DE10004494A1 - Physikalisch, thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbarer wässriger Beschichtungsstoff und seine Verwendung - Google Patents
Physikalisch, thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbarer wässriger Beschichtungsstoff und seine VerwendungInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING 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
- C09D175/00—Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
Abstract
Physikalisch, thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbarer wäßriger Beschichtungsstoff, enthaltend DOLLAR A A) mindestens ein gesättigtes, ungesättigtes und/oder mit olefinisch ungesättigten Verbindungen gepfropftes, ionisch und/oder nichtionisch stabilisiertes Polyurethan als Bindemittel, DOLLAR A B) mindestens ein farb- und/oder effektgebendes Pigment und DOLLAR A C) mindestens ein farbloses, gegenüber den übrigen Bestandteilen des Beschichtungsstoffs im wesentlichen inertes, transparentes oder opaktes Pulver einer mittleren Teilchengröße von 1,0 bis 10,0 mum, dessen Partikel eine Dichte von 0,8 bis 3,6 gcm·-3· aufweisen; DOLLAR A sowie die Verwendung des wäßrigen Beschichtungsstoffs für die Herstellung ein- und mehrschichtiger farb- und/oder effektgebender Lackierungen auf grundierten und ungrundierten Substraten.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen wäßrigen Beschichtungsstoff auf
Polyurethanbasis und seine Verwendung zur Herstellung von ein- und mehrschichtigen
farb- und/oder effektgebenden Lackierungen in der Automobilerst- und -
reparaturlackierung, der industrielle Lackierung, inclusive Coil Coating und Container
Coating, der Kunststofflackierung und der Möbellackierung.
Thermisch härtbare wäßrige Beschichtungsstoffe, welche ein Vernetzungsmittel, ein farb-
und/oder effektgebendes Pigment und ein gesättigtes, ungesättigtes und/oder mit olefinisch
ungesättigten Verbindungen gepfropftes, ionisch und/oder nichtionisch stabilisiertes
Polyurethan auf Basis aliphatischer, cycloaliphatischer, aliphatisch-cycloaliphatischer,
aromatischer, aliphatisch-aromatischer und/oder cycloaliphatisch-aromatischer
Polyisocanate enthalten, sowie die entsprechenden Lackierungen sind beispielsweise aus
der Patentschrift EP-A-0 089 497, DE-A-44 37 535, DE-C-197 22 862 oder DE-A-196 45 761
bekannt. Diese bekannten wäßrigen Beschichtungsstoffe, insbesondere die
Wasserbasislacke, und die hiermit hergestellten ein- oder mehrschichtigen farb- und/oder
effektgebenden Lackierungen weisen sehr gute anwendungstechnische Eigenschaften auf.
Enthalten die aus den bekannten Wasserbasislacken hergestellten ein- oder
mehrschichtigen farb- und effektgebende Lackierungen Effektpigmente, insbesondere
Metallic-Pigmente, kann es zur Bildung von sogenannten Wolken, d. h. von Hell-Dunkel-
Schattierungen, kommen. Diese sind ein Hinweis auf Mängel der Dispergierung und/oder
Orientierung der farb- und/oder effektgebenden Pigmente, insbesondere der
Effektpigmente, in der Lackierung. Wolkige Lackierungen werden aber gerade bei
besonders hochwertigen Produkten, die großflächige Lackierungen aufweisen, wie
beispielsweise Automobile, grundsätzlich nicht akzeptiert, weil solche Lackstörungen den
Eindruck minderer Qualität des Gesamtprodukts (z. B. Automobil) erwecken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen thermisch härtbaren oder
thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren wäßrigen Beschichtungsstoff
bereitzustellen, der sehr gut als Wasserbasislack oder als Unidecklack zur Herstellung ein-
und mehrschichtiger farb- und/oder effektgebender Lackierungen, die eine deutlich
verringerte Neigung zur Bildung von Wolken zeigen, geeignet ist. Darüber hinaus sollen
die ansonsten vorzüglichen anwendungstechnischen Eigenschaften der bisher bekannten
Wasserbasislacke und Unidecklacke nicht in Mitleidenschaft gezogen werden, sondern im
vollen Umfang erhalten bleiben. Nicht zuletzt soll die Verringerung der Bildung von
Wolken auch bei der Überlackierung der neuen Wasserbasislackschichten mit den
unterschiedlichsten Klarlackierungen eintreten.
Demgemäß wurde der neue physikalisch, thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung
härtbare wäßrige Beschichtungsstoff gefunden, der
- A) mindestens ein gesättigtes, ungesättigtes und/oder mit olefinisch ungesättigten Verbindungen gepfropftes, ionisch und/oder nichtionisch stabilisiertes Polyurethan als Bindemittel,
- B) mindestens ein farb- und/oder effektgebendes Pigment und
- C) mindestens ein farbloses, gegenüber den übrigen Bestandteilen des Beschichtungsstoffs im wesentlichen inertes, transparentes oder opakes Pulver einer mittleren Teilchengröße von 1,0 bis 10,0 µm, dessen Partikel eine Dichte von 0,8 bis 3,6 gcm-3 aufweisen;
enthält und der im folgenden als "erfindungsgemäßer Beschichtungsstoff" bezeichnet wird.
Weitere erfindungsgemäße Gegenstände gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor.
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht
vorhersehbar, daß die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe mit Hilfe des
speziell ausgewählten erfindungsgemäß zu verwendenden Pulvers (C) gelöst werden
konnte. Denn eher stand es zu erwarten, daß die Verwendung von Pulvern (C), deren
mittleren Teilchengröße in der Größenordnung der Trockenschichtdicke der aus den
erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffen hergestellten Basislacke oder Unidecklacke
liegt, schwerwiegende Nachteile, insbesondere hinsichtlich der Qualität des optischen
Gesamteindrucks sowie der Stärke der Zwischenschichthaftung, mit sich bringen würde.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff ist physikalisch härtend.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "physikalische Härtung" die
Härtung einer Schicht aus einem Beschichtungsstoff durch Verfilmung durch
Lösemittelabgabe aus dem Beschichtungsstoff, wobei die Verknüpfung innerhalb der
Beschichtung über Schlaufenbildung der Polymermoleküle der Bindemittel (zu dem
Begriff vgl. Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart,
New York, 1998, "Bindemittel", Seiten 73 und 74) erfolgt. Oder aber die Verfilmung
erfolgt über die Koaleszenz von Bindemittelteilchen (vgl. Römpp Lexikon Lacke und
Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, "Härtung", Seiten 274
und 275). Üblicherweise sind hierfür keine Vernetzungsmittel notwendig. Gegebenenfalls
kann die physikalische Härtung durch Luftsauerstoff, Hitze oder durch Bestrahlen mit
aktinischer Strahlung unterstützt werden.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff ist thermisch härtbar. Hierbei kann er
selbstvernetzend oder fremdvernetzend sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "selbstvernetzend" die
Eigenschaft eines Bindemittels mit sich selbst Vernetzungsreaktionen einzugehen.
Voraussetzung hierfür ist, daß in den Bindemitteln bereits beide Arten von
komplementären reaktiven funktionellen Gruppen enthaltend sind, die für eine Vernetzung
notwendig sind. Als fremdvernetzend werden dagegen solche Beschichtungsstoffe,
Klebstoffe und Dichtungsmassen bezeichnet, worin die eine Art der komplementären
reaktiven funktionellen Gruppen in dem Bindemittel, und die andere Art in einem Härter
oder Vernetzungsmittel vorliegen. Ergänzend wird hierzu auf Römpp Lexikon Lacke und
Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, "Härtung", Seiten 274 bis
276, insbesondere Seite 275, unten, verwiesen.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff ist thermisch und mit aktinischer Strahlung
härtbar. Werden die thermische und die Härtung mit aktinischem Licht bei einem
Beschichtungsstoff gemeinsam angewandt, spricht man auch von "Dual Cure" und " Dual-
Cure-Beschichtungsstoff".
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter aktinischer Strahlung elektromagnetische
Strahlung, wie sichtbares Licht, UV-Strahlung oder Röntgenstrahlung, insbesondere UV-
Strahlung, und Korpuskularstrahlung wie Elektronenstrahlung zu verstehen.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff ist ein Einkomponenten(1K)-System.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem Einkomponenten(1K)-System ein
thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtender Beschichtungsstoff zu
verstehen, bei dem das Bindemittel und das Vernetzungsmittel nebeneinander, d. h. in einer
Komponente, vorliegen. Voraussetzung hierfür ist, daß die beiden Bestandteile erst bei
höheren Temperaturen und/oder bei Bestrahlen mit aktinischer Strahlung miteinander
vernetzen.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff kann des weiteren ein Zweikomponenten(2K)-
oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-System sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist hierunter ein Beschichtungsstoff zu verstehen,
bei dem insbesondere das Bindemittel und das Vernetzungsmittel getrennt voneinander in
mindestens zwei Komponenten vorliegen, die erst kurz vor der Applikation
zusammengegeben werden. Diese Form wird dann gewählt, wenn Bindemittel und
Vernetzungsmittel bereits bei Raumtemperatur miteinander reagieren. Beschichtungsstoffe
dieser Art werden vor allem zur Beschichtung thermisch empfindlicher Substrate,
insbesondere in der Autoreparaturlackierung, angewandt.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff ist wäßrig. Dies bedeutet, daß seine
Bestandteile in Wasser oder in einer Mischung, die aus Wasser und untergeordneten
Mengen mindestens eines wassermischbaren organischen Lösemittels besteht, gelöst
und/oder dispergiert vorliegen. Hierbei sind unter "untergeordneten Mengen" solche
Mengen zu verstehen, die die wäßrige Natur der Mischung nicht zerstören.
Der erfindungswesentliche Bestandteil des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs ist das
Pulver (C). Hierbei handelt es sich um ein einheitlich zusammengesetztes Pulver (C), d. h.,
daß seine Partikel stofflich dieselbe Zusammensetzung haben. Oder aber es handelt sich
um ein Gemisch aus mindestens zwei Pulvern (C). Welcher Variante der Vorzug geben
wird, richtet sich nach den Erfordernissen, die im Einzelfall an den erfindungsgemäßen
Beschichtungsstoff gestellt werden. In den allermeisten Fällen reicht die Anwendung eines
Pulvers (C) aus, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen.
Das erfindungsgemäß zu verwendende Pulver (C) ist farblos. Dies bedeutet, daß es keinen
Buntton und keine Buntheit, sondern nur Helligkeit aufweist. Somit ist es weiß oder weist
einen Grauton auf. Vorzugsweise ist es aber weiß. Ergänzend wird auf Römpp Lexikon
Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998
"Unbuntpunkt", Seite 590, verwiesen.
Das Pulver (C) ist transparent im Sinne von lasierend oder opak im Sinne von deckend.
Vorzugsweise werden transparente Pulver (C) angewandt.
Das Pulver (C) ist im wesentlichen inert. D. h., daß es innerhalb des für die Herstellung,
die Lagerung und die Verarbeitung des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs
üblicherweise vorgesehenen Zeitraums in Wasser und in den in dem erfindungsgemäßen
Beschichtungsstoff gegebenenfalls noch vorliegenden organischen Lösemitteln nur schwer
löslich oder unlöslich ist, keine wesentlichen Bestandteile des Beschichtungsstoffs
absorbiert oder ausflockt, keine chemischen Reaktionen oder nur sehr langsam ablaufende
chemische Reaktionen mit wesentlichen Bestandteilen des Beschichtungsstoffs eingeht,
keine chemischen Reaktionen zwischen den wesentlichen Bestandteilen des
Beschichtungsstoffs katalysiert und durch Hitze und/oder aktinisches Licht in seinen
Eigenschaften nicht oder nur sehr langsam verändert wird.
Das Pulver (C) weist eine mittlere Teilchengröße von 1,0 bis 10,0, vorzugsweise 3,0 bis
7,5 und insbesondere 4,0 bis 7,0 µm auf.
Vorteilhafte Pulver (C) haben eine vergleichsweise enge Korngrößenverteilung. D. h., daß
sowohl der Anteil an Feinstkorn als auch an Grobkorn vergleichsweise gering ist.
Besonders vorteilhafte Pulver (C) haben hierbei eine maximale Teilchengröße unterhalb
12, vorzugsweise unterhalb 11 und insbesondere unterhalb 10 µm.
Die Partikel des erfindungsgemäß zu verwendenden Pulvers (C) haben eine Dichte von 0,8
bis 3,6, vorzugsweise 0,9 bis 3,4, bevorzugt 1,0 bis 3,2 und insbesondere 1,1 bis 3,0 gcm-3.
Zwar könnten in Einzelfällen auch Partikel mit einer niedrigeren Dichte verwendet werden,
indes besteht dann die Gefahr, daß diese Partikel in den Beschichtungsstoffen bei längerer
Lagerung aufschwimmen. Andererseits könnten in Einzelfällen auch Partikel mit einer
höheren Dichte verwendet werden, indes besteht dann die Gefahr, daß sich die Partikel bei
länger Lagerung vergleichsweise schnell absetzen.
Die Partikel der erfindungsgemäß zu verwendenden Pulver (C) können von beliebiger
Form sein. Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn sie sphärische Form haben. Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter sphärischer Form eine im wesentlichen
kugelige Form zu verstehen. Beispiele kugeliger Formen sind Kugeln, eiförmige Partikel,
Dodekaeder oder Ikosaeder, die auch gewisse Unregelmäßigkeiten aufweisen können.
Beispiele geeigneter Stoffe, aus denen die Partikel bzw. die Pulver (C) bestehen können,
sind vernetzte oder unvernetzte, organische oder metallorganische Polymere, anorganische
Mineralien, Salze oder Keramikmaterialien oder organisch modifizierte
Keramikmaterialien oder Gemische dieser Stoffe. Von diesen sind die anorganischen
Mineralien von Vorteil und werden deshalb bevorzugt verwendet. Hierbei kann es sich um
natürliche und synthetische Mineralien handeln.
Beispiele für die gut geeigneten Mineralien sind Siliziumdioxid, Aluminiumsilikate,
Calciumsilikate, Magnesiumsilikate, Calciumaluminiumsilikate,
Magnesiumaluminiumsilikate, Calciummagnesiumsilikate,
Calciummagnesiumaluminiumsilikate, Berylliumaluminiumsilikate, Aluminiumphosphat
oder Calciumphosphat oder Gemische hiervon. Von diesen ist Siliziumdioxid besonders
vorteilhaft und wird deshalb erfindungsgemäß besonders bevorzugt verwendet.
Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Pulver (C) weist keine
methodischen Besonderheiten auf sondern erfogt mit Hilfe von Methoden, wie sie auf dem
Gebiet der organischen, metallorganischen oder anorganischen Chemie üblich und bekannt
sind. So können organische Polymere beispielsweise durch Emulsions-, Dispersions- oder
Fällungspolymerisation oder durch Zerkleinern, beispielsweise durch Vermahlen oder
Versprühen von Schmelzen oder Lösungen bereits hergestellter Polymere hergestellt
werden. Die anorganischen Partikel können beispielsweise durch Fällungsprozesse
und/oder Zerkleinern erzeugt werden. Bei keramischen Materialien wird üblicherweise
zunächst ein Grünling, der bereits die gewünschte Pulverform haben kann, hergestellt und
anschließend gebrannt.
Gegebenenfalls werden die Oberflächen der Partikel einer Nachbehandlung, beispielsweise
einer Hydrophilierung oder einer Hydrophobierung, unterzogen. Die Nachbehandlung darf
aber nicht die Inertheit der Partikel aufheben.
Die Pulver (C) können als solche in die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe
eingearbeitet werden, sofern sie sich hierbei leicht verteilen und nicht agglomerieren.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn die Pulver (C) als Pulverpasten eingearbeitet
werden. Weitere Vorteile resultieren, wenn als Pastenharze oder Reibharze Bindemittel
verwendet werden, die im erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff enthalten sind.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe an den Pulvern (C) kann sehr breit
variieren und richtet sich vor allem nach der Intensität der Hell-Dunkel-Schattierungen, die
es zu vermeiden gilt, und nach dem vorgegebenen Farbton der farb- und effektgebenden
Beschichtung, die aus dem betreffenden erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff hergestellt
wird. Vorzugsweise werden 0,09 bis 5,0, bevorzugt 0,12 bis 3,5 und insbesondere 0,3 bis
2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Festkörpergehalt des erfindungsgemäßen
Beschichtungsstoffs, angewandt.
Der weitere wesentliche Bestandteil des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs ist
mindestens ein Bindemittel (A).
Erfindungsgemäß handelt es sich hierbei um mindestens ein gesättigtes, ungesättigtes
und/oder mit olefinisch ungesättigten Verbindungen gepfropftes, ionisch und/oder
nichtionisch stabilisiertes Polyurethan (A).
Vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäß zu verwendende Polyurethan (A) je nach
Art der Stabilisierung eine Säurezahl oder Aminzahl von 10 bis 250 mg KOH/g (ionische
Stabilisierung oder nichtionische plus ionische Stabilisierung) oder von 0 bis 10 mg
KOH/g (nichtionische Stabilisierung), eine OH-Zahl von 30 bis 350 mg KOH/g und ein
zahlenmittleres Molekulargewicht von 1.500 bis 100.000 Dalton auf.
Das Polyurethan (A) kann in beliebiger Weise hergestellt werden. Vorzugsweise ist es
erhältlich, indem man in einem ersten Verfahrensschritt ein Polyurethanpräpolymer, das
mindestens eine freie Isocyanatgruppe enthält, herstellt.
Das Polyurethanpräpolymer ist linear, verzweigt oder kammartig, insbesondere aber linear,
aufgebaut. Hierbei enthält das lineare Polyurethanpräpolymer vorzugsweise zwei freie
Isocyanatgruppen, insbesondere zwei endständige freie Isocyanatgruppen. Die verzweigten
oder kammartig aufgebauten Polyurethanpräpolymere enthalten vorzugsweise mindestens
zwei, insbesondere mehr als zwei, freie Isocyanatgruppen, wobei endständige freie
Isocyanatgruppen bevorzugt sind.
Methodisch gesehen weist die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden
Polyurethanpräpolymere keine Besonderheiten auf, sondern erfolgt beispielsweise wie in
den Patentschriften DE-C-197 22 862, DE-A-196 45 761, DE-A-44 37 535, EP-A-0 522 419
oder EP-A-0 522 420 beschrieben, durch Umsetzung mindestens eines Polyisocyanats,
insbesondere eines Diisocyanats, mit mindestens einem Polyol, insbesondere einem Diol,
wobei die Isocyanatkomponente im molaren Überschuß angewandt wird, so daß
endständige freie Isocyanatgruppen resultieren.
Vorzugsweise werden für die Herstellung der Polyurethanpräpolymere Diisocyanate sowie
gegebenenfalls in untergeordneten Mengen Polyisocyanate zur Einführung von
Verzweigungen verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind unter
untergeordneten Mengen Mengen zu verstehen, die kein Gelieren der
Polyurethanpräpolymere bei ihrer Herstellung bewirken. Letzteres kann auch noch durch
die Mitverwendung geringer Mengen an Monoisocyanaten verhindert werden.
Beispiele für geeignete Diisocyanate sind Isophorondiisocyanat (= 5-Isocyanato-1-
isocyanatomethyl-1,3,3-trimethyl-cyclohexan), 5-Isocyanato-1-(2-isocyanatoeth-1-yl)-
1,3,3-trimethyl-cyclohexan, 5-Isocyanato-1-(3-isocyanatoprop-1-yl)-1,3,3-trimethyl-
cyclohexan, 5-Isocyanato-(4-isocyanatobut-1-yl)-1,3,3-trimethyl-cyclohexan, 1-
Isocyanato-2-(3-isocyanatoprop-1-yl)-cyclohexan, I-Isocyanato-2-(3-isocyanatoeth-1-
yl)cyclohexan, 1-Isocyanato-2-(4-isocyanatobut-1-yl)-cyclohexan, 1,2-
Diisocyanatocyclobutan, 1,3-Diisocyanatocyclobutan, 1,2-Diisocyanatocyclopentan, 1,3-
Diisocyanatocyclopentan, 1,2-Diisocyanatocyclohexan, 1,3-Diisocyanatocyclohexan, 1,4-
Diisocyanatocyclohexan, Dicyclohexylmethan-2,4'-diisocyanat, Trimethylendiisocyanat,
Tetramethylendiisocyanat, Pentamethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat,
Ethylethylendiisocyanat, Trimethylhexandiisocyanat, Heptanmethylendiisocyanat oder
Diisocyanate, abgeleitet von Dimerfettsäuren, wie sie unter der Handelsbezeichnung DDI
1410 von der Firma Henkel vertrieben und in den Patentschriften DO 97/49745 und WO 97/49747
beschrieben werden, insbesondere 2-Heptyl-3,4-bis(9-isocyanatononyl)-1-
pentyl-cyclohexan, oder 1,2-, 1,4- oder 1,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, 1,2-, 1,4-
oder 1,3-Bis(2-isocyanatoeth-1-yl)cyclohexan, 1,3-Bis(3-isocyanatoprop-1-yl)cyclohexan,
1,2-, 1,4- oder 1,3-Bis(4-isocyanatobut-1-yl)cyclohexan, flüssiges Bis(4-
isocyanatocyclohexyl)methan eines trans/trans-Gehalts von bis zu 30 Gew.-%,
vorzugsweise 25 Gew.-% und insbesondere 20 Gew.-%, wie es den Patentschriften DE-A-
44 14 032, GB-A-1220717, DE-A-16 18 795 oder DE-A-17 93 785 beschrieben wird;
Tetramethylxylylidendiisocyanat (TMXDI® der Firma CYTEC), Toluylendiisocyanat,
Xylylendiisocyanat, Bisphenylendiisocyanat, Naphthylendiisocyanat oder
Diphenylmethandiisocyanat.
Beispiele geeigneter Polyisocyanate auf Basis der vorstehend beschriebenen Diisocyanate
sind isocyanatgruppenhaltige Polyurethanpräpolymere, die durch Reaktion von Polyolen
mit einem Überschuß an mindestens einem der vorstehend beschriebenen Diisocyanate
hergestellt worden sind, und/oder Isocyanurat-, Biuret-, Allophanat-, Iminooxadiazindion-,
Urethan-, Harnstoff und/oder Uretdiongruppen enthaltende Polyisocyanate. Bevorzugt
werden Polyisocyanate verwendet, die im statistischen Mittel 2,5 bis 5 Isocyanatgruppen
pro Molekül und Viskositäten von 100 bis 10.000, vorzugsweise 100 bis 5000 mPas
aufweisen. Außerdem können die Polyisocyanate in üblicher und bekannter Weise
hydrophil oder hydrophob modifiziert sein.
Ganz besonders bevorzugt werden Gemische aus Uretdion- und/oder Isocyanuratgruppen
und/oder Allophanatgruppen aufweisenden Polyisocyanaten auf Basis der vorstehend
beschriebenen Diisocyanate, wie sie durch katalytische Oligomerisierung von
Diisocyanaten unter Verwendung von geeigneten Katalysatoren entstehen, eingesetzt.
Beispiele geeigneter Monoisocyanate sind Phenylisocyanat, Cyclohexylisocyanat oder
Stearylisocyanat oder Vinylisocyanat, Methacryloylisocyanat und/oder 1-(1-Isocyanato-1-
methylethyl)-3-(1-methylethenyl)-benzol (TMI® der Firma CYTEC),
Beispiele geeigneter Polyole sind gesättigte oder olefinisch ungesättigte Polyesterpolyole,
welche durch Umsetzung von
- - gegebenenfalls sulfonierten gesättigen und/oder ungesättigten Polycarbonsäuren oder deren veresterungsfähigen Derivaten, gegebenenfalls zusammen mit Monocarbonsäuren, sowie
- - gesättigten und/oder ungesättigten Polyolen, gegebenenfalls zusammen mit Monoolen,
hergestellt werden.
Beispiele für geeigente Polycarbonsäuren sind aromatische, aliphatische und
cycloaliphatische Polycarbonsäuren. Bevorzugt werden aromatische und/oder aliphatische
Polycarbonsäuren eingesetzt.
Beispiele für geeignete aromatische Polycarbonsäuren sind Phthalsäure, Isophthalsäure,
Terephthalsäure, Phthalsäure-, Isophthalsäure- oder Terephthalsäuremonosulfonat, oder
Halogenphthalsäuren, wie Tetrachlor- bzw. Tetrabromphthalsäure, von denen
Isophthalsäure vorteilhaft ist und deshalb bevorzugt verwendet wird.
Beispiele für geeignete acyclische aliphatische oder ungesättigte Polycarbonsäuren sind
Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure,
Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecandicarbonsäure, Dodecandicarbonsäure
oder Dimerfettsäuren oder Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure von denen
Adipinsäure, Glutarsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dimerfettsäuren und Maleinsäure
vorteilhaft sind und deshalb bevorzugt verwendet werden.
Beispiele für geeignete cycloaliphatische und cyclische ungesättigte Polycarbonsäuren
sind 1,2-Cyclobutandicarbonsäure, 1,3-Cyclobutandicarbonsäure, 1,2-
Cyclopentandicarbonsäure, 1,3-Cyclopentandicarbonsäure, Hexahydrophthalsäure, 1,3-
Cyclohexandicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, 4-Methylhexahydrophthalsäure,
Tricyclodecandicarbonsäure, Tetrahydrophthalsäure oder 4-Methyltetrahydrophthalsäure.
Diese Dicarbonsäuren können sowohl in ihrer cis- als auch in ihrer trans-Form sowie als
Gemisch beider Formen eingesetzt werden.
Geeignet sind auch die veresterungsfähigen Derivate der obengenannten
Polycarbonsäuren, wie z. B. deren ein- oder mehrwertigen Ester mit aliphatischen
Alkoholen mit 1 bis 4-C-Atomen oder Hydroxyalkoholen mit 1 bis 4 C-Atomen.
Außerdem können auch die Anhydride der obengenannten Polycarbonsäuren eingesetzt
werden, sofern sie existieren.
Gegebenenfalls können zusammen mit den Polycarbonsäuren auch Monocarbonsäuren
eingesetzt werden, wie beispielsweise Benzoesäure, tert.-Butylbenzoesäure, Laurinsäure,
Isononansäure, Fettsäuren natürlich vorkommender Öle, Acrylsäure, Methacrylsäure,
Ethacrylsäure oder Crotonsäure. Bevorzugt wird als Monocarbonsäure Isononansäure
eingesetzt.
Beispiele geeigneter Polyole sind Diole und Triole, insbesondere Diole. Üblicherweise
werden Triole neben den Diolen in untergeordneten Mengen verwendet, um
Verzweigungen in die Polyesterpolyole einzuführen.
Geeignete Diole sind Ethylenglykol, 1,2- oder 1,3-Propandiol, 1,2-, 1,3- oder 1,4-
Butandiol, 1,2-, 1,3-, 1,4- oder 1,5-Pentandiol, 1,2-, 1,3-, 1,4-, 1,5- oder 1,6-Hexandiol,
Hydroxypivalinsäureneopentylester, Neopentylglykol, Diethylenglykol, 1,2-, 1,3- oder 1,4-
Cyclohexandiol, 1,2-, 1,3- oder 1,4-Cyclohexandimethanol, Trimethylpentandiol,
Ethylbutylpropandiol, die stellungsisomeren Diethyloctandiole,
2-Butyl-2-ethylpropandiol-1,3, 2-Butyl-2 -methylpropandiol-1,3,
2-Phenyl-2-methylpropan-diol-1,3, 2-Propyl-2-ethylpropandiol-1,3,
2-Di-tert.-butylpropandiol-1,3, 2-Butyl-2-propylpropandiol-1,3, 1-Dihydroxymethyl-bi
cyclo[2.2.1]heptan, 2,2-Diethylpro-pandiol-1,3, 2,2-Dipropylpropandiol-1,3, 2-Cyclo
hexyl-2-methylpropandiol-1,3 2,5-Dimethyl-hexandiol-2,5, 2,5-Diethylhexandiol-2,5,
2-Ethyl-5-methylhexandiol-2,5, 2,4-Dimethylpentandiol-2,4, 2,3-Dimethylbutandiol-2,3,
1,4-Bis(2'-hydroxypropyl)-benzol oder 1,3-Bis(2'-hydroxypropyl)-benzol.
Diese Diole können auch als solche für die Herstellung der erfindungsgemäß zu
verwendenden Polyurethane (A) eingesetzt werden.
Von diesen Diolen sind Hexandiol und Neopentylglykol besonders vorteilhaft und werden
deshalb besonders bevorzugt verwendet.
Beispiele geeigneter Triole sind Trimethylolethan, Trimethylolpropan oder Glycerin,
insbesondere Trimethylolpropan.
Die vorstehend genannten Triole können auch als solche für die Herstellung der
erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethane (A) eingesetzt werden (vgl. die
Patentschrift EP-A-0 339 433).
Gegebenenfalls können untergeordnete Mengen von Monoolen mit verwendet werden.
Beispiele geeigneter Monoole sind Alkohole oder Phenole wie Ethanol, Propanol, n-
Butanol, sec.- Butanol, tert.-Butanol, Amylalkohole, Hexanole, Fettalkohole, Allylalkohol
oder Phenol.
Die Herstellung der Polyesterpolyole kann in Gegenwart geringer Mengen eines
geeigneten Lösemittels als Schleppmittel durchgeführt werden. Als Schleppmittel werden
z. B. aromatische Kohlenwasserstoffe, wie insbesondere Xylol und (cyclo)aliphatische
Kohlenwasserstoffe, z. B. Cyclohexan oder Methylcyclohexan, eingesetzt.
Weitere Beispiele geeigneter Polyole sind Polyesterdiole, die durch Umsetzung eines
Lactons mit einem Diol erhalten werden. Sie zeichnen sich durch die Gegenwart von ent
ständigen Hydroxylgruppen und wiederkehrenden Polyesteranteilen der Formel -(-CO-
(CHR)m-CH2-O-)- aus. Hierbei ist der Index m bevorzugt 4 bis 6 und der Substitutent R =
Wasserstoff, ein Alkyl-, Cycloalkyl- oder Alkoxy-Rest. Kein Substituent enthält mehr als
12 Kohlenstoffatome. Die gesamte Anzahl der Kohlenstoffatome im Substituenten über
steigt 12 pro Lactonring nicht. Beispiele hierfür sind Hydroxycapronsäure, Hydroxy
buttersäure, Hydroxydecansäure und/oder Hydroxystearinsäure.
Für die Herstellung der Polyesterdiole wird das unsubstituierte ε-Caprolacton, bei dem m
den Wert 4 hat und alle R-Substituenten Wasserstoff sind, bevorzugt. Die Umsetzung mit
Lacton wird durch niedermolekulare Polyole wie Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-
Butandiol oder Dimethylolcyclohexan gestartet. Es können jedoch auch andere
Reaktionskomponenten, wie Ethylendiamin, Alkyldialkanolamine oder auch Harnstoff mit
Caprolacton umgesetzt werden. Als höhermolekulare Diole eignen sich auch
Polylactamdiole, die durch Reaktion von beispielsweise ε-Caprolactam mit niedermole
kularen Diolen hergestellt werden.
Weitere Beispiele geeigneter Polyole sind Polyetherpolyole, insbesondere mit einem
zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 5000, insbesondere von 400 bis 3000. Gut
geeignete Polyetherdiole sind z. B. Polyetherdiole der allgemeinen Formel H-(-O-
(CHR1)o-)pOH, wobei der Substituent R1 = Wasserstoff oder ein niedriger,
gegebenenfalls substituierter Alkylrest ist, der Index o = 2 bis 6, bevorzugt 3 bis 4, und der
Index p = 2 bis 100, bevorzugt 5 bis 50, ist. Als besonders gut geeignete Beispiele werden
lineare oder verzweigte Polyetherdiole wie Poly(oxyethylen)glykole,
Poly(oxypropylen)glykole und Poly(oxybutylen)glykole genannt.
Die Polyetherdiole sollen einerseits keine übermäßigen Mengen an Ethergruppen
einbringen, weil sonst die gebildeten erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethane (A)
in Wasser anquellen. Andererseits können sie in Mengen verwendet werden, welche die
nichtionische Stabilisierung der Polyurethane (A) gewährleistet. Sie dienen dann als die
nachstehend beschriebenen funktionellen nichtionischen Gruppen (a3).
Das erfindungsgemäß zu verwendende Polyurethan (A) enthält entweder
- 1. funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel und/oder Quaternisierungsmittel in Kationen überführt werden können, und/oder kationische Gruppen,
oder
- 1. funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel in Anionen überführt werden können, und/oder anionische Gruppen,
und/oder
- 1. nichtionische hydrophile Gruppen.
Beispiele geeigneter erfindungsgemäß zu verwendender funktioneller Gruppen (a1), die
durch Neutralisationsmittel und/oder Quaternisierungsmittel in Kationen überführt werden
können, sind primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen, sekundäre Sulfidgruppen
oder tertiäre Phoshingruppen, insbesondere tertiäre Aminogruppen oder sekundäre
Sulfidgruppen.
Beispiele geeigneter erfindungsgemäß zu verwendender kationischer Gruppen (a1) sind
primäre, sekundäre, tertiäre oder quaternäre Ammoniumgruppen, tertiäre
Sulfoniumgruppen oder quaternäre Phosphoniumgruppen, vorzugsweise quaternäre
Ammoniumgruppen, quaternäre Phosphoniumgruppen oder tertiäre Sulfoniumgruppen,
insbesondere aber tertiäre Sulfoniumgruppen.
Beispiele geeigneter erfindungsgemäß zu verwendender funktioneller Gruppen (a2), die
durch Neutralisationsmittel in Anionen überführt werden können, sind Carbonsäure-,
Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppen, insbesondere Carbonsäuregruppen.
Beispiele geeigneter erfindungsgemäß zu verwendender anionischer Gruppen (a2) sind
Carboxylat-, Sulfonat- oder Phosphonatgruppen, insbesondere Carboxylatgruppen.
Beispiele geeigneter Neutralisationsmittel für die in Kationen umwandelbaren
funktionellen Gruppen (a1) sind anorganische und organische Säuren wie Schwefelsäure,
Salzsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure, Dimethylolpropionsäure
oder Zitronensäure.
Beispiele für geeignete Neutralisationsmittel für die in Anionen umwandelbaren
funktionellen Gruppen (a2) sind Ammoniak, Ammoniumsalze, wie beispielsweise
Ammoniumcarbonat oder Ammoniumhydrogencarbonat, sowie Amine, wie z. B.
Trimethylamin, Triethylamin, Tributylamin, Dimethylanilin, Diethylanilin, Triphenylamin,
Dimethylethanolamin, Diethylethanolamin, Methyldiethanolamin, Triethanolamin und
dergleichen. Die Neutralisation kann in organischer Phase oder in wäßriger Phase erfolgen.
Bevorzugt wird als Neutralisationsmittel Dimethylethanolamin eingesetzt.
Die insgesamt in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel eingesetzte Menge an
Neutralisationsmittel wird so gewählt, daß 1 bis 100 Äquivalente, bevorzugt 50 bis 90
Äquivalente der funktionellen Gruppen (a1) oder (a2) des erfindungsgemäß zu
verwendenden Polyurethans (A) neutralisiert werden.
Die Einführung von hydrophilen funktionellen (potentiell) kationischen Gruppen (a1) in
die Polyurethanpräpolymere erfolgt über den Einbau von Verbindungen, die mindestens
eine, insbesondere zwei, gegenüber Isocyanatgruppen reaktive und mindestens eine zur
Kationenbildung befähigte Gruppe im Molekül enthalten; die einzusetzende Menge kann
aus der angestrebten Aminzahl berechnet werden.
Geeignete gegenüber Isocyanatgruppen reaktive Gruppen sind insbesondere
Hydroxylgruppen sowie primäre und/oder sekundäre Aminogruppen, von denen die
Hydroxylgruppen bevorzugt verwendet werden.
Beispiele geeigneter Verbindungen sind 2,2-Dimethylolethyl- oder -propylamin, die mit
einem Keton blockiert sind, wobei die resultierende Ketoximgruppe vor der Bildung der
kationischen Gruppe (a1) wieder hydrolysiert wird, oder N,N-Dimethyl-, N,N-Diethyl-
oder N-Methyl-N-ethyl-2,2-dimethylolethyl- oder -propylamin.
Die Einführung von (potentiell) anionischen Gruppen (a2) in die Polyurethanmoleküle
erfolgt über den Einbau von Verbindungen, die mindestens eine gegenüber
Isocyanatgruppen reaktive und eine zur Anionenbildung befähigte Gruppe im Molekül
enthalten; die einzusetzende Menge kann aus der angestrebten Säurezahl berechnet
werden.
Beispiele geeigneter Verbindungen dieser Art sind solche, die zwei gegenüber
Isocyanatgruppen reaktive Gruppen im Molekül enthalten. Geeignete gegenüber
Isocyanatgruppen reaktive Gruppen sind die vorstehend beschriebenen. Demnach können
beispielsweise Alkansäuren mit zwei Substituenten am α-ständigem Kohlenstoffatom
eingesetzt werden. Der Substituent kann eine Hydroxylgruppe, eine Alkylgruppe oder
bevorzugt eine Alkylolgruppe sein. Diese Alkansäuren haben mindestens eine, im
allgemeinen 1 bis 3 Carboxylgruppen im Molekül. Sie haben 2 bis etwa 25, vorzugsweise
3 bis 10 Kohlenstoffatome. Beispiele geeigneter Alkansäuren sind Dihydroxypropionsäure,
Dihydroxybernsteinsäure und Dihydroxybenzoesäure. Eine besonders bevorzugte Gruppe
von Alkansäuren sind die α,α-Dimethylolalkansäuren der allgemeinen Formel R2-
C(CH2OH)2COOH, wobei R2 für ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit bis zu
etwa 20 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele besonders gut geeigneter Alkansäuren sind
2,2-Dimethylolessigsäure, 2,2-Dimethylolpropionsäure, 2,2-Dimethylolbuttersäure und
2,2-Dimethylolpentansäure. Die bevorzugte Dihydroxyalkansäure ist 2,2-Dimethylolpro
pionsäure. Aminogruppenhaltige Verbindungen sind beispielsweise α,δ-Diaminovale
riansäure, 3,4-Diaminobenzoesäure, 2,4-Diaminotoluolsulfonsäure und 2,4-Diamino
diphenylethersulfonsäure.
Nichtionische stabilisierende Poly(oxyalkylen)gruppen (a3) können als laterale oder
endständige Gruppen in die Polyurethanmoleküle eingeführt werden. Hierfür können
beispielsweise Alkoxypoly(oxyalkylen)alkohole mit der allgemeinen Formel R3O-(-CH2-
CHR4-O-)r H in der R4 für einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, R4 für ein
Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und der Index r für
eine Zahl zwischen 20 und 75 steht, eingesetzt werden. (vgl. die Patentschriften EP-A-0 354 261
oder EP-A-0 424 705).
Von diesen funktionellen (potentiell) ionischen Gruppen (a1) und (a2) und funktionellen
nichtionischen Gruppen (a3) sind die (potentiell) anionischen Gruppen (a2) vorteilhaft und
werden deshalb besonders bevorzugt verwendet.
Der Einsatz von Polyolen, Polyaminen und Aminoalkoholen führt zur
Molekulargewichtserhöhung der Polyurethanpräpolymere (A).
Geeignete Polyole für die Kettenverlängerung sind Polyole mit bis zu
36 Kohlenstoffatomen je Molekül wie Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol,
1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,2-Butylenglykol, 1,6-Hexandiol, Tri
methylolpropan, Ricinusöl oder hydriertes Ricinusöl, Di-trimethylolpropanether, Pen
taerythrit, 1,2-Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Bisphenol A, Bisphenol F,
Neopentylglykol, Hydroxypivalinsäure-neopentylglykolester, hydroxyethyliertes oder
hydroxypropyliertes Bisphenol A, hydriertes Bisphenol A oder deren Mischungen (vgl.
Patentschriften EP-A- 0 339 433, EP-A- 0 436 941, EP-A- 0 517 707).
Beispiele geeigneter Polyamine weisen mindestens zwei primäre und/oder sekundäre
Aminogruppen auf. Polyamine sind im wesentlichen Alkylenpolyamine mit 1 bis 40
Kohlenstoffatomen, vorzugsweise etwa 2 bis 15 Kohlenstoffatomen. Sie können
Substituenten tragen, die keine mit Isocyanat-Gruppen reaktionsfähige Wasserstoffatome
haben. Beispiele sind Polyamine mit linearer oder verzweigter aliphatischer,
cycloaliphatischer oder aromatischer Struktur und wenigstens zwei primären
Aminogruppen.
Als Diamine sind zu nennen Hydrazin, Ethylendiamin, Propylendiamin, 1,4-Butylen
diamin, Piperazin, 1,4-Cyclohexyldimethylamin, Hexamethylendiamin-1,6, Trimethyl
hexamethylendiamin, Methandiamin, Isophorondiamin, 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan
und Aminoethylenethanolamin. Bevorzugte Diamine sind Hydrazin, Alkyl- oder
Cycloalkyldiamine wie Propylendiamin und 1-Amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcy
clohexan.
Es können auch Polyamine eingesetzt werden, die mehr als zwei Aminogruppen im
Molekül enthalten. In diesen Fällen ist jedoch - z. B. durch Mitverwendung von
Monoaminen - darauf zu achten, daß keine vernetzten Polyurethanharze erhalten werden.
Solche brauchbaren Polyamine sind Diethylentriamin, Triethylentetramin,
Dipropylendiamin und Dibutylentriamin. Als Beispiel für ein Monoamin ist
Ethylhexylamin zu nennen (vgl. die Patentschrift EP-A- 0 089 497).
Beispiele geeigneter Aminoalkohole sind Ethanolamin oder Diethanolamin.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethane (A) können endständige und/oder
laterale olefinisch ungesättigte Gruppen enthalten. Gruppen dieser Art können
beispielsweise mit Hilfe von Verbindungen eingeführt werden, welche mindestens eine
isocyanatreaktive Gruppe, insbesondere Hydroxylgruppe, und mindestens eine
Vinylgruppe aufweisen. Beispiele geeigneter Verbindungen dieser Art sind
Trimethylolpropanmonoallylether oder Trimethylolpropanmono(meth)acrylat.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethane (A) können mit ethylenisch
ungesättigten Verbindungen gepfropft werden. Beispiele geeigneter erfindungsgemäß zu
verwendender Polyurethane (A), welche als Pfropfmischpolymerisate vorliegen, sind aus
den Patentschriften EP-A-0 521 928, EP-A-0 522 420, EP-A-0 522 419 oder EP-A-0 730 613
bekannt.
Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethane (A) weist
methodisch keine Besonderheiten auf, sondern erfolgt nach den üblichen und bekannten
Methoden, wie sie im eingangs zitierten Stand der Technik beschrieben sind.
Der Anteil der erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethane (A) an den
erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffen kann ebenfalls außerordentlich breit variieren
und richtet sich in erster Linie nach dem Verwendungszweck der Beschichtungsstoffe.
Sofern die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe thermisch oder thermisch und mit
aktinischer Strahlung härtbar sind, richtet sich der Gehalt insbesondere nach der
Funktionalität der Polyurethane (A) bezüglich der Vernetzungsreaktion mit dem
Vernetzungsmittel (D). Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, die Mengen, wie sie im
eingangs zitierten Stand der Technik beschrieben sind, zu verwenden. Bevorzugt werden
10 bis 80, besonders bevorzugt 15 bis 70 und insbesondere 20 bis 60 Gew.-%, jeweils
bezogen auf den Festkörpergehalt des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs, verwendet.
Der dritte wesentliche Bestandteil des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs ist
mindestens ein farb- und/oder effektgebendes, insbesondere ein effektgebendes Pigment
(B).
Die Pigmente (B) können aus anorganischen oder organischen Verbindungen bestehen.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff, insbesondere der erfindungsgemäße
Wasserbasislack und Unidecklack, spez. der erfindungsgemäße Wasserbasislack,
gewährleistet daher aufgrund dieser Vielzahl geeigneter Pigmente (B) eine universelle Ein
satzbreite und ermöglicht die Realisierung einer Vielzahl von Farbtönen und optischer
Effekte.
Als Effektpigmente (B) können Metallplättchenpigmente wie handelsübliche
Aluminiumbronzen, gemäß DE-A-36 36 183 chromatierte Aluminiumbronzen,
handelsübliche Edelstahlbronzen und nichtmetallische Effektpigmente, wie zum Beispiel
Perlglanz- bzw. Interferenzpigmente, eingesetzt werden. Ergänzend wird auf Römpp
Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 176,
"Effektpigmente" und Seiten 380 und 381 "Metalloxid-Glimmer-Pigmente" bis
"Metallpigmente", verwiesen.
Beispiele für geeignete anorganische farbgebende Pigmente (B) sind Titandioxid,
Eisenoxide, Sicotransgelb und Ruß. Beispiele für geeignete organische farbgebende
Pigmente sind Thioindigopigmente Indanthrenblau, Cromophthalrot, Irgazinorgane und
Heliogengrün. Ergänzend wird auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg
Thieme Verlag, 1998, Seiten 180 und 181, "Eisenblau-Pigmente" bis "Eisenoxidschwarz",
Seiten 451 bis 453 "Pigmente" bis "Pigmentsvolumenkonzentration", Seite 563
"Thioindigo-Pigmente" und Seite 567 "Titandioxid-Pigmente" verwiesen.
Die Pigmente (B) können als solche in den erfindunggemäßen Beschichtungsstoff
eingearbeitet werden, sofern sie sich hierbei leicht verteilen und nicht agglomerieren
und/oder ihre für die optischen Effekte verantwortliche Form nicht geschädigt oder zerstört
wird. Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn die Pigmente (B) als Pigmentpasten
eingearbeitet werden. Weitere Vorteile resultieren, wenn als Pastenharze oder Reibharze
Bindemittel verwendet werden, die im erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff enthalten
sind.
Der Anteil der Pigmente (B) an dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff kann
außerordentlich breit variieren und richtet sich vor allem nach der Deckkraft der Pigmente,
dem gewünschten Farbton und dem gewünschten optischen Effekt. Vorzugsweise sind die
Pigmente (B) in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff in einer Menge von 0,1 bis
50, bevorzugt 0,5 bis 45, besonders bevorzugt 0,5 bis 40, ganz besonders bevorzugt 0,5
bis 35 und insbesondere 0,5 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogenen auf den Festkörpergehalt
des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs, enthalten.
Außer den vorstehend beschriebenen Bestandteilen (A), (B) und (C) kann der
erfindungsgemäße Beschichtungsstoff mindestens einen festen, flüssigen oder gasförmigen
organischen und/oder anorganischen, nieder- und/oder hochmolekularen Zusatzstoff (D)
enthalten.
Beispiele geeigneter Zusatzstoffe (D) für thermisch und thermisch und mit aktinischer
Strahlung härtbarer erfindungsgemäßer Beschichtungsstoffe sind Vernetzungsmittel (D)
wie unblockierte Polyisocyanate, insbesonders die vorstehend beschriebenen, partiell oder
vollständig blockierte Polyisocyanate, insbesondere diejenigen, die sich von den
vorstehend beschriebenen ableiten, Aminoplastharze, Anhydridgruppen enthaltende
Verbindungen oder Harze, Epoxidgruppen enthaltende Verbindungen oder Harze,
Tris(alkoxycarbonylamino)triazine, Carbonatgruppen enthaltende Verbindungen oder
Harze, beta-Hydroxyalkylamide sowie Verbindungen mit im Mittel mindestens zwei zur
Umesterung befähigten Gruppen, beispielsweise Umsetzungsprodukte von
Malonsäurediestern und Polyisocyanaten oder von Estern und Teilestern mehrwertiger
Alkohole der Malonsäure mit Monoisocyanaten, wie sie der europäischen Patentschrift EP-
A-0 596 460 beschrieben werden. Derartige Vernetzungsmittel sind dem Fachmann gut
bekannt und werden von zahlreichen Firmen als Verkaufsprodukte angeboten.
Je nach Reaktivität des Vernetzungsmittels (D) kann es den erfindungsgemäßen
Beschichtungsstoffen direkt zugesetzt werden, wodurch ein sogenanntes
Einkomponentensystem resultiert. Handelt es sich indes um ein besonders reaktives
Vernetzungsmittel (D), wie ein Polyisocyanat oder ein Epoxid, wird dieses im allgemeinen
erst kurz vor der Verwendung den erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffen zugesetzt.
Hierbei resultiert ein sogenanntes Zwei- oder Mehrkomponentensystem.
Sollen die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe nicht nur thermisch sondern auch mit
aktinischer Strahlung härtbar (Dual Cure) sein, enthalten sie auch noch übliche und
bekannte Zusatzstoffe (D), die mit aktinischer Strahlung aktivierbar sind. Besonders
bevorzugt wird UV-Licht angewandt. Beispiele geeigneter Zusatzstoffe (D), die mit
aktinischer Strahlung aktivierbar sind, sind (meth)acryl-, allyl-, vinyl- oder
dicyclopentadienylfunktionelle (Meth)Acrylatcopolymere oder Polyetheracrylate,
Polyesteracrylate, ungesättigte Polyesteracrylate, Epoxyacrylate, Urethanacrylate,
Aminoacrylate, Melaminacrylate; Silikonacrylate oder die entsprechenden Methacrylate.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff kann des weiteren Reaktiverdünner (D) für die
thermische Härtung oder für die Härtung mit aktinischer Strahlung enthalten.
Beispiele geeigneter Reaktiverdünner (D) für die thermische Härtung sind oligomere
Polyole (D), welche aus oligomeren Zwischenprodukten, die durch Metathesereaktionen
von acyclischen Monoolefinen und cyclischen Monoolefinen gewonnen werden, durch
Hydroformylierung und anschließender Hydrierung erhältlich sind; Beispiele geeigneter
cyclischer Monoolefine sind Cyclobuten, Cyclopenten, Cyclohexen, Cycloocten,
Cyclohepten, Norbonen oder 7-Oxanorbonen; Beispiele geeigneter acyclischer
Monoolefine sind in Kohlenwasserstoffgemischen enthalten, die in der Erdölverarbeitung
durch Cracken erhalten werden (C5-Schnitt); Beispiele geeigneter, erfindungsgemäß zu
verwendender oligomerer Polyole weisen eine Hydroxylzahl von 200 bis 450, ein
zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 400 bis 1000 und ein massenmittleres Mole
kulargewicht Mw von 600 bis 1100 auf;
Weitere Beispiele geeigneter Polyole (D) sind verzweigte, cyclische und/oder acyclische
C9-C16-Alkane, die mit mindestens zwei Hydroxylgruppen funktionalisiert sind,
insbesondere Diethyloctandiole.
Weitere Beispiele zu verwendender Polyole (D) sind hyperverzweigte Verbindungen mit
einer tetrafunktionellen Zentralgruppe, abgeleitet von Ditrimethylolpropan, Diglycerin,
Ditrimethylolethan, Pentaerythrit, Tetrakis(2-hydroxyethyl)methan, Tetrakis(3-
hydroxypropyl)methan oder 2,2-Bis-hydroxymethyl-butandiol-(1,4) (Homopentaerythrit).
Die Herstellung dieser Reaktivverdünner kann nach den üblichen und bekannten Methoden
der Herstellung hyperverzweigter und dendrimer Verbindungen erfolgen. Geeignete
Synthesemethoden werden beispielsweise in den Patentschriften WO 93/17060 oder WO 96/12754
oder in dem Buch von G. R. Newkome, C. N. Moorefield und F. Vögtle,
"Dendritic Molecules, Concepts, Syntheses, Perspectives", VCH, Weinheim, New York,
1996, beschrieben.
Als strahlenhärtbare Reaktivverdünner (D) kommen niedermolekulare polyfunktionelle
ethylenisch ungesättigte Verbindungen in Betracht. Beispiele geeigneter Verbindungen
dieser Art sind Ester der Acrylsäure mit Polyolen, wie Neopentylglykoldiacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, Pentaerythrittriacrylat oder Pentaerythrittetraacrylat; oder
Umsetzungsprodukte von Hydroxyalkylacrylaten mit Polyisocyanaten, insbesondere
aliphatischen Polyisocyanaten.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Zusatzstoffen (D) oder anstelle von diesen
kann der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff übliche und bekannte Bindemittel (D)
enthalten.
Beispiele üblicher und bekannter Bindemittel (D) sind oligomere und polymere, lineare
und/oder verzweigte und/oder blockartig, kammartig und/oder statistisch aufgebaute
Poly(meth)acrylate oder Acrylatcopolymerisate, insbesondere die in der Patentschrift DE-
A-197 36 535, DE-A-44 37 535 oder DE-A-197 41 554 beschriebenen; Polyester,
insbesondere die in den Patentschriften DE-A-40 09 858 oder DE-A-44 37 535
beschriebenen; Alkyde, acrylierte Polyester, Polylactone, Polycarbonate, Polyether,
Epoxidharz-Amin-Addukte, (Meth)Acrylatdiole, partiell verseifte Polyvinylester, oder
Polyharnsroffe, von denen die Acrylatcopolymerisate und/oder die Polyester besonders
vorteilhaft sind.
Ansonsten kann der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff lackübliche Additive als
Zusatzstoffe (D) in wirksamen Mengen enthalten. Art und Menge der Additive (D) richten
sich vor allem nach dem Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs.
Beispiele geeigneter Additive (D) sind
- - organische und anorganische Füllstoffe wie Kreide, Calciumsulfate, Bariumsulfat; Silikate wie Talk oder Kaolin, Kieselsäuren, Oxide wie Aluminiumhydroxid oder Magnesiumhydroxid, Nanopartikel oder organische Füllstoffe wie Textilfasern, Cellulosefasern, Polyethylenfasern oder Holzmehl;
- - UV-Absorber;
- - Radikalfänger;
- - Katalysatoren für die Vernetzung;
- - Slipadditive;
- - Polymerisationsinhibitoren;
- - Entschäumer;
- - Emulgatoren, insbesondere nicht ionische Emulgatoren wie alkoxylierte Alkanole und Polyole, Phenole und Alkylphenole oder anionische Emulgatoren wie Alkalisalze oder Ammoniumsalze von Alkancarbonsäuren, Alkansulfonsäuren, und Sulfosäuren von alkoxylierten Alkanolen und Polyolen, Phenolen und Alkylphenolen;
- - Netzmittel wie Siloxane, fluorhaltige Verbindungen, Carbonsäurehalbester, Phosphorsäureester, Polyacrylsäuren und deren Copolymere oder Polurethane;
- - Haftvermittler;
- - Verlaufmittel;
- - filmbildende Hilfsmittel wie Cellulose-Derivate;
- - Flammschutzmittel,
- - rheologiesteuernde Additive, wie die aus den Patentschriften WO 94/22968, EP-A-
0 276 501, EP-A-0 249 201 oder WO 97/12945 bekannten; vernetzte polymere
Mikroteilchen, wie sie beispielsweise in der EP-A-0 008 127 offenbart sind;
anorganische Schichtsilikate wie Aluminium-Magnesium-Silikate, Natrium-Magnesium- und Natrium-Magnesium-Fluor-Lithium-Schichtsilikate des Montmorillonit-Typs; Kieselsäuren wie Aerosile; oder synthetische Polymere mit ionischen und/oder assoziativ wirkenden Gruppen wie Polyvinylalkohol, Poly(meth)acrylamid, Poly(meth)acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Styrol-Maleinsäureanhydrid- oder Ethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere und ihre Derivate oder hydrophob modifizierte ethoxylierte Urethane oder Polyacrylate; oder - - wassermischbare nieder- und hochsiedende organische Lösemittel ("lange Lösemittel");
- - Photoinitiatoren, wie Photoinitiatoren vom Norrish II-Typ, deren Wirkungsmechanismus auf einer intramolekularen Variante der Wasserstoff- Abstraktionsreaktionen beruht, wie sie in vielfältiger Weise bei photochemischen Reaktionen auftreten; beispielhaft sei hier auf Römpp Chemie Lexikon, 9. erweiterte und neubearbeitete Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, Bd. 4, 1991, verwiesen.
Weitere Beispiele geeigneter Lackadditive (D) werden in dem Lehrbuch "Lackadditive"
von Johan Bieleman, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, beschrieben.
Methodisch gesehen weist die Herstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs
keine Besonderheiten auf, sondern erfolgt durch das Dispergieren seiner Bestandteile in
Wasser, wobei Primär- oder Sekundärdispersionverfahren sowie übliche und bekannte
Mischaggregate wie Rührkessel, Dissolver, Rührwerksmühlen oder Extruder angewandt
werden. Beispielhaft sei auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff, insbesondere der erfindungsgemäße
Wasserbasislack, ist hervorragend für die Herstellung von farb- und/oder effektgebenden
Mehrschichtlackierungen auf grundierten und ungrundierten Substraten nach dem Naß-in-
naß-Verfahren geeignet. Des weiteren ist der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff,
insbesondere der erfindungsgemäße Unidecklack, hervorragend für die Herstellung von
einschichtigen farb- und/oder effektgebenden Lackierungen geeignet.
Ansonsten kann der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff auch noch als Klebstoff oder
Dichtungsmasse oder als Ausgangsprodukt für die Herstellung freitragender Lackfilme
verwendet werden.
Besondere Vorteile entfaltet der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff in seiner
Verwendung als Wasserbasislack im Rahmen des Naß-in-naß-Verfahrens bei dem der
Wasserbasislack auf das grundierte oder ungrundierte Substrat appliziert und getrocknet,
indes nicht gehärtet wird, wonach man auf die Wasserbasislackschicht einen Klarlack
appliziert und die resultierende Klarlackschicht gemeinsam mit der Wasserbasislackschicht
thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung (Dual Cure) härtet.
Als Substrate kommen alle zu lackierenden Oberflächen, die durch eine Härtung der
hierauf befindlichen Schichten unter der Anwendung von Hitze oder der kombinierten
Anwendung von Hitze und aktinischer Strahlung (Dual Cure) nicht geschädigt werden, in
Betracht; das sind z. B. Metalle, Kunststoffe, Holz, Keramik, Stein, Textil, Faserverbunde,
Leder, Glas, Glasfasern, Glas- und Steinwolle, mineral- und harzgebundene Baustoffe, wie
Gips- und Zementplatten oder Dachziegel, sowie Verbunde dieser Materialien. Demnach
sind die erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierungen auch für Anwendungen außerhalb
der Automobilerstlackierung und der Autoreparaturlackierung geeignet. Hierbei kommen
sie insbesondere für die Lackierung von Möbeln und für die industrielle Anwendung,
inklusive Coil Coating und Container Coating, in Betracht. Im Rahmen der industriellen
Anwendungen eignen sie sich für die Lackierung praktisch aller Teile für den privaten oder
industriellen Gebrauch wie Radiatoren, Haushaltsgeräte, Kleinteile aus Metall wie
Schrauben und Muttern, Radkappen, Felgen oder Emballagen.
Im Falle elektrisch leitfähiger Substrate können Grundierungen verwendet werden, die in
üblicher und bekannter Weise aus Elektrotauchlacken (ETL) hergestellt werden. Hierfür
kommen sowohl anodische (ATL) als auch kathodische (KTL) Elektrotauchlacke,
insbesondere aber KTL, in Betracht. Üblicherweise wird, insbesondere in der
Automobillackierung, hierauf nocr eine Füllerlackierung oder
Steinschlagschutzgrundierung aufgetragen, die als Bestandteil der Grundierung angesehen
werden kann.
Es können auch grundierte oder ungrundierte Kunststoffteile aus z. B. ABS, AMMA,
ASA, CA, CAB, EP, UF, CF, MF, MPF, PF, PAN, PA, PE, HDPE, LDPE, LLDPE,
UHMWPE, PC, PC/PBT, PC/PA, PET, PMMA, PP, PS, SB, PUR, PVC, RF, SAN, PBT,
PPE, POM, PUR-RIM, SMC, BMC, PP-EPDM und UP (Kurzbezeichnungen nach DIN
7728T1) lackiert, geklebt oder abgedichtet werden. Im Falle von nichtfunktionalisierten
und/oder unpolaren Substratoberflächen können diese vor der Beschichtung in bekannter
Weise einer Vorbehandlung, wie mit einem Plasma oder mit Beflammen, unterzogen oder
mit einer Hydrogrundierung versehen werden.
Die Applikation der erfindungsgemäßen Wasserbasislacke kann durch alle üblichen
Applikationsmethoden, wie z. B. Spritzen, Rakeln, Streichen, Gießen, Tauchen, Tränken,
Träufeln oder Walzen erfolgen. Dabei kann das zu beschichtende Substrat als solches
ruhen, wobei die Applikationseinrichtung oder -anlage bewegt wird. Indes kann auch das
zu beschichtende Substrat, insbesondere ein Coil, bewegt werden, wobei die
Appilkationsanlage relativ zum Substrat ruht oder in geeigneter Weise bewegt wird.
Vorzugsweise werden Spritzapplikationsmethoden angewandt, wie zum Beispiel
Druckluftspritzen, Airless-Spritzen, Hochrotation, elektrostatischer Sprühauftrag (ESTA),
gegebenenfalls verbunden mit Heißspritzapplikation wie zum Beispiel Hot-Air-
Heißspritzen. Die Applikation kann bei Temperaturen von max. 70 bis 80°C durchgeführt
werden, so daß geeignete Applikationsviskositäten erreicht werden, ohne daß bei der
kurzzeitig einwirkenden thermischen Belastung eine Veränderung oder Schädigungen des
Wasserbasislacks und seines gegebenenfalls wiederaufzubereitenden Overspray eintreten.
So kann das Heißspritzen so ausgestaltet sein, daß der Wasserbasislack nur sehr kurz in der
oder kurz vor der Spritzdüse erhitzt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, den erfindungsgemäßen Wasserbasislack in einem ersten
Auftrag durch ESTA und einem zweiten Auftrag pneumatisch zu applizieren.
Enthalten die erfindungsgemäßen Wasserbasislacke Bestandteile, die mit aktinischer
Strahlung aktivierbar sind, wird die Applikation vorzugsweise unter Ausschluß von Licht
durchgeführt. Selbstverständlich können diese Applikationsmethoden im Rahmen des
erfindungsgemäßen Naß-in-naß-Verfahrens auch für die Applikation der Klarlackschicht
verwendet werden.
Die Aushärtung kann nach einer gewissen Ruhezeit erfolgen. Sie kann eine Dauer von 30 s
bis 2 h, vorzugsweise 1 min bis 1 h und insbesondere 1 min bis 45 min haben. Die
Ruhezeit dient beispielsweise zum Verlauf und zur Entgasung der Lackschichten oder zum
Verdunsten von flüchtigen Bestandteilen wie Lösemittel. Die Ruhezeit kann durch die
Anwendung erhöhter Temperaturen bis 90°C und/oder durch eine reduzierte Luftfeuchte
< 10 g Wasser/kg Luft, insbesondere < 5 g/kg Luft, unterstützt und/oder verkürzt werden,
sofern hierbei keine Schädigungen, oder Veränderungen der Lackschichten eintreten, etwa
eine vorzeitige vollständige Vernetzung.
Die physikalische Härtung findet bereits bei während der Ruhezeit statt und kann durch die
Anwendung von Hitze beschleunigt werden, wobei die nachstehend bei der thermischen
Härtung angewandten Methoden angewandt werden können.
Die thermische Härtung weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt
nach den üblichen und bekannten Methoden wie Erhitzen in einem Umluftofen oder
Bestrahlen mit IR-Lampen. Hierbei kann die thermische Härtung auch stufenweise
erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt die thermische Härtung bei einer Temperatur von 50
bis 100°C, besonders bevorzugt 60 bis 100°C und insbesondere 80 bis 100°C während
einer Zeit von 1 min bis zu 2 h, besonders bevorzugt 2 min bis zu 1 h und insbesondere 3 min
bis 45 min. Werden Substrate verwendet, welche thermisch stark belastbar sind, kann
die thermische Vernetzung auch bei Temperaturen oberhalb 100°C durchgeführt werden.
Im allgemeinen empfiehlt es sich, hierbei Temperaturen von 180°C, vorzugsweise 160°C
und insbesondere 155°C nicht zu überschreiten.
Auch die Härtung mit aktinischer Strahlung weist keine methodischen Besonderheiten auf,
sondern erfolgt in üblicher und bekannter Weise durch Bestrahlen mit UV-Lampen
und/oder Elektronenstrahlquellen vorzugsweise unter Inertgas.
Bei der gemeinsamen Härtung der erfindungsgemäßen Dual Cure-
Wasserbasislackschichten mit den Klarlackschichten können die thermische Härtung und
Härtung mit aktinischer Strahlung gleichzeitig oder alternierend eingesetzt werden.
Werden die beiden Härtungsmethoden alternierend verwendet, kann beispielsweise mit der
thermischen Härtung begonnen und mit der Härtung mit aktinischer Strahlung geendet
werden. In anderen Fällen kann es sich als vorteilhaft erweisen, mit der Härtung mit
aktinischer Strahlung zu beginnen und hiermit zu enden. Der Fachmann kann die
Härtungsmethode, welche für den jeweiligen Einzelfall am vorteilhaftesten ist, aufgrund
seines allgemeinen Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einfacher
Vorversuche ermitteln.
Hierbei zeigt sich als weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen
Wasserbasislacks, daß sämtliche üblichen und bekannten Klarlacke im Rahmen des Naß-
in-naß-Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Wasserbasislackschicht kombiniert werden
können.
Beispiele geeigneter bekannter Einkomponenten(1K)-, Zweikomponenten(2K)- oder
Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke sind aus den Patentschriften DE-A-42 04 518, US-
A-5,474,811, US-A-5,356,669, US-A-5,605,965, WO 94/10211, WO 94/10212, WO 94/10213,
EP-A-0 594 068, EP-A-0 594 071, EP-A-0 594 142, EP-A-0 604 992, WO 94/22969,
EP-A-0 596 460 oder WO 92/22615 bekannt.
Einkomponenten(1K)-Klarlacke enthalten bekanntermaßen hydroxylgruppenhaltige
Bindemittel und Vernetzungsmittel wie blockierte Polyisocyanate,
Tris(alkoxycarbonylamino)triazine und/oder Aminoplastharze. In einer weiteren Variante
enthalten sie als Bindemittel Polymere mit seitenständigen Carbamat- und/oder
Allophanatgruppen und carbamat- und/oder allophanatmodifizerte Aminoplastharze als
Vernetzungsmittel (vgl. US-A-5,474,811, US-A-5,356,669, US-A-5,605,965, WO 94/10211,
WO 94/10212, WO 94/10213, EP-A-0 594 068, EP-A-0 594 071 oder EP-A-0 594 142).
Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke enthalten als
wesentliche Bestandteile bekanntermaßen hydroxylgruppenhaltige Bindemittel und
Polyisocyanate als Vernetzungsmittel, welche bis zu ihrer Verwendung getrennt gelagert
werden.
Beispiele geeigneter Pulverklarlacke sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift
DE-A-42 22 194 oder der Produkt-Information der Firma BASF Lacke + Farben AG,
"Pulverlacke", 1990 bekannt.
Pulverklarlacke enthalten als wesentliche Bestandteile bekanntermaßen
epoxidgruppenhaltige Bindemittel und Polycarbonsäuren als Vernetzungsmittel.
Beispiele geeigneter Pulverslurry-Klarlacke sind beispielsweise aus der US-Patentschrift
US-A-4,268,542 und den deutschen Patentanmeldungen DE-A-195 18 392.4 und DE-A-
196 13 547 bekannt oder werden in der nicht vorveröffentlichten deutschen
Patentanmeldung DE-A-198 14 471.7 beschrieben.
Pulverslurry-Klarlacke enthalten bekanntermaßen Pulverklarlacke in einem wäßrigen
Medium dispergiert.
UV-härtbare Klarlacke gehen beispielsweise aus den Patentschriften EP-A-0 540 884, EP-
A- 0 568 967 oder US-A-4,675,234 hervor.
Innerhalb der erfindungsgemäßen Mehrschichflackierung kann die Dicke der einzelnen
Schichten breit variieren. Erfindungsgemäß ist es indes von Vorteil, wenn die
Wasserbasislackschicht eine Dicke von 5 bis 25 µm, insbesondere 7 bis 20 µm, und die
Klarlackschicht eine Dicke von 15 bis 120 µm, vorzugsweise 30 bis 80 µm und
insbesondere 40 bis 70 µm aufweist.
Für das Beispiel und die Vergleichsversuche V1 und V2 wurden die folgenden
Bestandteile bereitgestellt bzw. hergestellt:
Die Polyurethandispersion (A) wurde gemäß der in der deutschen Patentschrift DE-A-44 37 535
auf Seite 7, Zeilen 21 bis 34, "B Herstellung einer wäßrigen
Polyurethandispersionen", angegebenen Vorschrift hergestellt. Der Festkörpergehalt der
Dispersion lag bei 31 Gew.-%
Die sekundäre wäßrige Acrylatdispersion wurde, wie in der deutschen Patentschrift
Patentschrift DE-A-44 37 535 auf Seite 8, Zeilen 25 bis 49, "E Herstellung einer wäßrigen
Polyacrylatdispersion", beschrieben, hergestellt. Der Festkörpergehalt der Dispersion lag
bei 40 Gew.-%.
Die wäßrige Lösung eines Polyesters wurde, wie in der in der deutschen Patentschrift
Patentschrift DE-A 44 37 535 auf Seite 7, Zeilen 6 bis 19, "A Herstellung einer wäßrigen
Polyesterharzlösung", angegebenen Vorschrift hergestellt und mit Wasser auf einen
Festkörpergehalt von 60 Gew.-% eingestellt.
3%ige wäßrige Suspension eines synthetischen Schichtsilikats; Laponite® RD der Firma
Laporte.
6,0 Gewichtsteile einer 65%ige Suspension von Aluminiumflakes (Aluminium Stapa
Hydrolux® der Firma Eckart) wurden mit 6,5 Gewichtsteilen Butylglykol und 2,1
Gewichtsteilen der wäßrigen Lösung des Polyesters gemäß Ziff. 3. homogenisiert.
Maprenal® VMF 3924 (70%ig) der Firma Clariant.
10%ige wäßrige Lösung von Dimethylethanolamin.
Handelsübliches Netzmittel der Firma Air Products (50%ig in Butylglykol).
30 Gewichtsteile der wäßrigen Lösung des Polyesters gemäß Ziff. 3., 46 Gewichtsteile
Butylglykol, 12 Gewichtsteile Wasser und 12 Gewichtsteile eines Siliziumdioxidpulvers
einer mittleren Teilchengröße von 5,8 µm und einer Dichte der Partikel von 2,1 gcm-3
wurden miteinander vermischt und homogenisiert.
Für das Beispiel 1 wurden 30 Gewichtsteile des Rheologiehilfsmittels gemäß Ziff. 3.
vorgelegt. Unter Rühren wurden hierzu in der angegebenen Reihenfolge 27 Gewichtsteile
der Polyurethandispersion der Ziff. 1., 3,0 Gewichtsteile der Polyesterlösung gemäß Ziff.
3., 6,0 Gewichtsteile der sekundären wäßrigen Acrylatdispersion gemäß Ziff. 2., 2,1
Gewichtsteile Butylglykol, 6,0 Gewichtsteile Melaminharz gemäß Ziff. 6, 0,3
Gewichtsteile Neutralisationsmittel gemäß Ziff. 7., 1,5 Gewichtsteile des Netzmittels
gemäß Ziff. 8 und 6,0 Gewichtsteile deionisiertes Wasser zugegeben. Die resultierende
Mischung wurde homogenisiert und in der angegebenen Reihenfolge mit 3,0
Gewichtsteilen der erfindungsgemäß zu verwendenden Siliziumdioxidpaste gemäß Ziff 9
und mit 14,6 Gewichtsteilen der Metallic-Pigment-Paste gemäß Ziff. 5. versetzt.
Der resultierende Wasserbasislack wurde mit dem Neutralisationsmittel gemäß Ziff. 7. auf
einen pH-Wert von 7,8 bis 8,2 und mit deionisiertem Wasser auf eine Viskosität von 70 bis
80 mPas bei einer Scherung von 1000 s-1 eingestellt.
Beispiel 1 wurde wiederholt, nur daß keine Siliziumdioxidpaste gemäß Ziff. 9 angewandt
wurde.
Vergleichsvesuch V1 wurde wiederholt, nur daß 2,64 Gewichtsteile des Lösemittel-
/Polyestergemischs der Siliziumdioxidpaste gemäß Ziff. 10 zugesetzt wurden.
Für die Prüfung der anwendungstechnischen Eigenschaften der Wasserbasislacke wurden
in üblicher und bekannter Weise Prüftafeln der Abmessungen 30 × 70 cm hergestellt.
Hierzu wurden Stahltafeln (Karosseriebleche), die mit einer üblichen und bekannten
kathodisch abgeschiedenen und eingebrannten Elektrotauchlackierung beschichtet waren,
mit einem handelsüblichen Füller der Firma BASF Coatings AG) beschichtet, wonach die
resultierende Füllerschicht während fünf Minuten bei 20°C und einer relativen
Luftfeuchtigkeit von 65% abgelüftet und in einem Umluftofen während 30 Minuten bei
140°C eingebrannt wurde.
Nach dem Abkühlen der Prüftafeln auf 20°C wurden die Wasserbasislacke in zwei
Spritzgängen appliziert. Der erste Auftrag erfolgte mittels ESTA (Glockendrehzahl: 45.000
1/min, Lenkluft ESTA: 120 Nl/min, Spannung: 65 kV, Abstand: 0,25 m, Ausflußmenge
Lack: 170 ml/min), entsprechend einer Trockenfilmdicke von 8 bis 10 µm. Der zweite
Auftrag erfolgte pneumatisch (Abstand: 0,32 m, Ausflußmenge Lack: 540 ml/min,
Zerstäuberluft - Menge: 300 Nl/min, Zerstäuberluft - Druck: 4,8 bar, Hornluft - Menge:
395 Nl/min, Hornluft - Druck: 5,2 bar), entsprechend einer Trockenfilmdicke von 4 bis 6 µm.
Die Wasserbasislackschicht wurde nach den ersten und zweiten Auftrag jeweils
während 2 min abgelüftet. Anschließend wurde die Wasserbasislackschicht während 10 min
bei 80°C vorgetrocknet, abgekühlt und mit einem handelsüblichen
Zweikomponenten-Klarlack (Firma BASF Coatings AG) überschichtet. Hiernach wurden
Wasserbasislackschicht und Klarlackschicht während 30 min bei 130°C eingebrannt,
wodurch die erfindungsgemäße effektgebende Mehrschichtlackierung des Beispiels und
die nicht erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierungen der Vergleichsversuche V1 und V2
mit einer Trockenfilmdicke der Klarlackierung von 40 µm resultierten.
Die Prüftafeln wurden unter diffusem Licht aus einem Abstand von 2 bis 3 m in Aufsicht
(80°) und in Schrägsicht (40°) hinsichtlich der Hell-Dunkel-Schattierung (Wolken) visuell
beurteilt und benotet (Note 1: keine Wolken sichtbar; bis Note 5: Wolken sehr deutlich
sichtbar).
Bei dem Beispiel resultierte in Aufsicht die Note 2 und in Schrägsicht die Note 3. Bei dem
Vergleichsversuchen V1 und V2 resultierten in Aufsicht jeweils die Note 4 und in
Schrägsicht jeweils die Note 5. Dies untermauert, daß durch die erfindungsgemäße
Verwendung des Siliziumdioxids eine signifikante Verbesserung der Hell-Dunkel-
Schattierung erzielt wird.
Claims (12)
1. Physikalisch, thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbarer
wäßriger Beschichtungsstoff, enthaltend
- A) mindestens ein gesättigtes, ungesättigtes und/oder mit olefinisch ungesättigten Verbindungen gepfropftes, ionisch und/oder nichtionisch stabilisiertes Polyurethan als Bindemittel,
- B) mindestens ein farb- und/oder effektgebendes Pigment und
- C) mindestens ein farbloses, gegenüber den übrigen Bestandteilen des Beschichtungsstoffs im wesentlichen inertes, transparentes oder opakes Pulver einer mittleren Teilchengröße von 1,0 bis 10,0 µm, dessen Partikel eine Dichte von 0,8 bis 3,6 gcm-3 aufweisen.
2. Wäßriger Beschichtungsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Pulver (C) eine mittlere Teilchengröße von 4,0 bis 7,0 µm aufweisen.
3. Wäßriger Beschichtungsstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel eine Dichte von 0,9 bis 3,2 gcm-3 aufweist.
4. Wäßriger Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Partikel eine sphärische Form haben.
5. Wäßriger Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Pulver (C) eine maximale Teilchengröße unterhalb 12 µm
aufweist.
6. Wäßriger Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Partikel aus vernetzten oder unvernetzten, organischen
oder metallorganischen Polymeren, anorganischen Mineralien, Salzen oder
Keramikmaterialien oder organisch modifizierten Keramikmaterialien oder aus
Gemischen dieser Stoffe bestehen.
7. Wäßriger Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Partikel aus Siliziumdioxid, Aluminiumsilikaten,
Calciumsilikaten, Magnesiumsilikaten, Calciumaluminiumsilikaten,
Magnesiumaluminiumsilikaten, Calciummagnesiumsilikaten,
Calciummagnesiumaluminiumsilikaten, Berylliumaluminiumsilikaten,
Aluminiumphosphat und/oder Calciumphosphat bestehen.
8. Wäßriger Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß er das Pulver (C) in einer Menge von, bezogen auf den
Festkörpergehalt, 0,09 bis 5,0 Gew.-% enthält.
9. Verwendung des wäßrigen Beschichtungsstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8
für die Herstellung einschichtiger oder mehrschichtiger farb- und/oder
effektgebender Lackierungen für die Automobilerst- und -repararurlackierung, die
industrielle Lackierung, inclusive Coil Coating und Container Coating, die
Kunststofflackierung und die Möbellackierung.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrige
Beschichtungsstoff als Wasserbasislack und Unidecklack in der Automobilerst- und
-repararurlackierung verwendet wird.
11. Verfahren zur Herstellung einer ein- oder mehrschichtigen farb- und/oder
effektgebenden Lackierung durch Applikation mindestens einer Schicht des
wäßrigen Beschichtungsstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auf ein
grundiertes oder ungrundiertes Substrat und thermische Härtung oder Härtung mit
Hitze und aktinischem Licht der resultierenden Naßschicht(en).
12. Verfahren zur Herstellung einer farb- und/oder effektgebenden
Mehrschichtlackierung nach dem Naß-in-naß-Verfahren durch
- A) Applikation einer Wasserbasislackschicht auf ein grundiertes oder ungrundiertes Substrat,
- B) Ablüften und Zwischentrocknen der resultierenden Wasserbasislackschicht,
- C) Applikation einer Klarlackschicht auf der Wasserbasislackschicht und
- D) thermische Härtung oder Härtung mit Hitze und aktinischem Licht der beiden Naßschichten,
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