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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung,
die eine Beschichtung, die eine Oberfläche mit geringer Reibung aufweist,
bereitstellen kann. Ferner bezieht sich diese Erfindung auf eine
wäßrige Beschichtungszusammensetzung,
die eine Beschichtung mit verbesserter Haftung an energiearmen Oberflächen, wie
unbehandelter Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM-Kautschuk),
bereitstellen kann. Spezieller bezieht sich diese Erfindung auf
eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung,
einschließlich
eines Polyurethanpolymers, eines Vernetzungsmittels, eines Gleithilfsmittels,
eines Benetzungsmittels und eines UV-Inhibitors. Ebenso bezieht
sich diese Erfindung auf ein Verfahren zum Aufbringen der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
auf ein Substrat. Ferner bezieht sich diese Erfindung auf einen Gegenstand,
der so hergestellt wird, daß er
eine Beschichtung, die aus der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
gebildet ist, enthält.
Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
liefert eine Schutzbeschichtung mit einer Oberfläche mit geringer Reibung für Automobildichtungen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Beschichtung bereit, die eine
Oberfläche
mit geringer Reibung aufweist. Wie hierin verwendet, bezieht sich
eine Oberfläche
mit geringer Reibung auf Oberflächen
mit einem geringen Reibungskoeffizienten. Beschichtungen mit Oberflächen mit
geringer Reibung sind in vielen Anwendungen wünschenswert, einschließlich beispielsweise
Beschichtungen für
Dichtungen, die in Automobilen verwendet werden. Dichtungen in Automobilen
können
verwendet werden, um eine Versiegelung zwischen zwei Komponenten
im Körper
eines Automobils bereitzustellen. Beispielsweise weist die Dichtung,
die verwendet wird, um eine Versiegelung zwischen Fensterglas und
einem Türrahmen
bereitzustellen, typischerweise eine Beschichtung mit einer Oberfläche mit
geringer Reibung auf, wodurch das Senken und Heben des Fensterglases
mit minimalem Widerstand ermöglicht
wird. Die Beschichtung auf der Dichtung stellt ebenso Beständigkeit gegen
den Abbau durch Abrieb aus der Bewegung des Fensterglases bereit.
Ferner muß die
Beschichtung auf der Dichtung ebenso über einen breiten Bereich an
Temperaturen flexibel bleiben, um eine Versiegelung bei Temperaturen
von –40 °C bereitzustellen.
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US-Patent 5,115,007 offenbart
eine Beschichtungszusammensetzung, die zur Herstellung abriebbeständiger Beschichtungen
mit geringer Reibung auf EPDM-Kautschuk verwendbar ist. Die offenbarte
Beschichtungszusammensetzung umfaßt ein blockiertes Polyurethanvorpolymer,
enthaltend blockierte Isocyanatgruppen, ein Vernetzungsmittel, das
mit den blockierten Isocyanatgruppen coreaktiv ist, ein kompatibles
Silikonöl,
und ein nicht-reaktives Lösungsmittel
wie Toluol. Die Beschichtungszusammensetzung wird auf ein Substrat
aufgebracht und wird dann unter Bildung einer Beschichtung, die
ein Polyurethanpolymer enthält,
gehärtet.
Die Beschichtungszusammensetzung kann auf EPDM-Kautschuk ohne vorherige
Aufbringung eines Primers oder eine Oberflächenbehandlung des EPDM-Kautschuks
aufgebracht werden. Jedoch offenbart dieses Dokument keine wäßrige Zusammensetzung,
die ein Polyurethanpolymer enthält.
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Die
Verwendung von Beschichtungszusammensetzungen, die organische Lösungsmittel
enthalten, kann zur Freisetzung des organischen Lösungsmittels
in die Atmosphäre
führen
und dazu, daß die
Arbeiter dem organischen Lösungsmittel
ausgesetzt sind. Wasserbasierende Beschichtungszusammensetzungen
sind zur Herstellung abriebbeständiger
Beschichtungen mit geringer Reibung gewünscht, die als Beschichtungen für Dichtungen
geeignet sind, und die ferner auf unbehandelten EPDM-Kautschuk aufgebracht
werden können.
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Ich
fand eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung
heraus, die eine abriebbeständige
Beschichtung mit geringer Oberflächenreibung
bereitstellt und zur Aufbringung auf EPDM-Kautschuk geeignet ist.
Ferner kann diese wäßrige Beschichtungszusammensetzung
auf unbehandelten EPDM-Kautschuk aufgebracht werden, um eine Beschichtung
mit guter Haftung an den unbehandelten EPDM-Kautschuk bereitzustellen.
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Im
ersten Aspekt dieser Erfindung wird eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung
bereitgestellt, umfassend, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung:
von 10 bis 70 Gew.-% mindestens eines Polyurethanpolymers, wobei
das Polyurethanpolymer mindestens zwei Carbonsäuregruppen enthält; von
1 bis 60 Gew.-% mindestens eines Vernetzungsmittels; von 0,01 bis
4 Gew.-% mindestens eines Benetzungsmittels; von 0,1 bis 15 Gew.-%
mindestens eines Gleithilfsmittels; und von 0,01 bis 20 Gew.-% eines
UV-Stabilisierungsmittels.
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Im
zweiten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines beschichteten Substrats bereitgestellt, umfassend die Schritte
des Herstellens einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung,
enthaltend: von 10 bis 70 Gew.-% mindestens eines Polyurethanpolymers,
wobei das Polyurethanpolymer mindestens zwei Carbonsäuregruppen
enthält;
von 1 bis 60 Gew.-% mindestens eines Vernetzungsmittels; von 0,01
bis 4 Gew.-% mindestens eines Benetzungsmittels; von 0,1 bis 15
Gew.-% mindestens eines Gleithilfsmittels; und von 0,01 bis 20 Gew.-%
eines UV-Stabilisierungsmittels; das Aufbringen der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
auf ein Substrat; das Trocknen der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
oder das Erlauben der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
zu trocknen, um ein vorvernetztes, beschichtetes Substrat bereitzustellen;
und das Härten
des vorvernetzten, beschichteten Substrats oder das Erlauben des
vorvernetzten, beschichteten Substrats zu härten, um das beschichtete Substrat
bereitzustellen.
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Im
dritten Aspekt dieser Erfindung wird ein Gegenstand bereitgestellt,
umfassend ein beschichtetes Substrat, enthaltend ein Substrat und
eine Beschichtung, hergestellt aus einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung,
enthaltend von 10 bis 70 Gew.-% mindestens eines Polyurethanpolymers,
wobei das Polyurethanpolymer mindestens zwei Carbonsäuregruppen
enthält;
von 1 bis 60 Gew.-% mindestens eines Vernetzungsmittels; von 0,01
bis 4 Gew.-% mindestens eines Benetzungsmittels; von 0,1 bis 15
Gew.-% mindestens eines Gleithilfsmittels; und von 0,01 bis 20 Gew.-%
eines UV-Stabilisierungsmittels.
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
dieser Erfindung enthält
ein Polyurethanpolymer, ein Vernetzungsmittel, ein Benetzungsmittel,
ein Gleithilfsmittel und ein UV-Stabilisierungsmittel. Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann auf unbehandelten EPDM-Kautschuk aufgebracht werden und stellt
eine beständige
Beschichtung mit geringer Reibung bereit.
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Das
Polyurethanpolymer, das in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
der vorliegenden Erfindung enthalten ist, umfaßt aliphatische Polyurethanpolymere
und aromatische Polyurethanpolymere. Das Polyurethanpolymer enthält Carbonsäuregruppen,
um reaktive Komponenten bereitzustellen, die für die Reaktion mit den funktionellen
Gruppen des Vernetzungsmittels geeignet sind. Das Polyurethanpolymer
muß einen
minimalen Gehalt an Carbonsäuregruppen
enthalten, um ausreichende Vernetzung bereitzustellen, um Beschichtungen
mit adäquater
Haltbarkeit zu erhalten. Ein übermäßiger Gehalt
an Carbonsäuregruppen
in dem Polyurethanpolymer kann die Feuchtigkeitsbeständigkeit
der Beschichtung, hergestellt aus der Beschichtungszusammensetzung,
die das Polyurethanpolymer enthält,
nachteilig beeinflussen. Polyurethanpolymere, die für die vorliegende
Beschichtungszusammensetzung geeignet sind, können Carbonsäuregehalte
enthalten, gekennzeichnet durch eine Säurezahl in dem Bereich von
5 bis 50, bevorzugt in dem Bereich von 10 bis 40, und stärker bevorzugt
in dem Bereich von 20 bis 40. Ferner kann das Polyurethanpolymer
ein gewichtsmittleres Molekulargewicht, MW,
in dem Bereich von 20.000 bis über
2.000.000, bevorzugt in dem Bereich von 50.000 bis über 2.000.000,
und stärker
bevorzugt in dem Bereich von 100.000 bis über 2.000.000 aufweisen. Das
Polyurethanpolymer kann in Form einer wäßrigen Dispersion vorliegen,
enthaltend Polyurethanpolymerteilchen mit einem durchschnittlichen
Durchmesser in dem Bereich von 20 nm bis 1.000 nm, bevorzugt in
dem Bereich von 30 nm bis 500 nm, und stärker bevorzugt in dem Bereich
von 40 nm bis 300 nm. Das wäßrige Medium,
das die Polyurethanpolymerteilchen enthält, kann ebenso wassermischbare
organische Lösungsmittel,
wie 1-Methyl-2-pyrrolidon und Methylethylketon, enthalten. Bevorzugt
enthält
die wäßrige Dispersion,
die das Polyurethanpolymer enthält,
kein organisches Lösungsmittel.
Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann 10 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 60 Gew.-%, und stärker bevorzugt
30 bis 50 Gew.-% Polyurethanpolymer, bezogen auf das Gewicht der
wäßrigen Beschichtungszusammensetzung,
enthalten.
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
der vorliegenden Erfindung enthält
ebenso ein Vernetzungsmittel. Das Vernetzungsmittel ist ein Polymer
oder ein Nicht-Polymer,
enthaltend mindestens zwei funktionelle Gruppen, die mit den Carbonsäuregruppen
des Polyurethanpolymers reagieren können. Geeignete funktionelle
Gruppen umfassen Epoxide, Oxazoline, Melamine, Carbodiimide und
Isocyanate, die in Wasser stabil sind, wie blockierte Isocyanate.
Bevorzugte funktionelle Gruppen sind Oxazoline und Melamine. Als
die funktionellen Gruppen sind Oxazoline stärker bevorzugt. Die Hauptketten
für Polymere
mit seitenständigen funktionellen
Gruppen, die als das Vernetzungsmittel geeignet sind, umfassen Acrylate,
Methacrylate, Styrolbutadiene, Styrolacrylate und Vinylchloride.
Nicht-Polymere, die mindestens zwei funktionelle Gruppen enthalten,
umfassen beispielsweise Phenylglycidylether, Melaminmonomere und
Diepoxidverbindungen. Das Vernetzungsmittel kann ein reiner Feststoff
oder eine Flüssigkeit
sein, oder kann alternativ löslich
gemacht oder eine Dispersion in einem organischen Lösungsmittel
oder wäßrigen Medium
sein. Bevorzugte Vernetzungsmittel sind reine Feststoffe oder Flüssigkeiten,
die in Wasser löslich
sind oder darin dispergiert werden. Andere bevorzugte Vernetzungsmittel
sind wäßrige Dispersionen
von Polymeren, die Oxazolin-, Epoxid- oder blockierte Isocyanatgruppen
enthalten. In einer Ausführungsform
ist das Vernetzungsmittel eine wäßrige Dispersion eines
Styrol-Acryl-Copolymers, das Oxazolingruppen enthält. Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung der
vorliegenden Erfindung enthält
von 1 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 45 Gew.-%, und stärker bevorzugt
5 bis 35 Gew.-% Vernetzungsmittel, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung.
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In
der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
der vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis der Anzahl an Carbonsäuregruppen,
die in dem Polyurethanpolymer enthalten sind, zu der Anzahl an funktionellen Gruppen,
die in dem Vernetzungsmittel enthalten sind, in dem Bereich von
10 : 1 bis 1 : 10, bevorzugt in dem Bereich von 5 : 1 bis 1 : 5,
und stärker
bevorzugt in dem Bereich von 3 : 1 bis 1 : 3 liegen.
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Eine
andere Komponente der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
ist ein Benetzungsmittel. Das Benetzungsmittel verringert die Oberflächenspannung
der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung, wodurch
die Fähigkeit
der wäßrigen Be schichtungszusammensetzung,
die Oberfläche
eines Substrats während
der Aufbringung, insbesondere Substrate mit energiearmen Oberflächen, zu
benetzen, erhöht
wird. Wie hierin verwendet, verringert ein Benetzungsmittel die
Oberflächenspannung
von Wasser um mehr als 1 Dyn/cm für eine 0,01 gew.-%ige Lösung des
Benetzungsmittels in Wasser. Geeignete Benetzungsmittel umfassen
Silikonoberflächenadditive,
wie Polysiloxane, einschließlich
Polyether-modifiziertes Poly-dimethyl-polysiloxan, Polyester-modifiziertes
Poly-dimethyl-siloxan; oberflächenaktive
Fluorverbindungen, wie die oberflächenaktiven Fluorverbindungen
ZonylTM (Zonyl ist eine Marke von E. I.
du Pont de Nemours and Co.); oberflächenaktive Mittel, basierend
auf Acetylenalkohol-, Diol- und Glykolchemie, wie das oberflächenaktive
Mittel SurfynolTM 61 und das oberflächenaktive
Mittel DynolTM 604 (Surfynol und Dynol sind
Marken von Air Products and Chemicals, Inc.) und Gemische davon.
Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann 0,01 bis 4 Gew.-% des Benetzungsmittels, bevorzugt 0,1 bis
4 Gew.-%, stärker
bevorzugt 0,5 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung,
enthalten.
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
dieser Erfindung enthält
ebenso 0,1 bis 15 Gew.-% mindestens eines Gleithilfsmittels, bezogen
auf das Gewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung. Das
Gleithilfsmittel kann in der Wasserphase der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
dispergierbar oder löslich
sein. Das Gleithilfsmittel unterstützt die Verringerung der Reibung
der Oberfläche
der Beschichtung, die aus der wäßrigen Zusammensetzung
hergestellt wird. Wir hierin verwendet, weist eine Oberfläche mit
geringer Reibung einen dynamischen Reibungskoeffizienten mit einem
Wert von 3 oder niedriger gegen Glas auf, wie durch ASTM D 1894
gemessen. Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
stellt bevorzugt eine Beschichtung mit einer Oberfläche mit
geringer Reibung bereit. Bevorzugt weist die Oberfläche der
Beschichtung, die aus der wäßrigen Zusammensetzung
hergestellt wird, einen Reibungskoeffizienten mit einem Wert von
1,5 oder niedriger, stärker
bevorzugt einen Reibungskoeffizienten mit einem Wert von 1,1 oder
niedriger auf.
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Verschiedene
Gleithilfsmittel sind zur Verwendung in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung geeignet,
einschließlich
Wachse, Silikonadditive, fluorierte Additi ve und Gemische davon.
Geeignete Wachse umfassen Polyethylenwachse, Polypropylenwachse
und Paraffinwachse. In einer Ausführungsform enthält die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
ein oxidiertes Polyolefinwachs, wie durch das Verfahren hergestellt,
das in
US 6,169,148 offenbart
ist. Geeignete Silikonadditive umfassen Polysiloxane, modifizierte
Polysiloxane, wie Polyether-modifizierte Poly-dimethyl-polysiloxane, Polyester-modifizierte
Poly-dimethyl-polysiloxane; Hydroxyfunktionelle Silikone. Geeignete
fluorierte Additive umfassen Polytetrafluorethylenwachse oder Mischungen,
enthaltend Polytetrafluorethylenwachse, wie Fluo HT (Micro Powders,
Inc.), Aqua Polysilk 19 Wachs (Micro Powders, Inc.) und Microspersion
HT (Micro Powders, Inc.). Die Wachse, Silikonadditive und fluorierten
Additive können
als Lösungen,
Dispersionen oder Emulsionen, wie anionische Wachsemulsion, anionische
Paraffin/Polyethylen-Emulsionen oder als Pulver, wie Polyethylenpulver
und modifiziertes synthetisches Wachspulver, bereitgestellt werden.
Kombinationen oder Gemische aus Wachsen, Silikonadditiven und fluorierten
Additiven können
verwendet werden, um eine Beschichtung mit einer Oberfläche mit
geringer Reibung und anderen gewünschten
Eigenschaften bereitzustellen.
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Die
Außenanwendung
der Beschichtung, die aus der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
hergestellt wird, führt
zu UV-Belichtung, speziell mit Licht mit einer Wellenlänge von
weniger als 380 nm, was die Haltbarkeit der Beschichtung verringern
kann. Um die Beschichtung, die aus der Beschichtung dieser Erfindung
hergestellt wird, vor nachteiligem UV-Licht zu schützen, enthält die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
ebenso ein Ultraviolettstabilisierungsmittel, hierin als „UV-Stabilisierungsmittel" bezeichnet. Das UV-Stabilisierungsmittel
ist ein Material, das die schlechten Wirkungen des UV-Lichts auf
die Beschichtung verringern oder beseitigen kann. Das UV-Stabilisierungsmittel
kann das UV-Licht absorbieren, streuen oder reflektieren. Das UV-Stabilisierungsmittel
kann ein UV-absorbierendes Molekül
sein, wie ein gehindertes Amin, ein substituiertes Hydroxyphenylbenzotriazol,
Benzotriazol, Benzophenon, ein substituiertes Acrylnitril oder ein
Phenol-Nickel-Komplex;
oder ein Pigment, wie Ruß oder
Titandioxid. Andere geeignete Pigmente umfassen feste Kügelchen-
und Mikrokügelchenpigmente,
enthaltend Hohlräume
und Vesikel. Beispiele von festen Kügelchenpigmenten umfassen Polystyrol-
und Polyvinylchloridkügelchen.
Beispiele von Mikrokügelchenpigmenten,
die Polymerteil chen umfassen, enthaltend ein oder mehrere Hohlräume und
vesikulierte Polymerteilchen, sind in
US
4,427,835 ;
US 4,920,160 ;
US 4,594,363 ;
US 4,469,825 ;
US 4,468,498 ;
US 4,880,842 ;
US 4,985,064 ;
US 5,157,084 ;
US 5,041,464 ;
US 5,036,109 ;
US 5,409,776 und
US 5,510,422 offenbart. Die wäßrige Beschichtung
dieser Erfindung kann 0,01 bis 20 Gew.-% UV-Stabilisierungsmittel,
bevorzugt 0,02 bis 15 Gew.-% UV-Stabilisierungsmittel, und stärker bevorzugt
0,03 bis 10 Gew.-% UV-Stabilisierungsmittel, bezogen auf das Gewicht
der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung,
umfassen.
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann gegebenenfalls ein Pigment enthalten. Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann 0 bis 25 Gew.-% Pigment, bevorzugt 0,5 bis 15 Gew.-% Pigment, und
stärker
bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% Pigment, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung,
enthalten. Geeignete Pigmente umfassen Ruß; Titandioxid; Eisenpigmente,
wie festes Eisenoxid; Antimonoxidpigmente; Bariumpigmente; Calciumpigment;
Zirkoniumpigmente; Chrompigmente; Magnesiumpigmente; Bleipigmente;
Zinksulfid; Lithopon; Phthaloblau; Phthalogrün; metallische Pigmente, wie Aluminium;
perleffektartige Pigmente; opaleszierende Pigmente; iridisierende
Pigmente; und Kunststoffpigmente, wie feste Kügelchen- und Mikrokügelchenpigmente,
enthaltend Hohlräume
und Vesikel.
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Gegebenenfalls
kann ein Mattierungsmittel zu der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
zugegeben werden, um Beschichtungen mit geringem Glanzgrad bereitzustellen.
Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann 0 bis 20 Gew.-% Mattierungsmittel, bevorzugt 0,5 bis 15 Gew.-%
Mattierungsmittel und stärker
bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% Mattierungsmittel, bezogen auf das Gewicht
der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung,
enthalten. Geeignete Mattierungsmittel umfassen Siliciumdioxide,
Talk, Keramiken, Ton, Schwermetallseifen, Diatomeenerde, Glaskügelchen
und Gemische davon. In einer Ausführungsform enthält die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
2 bis 10 Gew.-% Silciumdioxidmattierungsmittel, bezogen auf das
Gewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung.
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann gegebenenfalls einen Katalysator enthalten, um die Vernetzungsreaktion
zwischen den Carbonsäuregruppen
des Polyurethanpolymers und den funktionellen Gruppen des Vernetzungsmittels
zu beschleunigen. Der Katalysator kann zu der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
während
des Mischschrittes zugegeben werden, um die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
herzustellen, oder kann zu der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
direkt vor der Aufbringung auf ein Substrat zugegeben werden.
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Der
Feststoffgehalt der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
liegt typischerweise in dem Bereich von 20 bis 50 Gew.-% Feststoffen,
bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung.
Wäßrige Beschichtungszusammensetzungen
mit höheren
Gehalten an Feststoffen können
hergestellt werden, was eine Frage der Verfügbarkeit der Komponenten mit
hohen Feststoffgehalten und der Viskosität, die für die Auftragung erforderlich
ist, ist. Ein Feststoffgehalt von weniger als 20 Gew.-% kann ebenso
eingesetzt werden, aber erfordert die Eindampfung von größeren Mengen
an Wasser zur Trocknung der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung.
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Der
pH der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
liegt typischerweise in dem Bereich von 6,5 bis 10, bevorzugt in
dem Bereich von 7 bis 9 und stärker
bevorzugt in dem Bereich von 8 bis 9, um die Stabilität des Polyurethanpolymers
in der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
zu erhöhen
und um die Vernetzungsreaktion zwischen den Carbonsäuregruppen
des Polyurethanpolymers und dem Vernetzungsmittel vor der Aufbringung
zu minimieren. Eine flüchtige
Base kann verwendet werden, um den pH der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
einzustellen. Geeignete flüchtige
Basen umfassen Ammoniak, Niederalkylamine, Triethanolamin, 2-Dimethylaminoethanol,
N-Methylmorpholin, Ethylendiamin und Morpholin.
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann gegebenenfalls konventionelle Beschichtungshilfsmittel enthalten,
wie beispielsweise Biozide, Koaleszenzmittel, Füllstoffe, Rheologiemodifikatoren
oder Verdickungsmittel, oberflächenaktive
Mittel, Puffer, Neutralisatoren, Gefrier-Tau-Additive, Naßkanten-Hilfsmittel,
Befeuchtungsmittel, Antischaummittel, Dispergiermittel und Antioxidationsmittel.
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann durch Kombinieren der verschiedenen Komponenten unter Mischen
hergestellt werden. Die Zugabereihenfolge der Komponenten ist nicht
wichtig. Während des
Schrittes des Mischens der verschiedenen Komponenten wird der pH
des Gemisches bevorzugt bei oder über einem Wert von 6,5 gehalten.
Der pH kann durch die Zugabe der Säure oder Base eingestellt werden. Bevorzugt
wird der pH mit einer flüchtigen
Base erhöht.
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Verschieden
Substrate können
mit der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
beschichtet werden, einschließlich
Kunststoffe, Elastomere, Kautschuke, Holz, Metall, Papier, Beton,
Mauerwerk, Beton, Leder und Textilien. Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
ist zum Beschichten von elastomeren oder Kautschuksubstraten, wie
Kautschuken, einschließlich
Acrylnitrilkautschuk, Butylkautschuk, Chloroprenkautschuk, chlorsulfonierter
Polyethylenkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk,
Halogenbutylkautschuk, halogenierter Nitrilkautschuk, Isoprenkautschuk,
natürlicher
Kautschuk, Neoprenkautschuk, Nitrilkautschuk, Polyacrylkautschuk;
Polyurethanelastomere; thermoplastische Elastomere, wie Polyamidblockcopolymere,
Polyesterblockcopolymere, Polystyrolblockcopolymere, Polyurethanblockcopolymere
und Polypropylen/Ethylen-Propylen-Copolymermischungen; thermoplastische
Polyolefine; Polysulfide; Propylenoxidpolymere; Epichlorhydrinpolymere
und Phosphonitrilfluorelastomere besonders geeignet. Bevorzugt wird
das Substrat ausgewählt
aus chlorsulfoniertem Polyethylenkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk,
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, halogeniertem Nitrilkautschuk,
thermoplastischen Elastomeren, thermoplastischen Polyolefinen, Propylenoxidpolymeren
oder Epichlorhydrinpolymeren. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk ist
ein besonders bevorzugtes Substrat.
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Ein
Substrat mit einer energiearmer Oberfläche, wie EPDM, wird typischerweise
unter Aufbringung einer Primerbeschichtung, UV-Belichtung, Aussetzung
einer Koronaentladung oder Aussetzung einem Plasma, um die Oberflächenenergie
zu erhöhen,
vorbehandelt. Die Zusammensetzung dieser Erfindung kann auf entweder
ein Substrat mit einer vorbehandelten Oberfläche oder ein Substrat mit einer
unbehandelten energiearmen Oberfläche aufgebracht werden. In
einer Ausführungsform
wird die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
auf eine energiearme Oberfläche
aufgebracht, die nicht vorbehandelt wurde.
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Konventionelle
Beschichtungsaufbringungsverfahren, wie beispielsweise Bürst-, Walz-,
Abzieh-, Eintauch-, Lackgieß-
und Sprühverfahren,
wie beispielsweise Druckluftsprühen,
druckluftunterstütztes
Sprühen, Airless-Spritzen,
Hochvolumen-Hochdrucksprühen
und luftdruckunterstütztes
Airless-Spritzen, können
in dem Verfahren dieser Erfindung verwendet werden. Die Naßbeschichtungsdicke
der aufgebrachten wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
kann zwischen 5 μm
und 150 μm
liegen. Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann auf ein Substrat als eine Einzelbeschichtung oder mehrfache
Beschichtungen aufgebracht werden. Bevorzugt wird eine Einzelbeschichtung
der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
aufgebracht. Die aufgebrachte wäßrige Beschichtungszusammensetzung
kann durch die Anwendung von Wärme
getrocknet werden, oder alternativ kann die aufgebrachte wäßrige Beschichtungszusammensetzung
trocknen. Konvektive, leitfähige
und Strahlungserhitzungsverfahren können verwendet werden, um die
nasse Beschichtung der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
zu trocknen. Geeignete Temperaturen zum Trocknen der aufgebrachten
wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
betragen 10 °C
bis 120 °C.
Das Substrat, umfassend die getrocknete Beschichtung der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung,
bezeichnet als „vorvernetztes beschichtetes
Substrat", kann
durch Erhitzen des vorvernetzten beschichteten Substrats gehärtet werden,
um das beschichtete Substrat dieser Erfindung bereitzustellen. Die
Temperaturen, die zum Vernetzen geeignet sind, umfassen Temperaturen
in dem Bereich von 20 °C
bis 300 °C.
Die Erhitzungszeit zum Vernetzen kann mit dem Typ des Vernetzungsmittels,
der Dicke der Beschichtung und der Vernetzungstemperatur variieren. Typische
Erhitzungszeiten zum Vernetzen können
zwischen weniger als 1 Minute und mehr als 1 Stunde liegen. Alternativ
kann die aufgebrachte wäßrige Beschichtungszusammensetzung
getrocknet und gleichzeitig vernetzt werden.
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In
einer Ausführungsform
wird die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
auf ein elastomeres Substrat, einschließlich EPDM-Kautschuk, aufgebracht,
getrocknet und vernetzt. Das beschichtete elastomere Substrat ist
als Dichtung an Vehikeln, wie Au tos und LKWs, verwendbar. Andere
Verwendungen für
das beschichtete elastomere Substrat umfassen Haushaltsdichtungen,
industrielle Dichtungen, Scheibenwischerblätter und Dichtungen für verschiedene
Gegenstände
wie Gepäck.
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Beispiel 1 – Herstellung einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
dieser Erfindung wurde durch Mischen der Materialien in Tabelle
1.1 hergestellt, während
der pH durch die Zugabe von Ammoniak über 6,5 gehalten wird. Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
wies einen Feststoffgehalt von 42 % und einen pH von 8,0 auf. Tabelle 1.1 – Zusammensetzung der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
| Komponente | Menge | Material
und Lieferant |
| Polyurethanpolymer | 61,13
g | NeorezTM R9409 Harz (Neoresins) (32 Gew.-% Feststoffgehalt) |
| Deionisiertes
Wasser | 5,54
g | |
| Mattierungsmittel | 6,00
g | Lo-VelTM 2023 Siliciumdioxid (PPG) |
| Gleithilfsmittel | 2,32
g | Microspersion
HT Wachsdispersion (Micro Powders, Inc.) (50 Gew.-% Feststoffgehalt) |
| Gleithilfsmittel | 1,93
g | Aqua
Polysilk 19 Wachs (Micro Powders, Inc.) |
| UV-Stabilisierungsmittel | 2,32
g | Raven
Water Black Pigment (Columbian Chemicals) |
| Vernetzungsmittel | 16,10
g | EpocrosTM K-2010E Polymer (Nippon Shokubai Co, Inc.) |
| Gleithilfsmittel | 3,85
g | Teg
ProtectTM 5000 Silikonharz (TEGO Chemie) |
| Benetzungsmittel | 0,81
g | Byk
333TM Benetzungsmittel (BYK Chemie) |
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Beispiel 2 – Aufbringung und Testen der
wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
von Beispiel 1 wurde auf ein unbehandeltes geformtes EPDM-Kautschuksubstrat
15 cm × 15
cm durch Abziehen mit einem drahtumwickelten Stab aufgebracht. Die Naßbeschichtungsdicke
betrug 75 μm.
Die Proben wurden getrocknet und bei 245 °C für 2 Minuten gehärtet, um
das beschichtete Substrat dieser Erfindung bereitzustellen.
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Die
Eigenschaften des beschichteten Substrats wurden gemäß den folgenden
Testverfahren bewertet.
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Die
Haltbarkeit des beschichteten Substrats wurde gemäß dem Toluol-Doppelreibetest,
SP TP 88 (Standard Products) bewertet. Das beschichtete Substrat
wurde 24 Stunden nach dem Härten
behandelt. Eine akzeptable Haltbarkeit war ein Wert von 200 oder
mehr Kreisläufen.
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Die
Kaltflexibilität
des beschichteten Substrats wurde gemäß dem Ford-WSB-M2D49A2-Test bewertet.
Das beschichtete Substrat wurde einer Temperatur von –40 °C für einen
Zeitraum von 16 Stunden ausgesetzt. Akzeptable Kaltflexibilitätseigenschaften
waren die Abwesenheit von Rissen und der Verlust von Haftung.
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Das
Testverfahren zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten war ASTM
D 1894.
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Das
beschichtete Substrat, das aus der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
von Beispiel 1 hergestellt wurde, wies die folgenden Testergebnisse
auf:
| Haltbarkeitstest | 200
Kreisläufe |
| Kaltflexibilitätstest | bestanden |
| Reibungskoeffiziententest | 0,3 |
-
Die
Testergebnisse zeigen, daß die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
dieser Erfindung ein Substrat mit Haltbarkeit, akzeptabler Flexibilität bei niedriger
Temperatur und eine Oberfläche
mit geringer Reibung bereitstellt, wie durch einen Reibungskoeffizienten
von weniger als 3 gekennzeichnet. Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung
wies gute Haftung an unbehandelten EPDM-Kautschuk, einer energiearmen Oberfläche, auf.