol mit der langkettigen aliphatischen Carbonsäure zu einem Partialester umgesetzt wird, dieser kann durch Veresterung mit einer Dicarbonsäure noch zu einem Polyesterwachs weiter umgesetzt werden. An diese Partialesterkomponente wird dann noch eine ethylenisch ungesättigte Säure über Veresterung gebunden, so dass ein festes reaktives Produkt mit einem Schmelzpunkt zwischen 40 und 900C entsteht. Derartige reaktive Verbindungen sind in DE 100 03 118 beschrieben und T bThe preparation of the reactive ester wax can be carried out by reacting the polyol with the long-chain aliphatic carboxylic acid to a partial ester, this can be further converted by esterification with a dicarboxylic acid to a polyester wax. An ethylenically unsaturated acid is then bound via esterification to this partial ester component, so that a solid reactive product having a melting point between 40 and 90 ° C. is formed. Such reactive compounds are described in DE 100 03 118 and T b
im Handel z.B. unter dem Namen ®Licomont ER 165 (Clariant) erhältlich. Die Menge an reaktivem Esterwachs in den Beschichtungsmassen beträgt im Allgemeinen 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 4 Gew.-%.commercially available eg under the name ® Licomont ER 165 (Clariant). The amount of reactive ester wax in the coating compositions is generally 2 to 10, preferably 2 to 4 wt .-%.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmassen, bei denen es sich bevorzugt um Lacke, insbesondere strahlenhärtbare Lacke handelt, enthalten außerdem übliche und bekannte Bindemittel.The coating compositions of the invention, which are preferably paints, especially radiation-curable coatings, also contain conventional and known binders.
Hierfür kommen insbesondere hochreaktive Acrylate mit unterschiedlicher Molgewichtsverteilung in Frage. Zusätzlich enthalten solche Lacke nochFor this purpose, in particular highly reactive acrylates with different molecular weight distribution in question. In addition, such paints still contain
Reaktiwerdünner wie zum Beispiel DPGDA, TPGDA, HDDA, TMPTA sowie Fotoinitiatoren und diverse Additive. Bei der Härtung dieser Lacke erfolgt eine Polymerisation zwischen den ungesättigten Gruppen jeweils im Lackbindemittel und im reaktiven Esterwachs.Reactive thinner such as DPGDA, TPGDA, HDDA, TMPTA as well as photoinitiators and various additives. In the curing of these paints, a polymerization takes place between the unsaturated groups in the paint binder and in the reactive ester wax.
Als Lackbindemittel für ein- und mehrkomponentige Polymersysteme können folgende aus der Lacktechnik bekannten Komponenten dienen:As lacquer binders for one-component and multi-component polymer systems, the following components known from lacquer technology can be used:
ein- bis mehrfunktionelle Acrylate, beispielsweise Butylacrylat, Ethylhexylacrylat, Norbomylacrylat, Butandioldiacrylat, Hexandioldiacrylat, Dipropylenglykoldiacrylat, Tripropylenglykoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, ein- oder mehrfach ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropan-triethoxytriacrylat, Pentaerythritoltetraethoxytriacrylat, Pentaerythritoltetraethoxy-tetraacrylat, Polyetheracrylat, Polyetheracrylat,mono- to polyfunctional acrylates, for example butyl acrylate, ethylhexyl acrylate, norbornyl acrylate, butanediol diacrylate, hexanediol diacrylate, dipropylene glycol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, mono- or polyethoxylated trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane triethoxytriacrylate, pentaerythritol tetraethoxytriacrylate, pentaerythritol tetraethoxy-tetraacrylate, polyether acrylate, polyether acrylate,
Polyurethanacrylate, z.B. Craynor® CN 925, CN 981 der Cray Valley Kunstharze GmbH, Ebecryl® EB 1290 der UCB GmbH, Laromer 8987 der BASF AG, Photomer® 6019 oder Photomer® 6010 der Fa. Cognis,Polyurethane acrylates, for example Craynor ® CN 925, CN 981 of Cray Valley Resins GmbH, Ebecryl ® EB 1290 from UCB GmbH, Laromer® 8987 from BASF AG, Photomer® 6019 or Photomer ® 6010 the company. Cognis,
Polyesteracrylate, z.B. Craynor® CN 292 der Cray Valley Kunstharze GmbH, Laromer® LR 8800 der BASF AG, Ebecryl® EB 800 der UCB GmbH, Photomer® 5429 F und Photomer® 5960 F der Fa. Cognis, Epoxyacrylate, z.B. Laromer® EA 81 der BASF AG, Ebecryl® EB 604 der UCB GmbH, Craynor® CN104D80 der Cray Valley Kunstharze GmbH, dendritische Polyester/etheracrylate der Fa. Perstorp Speciality Chemicals AG oder der Fa. Bayer AG.Polyester acrylates, for example Craynor ® CN 292 from Cray Valley Resins GmbH, Laromer® ® LR 8800 from BASF AG, Ebecryl ® EB 800 UCB GmbH, Photomer ® 5429 F and Photomer ® 5960 F from. Cognis, Epoxy acrylates, for example Laromer® ® EA 81 from BASF AG, Ebecryl ® EB 604 UCB GmbH, Craynor ® CN104D80 of Cray Valley Resins GmbH, dendritic polyester / ether acrylates of the company. Perstorp Specialty Chemicals AG or the company. Bayer AG.
Als Bindemittelzusätze, die keine reaktiven Doppelbindungen enthalten, kommen beispielsweise folgende Produkte in Frage:Binder additives which contain no reactive double bonds include, for example, the following products:
Polyurethanpolymere und ihre Vorstufen in Form der Polyisocyanate, Polyole, Polyurethanprepolymere, als verkapptes Prepolymer und als ausreagierte Polyurethane in Form einer Schmelze oder Lösung. Im Einzelnen sind dies:Polyurethane polymers and their precursors in the form of polyisocyanates, polyols, polyurethane prepolymers, as a capped prepolymer and as reacted polyurethanes in the form of a melt or solution. In detail these are:
Polyole in Form von Polyethem, z.B. Polyethylenglykol 400, Voranol® P 400 undPolyols in the form of polyethers, for example polyethylene glycol 400, Voranol ® P 400 and
Voranol® CP 3055 der Dow Chemicals, Polyestern, z.B. Lupraphen® 8107, Lupraphen® 8109 der Elastorgan® GmbH, Desmophen® 670, Desmophen® 1300 der Bayer AG1 Oxyester® T 1136 der Degussa AG, Alkydharze, z.B. Worleekyd® CVoranol ® CP 3055 of Dow Chemicals, polyesters, such Lupraphen ® 8107, Lupraphen ® 8109 the Elastorgan ® GmbH, Desmophen ® 670, Desmophen ® 1300 Bayer AG 1 Oxyester ® T 1136 from Degussa AG, alkyd resins, for example WORLÉEKYD ® C
625 der Worlee Chemie GmbH,625 of Worlee Chemie GmbH,
Polycarbonaten, z.B. Desmophen® C 200, hydroxyhaltigen Polyacrylaten, z.B.Polycarbonates, such as Desmophen ® C 200, hydroxyl-containing polyacrylates, for example,
Desmophen® A 365 der Bayer AG, Polyisocyanate, z.B. Desmodur® N 3300, Desmodur® VL, Desmodur® Z 4470,Desmophen ® A 365 from Bayer AG, polyisocyanates such as Desmodur ® N 3300, Desmodur ® VL, Desmodur ® Z 4470,
Desmodur® IL oder Desmodur® L 75 der Bayer AG, Vestanat® T 1890 L derDesmodur ® IL or Desmodur ® L 75 from Bayer AG, vestanate ® T 1890 L of
Degussa AG, Rodocoat® WT 2102 der Rhodia Syntech GmbH,Degussa AG, Rodocoat ® WT 2102 Rhodia Syntech GmbH,
Polyurethanprepolymere, z.B. Desmodur® E 4280 der Bayer AG, Vestanat® EP-U 423 der Degussa AG,Polyurethane prepolymers, such as Desmodur ® E 4280 of Bayer AG, vestanate ® EP-U 423 from Degussa AG,
PMMA und weitere Poly(meth)alkyl-acrylate, z.B. Plexisol® P 550 und Degalan® LP 50/01 der Degussa AG,PMMA and further poly (meth) alkyl acrylates, for example Plexisol ® P 550 and Degalan LP 50/01 ® from Degussa AG,
Polyvinylbutyral und andere Polyvinylacrylate, z.B. Mowital® B 30 HH der Clariant GmbH, 1 oPolyvinyl butyral and other Polyvinylacrylate such Mowital® ® B 30 HH Clariant GmbH, 1 o
Polyvinylacetat und seine Copolymere, z.B. Vinnapas® B 100/20 VLE der Wacker- Chemie GmbH.Polyvinyl acetate and its copolymers, eg Vinnapas® ® B 100/20 VLE Wacker-Chemie GmbH.
Bei allen Polymeren sind sowohl die aliphatischen als auch die aromatischen Varianten ausdrücklich eingeschlossen. Das Bindemittel kann auch so gewählt sein, dass es mit dem Silan bzw. Siloxan das zur Funktionalisierung des Nano- Mischoxids dient identisch ist.For all polymers, both the aliphatic and the aromatic variants are expressly included. The binder may also be chosen so that it is identical to the silane or siloxane used for functionalizing the nano-mixed oxide.
Bevorzugt haben die Bindemittel ein Molgewicht von 100 bis 800 g/mol. Der Gehalt an Bindemittel in der gesamten Beschichtungsmasse beträgt vorzugsweise 80 bis 99, insbesondere 90 bis 99 Gew.-%.The binders preferably have a molecular weight of 100 to 800 g / mol. The content of binder in the entire coating composition is preferably 80 to 99, in particular 90 to 99 wt .-%.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmassen können darüber hinaus noch weitere Zusatzstoffe enthalten, wie sie in der Lacktechnik üblich sind, beispielsweise Reaktiwerdünner, Bindemittelzusätze, Lösemittel und Colöser, Wachse, Mattierungsmittel, Gleitmittel, Entschäumer, Entlüfter, Verlaufmittel, Thixotropiermittel, Verdicker, anorganische und organische Pigmente, Füllstoffe, Haftvermittler, Korrosionsinhibitoren, UV-Stabilisatoren, HALS-Verbindungen, Radikalfänger, Antistatika, Netzmittel und/oder die je nach Art der Härtung notwendigen Katalysatoren, Cokatalysatoren, Initiatoren, Radikalbildnern, Photoinitiatoren, Photosensibilisatoren etc. Als weitere Zusatzstoffe kommen auch Polyethylenglykol, PE-Wachse, PTFE-Wachse, PP-Wachse, Amidwachse, FT- Paraffine, Montanwachse, gepfropfte Wachse, natürliche Wachse, makro- und mikrokristalline Paraffine, polare Polyolefinwachse, Sorbitanester, Polyamide, Polyolefine, PTFE, Netzmittel oder Silikate in Frage.The coating compositions of the invention may also contain other additives, such as those customary in paint technology, such as reactive diluents, binder additives, solvents and co-solvents, waxes, matting agents, lubricants, defoamers, deaerators, leveling agents, thixotropic agents, thickeners, inorganic and organic pigments, fillers , Adhesion promoters, corrosion inhibitors, UV stabilizers, HALS compounds, free-radical scavengers, antistatics, wetting agents and / or the catalysts, cocatalysts, initiators, free-radical initiators, photoinitiators, photosensitizers, etc., which are required depending on the type of curing. Other additives include polyethylene glycol, PE, Waxes, PTFE waxes, PP waxes, amide waxes, FT paraffins, montan waxes, grafted waxes, natural waxes, macro- and microcrystalline paraffins, polar polyolefin waxes, sorbitan esters, polyamides, polyolefins, PTFE, wetting agents or silicates in question.
Anhand der folgenden Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne die mögliche Vielfalt einzuschränken. BeispieleThe subject according to the invention is intended to be explained in more detail with reference to the following examples, without restricting the possible variety. Examples
Beispiel 1 :Example 1 :
Eine 50 %ige wässrige Lösung von Aluminiumchlorohydrat wurde mit soviel Magnesiumchlorid versetzt, dass nach der Kalzinierung das Verhältnis vonTo a 50% aqueous solution of aluminum chlorohydrate was added so much magnesium chloride that after calcination the ratio of
Aluminiumoxid zu Magnesiumoxid 99,5 : 0,5 % betrug. Außerdem wurden derAlumina to magnesium oxide was 99.5: 0.5%. In addition, the
Lösung 2 % Kristallisationskeime einer Suspension aus Feinstkorund zugesetzt.Solution 2% crystallization seeds added to a suspension of fine corundum.
Nachdem die Lösung durch Rühren homogenisiert wurde, erfolgte die Trocknung in einem Rotationsverdampfer. Das feste Aluminiumchlorohydrat- Magnesiumchlorid-Gemisch wurde in einer Reibschale zerkleinert, wobei ein grobes Pulver entstand.After the solution was homogenized by stirring, the drying was carried out in a rotary evaporator. The solid Aluminiumchlorohydrat- magnesium chloride mixture was crushed in a mortar, whereby a coarse powder was formed.
Das Pulver wurde in einem Drehrohrofen bei 10500C kalziniert. Die Kontaktzeit in der heißen Zone betrug maximal 5 min. Es wurde ein weißes Pulver erhalten, dessen Kornverteilung dem Aufgabegut entsprach. Eine Röntgenstrukturanalyse zeigte, dass überwiegend α-Aluminiumoxid vorliegt.The powder was calcined in a rotary kiln at 1050 0 C. The contact time in the hot zone was a maximum of 5 min. A white powder was obtained whose grain distribution corresponded to the feed material. An X-ray structure analysis showed that predominantly α-alumina is present.
Die Bilder der durchgeführten REM-Aufnahme (Rasterelektronenmikroskop) zeigten Kristallite im Bereich 10 - 100 nm, die als Agglomerate vorliegen. Der Restchlorgehalt betrug nur wenige ppm.The images of the SEM image taken (scanning electron microscope) showed crystallites in the range 10-100 nm, which are present as agglomerates. The residual chlorine content was only a few ppm.
80 g des so erhaltenen Mischoxids (mit MgO dotierter Korund) wurde in 120 g Methanol suspendiert und in einer vertikalen Rührwerkskugelmühle der Fa. Netzsch (Typ PE 075) deagglomeriert. Nach 2 h wurden 20 g 3-(Trimethoxysilyl)- propyl-methacrylat (Dynasilan Memo; Degussa) zugegeben und die Suspension für weitere 2 h in der Rührwerkskugelmühle deagglomeriert. Anschließend wurde die Suspension von den Perlen abgetrennt. Die Suspension bleibt über Wochen stabil ohne Anzeichen einer Sedimentation des beschichteten Mischoxids. Die Dispersion wurde durch Lösemittelaustausch in das für die Beschichtungsmassen geeignete Lösemittel überführt.80 g of the mixed oxide thus obtained (MgO-doped corundum) was suspended in 120 g of methanol and deagglomerated in a vertical stirred ball mill from Netzsch (type PE 075). After 2 h, 20 g of 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate (Dynasilan Memo, Degussa) were added and the suspension was deagglomerated in the stirred ball mill for a further 2 h. Subsequently, the suspension was separated from the beads. The suspension remains stable for weeks without evidence of sedimentation of the coated mixed oxide. The dispersion was converted by solvent exchange into the solvent suitable for the coating compositions.
Beispiel 2:Example 2:
80 g des Mischoxids (mit MgO dotierter Korund) aus Beispiel 1 wurde in 120 g80 g of the mixed oxide (with MgO doped corundum) from Example 1 was in 120 g
Aceton suspendiert und in einer vertikalen Rührwerkskugelmühle der Fa. Netzsch (Typ PE 075) deagglomeriert. Nach 2 h wurden 15 g Trimethoxy-octylsilan und 5 g 3-(Trimethoxysilyl)-propyl-methacrylat (Dynasilan Memo; Degussa) zugegeben und die Suspension für weitere 2 h in er Rückwerkskugelmühle deagglomeriert. Anschließend wurde die Suspension von den Perlen abgetrennt. Die Suspension bleibt über Wochen stabil ohne Anzeichen einer Sedimentation des beschichteten Mischoxids. Die Dispersion wurde durch Lösemittelaustausch in das für Beschichtungsmassen geeignete Lösemittel überführt.Acetone suspended and in a vertical stirred ball mill Fa. Netzsch (Type PE 075) deagglomerated. After 2 h, 15 g of trimethoxy-octylsilane and 5 g of 3- (trimethoxysilyl) -propyl methacrylate (Dynasilan Memo, Degussa) were added, and the suspension was deagglomerated in the recycle ball mill for a further 2 h. Subsequently, the suspension was separated from the beads. The suspension remains stable for weeks without evidence of sedimentation of the coated mixed oxide. The dispersion was converted by solvent exchange into the solvent suitable for coating compositions.
Beispiel 3: 80 g des Mischoxids (mit MgO dotierter Korund) aus Beispiel 1 wurde in 120 g Aceton suspendiert und in einer vertikalen Rührwerkskugelmühle der Fa. Netzsch (Typ PE 075) deagglomeriert. Nach 2 h wurden 15 g Trimethoxy-octylsilan und 5 g 3-(Trimethoxysilyl)-propyl-methacrylat (Dynasilan Memo; Degussa) zugegeben und die Suspension für weitere 2 h in er Rückwerkskugelmühle deagglomeriert. Anschließend wurde die Suspension von den Perlen abgetrennt. Die Suspension bleibt über Wochen stabil ohne Anzeichen einer Sedimentation des beschichteten Mischoxids. Die Dispersion wurde durch Lösemittelaustausch in das für Beschichtungsmassen geeignete Lösemittel überführt.Example 3: 80 g of the mixed oxide (MgO doped corundum) from example 1 were suspended in 120 g of acetone and deagglomerated in a vertical stirred ball mill from Netzsch (type PE 075). After 2 h, 15 g of trimethoxy-octylsilane and 5 g of 3- (trimethoxysilyl) -propyl methacrylate (Dynasilan Memo, Degussa) were added, and the suspension was deagglomerated in the recycle ball mill for a further 2 h. Subsequently, the suspension was separated from the beads. The suspension remains stable for weeks without evidence of sedimentation of the coated mixed oxide. The dispersion was converted by solvent exchange into the solvent suitable for coating compositions.
Anwendungsbeispieleapplications
Die beschichteten Mischoxide aus den Beispielen 1 bis 3 wurden zusammen mit einem reaktiven Esterwachs in Lack auf Kratzbeständigkeit, Glanz und Gleitreibung getestet. Die Anwendungsbeispiele beziehen sich auf die Prüfungen in einem 100 % UV-Lack und belegen die verbesserte Mattierung, einen höheren Kratzschutz und einen guten Slip.The coated mixed oxides from Examples 1 to 3 were tested for scratch resistance, gloss and sliding friction together with a reactive ester wax in paint. The application examples refer to the tests in a 100% UV varnish and show the improved matting, a higher scratch protection and a good slip.
I. 100 % UV-LacksystemI. 100% UV varnish system
Rezeptur:recipe:
Laromer® LR 9007 (BASF) 69,5 Gew.-%Laromer ® LR 9007 (BASF), 69.5 wt .-%
Laromer® LR 8967 (BASF) 23,0 Gew.-%Laromer ® LR 8967 (BASF), 23.0 wt .-%
Talkum 10 MOOS (LUZENAC) 3,4 Gew.-% Tego® Airex 920 (TEGO) 0,7 Gew.-% Irgacure® 500 (CIBA) 3,4 Gew.-%Talc 10 MOOS (LUZENAC) 3.4% by weight Tego Airex 920 ® (TEGO) 0.7 wt .-% Irgacure ® 500 (CIBA) 3.4 wt .-%
Laromer® LR 9007 modifiziertes Pentaacrylat Laromer® LR 8967 modifiziertes Polyetheracrylat Talkum 10 MOOS Füllstoff Tego® Airex 920 siliconfreier Entlüfter Irgacure® 500 PhotoinitiatorLaromer ® LR 9007 modified pentaacrylate Laromer ® LR 8967 modified polyether acrylate talc 10 MOOS filler Tego ® Airex 920 silicone free deaerator Irgacure ® 500 photoinitiator
Die Mischoxid-Nanopartikel aus den Beispielen 1 bis 3 wurden inThe mixed oxide nanoparticles of Examples 1 to 3 were in
Dipropylenglycoldiacrylat (DPGDA) durch Lösemittelaustausch überführt und in den UV-Lack mittels Dissolver eindispergiert. Zuvor wurde ein reaktives Esterwachs (Ceridust® 5091 der Fa. Clariant) unter hohen Scherkräften in das Bindemittel eindispergiert. Ceridust® 5091 ist eine Mischung aus dem Umsetzungsprodukt von Pentaerythrit mit einer Mischung langkettiger Carbonsäuren auf Basis technischer Montanwachssäure und Acrylsäure (reaktives Esterwachs) sowie einem Amidwachs.Dipropylene glycol diacrylate (DPGDA) transferred by solvent exchange and dispersed in the UV varnish by means of dissolver. Previously, a reactive Esterwachs was (Ceridust ® 5091 from the company. Clariant) dispersed under high shear forces in the binder. Ceridust ® 5091 is a mixture of the reaction product of pentaerythritol with a mixture of long-chain carboxylic acids based on technical montan wax acid and acrylic acid (reactive Esterwachs) and an amide wax.
Glanzshine
Die Lacke wurden mit 30 μm Nassfilmschichtdicke auf Glasplatten appliziert, mit UV-Strahlung gehärtet und mittels dem micro-gloss von BYK-Gardner bei einem Winkel von 20° der Glanz bestimmt. Wie die Werte in der folgenden Tabelle zeigen, erreicht man durch die Kombination von Nanopartikel und Esterwachs eine stärkere Mattierung im Vergleich zu den beiden Additiven jeweils für sich.The paints were applied to glass plates at a wet film thickness of 30 μm, hardened with UV radiation and, using the micro-gloss from BYK-Gardner, the gloss was determined at an angle of 20 °. As the values in the following table show, the combination of nanoparticles and ester wax achieves a stronger matting compared to the two additives individually.
Figure imgf000022_0001
Glanz (gemessen bei einem Winkel von 20 °)
Figure imgf000022_0001
Gloss (measured at an angle of 20 °)
2 % Mischoxid Nanopartikel / Bsp. 1 + 2 % Ceridusf 5091 922% mixed oxide nanoparticles / example 1 + 2% Ceridusf 5091 92
2 % Mischoxid Nanopartikel / Bsp. 2 + 2 % Ceridusf 5091 1002% mixed oxide nanoparticles / Ex. 2 + 2% Ceridusf 5091 100
2 % Mischoxid Nanopartikel / Bsp. 3 + 2 % Ceridusf 5091 962% mixed oxide nanoparticles / example 3 + 2% Ceridus 5091 96
2 % Mischoxid Nanopartikel / Bsp. 1 + 4 % Ceridusf 5091 832% mixed oxide nanoparticles / example 1 + 4% Ceridusf 5091 83
2 % Mischoxid Nanopartikel / Bsp. 2 + 4 % Ceridusf 5091 802% mixed oxide nanoparticles / example 2 + 4% Ceridusf 5091 80
Kratzbeständigkeitscratch resistance
Die Lacke wurden mit 30 μm Nassfilmschichtdicke auf Glasplatten appliziert und gehärtet. Mittels Scotch-Brite-Schwämmen (Nr. 96, Fa. 3M) und verschiedenen Auflagegewichten wurde auf dem Scheuerprüfgerät (Fa. mtv Messtechnik) die Kratzbeständigkeit bestimmt, indem der Restglanz nach Verkratzung bei einem Winkel von 20° gemessen und die Glanzreduktion (Ausgangsglanz minus Glanz nach Verkratzung) berechnet wurde.The paints were applied to glass plates with a 30 μm wet film thickness and cured. Using scotch-brite sponges (No. 96, 3M company) and various weights were on the abrasion tester (mtv Messtechnik) the scratch resistance determined by the residual gloss measured after scratching at an angle of 20 ° and the gloss reduction (initial gloss minus Gloss after scratching).
Glanzreduktion bei einem Auflagegewicht von 135 g:Gloss reduction at a weight of 135 g:
Figure imgf000023_0001
Glanzreduktion bei einem Auflagegewicht von 493 g:
Figure imgf000023_0001
Gloss reduction at a coating weight of 493 g:
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000024_0001
Gleitreibungskoeffizientsliding friction
Von den mit 30 μm Nassfilmschichtdicke beschichteten Glasplatten wurde mittels Friction/Peel-Tester (Fa. Twing- Albert) und einem Schlitten mit Ledersohle (Belastung 349 g) der Gleitreibungskoeffizient bestimmt.Of the glass plates coated with a wet film thickness of 30 μm, the sliding friction coefficient was determined by means of a Friction / Peel Tester (Twing-Albert) and a carriage with a leather sole (load 349 g).
Figure imgf000024_0002
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000024_0002
Figure imgf000025_0001

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Beschichtungsmassen enthaltend reaktive Esterwachse und Mischoxid- Nanopartikel bestehend aus 50 bis 99,9 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 50 Gew.-% Oxiden von Elementen der I. oder II. Hauptgruppe des1. Coating compositions containing reactive ester waxes and mixed oxide nanoparticles consisting of 50 to 99.9 wt .-% alumina and 0.1 to 50 wt .-% oxides of elements of the I. or II. Main group of
Periodensystems, wobei diese Nanopartikel mit einem Silan oder Siloxan an der Oberfläche modifiziert sind.Periodic table, wherein these nanoparticles are modified with a silane or siloxane on the surface.
2. Beschichtungsmassen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Lack handelt.2. Coating compositions according to claim 1, characterized in that it is a lacquer.
3. Beschichtungsmassen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen strahlenhärtbaren Lack handelt.3. Coating compositions according to claim 1, characterized in that it is a radiation-curable lacquer.
4. Beschichtungsmassen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumoxid in den Nanopartikeln aus α-A^Os besteht.4. Coating compositions according to claim 1, characterized in that the aluminum oxide in the nanoparticles consists of α-A ^ Os.
5. Beschichtungsmassen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Silanen oder Siloxanen modifizierte Nanopartikel enthalten, die durch Desagglomeration von Nanopartikel enthaltenden Agglomeraten mittels Mahlen und gleichzeitige Behandlung mit dem Silan oder Siloxan in Wasser oder einem organischen Lösemittel erhalten werden.5. Coating compositions according to claim 1, characterized in that they contain with silanes or siloxanes modified nanoparticles obtained by deagglomeration of nanoparticle-containing agglomerates by grinding and simultaneous treatment with the silane or siloxane in water or an organic solvent.
6. Beschichtungsmassen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie als reaktiven Esterwachs ein Umsetzungsprodukt aus einem Polyol, langkettigen aliphatischen Carbonsäuren, gegebenenfalls einer Dicarbonsäure, und einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure enthalten.6. Coating compositions according to claim 1, characterized in that they contain as reactive ester wax, a reaction product of a polyol, long-chain aliphatic carboxylic acids, optionally a dicarboxylic acid, and an ethylenically unsaturated carboxylic acid.
7. Beschichtungsmassen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie als reaktiven Esterwachs ein Umsetzungsprodukt aus Pentaerythrit,7. Coating compositions according to claim 1, characterized in that it is a reaction product of pentaerythritol as reactive ester wax,
Montanwachssäure und Acrylsäure enthalten. Montanwachssäure and acrylic acid.
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