Dr. Albert Rössler, Leitung Forschung und Entwicklung ... · NEUGIER WEGE FINDEN, UM NEUES ZU SCHAFFEN Um höchsten Ansprüchen gerecht zu werden, gehen wir an die Grenze des Machbaren

U. Poth | R. Schwalm | M. Schwartz

Acrylatharze

ISBN 978-3-86630-820-6

Poth | Schw

alm | S

chwartz • A

crylatharze

Dr. Albert Rössler, Leitung Forschung und Entwicklung, ADLER-Werk Lackfabrik Johann Berghofer GmbH & Co KG, SCHWAZ, Österreich „Das Buch „Acrylatharze“ von Poth, Schwalm und Schwartz gibt einen tiefen Einblick in die Herstellung, Eigenschaften und Anwendungsbereiche dieser Bindemittelklasse. Die Autoren legen dabei ein bemerkenswertes und ungewöhnliches Buch in Ihre Hände, denn der Schwerpunkt liegt in der wichtigen spezifischen Betrachtung der Chemie und zugleich der Verwendung der Acrylatharze. Der Bogen spannt sich von wässrigen Polymerdispersionen über Acrylate aus der Lösungspolymerisation bis hin zu strahlenhärtenden Systemen. Abgerundet wird das Buch durch die Angabe aktueller Basispublikationen und ergänzende Ausblicke auf Prüfmethoden und anwendungstechnische Parameter.Besonders gut gefallen hat mir das Kapitel über strahlenhärtende Bindemittel, während jenes über wässrige Polymerdis persionen phasenweise die Erwartungen bezüglich moderner Aspekte nicht ganz erfüllen konnte.Für Einsteiger jedenfalls eine gewinnbringende und aufschlussreiche Lektüre, sogar Spezialisten werden vielleicht zum ersten Mal frappante Zusammenhänge entdecken.“

eBook

Vincentz Network GmbH & Co KG

Poth / Schwalm / Schwartz: Acrylatharze© Copyright 2011 by Vincentz Network, Hannover, GermanyISBN: 978-3-86630-820-6

Ulrich Poth, Reinhold Schwalm, Manfred Schwartz

Acrylatharze

Poth_Acrylate.indb 1 22.11.2010 15:43:59

Bibliographische Information der Deutschen BibliothekDie Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie; detaillierte bibliographische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.

Ulrich Poth, Reinhold Schwalm, Manfred SchwartzAcrylatharzeHannover: Vincentz Network, 2011 Farbe und Lack edition

ISBN 3-86630-820-5ISBN 978-3-86630-820-6

© 2011 Vincentz Network GmbH & Co. KG, Hannover Vincentz Network, P.O. Box 6247, 30062 Hannover, GermanyDas Werk einschließlich seiner Einzelbeiträge aus Abbildungen ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwendung außerhalb der engen Grenzen des Urhebergesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar.Dies gilt insbesondere für die Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Eins-peicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Das Verlagsverzeichnis schickt Ihnen gern:Vincentz Network, Plathnerstr. 4c, 30175 Hannover, GermanyTel. +49 511 9910-033, Fax +49 511 9910-029E-mail: [email protected], www.farbeundlack.de

Satz: Vincentz Network, HannoverDruck: Quensen Druck + Verlag GmbH &Co. KG, Hildesheim, Germany

ISBN 3-86630-820-5ISBN 978-3-86630-820-6


Farbe und Lack edition

Ulrich Poth, Reinhold Schwalm, Manfred Schwartz

Acrylatharze



NEUGIER

WEGE FINDEN, UM NEUES ZU SCHAFFEN

Um höchsten Ansprüchen gerecht zu werden, gehen wir an die Grenze des Machbaren und – wo immer möglich – darüber hinaus. So gelingt es uns, Außergewöhnliches zu leisten und nano-technologische Produkte zu entwickeln, die weg-weisend sind.

Nur wer sich permanent neuen Herausforderun-gen stellt, bleibt innovativ. Lassen Sie uns ge-meinsam loslegen.

Charlottenburger Straße 9 | 21502 Geesthacht Tel. +49 4152 1390-0 | Fax +49 4152 1390-100 [email protected] | www.nanoresins.com

nano_Anzeige_1-2Seite_76x225 11.11.2010 13:25 Uhr Seite 1


www.nanoresins.com

Auf ein Wort

Polyacrylate sind als Bindemittel, Dispergierharze und Verdickerpolymere heute unverzichtbare Rohstoffe in verschiedenen Industrien, besonders in der Farben- und Lackindustrie.

Acrylatharze haben sich seit ihrer Einführung als umweltfreundliche und tech-nisch hochwertige Bindemittelalternativen zu den früher vor allem eingesetzten lösemittelbasierten, lufttrocknenden Alkydharzen bewährt. Das besondere Leis-tungsspektrum und die hohe Variabilität der Polyacrylate erlaubten gemeinsam mit konsequenten Weiterentwicklungen die Verbreitung dieser Produktklasse als Bestandteil für verschiedenste Materialien.

Das vorliegende Buch gibt einen Überblick über Herstellung und erklärt die Eigenschaften sowie die Besonderheiten bei der Verwendung von Acrylatharzen, sei es als Lösemittelpolyacrylate, wässrige Acrylatdispersionen oder strahlungs-härtbare Acrylatharze. Dabei wird neben einer allgemeinen Einführung in die drei Acrylatgebiete am Anfang des jeweiligen Gebietes in Spezialkapiteln eine tiefergehende Einsicht in die vielfältigen Anwendungen und Besonderheiten gewährt.

Ziel des Buches ist es, den aktuellen Stand über Acrylatharze in Lösemitteln, als wässrige Dispersionen und strahlungshärtbare Systeme in verständlicher und anschaulicher Form darzustellen. Aufgrund der Breite der Anwendungen von Acrylatharzen und der heutigen chemischen Wissensvielfalt wird im Rahmen des Buches auf die wichtigsten Aspekte und Theorien zur Herstellung und Verwen-dung von Acrylatharzen eingegangen. Umfangreiche Literaturzitate ermöglichen einen tieferen Einstieg in einzelne Themen.

Das Buch wendet sich sowohl an den Studierenden und Einsteiger in die Lack- und Anstrichproblematik als auch an den erfahrenen Acrylatharzanwender und Prak-tiker in den unterschiedlichsten Industrien. Durch entscheidende Hintergrund-informationen werden Hilfestellungen bei Auswahl und Einsatz von modernen Acrylatsystemen gegeben.

Münster, Ludwigshafen, São Paulo, im September 2010 Ulrich Poth Dr. Reinhold Schwalm Dr. Manfred Schwartz



Poly-Chem Aktiengesellschaft

Polymerisation · Speciality Chemicals · Services

Chemiepark Bitterfeld-WolfenOT Greppin · Farbenstraße, Areal BD-06803 Bitterfeld-WolfenPhone +49 (0) 2687 9277-52Fax +49 (0) 2687 9277-88Email [email protected]

Member of IVK

Company

Year of formation2008

Size of workforce41

Nominal capital50.000 E

Ownership structureDr. Roland Milker 40%Reimund F. Milker 60%

Sales channelsDirect sales to industrial partners

Contact partnersManagement: Dr. Roland Milker

Application technology and sales:Dr. Roland MilkerDr. Jan MartenDr. Sebastian Wiesner

Further informationToll production, Solvent Recycling,Custom Synthesis

Range of Products

Types of adhesives– solvent based and solvent-free

pressure sensitive acylic adhesives– synthetic rubber pressure sensitive

adhesive solution

Raw materialsAdditives:Crosslinker, softening agentsPolymers:Polyacrylates solvent-based

For applications in the field ofPaper / packagingConstruction industry, including floors,walls and ceilingsTextile industryAdhesive tapes, labels


http://www.poly-chem.de

7Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Ulrich Poth1 EinleitungundDefinitionen ................................................15

Ulrich Poth2 Acrylatharze: Zusammensetzung und Aufbau .................192.1 Radikal-Kettenpolymerisation ...............................................19

2.1.1 Polymerisationsreaktionen .....................................................19

2.1.2 Kinetik der Radikalkettenpolymerisation ............................22

2.1.3 Einflüsse der Polymerisationsreaktionen ...............................25

2.2 Monomere ..............................................................................26

2.2.1 Ester der Acrylsäure...............................................................26

2.2.2 Ester der Methacrylsäure .......................................................26

2.2.3 Funktionelle Monomere .........................................................28

2.2.3.1 Monomere mit Hydroxylgruppen ..........................................29

2.2.3.2 Monomere mit Carboxylgruppen ...........................................29

2.2.3.3 Monomere mit Aminogruppen ..............................................30

2.2.3.4 Monomere mit Amidgruppen ................................................31

2.2.3.5 Monomere mit Epoxidgruppen ..............................................31

2.2.4 Etheracrylate und -methacrylate ............................................33

2.2.5 Poly-ungesättigte Acryl- bzw. Methacrylsäureverbindungen 33

2.2.6 Comonomere ..........................................................................34

2.2.7 Copolymerisation ...................................................................35

2.2.8 Charakterisierung der Monomere ..........................................36

2.2.8.1 Glasübergangstemperaturen ..................................................36

2.2.8.2 Stoffliche Eigenschaften ........................................................41

2.2.9 Handhabung der Monomere ..................................................42

2.3 Herstellverfahren ...................................................................44

2.3.1 Substanzpolymerisation .........................................................44



8 Inhaltsverzeichnis

2.3.2 Perlpolymerisation .................................................................45

2.3.3 Lösungspolymerisation ..........................................................45

2.3.4 Emulsionspolymerisation .......................................................45

2.4 Literatur .................................................................................46

Ulrich Poth3 Lösungsacrylatharze............................................................473.1 Definition der Lösungsacrylatharze .......................................47

3.2 Geschichtliche Entwicklung ..................................................47

3.3 Verfahren der Lösungspolymerisation ...................................49

3.3.1 Einfluss des Verfahrens auf die Acrylatharz-Eigenschaften .49

3.3.2 Verfahrensablauf ....................................................................50

3.3.3 Einfluss der Verfahrensbedingungen .....................................51

3.3.4 Alternativen zum Lösungspolymerisationsverfahren ............54

3.4 Acrylatharz-Zusammensetzung beeinflussen die lacktechnischen Eigenschaften ........................................54

3.4.1 Monomere ..............................................................................54

3.4.2 Initiatoren ...............................................................................56

3.4.3 Regler .....................................................................................60

3.4.4 Lösemittel ..............................................................................60

3.5 Typen, Eigenschaften und Anwendung der Acrylatharze .....62

3.5.1 Acrylatharze für lösemittelhaltige Lacke ..............................62

3.5.1.1 Thermoplastische Acrylatharze: Anwendung früher und heute ..62

3.5.1.2 Acrylatharze mit Methylolamiden .........................................64

3.5.1.3 Acrylatharze mit Hydroxylgruppen für die Aminoharzvernetzung ....................................................................66

3.5.1.4 OH-Acrylatharze für die Isocyanatvernetzung ......................82

3.5.1.6 Acrylatharze und alternative Vernetzungsverfahren .............101

3.5.2 Lösungsacrylatharze für wässrige Lacke ...............................107

3.5.2.1 Wasser als Löse- und Dispersionsmittel ................................107

3.5.2.2 Herstellung von Sekundärdispersionen von Acrylatharzen ..108

3.5.2.3 Eigenschaften und Verwendung wässriger Acrylatharz-Sekundärdispersionen ........................................112

3.5.2.4 Vergleich der wässrigen Acrylatharze aus Sekundärdispersionen mit anderen Bindemitteln ..................119

Continuous Direct PolymerisationVerfahren für zukünftige Trends


9Inhaltsverzeichnis

3.5.3 Acrylatharze für Pulverlacke .................................................120

3.5.3.1 Pulverlacke aus OH-Acrylatharzen und verkappten Polyisocyanaten .....................................................................121

3.5.3.2 Pulverlacke aus Epoxidgruppen enthaltenden Acrylatharzen ......123

3.5.3.3 Acrylatharz-Powder-Slurries .................................................124

3.6 Ausblick .................................................................................128

3.7 Literatur .................................................................................129

Manfred Schwartz4 Primärdispersionen von Acrylatharzen.............................1334.1 Bindemittelklassen der Polyacrylate ......................................134

4.1.1 Polyacrylate durch Polymerisation ........................................134

4.1.1.1 Radikalische Copolymerisation .............................................134

4.1.1.2 Emulsionspolymerisation .......................................................135

4.1.2 Polyacrylate: Reinacrylate und Acrylat/Styrol-Copolymere ........137

4.1.3 Filmbildung von Polymerdispersionen ..................................138

Evonik. Kraft für Neues.

Evonik Röhm GmbH Kirschenallee 64293 Darmstadt

Telefon +49 6151 18-4716 Telefax +49 6151 [email protected]/degalan

DEGALAN® Produkte bringen eine überzeugende Leistung bei allen Anwendungen, die extreme Witterungsbeständig-keit, Farbechtheit und Brillanz erfordern. Mit der Inbetrieb-nahme der CDP-Anlage in Schanghai verfügt Evonik über eine innovative Technologie, die es ermöglicht, feste Bindemittel herzustellen, die die höchsten Qualitätsanforde-rungen der Lackindustrie erfüllen.Continuous Direct

PolymerisationVerfahren für zukünftige Trends


www.evonik.com/degalan


4.1.4 Kenngrößen und Eigenschaften von Bindemitteln ................139


4.2.1 Zeitliche Perspektive ..............................................................144

4.2.2 Technische Perspektive ..........................................................145

4.3 Zusammensetzung der Acrylatharze beeinflusst die Lackeigenschaften ............................................................147

4.3.1 Einflussgrößen bei der Bindemittelherstellung .....................147

4.3.2 Einsatzstoffe ..........................................................................147

4.3.2.1 Monomerenauswahl ...............................................................147

4.3.2.2 Hilfsstoffe ..............................................................................152

4.3.2.3 Initiatoren und Regler ............................................................153

4.3.2.4 Puffersubstanzen und Neutralisationsmittel ..........................153

4.3.2.5 Konservierungsstoffe .............................................................154

4.3.2.6 Entschäumer ...........................................................................154

4.4 Verfahren der Emulsionspolymerisation ...............................154

4.4.1 Polymerisationssteuerung ......................................................154

4.4.2 Mehrphasige Systeme ............................................................154

4.4.3 Saatpolymerisation.................................................................155

4.5 Acrylat-Dispersionen in Kombination mit anderen Bindemitteln .............................................................156

4.5.1 Kombination mit anderen Dispersionen ................................156

4.5.1.1 Kombination mit PVAc-Dispersionen....................................156

4.5.1.2 Kombination mit A/S-Dispersionen ......................................157

4.5.1.3 Kombination mit S/Bu-Dispersionen .....................................157

4.5.1.4 Kombination mit PVC/PVDC-Dispersionen .........................157

4.5.2 Acrylatharz-Dispersionen ......................................................157

4.6 Acrylat-Primärdispersionen in der Anwendung ....................158

4.6.1 Dispersionsfarben ..................................................................158

4.6.1.1 Grundierungen .......................................................................167

4.6.1.2 Außenfarben ..........................................................................169

4.6.1.3 Innenfarben ............................................................................181

4.6.1.4 Dispersionslackfarben ............................................................190

4.6.1.5 Holz ........................................................................................197

4.6.2 Polymerdispersionen in Silikatsystemen ...............................210

Your Needs. Our Challenge.

LuV_012_AZ_Fachbuch_RZ.indd 1Poth_Acrylate.indb 10 22.11.2010 15:44:02

11Inhaltsverzeichnis

4.6.2.1 Feuchtigkeitsschutz ................................................................211

4.6.2.2 Verseifungsbeständigkeit .......................................................211

4.6.2.3 Wasseraufnahme ....................................................................211

4.6.2.4 Wechselwirkungen Dispersion-Wasserglas ...........................212

4.6.2.5 Forderungen an eine optimale Dispersion .............................213

4.6.2.6 Dispersions-Silikat-System ....................................................214

4.6.2.7 Dispersions-Silikatputze ........................................................214

4.6.2.8 Rahmenformulierung für eine Dispersions-Silikatfarbe .......215

4.6.2.9 Rahmenformulierung für einen Dispersions-Silikatputz ......215

4.6.3 Polymerdispersionen als Bindemittel in Siliconharzsystemen .....215

4.6.3.1 Polymerdispersionen in Siliconharzsystemen........................215

4.6.3.2 Pigmentbindevermögen .........................................................216

4.6.3.3 Siliconharzemulsion und KPVK ...........................................217

4.6.3.4 Bewitterungsverhalten ...........................................................217

4.6.3.5 Forderungen an eine optimale Dispersion .............................218

Alsterufer 1920354 Hamburg Tel. +49 (0) 40 44 197-0Fax +49 (0) 40 44 197-219E-Mail: [email protected]

www.lehvoss.de

Wir liefern DIANAL® Acrylat-Festharze für Europa

Your Needs. Our Challenge.

LuV_012_AZ_Fachbuch_RZ.indd 1 12.11.10 14:24Poth_Acrylate.indb 11 22.11.2010 15:44:02

www.lehvoss.de


4.6.3.6 Formulierung von Siliconharzfarben .....................................218

4.6.4 Elastische Beschichtungssysteme ..........................................219

4.6.4.1 Effektiver Feuchtigkeitsschutz nach Künzel ..........................219

4.6.4.2 Hauptanforderungen an Beschichtungssysteme zur Fassadenrenovierung .......................................................220

4.6.4.3 Mechanische Eigenschaften von Dispersionsfilmen ..............221

4.6.4.4 Anschmutzresistenz ...............................................................224

4.6.5 Kunstharzputze und Wärmedämmverbundsysteme ..............228

4.6.5.1 Einteilung der Kunstharzputze und technische Anforderungen ..228

4.6.5.2 Wärmedämmverbundsysteme ................................................232

4.6.5.3 Formulierungsschema für Kunstharzputze ............................234

4.6.5.4 Typische Bindemittel für Kunstharzputze .............................234

4.6.6 Klebstoffe ...............................................................................234

4.6.6.1 Theoretische Grundlagen .......................................................236

4.6.6.2 Polymerdispersionen als Klebrohstoffe .................................238

4.6.7 Bauchemikalien .....................................................................240

4.6.7.1 Acrylate in zementösen Systemen .........................................240

4.6.7.2 Bodenbelagsklebstoffe ..........................................................241

4.6.7.3 Dichtstoffe ..............................................................................241

4.6.7.4 Neue Baustoffe ......................................................................241

4.6.7.5 PVC-Modifizierungsmittel ....................................................242

4.6.7.6 Ready to Use – Spezialbeschichtungen .................................242

4.6.7.7 Additive .................................................................................242

4.6.8 Faserbindung/Vliesstoffe .......................................................242

4.6.8.1 Acrylat-Dispersionen für die Faserbindung ...........................242

4.6.8.2 Acrylat-Dispersionen für Vliesstoffe .....................................243

4.6.8.3 Acrylat-Dispersionen als Additive .........................................244

4.6.9 Fußbodenpflegemittel ............................................................244

4.7 Vergleich der Acrylat-Primärdispersionen mit anderen Bindemitteln .............................................................244

4.7.1 Weißstein-Prüfung ................................................................244

4.7.1.1 Vergleich verschiedener Kurzprüfungen ...............................246

4.7.1.2 Bindemittelvergleich ..............................................................247

4.7.2 Vergleich der Acrylat-Dispersionen mit Acrylat/Styrol-Dispersionen ..................................................249


13Inhaltsverzeichnis

4.7.2.1 Einfluss von Bindemittel und Pigmentvolumenkonzentration .....250

4.7.2.2 Einfluss Pigment-Füllstoffverhältnis .....................................251

4.7.2.3 Einfluss unterschiedlicher Füllstoffe .....................................253

4.7.3 Vergleich der Acrylat- mit Vinylester-Dispersionen ..............255

4.7.4 Vergleich der Acrylat- mit Polyolefin-Dispersionen ..............255

4.7.5 Vergleich der Acrylat-Dispersionen mit Styrol/Butadien-Dispersionen ................................................256

4.7 Ausblick ................................................................................257

4.8 Literatur .................................................................................257

Reinhold Schwalm5 Acrylate für strahlenhärtende Lacke ....................................2675.1 Einleitung und Definitionen ..................................................267


5.3 Chemische Grundlagen der Strahlenhärtung ..............................269

5.4 Lackrohstoffe für die Strahlenhärtung ..................................277

5.4.1 Acrylate – die bevorzugten strahlenhärtbaren Monomere ...277

5.4.2 Acrylatfunktionelle Reaktivverdünner ..................................281

5.4.2.1 Monofunktionelle Acrylate ....................................................281

5.4.2.2 Mehrfunktionelle Acrylate ....................................................285

5.4.3 Eurymerische Acrylate ..........................................................288

5.4.3.1 Acrylatfunktionalisierte Standardbindemittel .......................288

5.4.3.2 Acrylatfunktionelle Spezialbindemittel .................................297

5.4.4 UV-härtbare acrylatfunktionalisierte Dispersionen .............306

5.4.5 Struktureinfluss auf Formulierungseigenschaften .................308

5.4.5.1 Viskosität ...............................................................................309

5.4.5.2 Reaktivität ..............................................................................310

5.4.5.3 Oberflächenspannung – Grenzflächenspannung ...................311

5.5 Struktur und Eigenschaften der Lackfilme ............................312

5.5.1 Netzwerke ..............................................................................312

5.5.1.1 Netzwerkbildung ....................................................................312

5.5.1.2 Funktionalität .........................................................................313

5.5.1.3 Vernetzungsdichte und Netzbogenlängen ..............................314

5.5.1.4 Glasübergangstemperatur in hochvernetzen Lacken .............315


Documents

Dr. Albert Rössler, Leitung Forschung und Entwicklung ... · NEUGIER WEGE FINDEN, UM NEUES ZU SCHAFFEN Um höchsten Ansprüchen gerecht zu werden, gehen wir an die Grenze des Machbaren