CN101977973A - 制备多层涂覆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基底、具体地讲车身和车身部件的多层涂覆的方法,所述方法包括以下步骤:1.将填料涂料组合物的填料层涂覆到任选预涂覆过的基底上,2.将包含赋予颜色和/或赋予特殊效果的颜料的水基色漆涂料组合物的色漆层涂覆到所述填料层上,3.将透明的清漆涂料组合物的清漆层涂覆到所述色漆层上,和4.固化所述清漆层,任选地与所述填料层和/或所述色漆层一起固化,其中所述填料涂料组合物为有机溶剂基的涂料组合物,所述涂料组合物包含:A)至少一种具有包含活性氢的官能团的基料,B)至少一种具有游离的异氰酸酯基团的多异氰酸酯交联剂,和C)至少一种通式(I)的环氧官能化的硅烷:
Description
发明领域
相关申请的交叉引用
本专利申请要求美国临时申请序列号61/008520(2007年12月20日提交)的优先权,其公开内容如同全面阐述一样以引用方式并入本文以用于所有目的。
本发明涉及由填料层和面漆层制备多层涂覆的方法,所述方法具体可用于涂覆车身和车身部件。
现有技术的描述
由例如填料层、色漆层和清漆层构成的多层涂覆是车辆涂装中的典型涂层结构。来自工业涂层的其它领域的例如基于底漆和透明的或有颜色的面漆层的类似涂层结构也是已知的。
因此,例如EP 1050551描述了具有改善的粘附性和耐腐蚀性的含水的两组分聚氨酯体系,其非常适合于金属基底例如车身的直接涂覆。所述含水的两组分聚氨酯体系包含含水的OH-官能化的树脂分散体、具有游离的异氰酸酯基团的多异氰酸酯和环氧官能化的硅烷组分。
EP 1484349还描述了用于涂覆塑料、具体地讲车辆的塑料内部部件或塑料外部附件的涂料组合物,所述塑料部件包含镀银层。公开了一种色漆涂料组合物,其包含OH-官能化的丙烯酸酯树脂、有机改性的聚二甲基硅氧烷、环氧官能化的硅烷、以及多异氰酸酯固化剂。还公开了一种清漆涂料组合物,其包含OH-官能化的丙烯酸酯树脂、具有叔氨基的丙烯酸酯树脂、多异氰酸酯交联剂、以及具有环氧基团和可水解硅烷基团的化合物。将所述涂覆材料按顺序涂覆在塑料基底上:色漆、镀银层和清漆。优选在涂覆色漆层之前将底漆直接涂覆在塑料基底上。
同样从WO 02/051899已知的是使用用于管道涂层的两组分涂料组合物,所述涂料组合物包含多异氰酸酯组分、异氰酸酯-反应组分、以及具有环氧基团和烷氧基硅烷基团的化合物。
环境友好的水基涂覆材料越来越多地被用于车辆涂装中。具体地讲,水基产品越来越多地被用于赋予颜色和/或赋予特殊效果的色漆和单级面漆(single-stage top coat)材料中,其具有较高的溶剂含量。例如,当使用水性色漆和单级面漆材料时,当然非常重要的是保证整个涂层结构的必需的技术特性,例如良好的防潮性能以及令人满意的光学性能和干燥特性。具体地讲,当水性色漆材料用于上述包含色漆层和清漆层的多层结构中时,在润湿应变之后,在各个层之间,即在色漆层和清漆层之间以及在先前的涂层(例如填料层)和色漆层之间,缺少令人满意的初始湿附性。水性色漆层自身内部的粘合性也是不足的。当使用水性单级面漆时,观察到类似的问题。
到目前为止,一直未能满意地解决这些粘附问题且同时不会大大削弱其它重要的涂层特性,例如所得涂层的干燥特性、稳定性和光学特性的方案。
因此,本发明的目的是提供使用水性色漆材料或水性单级面漆材料来进行基底的多层涂覆的方法,该方法产生具有非常好的防潮性能和粘附性能的涂层结构,例如令人满意的湿的层间粘附性和干的层间粘附性;具体地讲,在填料层和色漆层之间以及在色漆层和清漆层之间或在填料层和单级面漆层之间具有非常好的初始湿附性。在水性色漆层或水性单级面漆层自身内部不应发生粘结失效。其它重要的技术涂层特性,例如干燥特性、所得涂层的光学特性、组合物的稳定性、以及涂料组合物良好的涂覆特性不应由此而被破坏。
发明概述
因此,本发明涉及基底、具体地讲车身和车身部件的多层涂覆的方法,所述方法包括以下步骤:
1.将填料涂料组合物的填料层涂覆到任选预涂覆过的基底上,
2.将包含赋予颜色和/或赋予特殊效果的颜料的水基色漆涂料组合物的色漆层涂覆到所述填料层上
3.将透明的清漆涂料组合物的清漆层涂覆到所述色漆层上,并且
4.固化所述清漆层,任选地与所述填料层和/或所述色漆层一起固化,
其中所述填料涂料组合物为有机溶剂基的涂料组合物,所述涂料组合物包含:
A)至少一种具有包含活性氢的官能团的基料,
B)至少一种具有游离的异氰酸酯基团的多异氰酸酯交联剂,和
C)至少一种通式(I)的环氧官能化的硅烷:
X表示m为1至4的残基
或者3,4-环氧环己基,
R1、R2、R3互相独立地表示每分子具有1至30个碳原子的相同或不同的有机残基,前提条件是所述残基中的至少一个为具有1至4个碳原子的烷氧基,并且
n为2、3或4,优选2或3。
作为另外一种选择,本发明涉及基底的、具体地讲车身和车身部件的多层涂覆的方法,所述方法包括以下步骤:
1.将填料涂料组合物的填料层涂覆到任选预涂覆过的基底上,
2.将包含赋予颜色和/或赋予特殊效果的颜料的水基单级面漆涂料组合物的单级面漆层涂覆到所述填料层上,并且
3.固化所述面漆层,任选地与所述填料层一起固化,其中所述填料涂料组合物为有机溶剂基的涂料组合物,所述涂料组合物包含:
A)至少一种具有包含活性氢的官能团的基料,
B)至少一种具有游离的异氰酸酯基团的多异氰酸酯交联剂,和
C)至少一种通式(I)的环氧官能化的硅烷:
X表示m为1至4的残基
或者3,4-环氧环己基,
R1、R2、R3互相独立地表示每分子具有1至30个碳原子的相同或不同的有机残基,前提条件是所述残基中的至少一个为具有1至4个碳原子的烷氧基,并且
n为2、3或4,优选2或3。
已惊奇地发现,通过在被用于根据本发明的方法中的填料涂料组合物中使用特定的环氧官能化的硅烷化合物C),获得了填料层、水性色漆层和清漆层的多层结构,或者填料层和水性单级面漆层的多层结构,其表现出优异的粘附特性即优异的湿附性以及优异的抗高压清洁性。具体地讲,所述多层结构在填料层和水性色漆层或单级面漆层之间以及在水性色漆层和清漆层之间具有优异的层间粘附性,而不会因此损害到其它重要的技术涂层特性,如涂覆特性、干燥和光学特性。其还令人吃惊地证明了改善水性色漆层和水 性单级面漆层中的粘合性的可能性,特别是在暴露于苛刻的条件下之后,例如在湿热测试中。
发明详述
下文将更详细地说明本发明。
应当理解,为清楚起见,在不同实施方案的上下文中所描述的本发明的某些特征可在单个实施方案中以组合方式给出。反之,为简明起见,在单个实施方案的上下文中所描述的本发明的多个特征也可以分别给出,或以任何子组合形式给出。此外,单数所指的内容也可以包括复数(例如,“一个”和“一种”可以指一个(一种)、或者一个(一种)或多个(多种)),除非上下文特别地另外指明。
除非明确地另外指明,在本专利申请中描述的各种范围内的数值的使用均表示近似值,如同所述范围内的最大值和最小值前均有“约”字。因此,在所述范围之上或之下的微小变化值均可用于获得与这些范围内的值基本上相同的结果。此外,在这些范围的公开内容中,所指的是连续范围,其覆盖最小和最大值之间的每个值,包括该范围的最小和最大端点。
如此处和下文所用,术语(甲基)丙烯酸类应当被理解为是指甲基丙烯酸类和/或丙烯酸类。
除非另行指出,本文所提及的所有分子量(数均分子量和重均分子量)均使用聚苯乙烯作为标准物和四氢呋喃作为液相通过GPC(凝胶渗透色谱)测定。
水基涂料组合物是其中当制备和/或涂覆涂料组合物时使用水作为溶剂或稀释剂的涂料组合物。通常,水基涂料组合物包含例如基于所述涂料组合物的总量按重量计30%至90%的水,和任选地基于所述涂料组合物的总量按重量计最多20%,优选按重量计低于15%的有机溶剂。
相应地,有机溶剂基的涂料组合物是其中当制备和/或涂覆涂料组合物时使用有机溶剂作为溶剂或稀释剂的涂料组合物。通常,基于溶剂的涂料组合物包含例如基于所述涂料组合物的总量按重量计20%至90%的有机溶剂。
首先将更详细地说明用于根据本发明的方法中的填料涂料组合物。
所述填料涂料组合物包含“两组分”涂料组合物,即彼此互相反应的组分,也就是所述组分包含活性氢(A)和多异氰酸酯组分(B),在涂覆之前必须将其彼此分开储存以避免提前反应。一般仅在涂覆前不久将基料组分A)和多异氰酸酯组分B)混合在一起。术语“涂覆前不久”对于本领域的技术人员是熟知的。在实际使用/涂覆之前可制备即用型涂料组合物的时间段取决于例如涂料组合物的贮存期。
在理论上,还可在涂覆前用有机溶剂将涂料组合物调节成喷雾粘度。用于制备能用的涂料组合物所需的所有其它组分例如颜料、填料、有机溶剂和添加剂,在每种情况下可在两组分体系的两个组分中的一个中存在,或者在两个组分中均存在。
环氧官能化的硅烷化合物C)也可在两个组分中的一个中存在或者在两个组分均存在。最优选的是环氧官能化的硅烷化合物C)存在于多异氰酸酯组分B)中。
被用于本发明方法中的填料涂料组合物优选包含相对于所述填料涂料组合物的总量按固体重量计30%至70%的具有含活性氢的官能团的所述至少一种基料(组分A)和按固体重量计20%至50%的具有游离的异氰酸酯基团的所述至少一种固化剂(组分B)。
环氧官能化的硅烷化合物C),相对于组分A)和组分B)的固体含量总和,优选以按固体重量计0.5%至7.0%的浓度,具体地讲以按固体重量计1.0%至6.0%的浓度,并且最优选以按固体重量计1.2%至5.0%的浓度用于所述填料组合物中。如果组分C)以按固体重量计大于7.0%的量使用,这导致差的粘度并且增加了湿度/温度应变期间起泡的风险和断裂的风险。如果组分C)以按固体重量计小于0.5%的量使用,可能不能实现所述积极效果。
除了组分A)、B)和C)之外,所述填料涂料组合物还可包含用于填料涂料组合物中的常用组分,如颜料、填料、添加剂和有机溶剂。所述颜料、填料、添加剂和有机溶剂以技术人员已知的常用量使用。
所述填料涂料组合物的组分A)包含具有含活性氢的官能团的基料。所述基料可以是低聚的和/或聚合的化合物,其具有例如500至200,000g/mol,优选1100至100,000g/mol的数均分子量(Mn)。具体地 讲,具有活性氢的官能团包含羟基、伯氨基和/或仲氨基。优选使用具有羟基的基料。
具有羟基的基料为例如聚氨酯、(甲基)丙烯酸类共聚物、聚酯和聚醚,其对于技术人员来说是聚氨酯化学领域已知的,其用于有机溶剂基的涂料组合物的制剂中。它们各自可单独使用或者互相组合使用。
优选地,羟基-官能化的(甲基)丙烯酸类共聚物被用作组分A)。
(甲基)丙烯酸类共聚物的实例包括所有(甲基)丙烯酸类共聚物,其适合于基于溶剂的涂料组合物并且对于技术人员是已知的。例如,它们可以是具有1000至20000g/mol,优选1100至15000g/mol的数均分子量Mn,0至60mg KOH/g,优选0至35mg KOH/g的酸值,和20至400mg KOH/g,优选20至250mg KOH/g,并且最优选40至150mg KOH/g的羟基值的那些。所述(甲基)丙烯酸类共聚物还可以在不同基料的存在下制备,例如在低聚的或聚合的聚酯和/或聚氨酯树脂存在下。
所述(甲基)丙烯酸类共聚物的制备通过常用的制备技术例如通过自由基聚合在有机相中进行,其中将单体、溶剂和聚合反应催化剂装入常规的聚合反应器中。
由此所形成的(甲基)丙烯酸类共聚物具有例如至少30℃并且优选40至80℃的玻璃化转变温度(Tg)。本文所公开的所有玻璃化转变温度通过DSC(差示扫描量热法)测定。
通常有用的聚合反应催化剂是偶氮型催化剂如偶氮-双-异丁腈、1,1′-偶氮-双(氰基环己烷),乙酸酯如过氧乙酸叔丁酯,过氧化物如过氧化二叔丁基,苯甲酸酯如过氧化苯甲酸叔丁酯,辛酸酯如过氧化辛酸叔丁酯等等。
可使用的典型溶剂为酮如甲基戊基酮、甲基异丁基酮、甲基乙基酮,芳族烃如甲苯、二甲苯,碳酸亚烷基酯如碳酸亚丙酯,N-甲基吡咯烷酮,醚,酯如乙酸丁酯,和以上任何的混合物。
可使用的可自由基聚合的烯属不饱和单体是除了至少一个烯属双键之外还包含其它官能团的单体和除了至少一个烯属双键之外不包含其它官能团的单体。其它官能团可以是例如脲、羟基、羧基、磺酸基、硅烷基、胺基、酰胺基、乙酰乙酸酯基或环氧基。将要澄清的是,只有那些不趋于自交联的官能团才可以被组合到聚(甲基)丙烯酸酯共聚物中。
可使用具有羟基的烯属不饱和单体来将羟基引入到(甲基)丙烯酸类共聚物中。合适的羟基官能化的不饱和单体是例如具有伯羟基或仲羟基的α,β-烯属不饱和一元羧酸的羟烷基酯。这些可包括例如丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸和/或异巴豆酸的羟烷基酯。(甲基)丙烯酸的羟烷基酯是优选的。所述羟烷基残基可包含例如2至10个碳原子,优选2至6个碳原子。合适的具有伯羟基的α,β-烯属不饱和一元羧酸的羟烷基酯的实例是(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟丁酯、(甲基)丙烯酸羟戊酯、(甲基)丙烯酸羟己酯。合适的具有仲羟基的羟烷基酯的实例是(甲基)丙烯酸-2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟丁酯和(甲基)丙烯酸-3-羟丁酯。当然还可使用具有羟基的其它烯属不饱和单体或加合物。
使用羧基官能化的烯属不饱和单体来将羧基引入到(甲基)丙烯酸类共聚物中。合适的烯属不饱和羧酸的实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸和异巴豆酸、衣康酸、马来酸、富马酸、以及双官能酸的半酯。丙烯酸和甲基丙烯酸是优选的。
其它另外的合适不饱和单体(其除了烯属双键之外还包含其它官能团)的实例是(甲基)丙烯酸二甲基氨乙基酯、(甲基)丙烯酸乙酰乙酰氧乙基酯、(甲基)丙烯酰胺、烷氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、乙烯基硅烷、甲基丙烯酸氧乙基三烷氧基硅烷、丙烯酰氨基-2-甲基丙烷、乙烯基咪唑。
除了至少一个烯属双键之外不包含其它官能团的不饱和单体是例如烯属不饱和羧酸的脂族酯、乙烯基酯和/或乙烯基芳族烃。
合适的烯属不饱和羧酸的脂族酯的实例具体包括α,β-烯属不饱和一元羧酸与脂族醇的酯。合适的烯属不饱和羧酸的实例是丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸和异巴豆酸。具体地讲,所述醇为分子中具有1至20个碳原子的脂族一元支链或非支链的醇。具有脂族醇的(甲基)丙烯酸酯的实例是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己基酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸硬脂基酯、以及相应的甲基丙烯酸酯。
合适的乙烯基酯的实例是乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯和在α位支化的饱和一元羧酸的乙烯基酯,例如饱和的α,α’-二烷基烷烃一元羧酸的乙烯基 酯和饱和的α-烷基烷烃一元羧酸的乙烯基酯,在每种情况下分子中具有5至13个碳原子,优选9至11个碳原子。
乙烯基芳族烃的实例优选为在分子中具有8至12个碳原子的那些。此类单体的实例是苯乙烯、α-甲基苯乙烯、氯苯乙烯、乙烯基甲苯、2,5-二甲基苯乙烯、对-甲氧基苯乙烯、以及叔-丁基苯乙烯。
可用作基料组分A)的羟基官能化的聚酯树脂的实例包括适用作基于溶剂的涂料组合物的所有聚酯树脂,例如具有500至10,000g/mol,优选1100至8000g/mol的数均分子量、10至150mg KOH/g,优选15至50mg KOH/g的酸值、以及40至400mg KOH/g,优选50至200g/mol的羟基值的羟基官能化的聚酯。所述聚酯可以是饱和或不饱和的,并且它们可任选用脂肪酸改性。使用已知的方法,通过从多元羧酸和多元醇中消去水而制备所述聚酯。
还可使用常用的羟基官能化的聚氨酯树脂。
所述羟基官能化的基料组分A)适当地包含基于所述基料的固体重量按固体重量计约10%至100%,优选按固体重量计30%至100%的至少一种如上所述的羟基官能化的(甲基)丙烯酸酯共聚物。所述羟基官能化的(甲基)丙烯酸酯共聚物可与其它羟基官能化的树脂联合使用。
优选的羟基官能化的(甲基)丙烯酸酯共聚物包含
a)按重量计10%至80%,优选按重量计20%至60%的单环氧基酯和不饱和酸官能化的单体的反应产物
b)按重量计0至40%,优选按重量计10%至30%的不同于组分a)的羟基官能化的不饱和单体,
c)按重量计1%至8%,优选按重量计2%至6%的不饱和酸官能化的单体,和
d)按重量计0至70%,优选按重量计20%至50%的其它可聚合的不饱和单体,其中组分A)和B)的重量百分比和组分a)至d)的重量百分比相加至按重量计100%,并且其中所述(甲基)丙烯酸酯共聚物通过倾斜给料聚合工艺用至少两股原料流制备。优选地,一股原料流包含
I)基于所述共聚物中组分a)的总量按重量计60%至100%的单环氧基酯和不饱和酸官能化的单体的反应产物a),
II)基于所述共聚物中单体b)的总量按重量计0至60%的羟基官能化的不饱和单体b),
III)基于所述共聚物中单体c)的总量按重量计0至30%的不饱和酸官能化的单体c),和
IV)基于所述共聚物中单体d)的总量按重量计0至80%的其它可聚合的不饱和单体d),并且其中剩下的一股或多股原料流包含余量的组分a)至d)。
那些有用的(甲基)丙烯酸酯共聚物描述于例如EP 1784463中。
所述填料组合物还可包含低分子量的反应组分,所谓的反应稀释剂,其能够与交联组分反应。这些的实例是羟基-或氨基-官能化的反应稀释剂。
将要根据本发明使用的填料组合物包含作为交联剂的具有游离异氰酸酯基团的多异氰酸酯(组分B)。所述多异氰酸酯的实例是脂族地、脂环族地、芳脂族地和/或芳族地连有游离的异氰酸酯基团的多种有机多异氰酸酯。所述多异氰酸酯在室温下是液体,或者通过加入有机溶剂而变为液体。在23℃下,所述多异氰酸酯一般具有1至6,000mPas,优选5至3,000mPas的粘度。
优选的多异氰酸酯是多异氰酸酯或多异氰酸酯混合物,其专门脂族地和/或脂环族地连有异氰酸酯基团,平均具有1.5至5个,优选2至4个NCO官能团。
尤其适合的多异氰酸酯的实例是称为“涂料多异氰酸酯”的那些,其基于六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1-异氰酸酯基-3,3,5-三甲基-5-异氰酸甲基-环己烷(IPDI)和/或二(异氰酸环己基)-甲烷以及其已知的衍生物,包含缩二脲、脲基甲酸酯、氨基甲酸酯和/或异氰脲酸酯基团,在制备之后,这些二异氰酸酯优选通过蒸馏从过剩的母体二异氰酸酯中释放出来,仅有按重量计小于0.5%的残渣含量。还可使用三异氰酸酯如三异氰酸酯基壬烷。
空间上受阻碍的多异氰酸酯也是适合的。它们的实例是1,1,6,6-四甲基-六亚甲基二异氰酸酯、1,5-二丁基-五-甲基二异氰酸酯、对-或间-四甲基苯二甲基二异氰酸酯、以及适当水合的同系物。
在原理上,可通过常用的方法将二异氰酸酯转化成更高官能化的化合物,例如通过三聚反应或者通过与水或多元醇(例如三羟甲基丙烷或甘油)反应。还可以异氰酸酯-改性的树脂的形式使用多异氰酸酯。
所述多异氰酸酯交联剂可单独使用或者混合使用。
所述多异氰酸酯交联剂是通常用于涂料工业中的那些,并且详细描述于文献中,并且还可商业获得。
多异氰酸酯交联剂B)的异氰酸酯基团可以是部分封端的。包含用于封端NCO基团的活性氢的低分子量化合物是已知的。它们的实例是脂族或脂环族的醇、二烷基氨基醇、肟、内酰胺、酰亚胺、羟烷基酯、丙二酸或乙酰乙酸的酯。
虽然不是优选的,但是多异氰酸酯交联剂B)可与共交联剂联合使用,例如与三聚氰胺树脂和/或完全封端的多异氰酸酯联合使用。
根据本发明,将至少一种式(I)的环氧官能化的硅烷化合物用作所述填料组合物中的组分C)。
优选的式(I)的化合物是其中X为以下结构的那些
并且m为1至4。
其中R1、R2和R3互相独立的化合物是指具有1至4个,优选1、2或3个碳原子的相同或不同的烷氧基也是优选的。尤其优选的烷氧基是甲氧基、乙氧基和异丙氧基。
尤其适合的通式(I)的环氧官能化的硅烷化合物的实例是(3-缩水甘油醚氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-缩水甘油醚氧丙基)三乙氧基硅烷、(3-缩水甘油醚氧丙基)三异丙氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、以及β-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷。此处,具有甲氧基的硅烷,例如(3-缩水甘油醚氧丙基)三甲氧基硅烷和β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷是尤其优选的。
最优选的是使用(3-缩水甘油醚氧丙基)三甲氧基硅烷。
可使用的环氧官能化的硅烷化合物也能够作为商业产品获得,例如以商品名Dynasylan Glymo得自Degussa,以商品名Silquest A-187和Silquest A-186得自GE Silicones,和以商品名A-186和A-187得自ACCSilicones。
含活性氢的尤其是羟基-官能化的基料组分A)和交联剂B)以这样的量比率使用,其中组分A)的羟基对交联剂B)的异氰酸酯基团的当量比率为5∶1至1∶5,例如优选3∶1至1∶3,尤其优选1.5∶1至1∶1.5。如果使用其它羟基-官能化的基料和反应稀释剂,当计算当量比率时,应将它们的反应官能团考虑在内。
此外,所述填料组合物还可包含有机溶剂和常规的涂料添加剂。所述溶剂可来源于基料的制备或者它们可单独添加。它们是典型用于涂料的那些有机溶剂,并且为技术人员所熟知。
所述添加剂是可用于涂料领域的常规添加剂。典型用于填料涂料组合物中的此类添加剂的实例包括基于(甲基)丙烯酸类均聚物或者硅油的均化剂、防缩孔剂、消泡剂、润湿剂、用于交联反应的固化催化剂(例如有机金属盐(如二月桂酸二丁基锡、环烷酸锌)和包含叔氨基的化合物(如用于羟基/异氰酸酯反应的三乙基胺))、分散剂、增稠剂、以及乳化剂。
所述填料涂料组合物还包含常规的有机和/或无机的赋予颜色颜料和/或增量剂(如本领域技术人员已知的),其用于涂料组合物的制备,尤其是用于车辆涂装领域中的填料组合物的制备。颜料的实例是二氧化钛、微粉化的二氧化钛、氧化铁颜料、炭黑、偶氮颜料、酞菁颜料、喹吖啶酮、以及吡咯并吡咯颜料。增量剂的实例是二氧化硅、硅酸铝、氧化铝、硫酸钡和滑石。
所述填料涂料组合物一般具有优选4.0∶1.0至1.0∶2.0,尤其优选3.0∶1.0至1.5∶1.0的增量剂和颜料对基料(固体)的重量比。颜料体积浓度(PVC)为例如对于一般的填料组合物在20至65的范围内,并且对于砂光填料优选在35至55的范围内。PVC为颜料/增量剂对所述组合物所有非挥发性组分(包括颜料/增量剂、基料、添加剂等)的总体积的体积比率。
将在根据本发明的方法的步骤1中涂覆的优选的填料涂料组合物包含:
A2)至少一种羟基官能化的(甲基)丙烯酸酯树脂,
B2)至少一种多异氰酸酯,和
C)至少一种如上所述的通式(I)的环氧官能化的硅烷。
优选的羟基官能化的(甲基)丙烯酸酯共聚物是如上所述和例如EP 1784463中所公开的(甲基)丙烯酸酯共聚物。
已发现,通过在多层结构的填料涂料组合物中使用环氧官能化的硅烷化合物C),可能实现大大改善防潮性能和粘附性能两者,即大大改善的介于单独层之间的层间粘附性和非常好的水性色漆层或水性单级面漆层内部的粘合性,例如在湿度/温度应变之后。此处,假设环氧官能化的硅烷C)透过两层之间的边界层也扩散到水性色漆层中,并因此也有助于明显改善水性色漆层和清漆层之间的层间粘附性。所述水性色漆层表现出非常好的粘合性,甚至在当如固体水基色漆涂料组合物所需以例如25μm的较厚的薄膜涂覆时。所述水性面漆层也表现出非常好的粘合性。
以下更详细地说明了根据本发明的方法的单独步骤。
在根据本发明的多层涂覆方法中,在步骤1中,将有机溶剂基的填料涂料组合物的填料层涂覆至任选预涂覆过的基底上。合适的基底是金属和塑料基底,具体地讲汽车工业中已知的基底,例如铁、锌、铝、镁、不锈钢或它们的合金,和聚氨酯、聚碳酸酯或聚烯烃。
在车身或车身部件涂覆的情况下,优选通过喷雾将填料涂料组合物涂覆到所述基底上。
所述基底,具体讲车身或其部件,可在涂覆填料涂料组合物之前以常规方法预涂覆。在前的涂层可包含底漆涂料组合物的涂层,所述底漆涂料组合物为例如车辆涂装中常规使用的蚀洗用涂料。所述填料涂料组合物还可执行填料-底漆或底漆填料的功能。例如,所述填料涂料组合物通常以25至400μm的所得干膜厚度涂覆,在砂光填料的情况下(在砂光之前)以80至250μm的所得干膜厚度涂覆。
还可将所述填料涂料组合物涂覆在完整无损的现有的或原来的涂层上,例如涂覆在电镀过的底漆上。
在根据本发明的第一选择的多层涂覆方法中,在步骤2中,将水基色漆涂料组合物的色漆层涂覆到所述填料层上。
在涂覆水性色漆涂料组合物之前,所述填料层可以被固化或干燥或流平。在砂光填料的情况下,所述填料层例如在室温下干燥或固化过夜,或者例如在40℃至60℃的温度下干燥或固化。
在步骤2)中将要涂覆的水基色漆涂料组合物包含在车辆涂装中常规使用的有效或纯色的色漆涂料组合物。
所述水基色漆组合物包含水基有色色漆涂料组合物的常规组分:赋予颜色和/或赋予特殊效果的颜料、一种或多种基料、水、以及任选至少一种以下组分:交联剂、填料、常规的涂料添加剂和有机溶剂。
基料的实例是本领域的技术人员所熟悉的常规的成膜、水可稀释的基料,如水可稀释的聚酯树脂、水可稀释的(甲基)丙烯酸类共聚物树脂、或水可稀释的聚酯/(甲基)丙烯酸类杂化共聚物、以及水可稀释的聚氨酯树脂或聚氨酯/(甲基)丙烯酸类杂化共聚物。这些可以是反应型树脂或非官能化的树脂。
所述水基色漆涂料组合物可以被物理干燥或化学交联。因此,所述水基涂料组合物可包含交联剂,例如游离的多异氰酸酯。任选使用的交联剂的选择取决于所述基料中可交联基团的类型,并且为本领域技术人员所熟悉。物理干燥水基涂料组合物是优选的。
优选地,所述水基色漆组合物包含水可稀释的聚氨酯树脂,其任选与其它水可稀释的树脂例如水可稀释的(甲基)丙烯酸类共聚物组合并且具有分散剂。水可稀释的聚氨酯树脂的实例为例如具有500至500000g/mol、优选1100至300000g/mol、最优选5000至300000g/mol的数均分子量Mn,10至100mg KOH/g、优选20至80mg KOH/g的酸值的那些。可使用的合适的聚氨酯树脂例如通过使易与异氰酸酯基团起反应的化合物和每分子至少具有2个游离的异氰酸酯基团的多异氰酸酯反应而制备。还可将由此获得的聚氨酯树脂经历链延长以增加分子量。例如,可使NCO-官能化的聚氨酯预聚物与易与异氰酸酯基团起反应的化合物反应。具体地讲,易与异氰酸酯基团起反应的化合物是具有羟基和/或仲和/或伯氨基的化合物。例如可以用多异氰酸酯使OH-官能化的聚氨酯预聚物链延长。
优选地,所述水基色漆组合物包含至少一种可用水稀释的聚氨酯/聚脲树脂,其是基于聚碳酸酯和/或聚酯多元醇的,具体地讲是基于聚碳酸酯和/ 或聚酯二醇的。最优选的水基色漆组合物包含所述至少一种基于聚碳酸酯和/或聚酯多元醇尤其是二醇的可用水稀释的聚氨酯/聚脲树脂,其与至少一种含水的(甲基)丙烯酸类胶乳组合。优选地,所述含水的(甲基)丙烯酸类胶乳通过在含水相中多级乳液聚合而制备,其包括以下步骤:
1)在含水相中,自由基聚合烯属不饱和的可自由基聚合单体的混合物A,所述混合物任选包含至少一种具有至少一个酸性基团的单体和至少一种烯属多不饱和的单体,
2)在工序1)中所得产品的存在下,自由基聚合至少一种烯属不饱和的可自由基聚合单体的混合物B,所述混合物任选包含至少一种具有至少一个酸性基团的单体和至少一种烯属多不饱和的单体,
其中混合物A对所述至少一种混合物B的重量比为15∶85至85∶15,并且其中混合物A或所述至少一种混合物B或混合物A和所述至少一种混合物B两者包含所述至少一种具有至少一个酸性基团的单体,并且其中混合物A或所述至少一种混合物B或混合物A和所述至少一种混合物B两者包含所述至少一种烯属多不饱和的单体。
基于聚碳酸酯多元醇和基于聚碳酸酯和聚酯多元醇的混合物的有用的可用水稀释的聚氨酯/聚脲树脂描述于例如EP 427979和EP 669352中。有用的含水的(甲基)丙烯酸类胶乳描述于例如WO 2006/118974中。
所述聚氨酯/聚脲树脂和含水的(甲基)丙烯酸类胶乳可与颜料分散剂,尤其是基于接枝共聚物的颜料分散体联合使用。所述接枝共聚物具有约5,000至100,000的重均分子量和聚合物主链以及连接到主链上的大分子单体侧链,其中所述聚合物主链与侧链相比是疏水的并且包含聚合的烯键式不饱和疏水性单体,而所述侧链是在单一末端点处连接到主链上的亲水大分子单体并且包含聚合的烯键式不饱和单体和按所述接枝共聚物的重量计2%至100%的聚合的烯键式不饱和含酸单体并且具有约1,000至30,000的重均分子量。那些颜料分散体描述于例如US 5,231,131中。
所述水基色漆涂料组合物包含常规的涂料颜料,例如特殊效应颜料(赋予效应的颜料)和/或赋予颜色的颜料(选自白色、彩色和黑色的颜料)。
特殊效应颜料赋予涂料特殊的效应,例如由观察角度决定的跳色和/或明度跳动。这些颜料的实例是常规的效应颜料如金属颜料。金属颜料的实例是由铝、铜或其它金属制成的那些,干涉颜料例如金属氧化物涂覆的金属颜料(例如氧化铁涂覆的铝),涂层云母例如二氧化钛涂层云母,产生石墨效果的颜料,薄片形式的氧化铁,液晶颜料,涂覆的氧化铝颜料,涂覆的二氧化硅颜料。白色、彩色和黑色的颜料的实例是本领域的技术人员已知的常规无机或有机颜料,例如二氧化钛、氧化铁颜料、炭黑、偶氮颜料、酞菁颜料、喹吖啶酮颜料、吡咯并吡咯颜料、苝类颜料。
所述水基色漆涂料组合物可以常规量(例如相对于其固体含量0.1%至5%重量)包含常规的涂料添加剂。实例是中和剂、消泡剂、润湿剂、粘附促进剂、催化剂、均化剂、防缩孔剂、增稠剂、流变控制剂(例如层状硅酸盐)以及光稳定剂。
所述水基色漆涂料组合物可例如以优选小于20%重量,尤其优选小于15%重量的比例包含常规的涂料溶剂。
一旦已涂覆水性色漆涂料组合物,在本发明方法的步骤3中涂覆清漆涂料组合物。此处可在干燥或固化之后或者在短暂流平之后(例如在室温下)将清漆涂料组合物涂覆在色漆层上。
优选地,所述清漆涂料组合物包含“两组分”涂料组合物,即包含互相反应的组分,也就是含活性氢的基料组分和多异氰酸酯交联剂。
优选的清漆涂料组合物包含至少一种羟基官能化的(甲基)丙烯酸酯树脂,其任选与至少一种羟基官能化的低聚的聚酯和至少一种多异氰酸酯组合。
所述清漆涂料组合物可相对于所述清漆涂料组合物的总量包含按固体重量计30%至70%的具有含活性氢官能团的所述至少一种基料和按固体重量计20%至50%的具有游离的异氰酸酯基团的所述至少一种固化剂。
所述(甲基)丙烯酸酯树脂可有利地与至少一种羟基官能化的聚酯低聚物联合使用。优选的聚酯低聚物具有不超过3,000,优选200至2,000的重均分子量(Mw)和小于1.7的多分散度。
有用的低聚物包括含有末端羟基的己内酯低聚物,其可通过常规的溶液聚合技术在锡催化剂的存在下引发己内酯与环状多元醇(尤其是脂环族多 元醇)的聚合反应而制备。此类己内酯低聚物为人们所熟知并且详细地描述于Anderson等人的美国专利5,354,797中。
其它有用的低聚物包括包含末端羟基的烯化氧聚酯低聚物,其可通过使用标准技术在锡催化剂的存在下在高温下溶液中使化学计量的脂环族单体酸酐与直链或支链的多元醇反应,然后用单官能的环氧化物(尤其是烯化氧)封端所形成的酸性低聚物来制备。
脂环族酸酐单体如六氢邻苯二甲酸酐和甲基六氢邻苯二甲酸酐通常用于上述烯化氧低聚物中。还可将脂族或芳族酸酐如琥珀酸酐或邻苯二甲酸酐与上述酸酐协同使用。有用的直链或支链的多元醇通常包括己二醇、1,4-环己二甲醇、三羟甲基丙烷、以及季戊四醇。有用的单官能环氧化物包括2至12个碳原子的烯化氧。环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷是优选的,然而环氧乙烷是最优选的。其它环氧化物如Cardura CE5或Cardura CE10缩水甘油基醚可与上述单官能环氧化物联合使用。尤其优选的烯化氧低聚物由以化学计量反应的甲基六氢邻苯二甲酸酐;1,4-环己二甲醇、三羟甲基丙烷、或季戊四醇;以及环氧乙烷形成。
此外,合适的低聚的聚酯还可使用单环氧基酯并且优选支链多元羧酸(如 CE10(叔碳酸CE10)或 CE5(新戊酸CE5)那样的叔脂肪酸)的单环氧基酯制备。那些低聚的聚酯可通过各种途径合成,但优选通过使用开环的缩聚反应合成,其中使多官能的多元醇(优选二至四-官能化的)或者那些多元醇的共混物(因此平均官能度为至少二)与酐和/或酸酐反应,然后再与足量的单环氧基酯反应以将酸性基团转化成羟基。
适于上述合成的多元醇是甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇、乙二醇等。适于上述合成的酐包括琥珀酸酐、马来酸酐、邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐等。
适于上述合成的酸酐是偏苯三甲酸酐、氢化的偏苯三甲酸酐、马来酸酐与山梨酸的Diels-Alder加合物、氢化的马来酸酐与山梨酸的Diels-Alder加合物等。
适于上述合成的合适的单环氧基酯是苯甲酸、乙酸、新戊酸(CarduraCE5)、叔碳酸(Cardura CE10)、异丁酸(Cardura CE4)的环氧基酯。
还可使用任何前述低聚物的相容的共混物。
有用的羟基官能化的(甲基)丙烯酸类共聚物和羟基官能化的聚酯低聚物的组合公开于例如EP 801 661和US 6,472,493中。
所述透明涂料组合物可包含常用的涂料添加剂和有机溶剂。
在根据本发明的第二选择的多层涂覆方法中,在步骤2中,将水基单级面漆组合物的单级面漆层涂覆到所述填料层上。在涂覆水基单道面漆涂料组合物之前,可使所述填料层固化或干燥或流平。在砂光填料的情况下,将所述填料层例如在室温下干燥或固化过夜,或者例如在40至60℃的温度下干燥或固化。
所述水基单道面漆涂料组合物包含常规的涂料颜料,例如特殊效应颜料(赋予效应的颜料)和/或赋予颜色的颜料(选自白色、彩色和黑色的颜料)。以上已描述了那些颜料。
优选地,所述水基单级面漆涂料组合物包含“两组分”涂料组合物,即包含互相反应的组分,既,含活性氢的基料组分和多异氰酸酯交联剂。
所述水基单级面漆涂料组合物可相对于所述面漆涂层组合物的总量优选包含按固体重量计20%至70%的具有含活性氢官能团的至少一种基料和按固体重量计10%至50%的具有游离的异氰酸酯基团的至少一种固化剂。
优选的单级面漆涂料组合物包含至少一种羟基官能化的(甲基)丙烯酸酯共聚物,其任选与至少一种羟基官能化的低聚的聚酯和至少一种多异氰酸酯组合。
有用的(甲基)丙烯酸酯共聚物和多异氰酸酯是以上已为填料和清漆涂料组合物所述的那些。最优选的(甲基)丙烯酸酯共聚物是在填料涂料组合物的说明中所公开的优选的(甲基)丙烯酸酯共聚物。
所得的清漆和单级面漆可在室温下固化或者在较高温度下例如最高80℃下,优选在40℃至60℃下强化。然而,它们也可在例如80℃至160℃的较高温度下固化。固化温度由使用领域决定。所述涂料组合物通过常规方法涂覆,优选通过喷涂法涂覆。
根据本发明的方法可用于机动车和工业涂层中,然而尤其有利于车辆修补涂层。在车辆修补涂层中使用20℃至80℃,例如尤其是40℃至60℃的固化温度。还可将所述涂料组合物有利地用于涂覆大型车辆和运输车辆,如 卡车、公共汽车和火车,其中通常使用最高80℃或高于80℃的固化温度。此外,可将所述涂料组合物用于涂覆除机动车辆以外的任何工业商品。
将基于以下实施例更详细地说明本发明。除非另外指明,所有份数和百分比均按重量计。
实施例
实施例1
底漆组合物的制备
LE2004,一种基于羟基官能化的(甲基)丙烯酸类共聚物的商业砂光头二道混合底漆(得自DuPont Refinish),已被用作用于底漆(具有60的颜料体积浓度(PVC),按重量计70%的固体含量)的基料组分(羟基组分)。
已使用 3390,得自Bayer的一种基于HDI-三聚体的多异氰酸酯,作为活化剂(交联剂)。所述活化剂已用相对于活化剂的总量计按固体重量计9%的式(I)的环氧官能化的硅烷( Glymo,得自Degussa)改性,其相当于相对于所述羟基官能化的(甲基)丙烯酸类共聚物和所述多异氰酸酯的固体含量总和按固体重量计4.4%的环氧官能化的硅烷。使用不含环氧官能化的硅烷的非改性活化剂进行比较(比较活化剂1)。用表1中所示的成分配制所述活化剂。调节溶剂的量以保持固体(70%)恒定。
表1
将底漆LE2004(基料组分)用活化剂1和比较活化剂1(7∶1体积比的基料组分∶活化剂)活化以形成根据本发明的底漆1(PR 1)和比较底漆1(比较PR 1)。加入按重量计10%的乙酸丁酯以得到约24s的粘度(根据DIN EN ISO 2431 DIN 4杯,20℃)。
将底漆1和比较底漆1以140μm的所得干膜厚度(在砂光前)涂覆到预涂覆有电泳涂料组合物的钢板上,并且在室温下干燥过夜。将所述底漆砂光至100μm的所得干膜厚度。
将一种水性色漆(Cromax Pro Silbersee/LY7W,得自DuPontRefinish)以13μm的所得干膜厚度涂覆成一个流平罩光涂层和一个涂层。将所述色漆在40℃下干燥10分钟。然后已将一种商业清漆(3800 SCromaclear HS清漆,得自DuPont Refinish)以40μm的所得干膜厚度涂覆,并且在60℃下烘烤30分钟。
使所述板在室温下再干燥3天。
然后,已将所述板用切削机(Erichson型号430/2)十字切割。然后将所述样本放在湿度箱中10天(40℃,100%湿度)。
在湿度箱中测试之后,将所述板放置一小时,然后再十字切割。然后将所述板放置24小时以恢复并且再十字切割。
已根据DIN EN ISO 2409完成十字切口测试。高GT值(GT 5)是指完全失去粘附性(完全失效),而低GT值(GT 0)则是指完全粘附(未失效)。
十字切口粘附性:
十字切口测试 比较PR1 PR1
在湿度箱之前: GT 1 GT 0-1
在湿度箱之后1小时: GT 5 GT 2
在湿度箱之后, GT 5 GT 0
在24小时恢复之后:
实施例2
LE2004,一种基于羟基官能化的(甲基)丙烯酸类共聚物的商业砂光头二道混合底漆(得自DuPont Refinish),已同样被用作用于底漆(具有60的颜料体积浓度(PVC),按重量计70%的固体含量)的基料组分(羟基组分),并且使用 3390,一种得自Bayer的基于HDI-三聚体的多异氰酸酯,作为活化剂(交联剂)。将底漆LE2004(基料组分)用活化剂2和活化剂3以及比较活化剂2(4∶1体积比的基料组分∶活化剂)活化以形成根据本发明的底漆2(PR 2)和底漆3(PR 3)以及比较底漆2(比较PR2)。用表2中所示的成分配制所述活化剂。调节溶剂的量以保持固体(70%)恒定。
表2
将底漆2和3以及比较底漆2以120μm的所得干膜厚度(在砂光前)涂覆到预涂覆有电泳涂料组合物的钢板上,并且在室温下干燥过夜。将所述底漆砂光至90μm的所得干膜厚度。
然后将一种水性色漆(Cromax Pro Silber see/LY7W,得自DuPontRefinish)以13μm的所得干膜厚度涂覆到底漆上(具有一个流平罩光涂层和一个涂层)。将所述色漆在40℃下干燥10分钟。然后已将一种商业清漆(3800S Cromaclear HS清漆,得自DuPont Refinish)以40μm的所得干膜厚度涂覆,并且在60℃下烘烤30分钟。使所述板在室温下再干燥3天。
以与实施例1中所述相同的方法进行测试和分级。
十字切口粘附性:
十字切口 比较PR2 PR2 PR3
在湿度箱之前: GT 0 GT 0 GT 2
在湿度箱之后1小时:GT 5 GT 1 GT 2
在湿度箱之后,
在恢复24小时之后: GT 5 GT 0-1 GT 0
还评估了涂覆中的失效类型。失效总是在比较实施例中的底漆和色漆之间出现。因此,失效是底漆和色漆之间的层间粘附性的丧失。
如可基于在湿度箱之后的粘附性测试看到的那样,所述结果清楚地表明根据本发明制备的多层涂覆已改善了粘附特性。具体地讲,在湿度箱中应变后的快速恢复是重要的。
Claims (11)
1.用于基底的多层涂覆的方法,所述方法包括以下步骤:
1).将填料涂料组合物的填料层涂覆到任选预涂覆过的基底上,
2).将包含赋予颜色和/或赋予特殊效果的颜料的水基色漆涂料组合物的色漆层涂覆到所述填料层上,
3).将透明的清漆涂料组合物的清漆层涂覆到所述色漆层上,和
4).固化所述清漆层,
其中所述填料涂料组合物为有机溶剂基的涂料组合物,所述涂料组合物包含:
A)至少一种具有包含活性氢的官能团的基料,
B)至少一种具有游离的异氰酸酯基团的多异氰酸酯交联剂,和
C)至少一种通式(I)的环氧官能化的硅烷:
X表示m为1至4的残基
或者环氧环己基,
R1、R2、R3互相独立地表示每分子具有1至30个碳原子的相同或不同的有机残基,前提条件是所述残基中的至少一个为具有1至4个碳原子的烷氧基,并且
n为2、3或4。
2.用于基底的多层涂覆的方法,所述方法包括以下步骤:
1).将填料涂料组合物的填料层涂覆到任选预涂覆过的基底上,
2).将包含赋予颜色和/或赋予特殊效果的颜料的水基单级面漆涂料组合物的单级面漆层涂覆到所述填料层上,
3).固化所述单级面漆层,任选地与所述填料层一起固化,
其中所述填料涂料组合物是有机溶剂基的涂料组合物,所述组合物包含:
A)至少一种具有包含活性氢的官能团的基料,
B)至少一种具有游离的异氰酸酯基团的多异氰酸酯交联剂,和
C)至少一种通式(I)的环氧官能化的硅烷:
X表示m为1至4的残基
或者环氧环己基,
R1、R2、R3互相独立地表示每分子具有1至30个碳原子的相同或不同的有机残基,前提条件是所述残基中的至少一个为具有1至4个碳原子的烷氧基,并且
n为2、3或4。
3.根据权利要求1或2的方法,其中所述填料涂料组合物包含相对于组分A)和组分B)的固体含量总和按固体重量计0.5%至7.0%的环氧官能化的硅烷组分C)。
4.根据权利要求3的方法,其中所述填料涂料组合物包含相对于组分A)和组分B)的固体含量总和按固体重量计1.0%至6.0%的环氧官能化的硅烷组分C)。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法,其中n为2或3。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法,其中R1、R2和R3互相独立地表示具有1至4个碳原子的相同或不同的烷氧基。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法,其中所述基料A)包含至少一种羟基官能化的(甲基)丙烯酸类共聚物。
8.根据权利要求1和2至7中任一项的方法,其中所述清漆涂料组合物包含与至少一种羟基官能化的低聚酯组合的至少一种羟基官能化的(甲基)丙烯酸类共聚物。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法,其中在固化所述填料层之后,将所述水基色漆涂料组合物或所述水基单级面漆涂料组合物涂覆到所述填料层上。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法,其中所述基底包括车身或其部件。
11.根据权利要求1至10中任一项的方法在车辆修补涂层中的用途。
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