CN102257075A - 水性涂料,其制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性涂料,包含至少一种稳定化的、饱和或不饱和的聚氨酯和至少一种烷氧基化的一元醇,制备该水性涂料的方法及其用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型水性涂料,包含稳定化的、饱和或不饱和的聚氨酯和至少一种烷氧基化的一元醇。
本发明还涉及制备所述水性涂料的新方法。本发明另外涉及所述新型涂料的用途,以及烷氧基化的一元醇在含聚氨酯的涂料中用于提高针孔极限和/或用于降低针孔数目的用途。
水性涂料,包含至少一种饱和的、或不饱和的并且稳定化的聚氨酯,是已知的。它们可经物理固化、热固化或者热和采用光化辐射的固化。优选它们含有赋予色彩和/或赋予效果的颜料,并用于制备赋予色彩和赋予效果的涂层,特别是在多层涂漆或单色面涂漆范围内的底涂层。
在汽车车体涂漆方面可能出现多种多样的施加缺陷。一种常见的缺陷形态是出现针孔,其作为最小孔洞可见于清漆和底漆中。过去曾有多种尝试以应对这一问题。
背景技术
在DE 102005060302A1中尝试如此提高针孔极限和/或降低针孔数目:涂料除含聚氨酯以外,还包含润湿剂和/或分散剂和有机溶剂。
在EP1054930B1中公开了一种多组分涂料,其中底漆含有可交联的、成膜的树脂和在烷基部分中具有至少7个彼此连续的碳原子,但没有基于烷氧基的残基的醇。该漆的一种金属实施形式此外还显示出良好的抗针孔性。
在WO2007-048587A1中尝试采用包含聚氨酯、颜料和磷酸酯的组合物来降低浑浊。
在JP2002-126618中聚酯基底上的多层漆体系的抗冲击性、抗石击性尤其得到改善。此外优选聚氧化烯烃化醚作为分散剂使用。
JP2007-039616描述了一种具有出众的随角易色性的金属漆,包含粘结剂、硬化剂和光致发光颜料。作为优选的分散剂尤其提到聚氧化乙烯硬脂基醚或聚氧化乙烯油烯基醚。
EP1412436B1公开了一种清漆浆料,其除了尺寸稳定的颗粒和润湿剂外,还含有具有16~18个碳原子的烷基和统计学平均至少20个氧杂烷二基-基团的烷氧基化的脂肪醇。借助这样的组合物可以避免气泡与裂缝形成。
US7,358,294B2描述了交联的聚氨酯,其带有亲水基团。提到了具有优选多于15个氧化乙烯单元的聚氧化烯烃基团。该组合物显示出改进的干燥性。
此外,在WO1998/003243中描述了具有短链醇部分的混合乙氧基化和丙氧基化的甘油-或聚甘油-加成产物。WO1996/023568描述了氧化乙烯含量为40~80重量%的乙氧基化的甘油三酯。在这两篇文献中所述的产品均用作消泡剂。
所有上述途径迄今为止仍不能令人满意地解决针孔问题。
本发明的目的和解决方法方案
在上漆过程中存在的一种现象是出现针孔。涂漆中这些很小的孔洞使得车体或缺陷需要维修,并由此导致应当避免的额外花费。
尽管以前针对这一问题有解决方法,但针孔难题仍未获得圆满解决。
因此本发明的目的在于,提供一种新型水性涂料,其没有或仅仅具有非常少的针孔和/或提高针孔极限。
针孔极限是指自底漆层的干膜厚度,从该厚度起出现针孔。
所述新型水性涂料应当特别适合作为水性底漆用于按照湿碰湿法制备多层涂漆的赋予色彩和/或赋予效果的底涂漆。
所述新型水性涂料应当提供涂层,尤其是赋予色彩和/或赋予效果的涂层,优选底涂漆和单色面涂漆,特别是在多层涂漆中的底涂漆,其极大程度上是无针孔的。
令人惊奇地发现,水性涂料,包含(a)至少一种离子或非离子稳定化的、饱和或不饱和的聚氨酯,(b)至少一种润湿剂和/或分散剂和(c)至少一种下式的烷氧基化的一元醇
R-[AO]n-H,
其特征在于,烷氧基化的一元醇基于涂料的重量计以0.1~5重量%的含量存在,其中残基R是具有8~20个碳原子的烷基,指数n是1~5的整数,残基[AO]表示氧化烯烃残基,使上述问题得以解决。
特别令人惊奇的是,根据本发明的涂料易于制备,并且所获得的的涂漆与非根据本发明的涂漆相比,没有针孔或仅仅在高膜厚度下才具有针孔。
根据本发明的水性涂料由此适合作为水性底漆用于按照湿碰湿法制备多层涂漆的赋予色彩和/或赋予效果的底涂漆。
新型水性涂料由此在涂层,尤其是赋予色彩和/或赋予效果的涂层中,特别优选在底涂漆和单色面涂漆中,以及尤其优选在多层涂漆的底涂漆中使用。
在此,优选的基材是汽车车体或其部件。
此外,发现了制备根据本发明的水性涂料的新方法。将(a)至少一种饱和或不饱和的、离子或非离子稳定化的聚氨酯,(b)至少一种润湿剂和/或分散剂和(c)基于涂料总重量至少0.1~5重量%的烷氧基化的一元醇,彼此混合,其中烷氧基化的一元醇具有式R-[AO]n-H,其中残基R是具有8~20个碳原子的烷基,指数n是1~5的整数,残基[AO]表示氧化烯烃残基。
尤其是发现了根据本发明的涂料和按照根据本发明的方法制备的涂料用于制备赋予色彩和/或赋予效果的多层涂漆的用途。
如果根据本发明的涂料还包含颜料和/或填料,特别是包含赋予色彩和/或赋予效果的颜料,则该涂料提供了根据本发明的涂层,其具有特别高的覆盖力(按照DIN EN ISO28199-3)和出众的视觉整体印象(外观)。根据本发明的涂料因此非常适合于汽车车体的涂漆。
根据本发明的涂料是一种水性涂料。此处“水性”是指含有30~70重量%的水,基于整个涂料计。
发明详述
根据本发明的涂料的第一种重要组成部分是饱和或不饱和的聚氨酯。适当的聚氨酯例如由以下文献是已知的,
-德国专利申请DE19911498A1,第1栏,第29至49行,及第4栏第23行至第11栏第5行,
-德国专利申请DE19948004A1,第4页第19行至第13页第48行,
-欧洲专利申请EP0228003A1,第3页第24行至第5页第40行,
-欧洲专利申请EP0634431A1,第3页第38行至第8页第9行,或
-国际专利申请WO92/15405,第2页第35行至第10页第32行。
为了稳定化,所述聚氨酯优选含有
-官能团,其可以通过中和试剂和/或季铵化试剂转化成阳离子,和/或阳离子基团;或者含有
-官能团,其可以通过中和试剂转化成阴离子,和/或阴离子基团;和/或
-非离子亲水基团。
所述聚氨酯是线型的或包含支链。所述聚氨酯还可以作为接枝聚合物存在。在此情形下,聚氨酯优选用丙烯酸酯基团接枝。相应的丙烯酸酯基团在制备聚氨酯初级分散体之后被引入聚合物中。
这样的接枝聚合物是本领域技术人员熟知的并且例如描述于DE19948004A1中。
如果根据本发明的涂料是以物理方式、通过热自交联,或者通过热自交联和采用光化辐射可固化的,则聚氨酯含量优选为50~100重量%,更优选50~90重量%,特别是50~80重量%,分别基于根据本发明的涂料的成膜固体。
成膜固体是指除去颜料和/或填料,涂料的非挥发性质量份额。
如果根据本发明的涂料是通过热外部交联,或者通过热外部交联热固化和采用光化辐射可固化的,则聚氨酯的含量优选为10~80重量%,更优选15~75重量%,特别是20~70重量%,分别基于根据本发明的涂料的成膜固体。
作为另一本发明基本的组成部分,使用下式的烷氧基化的一元醇
R-[AO]n-H。
所述烷氧基化的一元醇基于涂料的总重量计以0.1~5重量%的含量存在。残基R是烷基。烷基R可以是线型的或具有支链。指数n是1~5的整数,残基[AO]表示氧化烯烃残基。
烷基链R可以是支化的或非支化的,含有至少8个碳原子,优选至少10个碳原子,特别优选至少12个碳原子。
如果残基R具有支链,则该支链优选包含这样的结构,如例如在A.J.O`Lenick jr.:“A Review of Guerbet Chemistry”中所述的那种。
如果残基R具有支链,则R同样含有至少8个碳原子。
在式R-[AO]n-H中直接彼此连接的氧化烯烃残基[AO]的数目用指数n表示。指数n是整数并从1至5之间变化。优选n=1至3,特别优选n=1或2。
单一的氧化烯烃单元[AO]具有优选1~4个碳原子,特别优选1~3个碳原子。
术语氧化烯烃残基是指这样的单元,其具有键合到氧原子上的亚烷基链。作为实例此处提到基团CH2-CH2-O。因此在式R-[AO]n-H中氧原子总是与末端H原子直接键合。
烷氧基化的一元醇的量可以变化,并因此可以最佳地适于个别情况的需要。在此要强调的是,0.1~5重量%,优选0.1~4重量%,特别是0.2~3重量%的一元醇的含量,分别基于根据本发明的涂料烷氧基化计,足够实现本发明有利的技术效果。如果所述含量基于根据本发明的涂料计高于5重量%,则必然在一些情形下要接受缺点,例如在烘烤不足的结构体的情况下粘附性恶化。
此外,根据本发明的涂料还包含至少一种添加剂。优选所述涂料包含至少两种添加剂。优选地,所述添加剂选自在涂料领域中常规使用的添加剂。特别优选地,添加剂选自可无剩余残渣或基本无剩余残渣地热分解的盐,可物理固化、热固化和/或可用光化辐射固化的不同于聚氨酯的粘合剂,交联剂,有机溶剂,可热固化的反应稀释剂,可用光化辐射固化的反应稀释剂,赋予色彩和/或赋予效果的颜料,透明颜料,填料,分子分散的可溶性染料,纳米颗粒,光保护剂,抗氧化剂,脱气剂,乳化剂,增滑剂,阻聚剂,自由基聚合引发剂,热分解自由基引发剂;粘附促进剂,流平剂,成膜助剂,如增稠剂和结构粘度流挂控制剂(SCA),阻燃剂,抗蚀剂,流动助剂,蜡,干燥剂,杀生物剂和消光剂。
前述种类的适合的添加剂例如由以下文献是已知的,
-德国专利申请DE 19948004A1,第14页第4行至第17页第5行,
-德国专利DE10043405C1,第5栏[0031]至[0033]段。它们以常规的和已知的量使用。
根据本发明的涂料的固体含量可以变化,并因此可以最佳地适合于个别情况的需要。固体含量首先取决于对于涂覆,特别是喷涂所需的粘度,使得固体含量可以由本领域的技术人员根据其普通专业知识在适当情况下依靠少量确定方向的试验来调节。
优选地,涂料的固体含量为5~70重量%,更优选10~65重量%,特别优选15~60重量%。
固体含量是指在确定的条件下在蒸发时作为剩余物残留的质量份额。在本申请中固体根据DIN EN ISO 3251确定。测试持续时间为在125℃下60分钟。
根据本发明的涂料优选借助于根据本发明的方法制备。在此将聚氨酯树脂、润湿剂或分散剂和醇组分分散于水性介质,特别是水中,之后将得到的混合物均化。就方法而言,根据本发明的方法没有特殊性,而是可以借助于常规的和已知的混合方法及混合设备来实施,例如搅拌釜、溶解器、搅拌磨、捏合机、静态混合器或挤出机。
特别优选将根据本发明的涂料作为单色面漆用于制备单层单色面涂漆,或者作为水性底漆用于制备赋予色彩和/或赋予效果的多层涂漆。在此非常特别优选将其作为水性底漆用于制备多层涂漆的赋予色彩和/或赋予效果的底涂漆,优选用于汽车车体的多层涂漆。在此,其突出地适用于首次涂漆(OEM)和修复涂层。
非常特别优选根据本发明的多层涂漆通过湿碰湿法制备,其中
(1)将至少一种水性底漆涂覆于已打底或未打底的基材上,由此得到至少一个水性底漆层(1);
(2)将至少一种清漆涂覆于水性底涂层(1)上,由此得到至少一个清漆层(2),以及;
(3)将水性底涂层(1)和清漆层(2)一起固化,由此得到底涂漆(1)和透明涂漆(2)。
这种湿碰湿法的实例由以下文献是已知的,
-德国专利申请DE19948004A1,第17页第37行至第19页第22行,或者
-德国专利DE10043405C1,第3栏[0018]段和第8栏[0052]段至第9栏[0057]段,以及第6栏[0039]段至第8栏[0050]段。
根据本发明的涂料是以物理方式、通过热或者通过热和采用光化辐射可固化的。在此,通过热或者通过热和采用光化辐射进行的固化可以通过物理固化得到辅助。
在本发明的范围内术语“物理固化”表示从聚合物溶液或分散体中通过脱除溶剂成膜。通常为此不需要交联剂。适当时可通过空气氧或通过采用光化辐射辐照来辅助物理固化。
在本发明的范围内术语“热固化”表示由涂料构成的层经热引发的固化,其中通常使用单独存在的交联剂。所述交联剂包含反应性官能团,其与聚氨酯中存在的反应性官能团互补。这在本领域中通常被称为是外部交联。当在聚氨酯中已经存在互补的反应性官能团或自反应性官能团,即“与自身”反应的官能团时,则被认为是自交联。适当的互补反应性官能团和自反应性官能团的实例由德国专利申请DE19930665A1,第7页第28行至第9页第24行是已知的。
在本发明的范围内光化辐射是指电磁辐射,如近红外(NIR)、可见光、UV辐射、伦琴射线或γ-射线,特别是UV-辐射,以及粒子辐射如电子束、β辐射、α辐射、质子束或中子束,特别是电子束。通过UV-辐射固化通常由自由基或阳离子光引发剂引发。
当在根据本发明的涂料中联合使用热固化与用光化光固化时,还使用术语“双重固化”。
根据本发明的涂料可以是单组分(1K)体系。
在本发明的范围内,单组分(1K)体系可以是热固性涂料,其中粘合剂和交联剂共同存在,即存在于一个组分中。为此前提是,两种组分仅在较高温度和/或采用光化辐射辐照时彼此交联。
根据本发明的涂料可以另外是双组分(2K)体系或多组分(3K,4K)体系。
在本发明的范围内,这是指涂料,其中特别是粘合剂和交联剂彼此分开地存在于至少两个组分中,在应用之前一刻才混合。当粘合剂和交联剂在室温下就彼此反应时选择此种方式。这种涂料主要用于涂布热敏基材,特别是用于汽车修复涂漆。
本发明的另一主题是根据本发明的涂料作为水性底漆用于制备赋予色彩和/或赋予效果的多层涂漆的用途,特别是按照湿碰湿法的那些。作为基材,金属基材尤其合适。优选的基材实例是汽车车体或其部件。
本发明的主题还有在根据本发明的涂料中所使用的烷氧基化的一元醇在含聚氨酯的涂料中,相对于不添加这种烷氧基化的一元醇的相同的含聚氨酯的涂料,用于提高针孔极限和/或为了降低针孔数目的用途。根据本发明,烷氧基化的一元醇(如在根据本发明的涂料中所使用的那种)的用途还有在着色的含聚氨酯的涂料中用于相对于在没有相应的烷氧基化的一元醇的情况下制备的同样的含聚氨酯的涂料提高覆盖力。
下面根据实施例阐释本发明。
实施例
制备灰色水性底漆1
为了更好地评价任何出现的漆料缺陷而使用灰色水性底漆,其按照如下规则制备。
混合物1a:
在溶解器中预置26重量份无机增稠剂分散体(钠镁层状硅酸盐,在水中3重量%)。向其中在搅拌下加入30重量份去离子水,107.5重量份丁二醇,4.5重量份根据德国专利申请DE4437535A1第7页第55行至第8页第23行制备的聚氨酯改性的聚丙烯酸酯和0.6重量份20.5重量%的商购消泡剂溶液(DSX1550Cognis公司)。得到混合物1a。
混合物1b:
与此分开地,将3.2重量份根据德国专利申请DE4009858A1实施例D、第16栏、第37至59行制备的水性聚酯树脂分散体,0.3重量份的含有52重量%Air Products公司的104的表面活性剂溶液,55重量份丁二醇,4.1重量份在正丁醇中的商购的、水可稀释的三聚氰胺甲醛树脂(203 Surface Specialties公司奥地利)和0.3重量份10重量%的二甲基乙醇胺的水溶液彼此混合。得到混合物1b。
混合物1c:
将混合物1a和1b彼此混合,得到混合物1c。
混合物1d:
混合物1c与6重量份去离子水,20.4重量份根据德国专利申请DE19948004A1第19页第44行至第20页第7行制备的丙烯酸化的聚氨酯,1.6重量份含有52重量%Air Products公司的104表面活性剂溶液,48重量份丁氧基乙醇,0.4重量份10重量%的二甲基乙醇胺的水溶液,1.6重量份正丁醇和3.9重量份3重量%的聚丙烯酸酯增稠剂(Ciba公司)掺混。得到混合物1d。
炭黑糊浆:
炭黑糊浆通过混合25重量份根据国际专利申请WO91/15528(第23页第29行至第24页第24行)制备的聚丙烯酸酯分散体,10重量份炭黑,0.1重量份甲基异丁基酮,1.36重量份二甲基乙醇胺,2重量份商购的聚醚(P900BASF股份公司)和61.45重量份去离子水而制备。
蓝色糊浆:
蓝色糊浆通过混合19.4重量份根据德国专利申请DE4009858A1第16栏、第10至35行制备的聚氨酯分散体,13.5重量份BASF AG的Blau L 6482,4.3重量份丁氧基乙醇,0.18重量份甲基乙基酮,0.62重量份二甲基乙醇胺,1.2重量份BASF股份公司的P900和61重量份水而制备。
糊桨混合物:
糊浆混合物由0.5重量份炭黑糊浆,0.1重量份蓝色糊浆和0.5重量份根据德国申请DE10004494A1制备的9号糊浆制备。
混合物1e:
混合物1e通过混合全部所得的糊浆混合物和全部所得的混合物1d而制备。
铝效果颜料糊浆:
铝效果颜料糊浆由3.2重量份第一种65重量%浓度的铝效果颜料-糊剂(Alu-Stapa-2153 Eckart公司)和3.2重量份第二种65重量%浓度的铝效果颜料-糊剂(Alu-Starter-Hydrolux 8154Eckart公司),7.5重量份丁二醇和5.0重量份根据德国专利申请DE4009858A1实施例D、第16栏、第37至59行制备的水性聚酯树脂分散体制备。
水性底漆1:
水性底漆1通过混合全部所得的混合物1e,全部所得的铝效果颜料糊浆和两重量份水而制备。随后用二甲基乙醇胺调节pH值至8,并用去离子水调节粘度至58mPas,在剪切荷载1,000/秒下,用转动粘度计(器具Rheomat RM 180 Mettler-Toledo公司)于23℃下测定。
水性底漆E2:
水性底漆E3:
水性底漆E4:
水性底漆E5:
水性底漆E6:
水性底漆E7:
水性底漆E8:
水性底漆E9:
为制备根据本发明的水性底漆E9,将水性底漆1用1.5重量份商购可得的OCP502掺混。
水性底漆E10(对比):
水性底漆E11(对比):
为制备非根据本发明的水性底漆E11,将水性底漆1用1.5重量份商购可得的1-辛醇掺混。
表1:水性底漆(WBL)1和E2-E11的组成
表1中的重量百分比数据涉及烷氧基化的一元醇在各自水性底漆中的比例。
水性底漆1和水性底漆E2-E11之间的对比测试
为了测定针孔极限和针孔数目,按照如下通用规则制备多层涂漆:
为涂覆有二道底涂漆的尺寸为30×50cm的钢板,在一个长边上配备粘合带,以便能够在涂覆之后测量膜厚的差异。以楔形静电涂覆水性底漆。所得的水性底漆涂层在室温下闪蒸1分钟,随后在循环空气烘箱中于70℃干燥10分钟。将常规的双组份清漆涂覆到干燥的水性底漆涂层上。所得的清漆涂层在室温下闪蒸20分钟。随后将水性底漆涂层和清漆涂层在循环空气烘箱中于140℃固化20分钟。在目测评价在所得的楔形多层涂漆中的针孔之后,测定针孔极限的膜厚度。结果列于表2中。
表2:水性底漆1和水性底漆E2-E11的针孔极限和针孔数目
结果证明,使用根据本发明的烷氧基化的一元醇,相对于水性底漆1、更高度烷氧基化的消泡剂(E10)和非烷氧基化的一元醇(E11,1-辛醇),显著提高了针孔极限,并且在部分情况下同时使针孔数目显著降低。
Claims (14)
1.水性涂料,包含(a)至少一种离子或非离子稳定化的、饱和或不饱和的聚氨酯,(b)至少一种润湿剂和/或分散剂和(c)至少一种下式的烷氧基化的一元醇
R-[AO]n-H,
其特征在于,烷氧基化的一元醇基于涂料的重量计以0.1~5重量%的含量存在,其中残基R是具有8~20个碳原子的烷基,指数n是1~5的整数,残基[AO]表示氧化烯烃残基。
2.如权利要求1所述的涂料,其特征在于,残基R是直链的。
3.如权利要求1所述的涂料,其特征在于,残基R具有支链。
4.如权利要求1-3任一项所述的涂料,其特征在于,指数n是1~3的整数。
5.如权利要求1-4任一项所述的涂料,其特征在于,氧化烯烃残基[AO]含有1~4个碳原子。
6.如权利要求1-5任一项所述的涂料,其特征在于,聚氨酯是直链或支链的。
7.如权利要求1-6任一项所述的涂料,其特征在于,聚氨酯是接枝的。
8.如权利要求1-7任一项所述的涂料,其特征在于,基于涂料的总重量计,以至多40重量%含量含有颜料和/或填料。
9.根据权利要求1-8任一项所述的水性涂料的制备方法,其特征在于,将(a)至少一种离子或非离子稳定化的、饱和或不饱和的聚氨酯,(b)至少一种润湿剂和/或分散剂和(c)基于涂料总重量至少0.1~5重量%的烷氧基化的一元醇,彼此混合。
10.如权利要求1-8任一项所述的水性涂料或者根据权利要求9制备的水性涂料的用途,其特征在于,所述的水性涂料作为水性底漆用于制备赋予色彩和/或赋予效果的多层涂漆。
11.如权利要求10所述的水性涂料的用途,用于按照湿碰湿法用赋予色彩和/或赋予效果的多层涂漆对基材进行涂漆。
12.如10-11任一项所述的水性涂料的用途,其特征在于,所述基材是汽车车体或其部件。
13.如权利要求1所述的式R-[AO]n-H的烷氧基化的一元醇的用途,在含聚氨酯的涂料中用于相对于不含权利要求1的烷氧基化的一元醇的含聚氨酯的涂料提高针孔极限和/或用于降低针孔数目,其特征在于,烷氧基化的一元醇在涂料中以0.1~5重量%的含量使用,其中残基R是具有8~20个碳原子的烷基,指数n是1~5的整数,残基[AO]表示氧化烯烃残基。
14.如权利要求1所述的式R-[AO]n-H的烷氧基化的一元醇的用途,在着色的含聚氨酯的涂料中用于相对于不含权利要求1的烷氧基化的一元醇的含聚氨酯的涂料提高覆盖力,其特征在于,其中的烷氧基化的一元醇以0.1~5重量%的含量存在,其中残基R是具有8~20个碳原子的烷基,指数n是1~5的整数,残基[AO]表示氧化烯烃残基。
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