DE102010019245A1 - Process for autophoretic coating, coating agent and multicoat paint system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur autophoretischen Beschichtung eines metallischen Substrats bei einem pH-Wert von 1 bis 4 und einer Eintauchzeit des Substrates von 1 s bis 15 min in eine wässrige Polymerdispersion, die mindestens ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares (Meth)acryl-Block-Copolymer, welches mindestens ein olefinisch ungesättigtes Monomer (a) mit einer Metallionen-koordinierenden Gruppe, mindestens ein von Monomer (a) verschiedenes olefinisch ungesättigtes Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B und Diphenylethylen einpolymerisiert umfasst, beinhaltet. Hierbei wird das metallische Substrat vor der autophoretischen Beschichtung nicht mit ätzenden Substanzen behandelt. Außerdem behandelt die Anmeldung ein entsprechendes Beschichtungsmittel und eine Mehrschichtlackierung, die eine entsprechende autophoretisch abgeschiedene Schicht umfasst.A method of autodepositing a metallic substrate at a pH of 1 to 4 and immersing the substrate for 1 second to 15 minutes in an aqueous polymer dispersion comprising at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acrylic block copolymer at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion-coordinating group, at least one of monomer (a) comprises different olefinically unsaturated monomer (b) copolymerized with a crosslinking group B and diphenylethylene in copolymerized. In this case, the metallic substrate is not treated with corrosive substances before the autodeposition coating. In addition, the application deals with a corresponding coating agent and a multicoat system comprising a corresponding autodeposited layer.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur autophoretischen Beschichtung eines metallischen Substrats bei einem pH-Wert von 1 bis 4 und einer Eintauchzeit des Substrates von 1 s bis 15 min in eine wässrige Polymerdispersion, die mindestens ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares (Meth)acryl-Block-Copolymer, welches mindestens ein olefinisch ungesättigtes Monomer (a) mit einer Metallionen-koordinierenden Gruppe, mindestens ein von Monomer (a) verschiedenes olefinisch ungesättigtes Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B und Diphenylethylen einpolymerisiert umfasst, beinhaltet, und ein Beschichtungsmittel zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a process for the autodeposition of a metallic substrate at a pH of 1 to 4 and a immersion time of the substrate of 1 s to 15 min in an aqueous polymer dispersion containing at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acrylic A block copolymer comprising at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group, at least one olefinically unsaturated monomer (b) other than monomer (a) copolymerized with a crosslinking group B and diphenylethylene, and a coating agent for Implementation of the procedure.
Verfahren und Beschichtungsmittel zur stromfreien Korrosionsschutzbeschichtung verschiedener Metallsubstrate sind bekannt. Sie bieten im Vergleich zur anodischen oder kathodischen Tauchlackierung (ATL beziehungsweise KTL), bei welchen das Anlegen elektrischer Spannungen notwendig ist, insbesondere den Vorteil des einfacheren und preiswerteren Prozesses sowie der kürzeren Prozesszeit. Insbesondere lassen sich mit den stromfreien Verfahren Hohlräume in beziehungsweise Kanten an den zu beschichtenden Substraten besser beschichten als mit Verfahren, bei denen das Anlegen elektrischer Spannungen notwendig ist.Methods and coating compositions for the current-free corrosion protection coating of various metal substrates are known. They offer in comparison to anodic or cathodic dip coating (ATL or KTL), in which the application of electrical voltages is necessary, in particular the advantage of simpler and cheaper process and the shorter process time. In particular, cavities in or edges on the substrates to be coated can be better coated with the electroless methods than with methods in which the application of electrical voltages is necessary.
Bei der stromfreien Korrosionsschutzbeschichtung, auch ACC-Verfahren (Autophoretic Chemical Coating) genannt, werden in der Regel Polymerisate, beispielsweise Emulsionspolymerisate enthaltend Acrylate oder Styrol/Butadien, eingesetzt, die anionisch stabilisiert sind. Zur Endbehandlung werden solche mittels ACC-Verfahren abgeschiedenen Schichten in der Regel durch Nachspülen mit chromhaltigen wässrigen Beschichtungsmitteln bearbeitet, um den Korrosionsschutz zu verbessern. In jüngerer Zeit hat es sich jedoch herausgestellt, dass chromhaltige Beschichtungsmittel große Probleme bei der Umweltverträglichkeit aufweisen sowie als hochgradig gesundheitsgefährdend einzustufen sind. Daher ist man bestrebt, Chrom in Korrosionsschutzbeschichtungen vollständig zu ersetzen.In the current-free corrosion protection coating, also called ACC process (Autophoretic Chemical Coating), polymers, for example emulsion polymers containing acrylates or styrene / butadiene, are used, which are anionically stabilized. For finishing, such deposited by ACC process layers are usually processed by rinsing with chromium-containing aqueous coating compositions to improve the corrosion protection. Recently, however, it has been found that chromium-containing coating agents have great problems in terms of environmental compatibility and are classified as highly hazardous to health. Therefore, efforts are being made to completely replace chromium in anti-corrosion coatings.
In der Folge der Entwicklung chromfreier Beschichtungsmittel wurde weiterhin festgestellt, dass ACC-Beschichtungsmittel enthaltend Salze der Lanthanid- sowie der d-Elemente sowie eine organische filmbildende Komponente ebenfalls einen sehr guten, den chromhaltigen Beschichtungsmitteln vergleichbaren Korrosionsschutz gewährleisten.As a result of the development of chromium-free coating compositions, it has also been found that ACC coating compositions comprising salts of the lanthanide and the d-elements as well as an organic film-forming component likewise ensure a very good corrosion protection comparable to the chromium-containing coating compositions.
In
Aufgabe und LösungTask and solution
In Hinblick auf den vorgenannten Standes der Technik, war die Aufgabe der Erfindung, ein ökologisch weitgehend unbedenkliches Verfahren zum Korrosionsschutz zu finden, welches ohne den Einsatz von chormhaltigen Substanzen auskommt und außerdem auch nicht die Verwendung von teuren Salzen der Lanthanid- sowie der d-Elemente erfordert. Zusätzlich sollte Material eingespart werden, um einen kostengünstigen Korrosionsschutz bereitzustellen, der aber dennoch effektiv ist.In view of the aforementioned prior art, the object of the invention to find an ecologically largely harmless process for corrosion protection, which does not require the use of chormhaltigen substances and also not the use of expensive salts of lanthanide and the d-elements requires. In addition, material should be saved to provide cost effective corrosion protection, but still effective.
Überraschenderweise wurde diese Aufgabe gelöst, indem durch ein erfindungsgemäßes autophoretisches Verfahren ein metallisches Substrat selektiv an den Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen beschichtet wird. Durch die selektive Abscheidung an den Korngrenzen und den Oberflächendefektstrukturen sinkt der Materialaufwand des Beschichtungsmittels erheblich gegenüber einer Vollbeschichtung. Diese selektive Beschichtung wurde überraschenderweise durch eine wässrige Polymerdispersion gelöst, die mindestens ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares (Meth)acryl-Block-Copolymer enthält, welches herstellbar ist aus mindestens einem olefinisch ungesättigten Monomer (a) mit einer Metallionen-koordinierenden Gruppe, mindestens einem von Monomer (a) verschiedenen olefinischen ungesättigten Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe und Diphenylethylen, wobei das metallische Substrat vor der autophoretischen Beschichtung nicht mit ätzenden Substanzen behandelt wird. Ein nach diesem Verfahren beschichtetes metallisches Substrat ist in
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Unter „Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen” sollen im Folgenden die Bereiche der Oberfläche von metallischen Substraten verstanden werden, die keine monokristallinen Bereiche der Oberfläche darstellen. Die Mikrostruktur von metallischen Substraten ist überwiegend polykristallin. Sie wird aus einer Vielzahl einzelner Kristallite gebildet, die sich in der Orientierung oder auch der Struktur ihrer atomaren Anordnung voneinander unterscheiden. So können benachbarte Kristallite mit gleichen Grenzflächen unterschiedliche Orientierungen besitzen. Die zwischen ihnen befindlichen Grenzflächen werden als Korngrenzen bezeichnet. Sie bestehen aus schmalen Übergangszonen mit gestörter Anordnung. Die fehlgelagerten Atome bewirken in ihrer Umgebung Druck- oder Zugspannungen. Kleinwinkelkorngrenzen und Stapelfehler führen ebenfalls zu einer Fehlordnung in der gleichmäßigen atomaren Anordnung, werden aber in der Regel nicht zu den üblichen Korngrenzen gezählt. Diese Fehlordungen können aber allgemein unter den Oberbegriff Oberflächendefektstukturen zusammengefasst werden, zu denen auch Kratzer oder andere Defekte gehören, welche zu einer abnormalen Anordnung der Atome auf der Oberfläche des polykristallinen metallischen Substrates führen. Sowohl Korngrenzen als auch Oberflächendefektstrukturen führen zu einer Herabsetzung des chemischen Potentials.
Unter „ätzenden Substanzen” sollen Substanzen verstanden werden, welche die Oberfläche eines metallischen Substrates chemisch angreifen, anätzen. Durch ein anätzendes Behandeln mit ätzenden Substanzen wird das Oberflächenpotential eines metallischen Substrates verändert. Vor allem führt eine Vorbehandlung mit ätzenden Substanzen zu einer Egalisierung des Unterschiedes im chemischen Potential zwischen Korngrenzen/Oberflächendefektstrukturen und der kristallinen Oberfläche. Durch eine anätzende Vorhandlung wird das chemische Potential der metallischen Oberfläche über den gesamten Bereich nahezu gleich, was im Geiste dieser Erfindung verhindert werden soll. Zu diesen „ätzenden Substanzen” zählen vor allem Säuren und Basen. Hierunter sind auch saure oder alkalische Reinigungsmittel für metallische Substrate zu verstehen.By "corrosive substances" should be understood substances which chemically attack the surface of a metallic substrate. By etching with corrosive substances, the surface potential of a metallic substrate is changed. Above all, pretreatment with corrosive substances leads to a leveling out of the difference in the chemical potential between grain boundaries / surface defect structures and the crystalline surface. By an etching preconditioning, the chemical potential of the metallic surface becomes almost the same over the entire area, which is to be prevented in the spirit of this invention. These "corrosive substances" include above all acids and bases. This also includes acidic or alkaline cleaning agents for metallic substrates.
„Metallionen-koordinierende Gruppen” sind in Liganden A enthalten, die Metallionen komplexieren können. Diese Liganden A weisen Elektronenpaare auf, meist freie Elektronenpaare, mit denen sie an Metallionen koordinieren können. Als Liganden A sind alle Gruppen oder Verbindungen geeignet, welche mit den bei der Korrosion des Substrats freigesetzten Metallionen Chelate bilden können. In der Regel sind die Liganden A statistisch im Polymerisat verteilt. Bevorzugt sind ein- oder mehrzähnige potentiell anionische Liganden A. Besonders bevorzugte Metallionen-koordinierende Gruppen, welche in den Liganden A enthalten, sind
- – gegebenenfalls funktionalisierte Harnstoffe und/oder Thioharnstoffe, insbesondere Acylthioharnstoffe wie beispielsweise Benzoylthioharnstoff,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Amine und/oder Polyamine, wie insbesondere EDTA,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Amide, insbesondere Carbonsäureamide
- – Imine und Imide, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine,
- – Oxime, bevorzugt 1,2-Dioxime wie funktionalisiertes Diacetyldioxim,
- – Organoschwefelverbindungen, wie insbesondere gegebenenfalls funktionalisierte Thiole wie Thioethanol, Thiocarbonsäuren, Thioaldehyde, Thioketone, Dithiocarbamate, Sulfonamide, Thioamide und besonders bevorzugt Sulfonate,
- – Organophosphorverbindungen, wie insbesondere Phosphate, besonders bevorzugt Phosphorsäureester von (Meth)acrylaten, sowie Phosphonate, besonders bevorzugt Vinylphosphonsäure und hydroxy-, amino- und amidofunktionalisierte Phosphonate,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Organoborverbindungen, wie insbesondere Borsäureester,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Polyalkohole, wie insbesondere Kohlenhydrate und deren Derivate sowie Chitosane,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Säuren, wie insbesondere di- oder oligofunktionelle Säuren, oder gegebenenfalls funktionalisierte (Poly)carbonsäuren, wie insbesondere Carbonsäuren, die ionisch und/oder koordinativ an Metallzentren gebunden werden können, bevorzugt (Poly)methacrylate mit Säuregruppen oder di- oder oligofunktionelle Säuren,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Carbene,
- – Acetylacetonate,
- – Gegebenenfalls funktionalisierte Heterocyclen, wie Chinoline, Pyridine, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine, Pyrimidine Pyrrole, Furane, Thiophene, Imidazole, Benzimidazole, bevorzugt Mercaptobenzimidazole, Benzthiazole, Oxazole, Thiazol, Pyrazole oder auch Indole,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Acetylene, sowie
- – Phytinsäure und deren Derivate.
- Optionally functionalized ureas and / or thioureas, especially acylthioureas such as benzoylthiourea,
- Optionally functionalized amines and / or polyamines, in particular EDTA,
- - Optionally functionalized amides, especially carboxylic acid amides
- Imines and imides, in particular imin-functionalized pyridines,
- Oximes, preferably 1,2-dioximes, such as functionalized diacetyldioxime,
- Organosulfur compounds, in particular optionally functionalized thiols such as thioethanol, thiocarboxylic acids, thioaldehydes, thioketones, dithiocarbamates, sulfonamides, thioamides and particularly preferably sulfonates,
- Organophosphorus compounds, in particular phosphates, more preferably phosphoric acid esters of (meth) acrylates, and also phosphonates, particularly preferably vinylphosphonic acid and hydroxy-, amino- and amido-functionalized phosphonates,
- Optionally functionalized organoboron compounds, in particular boric acid esters,
- Optionally functionalized polyalcohols, in particular carbohydrates and derivatives thereof, and chitosans,
- - Optionally functionalized acids, such as in particular di- or oligofunctional acids, or optionally functionalized (poly) carboxylic acids, in particular carboxylic acids which can be bound ionically and / or coordinately to metal centers, preferably (poly) methacrylates with acid groups or di- or oligofunctional acids .
- Optionally functionalized carbenes,
- Acetylacetonates,
- Optionally functionalized heterocycles, such as quinolines, pyridines, in particular imin-functionalized pyridines, pyrimidines, pyrroles, furans, thiophenes, imidazoles, benzimidazoles, preferably mercaptobenzimidazoles, benzothiazoles, oxazoles, thiazoles, pyrazoles or also indoles,
- - optionally functionalized acetylenes, as well
- - phytic acid and its derivatives.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur autophoretischen Beschichtung eines metallischen Substrats wird bei einem pH-Wert von 1 bis 4 und einer Eintauchzeit des Substrates von 1 s bis 15 min in eine wässrige Polymerdispersion durchgeführt, wobei die Polymerlösung mindestens ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares (Meth)acryl-Block-Copolymer, welches mindestens ein olefinisch ungesättigtes Monomer (a) mit einer Metallionen-koordinierenden Gruppe, mindestens ein von Monomer (a) verschiedenes olefinisch ungesättigtes Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B und Diphenylethylen einpolymerisiert umfasst, beinhaltet und wobei das metallische Substrat vor der autophoretischen Beschichtung nicht mit ätzenden Substanzen behandelt wird.The inventive method for autodepositing a metallic substrate is carried out at a pH of 1 to 4 and a dipping time of the substrate of 1 s to 15 min in an aqueous polymer dispersion, wherein the polymer solution at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acrylic Block copolymer comprising at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group, at least one of monomer (a) different olefinically unsaturated monomer (b) copolymerized with a crosslinking group B and diphenylethylene, and wherein the metallic Substrate is not treated with corrosive substances prior to autodeposition.
Der pH-Wert der wässrigen Polymerdispersion für das erfindungsgemäße Verfahren muss einen Wert von 1 bis 4 haben. Allerdings ist es vorteilhaft wenn der Wert von 2 bis 3 ist oder 2,2 bis 2,8. Besonders bevorzug wird ein pH-Wert von 2,4 bis 2,6.The pH of the aqueous polymer dispersion for the process according to the invention must have a value of 1 to 4. However, it is advantageous if the value is 2 to 3 or 2.2 to 2.8. Particularly preferred is a pH of 2.4 to 2.6.
Die Einstellung des pH-Wertes der wässrigen Polymerdispersion erfolgt durch eine anorganische Säure, vorzugsweiße durch Salpetersäure.The pH of the aqueous polymer dispersion is adjusted by an inorganic acid, preferably by nitric acid.
Vorteilhaft beträgt die Eintauchzeit des Substrates in die wässrige Polymerdispersion 1 s bis 1 min, insbesondere 10 s bis 40 s. In dieser Zeit wird bei den meisten Substraten eine ausreichende Beschichtung an der Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen erzielt.Advantageously, the immersion time of the substrate in the aqueous polymer dispersion is 1 s to 1 min, in particular 10 s to 40 s. During this time, sufficient coverage at the grain boundaries and surface defect structures is achieved for most substrates.
Vorteilhaft ist, wenn das Substrat ein verzinktes, vorzugsweise feuerverzinktes Blech, insbesondere ein feuerverzinktes Stahlblech ist. Durch die Kombination von Verzinkung und erfindungsgemäßer Abscheidung wird ein guter Korrosionsschutz erreicht.It is advantageous if the substrate is a galvanized, preferably hot-dip galvanized sheet, in particular a hot-dip galvanized sheet steel. By the combination of galvanizing and inventive deposition a good corrosion protection is achieved.
Vorteilhaft wurde das Substrat vor der Beschichtung mit mindestens einem Detergens gereinigt, vorzugsweise mit mindestens einem Ether und/oder mindestens einem Alkohol, insbesondere mit einem Ether und/oder mindestens einem Alkohol im Ultraschallbad.Advantageously, the substrate was cleaned prior to coating with at least one detergent, preferably with at least one ether and / or at least one alcohol, in particular with an ether and / or at least one alcohol in the ultrasonic bath.
Die wasserdispergierbaren und/oder wasserlöslichen Polymere weisen einen Gradienten in der Konzentration von kovalent gebundenen hydrophilen Gruppen HG entlang der Polymerhauptkette auf und tragen Liganden A, welche mit den bei der Korrosion des Substrats freigesetzten Metallionen Chelate bilden, sowie vernetzende funktionelle Gruppen B, die mit sich selbst und/oder mit weiteren funktionellen Gruppen C an Vernetzern V kovalente Bindungen ausbilden können.The water-dispersible and / or water-soluble polymers exhibit a gradient in the concentration of covalently bonded hydrophilic groups HG along the main polymer chain and carry ligands A, which form chelates with the metal ions liberated upon corrosion of the substrate, as well as crosslinking functional groups B with them themselves and / or with further functional groups C to crosslinkers V covalent bonds can form.
Im Sinne der Erfindung wasserdispergierbar oder wasserlöslich bedeutet, dass die Polymerisate in der wässrigen Phase Aggregate mit einem mittleren Teilchendurchmesser von < 50, bevorzugt < 35 und besonders bevorzugt < 20 nm ausbilden, beziehungsweise molekulardispers gelöst sind. Damit unterscheiden sich solche Aggregate in ihrem mittleren Teilchendurchmesser maßgeblich von Dispersionsteilchen, wie sie beispielsweise in
Wesentlich für die Erfindung ist, dass die hydrophilen Gruppen HG einen Gradienten in ihrer Konzentration entlang der Polymerhauptkette bilden. Der Gradient ist durch ein Gefälle in der räumlichen Konzentration der hydrophilen Gruppen entlang der Polymerhauptkette definiert.Essential for the invention is that the hydrophilic groups HG form a gradient in their concentration along the main polymer chain. The gradient is defined by a slope in the spatial concentration of the hydrophilic groups along the polymer backbone.
Der Gradient wird vorzugsweise durch geeignete Anordnung monomerer Einheiten, welche das Polymer aufbauen und welche mit hydrophile Gruppen und/oder Gruppen, bei welchen hydrophile Gruppen HG erzeugt werden können, tragen, in an sich bekannter Weise erzeugt.The gradient is preferably produced by suitable arrangement of monomeric units which make up the polymer and which carry hydrophilic groups and / or groups in which hydrophilic groups HG can be generated, in a manner known per se.
Bevorzugte hydrophile Gruppen HG am Polymerisat sind ionische Gruppen wie insbesondere Sulfat-, Sulfonat-, Sulfonium-, Phosphat-, Phosphonat-, Phosphonium-, Ammonium- und/oder Carboxylatgruppen sowie nicht-ionische Gruppen, wie insbesondere Hydroxyl-, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Amin-, Amidgruppen und/oder oligo- oder polyalkoxy-Substituenten, wie vorzugsweise ethoxylierte oder propoxylierte Substituenten, welche mit weiteren Gruppen verethert sein können. Die hydrophilen Gruppen HG können mit den nachstehend beschriebenen Liganden A und/oder vernetzenden funktionellen Gruppen B bzw. B' identisch sein.Preferred hydrophilic groups HG on the polymer are ionic groups such as in particular sulfate, sulfonate, sulfonium, phosphate, phosphonate, phosphonium, ammonium and / or carboxylate groups and nonionic groups, such as in particular hydroxyl, primary, secondary and or tertiary amine, amide and / or oligo- or polyalkoxy substituents, such as preferably ethoxylated or propoxylated substituents, which may be etherified with further groups. The hydrophilic groups HG may be identical to the ligands A and / or crosslinking functional groups B and B 'described below.
Die Zahl der hydrophilen Gruppen HG am Polymerisat hängt vom Solvatationsvermögen und der sterischen Zugänglichkeit der Gruppen HG ab und kann vom Fachmann ebenfalls in an sich bekannter Weise eingestellt werden.The number of hydrophilic groups HG on the polymer depends on the solvation capacity and the steric accessibility of the groups HG and can also be set by a person skilled in the art in a manner known per se.
Als Polymerrückgrat der Polymerisate können an sich beliebige Polymerisate eingesetzt werden, vorzugsweise solche mit gewichtsmittleren Molekulargewichten Mw von 500 bis 50.000 Dalton, besonders bevorzugt mit Molekulargewichten Mw von 700 bis 20.000 Dalton. Als Polymerrückgrat werden Poly(meth)acrylate eingesetzt. Die Polymerisate können linear, verzweigt oder dendritisch aufgebaut sein.As the polymer backbone of the polymers it is possible to use any desired polymers, preferably those having weight-average molecular weights Mw of from 500 to 50,000 daltons, more preferably having molecular weights Mw of from 700 to 20,000 daltons. The polymer backbone used are poly (meth) acrylates. The polymers can be linear, branched or dendritic.
Die Polymerisate sind vorzugsweise im sauren pH-Bereich hydrolysestabil, insbesondere bei pH-Werten < 5, besonders bevorzugt bei pH-Werten < 3.The polymers are preferably stable to hydrolysis in the acidic pH range, in particular at pH values <5, particularly preferably at pH values <3.
Als Liganden A, die Metallionen-koordinierende Gruppen enthalten, sind alle Gruppen oder Verbindungen geeignet, welche mit den bei der Korrosion des Substrats freigesetzten Metallionen Chelate bilden können. In der Regel sind die Liganden A statistisch im Polymerisat verteilt. Besonders bevorzugte Liganden enthalten
- – gegebenenfalls funktionalisierte Harnstoffe und/oder Thioharnstoffe, insbesondere Acylthioharnstoffe wie beispielsweise Benzoylthioharnstoff,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Amine und/oder Polyamine, wie insbesondere EDTA,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Amide, insbesondere Carbonsäureamide
- – Imine und Imide, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine,
- – Oxime, bevorzugt 1,2-Dioxime wie funktionalisiertes Diacetyldioxim,
- – Organoschwefelverbindungen, wie insbesondere gegebenenfalls funktionalisierte Thiole wie Thioethanol, Thiocarbonsäuren, Thioaldehyde, Thioketone, Dithiocarbamate, Sulfonamide, Thioamide und besonders bevorzugt Sulfonate,
- – Organophosphorverbindungen, wie insbesondere Phosphate, besonders bevorzugt Phosphorsäureester von (Meth)acrylaten, sowie Phosphonate, besonders bevorzugt Vinylphosphonsäure und hydroxy-, amino- und amidofunktionalisierte Phosphonate,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Organoborverbindungen, wie insbesondere Borsäureester,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Polyalkohole, wie insbesondere Kohlenhydrate und deren Derivate sowie Chitosane,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Säuren, wie insbesondere Di- und/oder oligofunktionelle Säuren, oder gegebenenfalls funktionalisierte (Poly)carbonsäuren, wie insbesondere Carbonsäuren, die ionisch und/oder koordinativ an Metallzentren gebunden werden können, bevorzugt (Poly)methacrylate mit Säuregruppen oder di- oder oligofunktionelle Säuren,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Carbene,
- – Acetylacetonate,
- – Gegebenenfalls funktionalisierte Heterocyclen, wie Chinoline, Pyridine, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine, Pyrimidine Pyrrole, Furane, Thiophene, Imidazole, Benzimidazole, bevorzugt Mercaptobenzimidazole, Benzthiazole, Oxazole, Thiazol, Pyrazole oder auch Indole,
- – gegebenenfalls funktionalisierte Acetylene, sowie
- – Phytinsäure und deren Derivate.
- Optionally functionalized ureas and / or thioureas, especially acylthioureas such as benzoylthiourea,
- Optionally functionalized amines and / or polyamines, in particular EDTA,
- - Optionally functionalized amides, especially carboxylic acid amides
- Imines and imides, in particular imin-functionalized pyridines,
- Oximes, preferably 1,2-dioximes, such as functionalized diacetyldioxime,
- Organosulfur compounds, in particular optionally functionalized thiols such as thioethanol, thiocarboxylic acids, thioaldehydes, thioketones, dithiocarbamates, sulfonamides, thioamides and particularly preferably sulfonates,
- Organophosphorus compounds, in particular phosphates, more preferably phosphoric acid esters of (meth) acrylates, and also phosphonates, particularly preferably vinylphosphonic acid and hydroxy-, amino- and amido-functionalized phosphonates,
- Optionally functionalized organoboron compounds, in particular boric acid esters,
- Optionally functionalized polyalcohols, in particular carbohydrates and derivatives thereof, and chitosans,
- - Optionally functionalized acids, such as in particular di- and / or oligofunctional acids, or optionally functionalized (poly) carboxylic acids, in particular carboxylic acids which can be bound ionically and / or coordinately to metal centers, preferably (poly) methacrylates with acid groups or di- or oligofunctional acids,
- Optionally functionalized carbenes,
- Acetylacetonates,
- Optionally functionalized heterocycles, such as quinolines, pyridines, in particular imin-functionalized pyridines, pyrimidines, pyrroles, furans, thiophenes, imidazoles, benzimidazoles, preferably mercaptobenzimidazoles, benzothiazoles, oxazoles, thiazoles, pyrazoles or also indoles,
- - optionally functionalized acetylenes, as well
- - phytic acid and its derivatives.
Als vernetzende funktionelle Gruppen B am Polymerisat sind solche geeignet, die mit sich selbst und/oder mit komplementären funktionellen Gruppen B' kovalente Bindungen ausbilden können. In der Regel sind die vernetzenden funktionellen Gruppen B statistisch über das Polymerisat verteilt. Bevorzugt werden die kovalenten Bindungen thermisch und/oder durch Einwirkung von Strahlung ausgebildet. Besonders bevorzugt werden die kovalenten Bindungen thermisch ausgebildet. Die vernetzenden funktionellen Gruppen B und B' bewirken die Ausbildung eines intermolekularen Netzwerks zwischen den Molekülen des Polymerisats.Suitable crosslinking functional groups B on the polymer are those which can form covalent bonds with themselves and / or with complementary functional groups B '. As a rule, the crosslinking functional groups B are randomly distributed over the polymer. The covalent bonds are preferably formed thermally and / or by the action of radiation. Particularly preferably, the covalent bonds are formed thermally. The crosslinking functional groups B and B 'cause the formation of an intermolecular network between the molecules of the polymer.
Thermisch vernetzende funktionelle Gruppen B können mit sich selbst oder vorzugsweise mit komplementären vernetzenden funktionellen Gruppen B' unter Einwirkung von thermischer Energie kovalente Bindungen ausbilden.Thermally crosslinking functional groups B can form covalent bonds with themselves or preferably with complementary crosslinking functional groups B 'under the influence of thermal energy.
Besonders gut geeignete thermisch vernetzende funktionelle Gruppen B und B' sind
- – besonders bevorzugt Hydroxylgruppen
- – Mercapto- und Aminogruppen,
- – Aldehydgruppen,
- – Azidgruppen,
- – Säuregruppen, insbesondere Carbonsäuregruppen,
- – Säureanhydridgruppen, insbesondere Carbonsäureanhydridgruppen,
- – Säureestergruppen, insbesondere Carbonsäureestergruppen,
- – Ethergruppen,
- – besonders bevorzugt Carbamatgruppen,
- – Harnstoffgruppen,
- – Epoxidgruppen,
- – besonders bevorzugt Isocyanatgruppen, welche ganz besonders bevorzugt mit Blockierungsmitteln umgesetzt sind, welche bei den Einbrenntemperaturen der Beschichtungsmittel deblockieren und in das sich bildende Netzwerk eingebaut werden.
- - Particularly preferably hydroxyl groups
- Mercapto and amino groups,
- - aldehyde groups,
- - azide groups,
- Acid groups, in particular carboxylic acid groups,
- Acid anhydride groups, in particular carboxylic anhydride groups,
- Acid ester groups, in particular carboxylic acid ester groups,
- Ether groups,
- Particularly preferably carbamate groups,
- - urea groups,
- - epoxide groups,
- Particularly preferably, isocyanate groups which are very particularly preferably reacted with blocking agents which deblock at the stoving temperatures of the coating compositions and are incorporated into the forming network.
Besonders bevorzugte Kombinationen aus thermisch vernetzenden Gruppen B und komplementären Gruppen B' sind:
- – Hydroxylgruppen mit Isocyanat- und/oder Carbamatgruppen,
- – Aminogruppen mit Isocyanat- und/oder Carbamatgruppen,
- – Carbonsäuregruppen mit Epoxidgruppen.
- Hydroxyl groups with isocyanate and / or carbamate groups,
- Amino groups with isocyanate and / or carbamate groups,
- - Carboxylic acid groups with epoxide groups.
Besonders bevorzugte Polymerisate enthalten Mischpolymerisate, herstellbar durch ein- oder mehrstufige, radikalische Copolymerisation im wässrigen Medium von
- a) mindestens einem olefinisch ungesättigten Monomer (a) mit einer Metallionenkoordinierenden Gruppe,
- b) mindestens einem vom Monomer (a) verschiedenen olefinisch ungesättigten Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B,
- c) Diphenyletyhlen und
- d) gegebenenfalls mindestens einem von den olefinisch ungesättigten Monomeren (a), (b) und (c) verschiedenen olefinisch ungesättigten Monomer der allgemeinen Formel I
R1R2C=CR3R4 (I)
- a) at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group,
- b) at least one olefinically unsaturated monomer (b) other than monomer (a) having a crosslinking group B,
- c) diphenylethyls and
- d) if appropriate at least one of the olefinically unsaturated monomers (a), (b) and (c) different olefinically unsaturated monomer of the general formula I.
R 1 R 2 C = CR 3 R 4 (I)
Geeignete hydrophile Monomere, die sowohl als Monomer (a) als auch als Monomere (b) geeignet sein können, enthalten mindestens eine hydrophile Gruppe HG, die bevorzugt aus der Gruppe, bestehend aus Sulfat-, Sulfonat-, Sulfonium-, Phosphat-, Phosphonat-, Phosphonium-, Ammonium- und/oder Carboxylatgruppen sowie Hydroxyl-, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Amin-, Amidgruppen und/oder oligo- oder polyalkoxy-Substituenten, wie vorzugsweise ethoxylierte oder propoxylierte Substituenten, welche mit weiteren Gruppen verethert sein können, ausgewählt sind. Beispiele gut geeigneter hydrophiler Monomere sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure und deren Salze, bevorzugt Acrylsäure und Methacrylsäure, olefinisch ungesättigte Sulfon-, Schwefel-, Phosphor- oder Phosphonsäuren, deren Salze und/oder deren Teilester. Weiterhin gut geeignet sind olefinisch unsgesättigte Sulfonium- und Phosphoniumverbindungen. Weiterhin gut geeignet sind Monomere, die mindestens eine Hydroxylgruppe oder Hydroxymethylaminogruppe pro Molekül tragen und im wesentlichen säuregruppenfrei sind, wie insbesondere Hydroxyalkylester von alpha, beta-olefinisch ungesättigten Carbonsäuren, wie Hydroxyalkylester der Acrylsäure, Methacrylsäure und Ethacrylsäure, in denen die Hydroxyalkylgruppe bis zu 20 Kohlenstoffatome enthält, wie bevorzugt 2-Hydroxyethyl-, 2-Hydroxypropyl-, 3-Hydroxypropyl-, 3-Hydroxybutyl-, 4-Hydroxybutylacrylat, -methacrylat, Formaldehydaddukte von Aminoalkylestern von alpha, beta-olefinisch ungesättigten Carbonsäuren und von alpha, beta-ungesättigten Carbonsäureamiden, wie N-Methylol- und N,N-Dimethylol-aminoethylacrylat, -aminoethylmethacrylat, -acrylamid und -methacrylamid. Als Amingruppen-haltige Monomere sind geeignet: 2-Aminoethylacrylat und -methacrylat, N-Methyl- und N,N-Dimethyl-aminoethylacrylat, oder Allylamin. Als Amidgruppenhaltige Monomere werden bevorzugt Amide von alpha, beta-olefinisch ungesättigten Carbonsäuren, wie (Meth)Acrylsäureamid, bevorzugt N-Methyl- oder N,N-Dimethyl(meth)acrylsäureamid, eingesetzt. Als ethoxylierte oder propoxylierte Monomere werden bevorzugt Acryl- und/oder Methacrylsäureester von Polyethylenoxid- und/oder Polypropylenoxid-Einheiten eingesetzt, deren Kettenlänge vorzugsweise zwischen 2 und 20 Ethylenoxid- oder Propylenoxid-Bausteinen beträgt.Suitable hydrophilic monomers, which may be suitable both as monomer (a) and as monomers (b), contain at least one hydrophilic group HG, which preferably consists of the group consisting of sulfate, sulfonate, sulfonium, phosphate, phosphonate -, phosphonium, ammonium and / or carboxylate groups and hydroxyl, primary, secondary and / or tertiary amine, amide and / or oligo- or polyalkoxy substituents, such as preferably ethoxylated or propoxylated substituents which may be etherified with other groups selected. Examples of suitable hydrophilic monomers are acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid and salts thereof, preferably acrylic acid and methacrylic acid, olefinically unsaturated sulfonic, sulfuric, phosphoric or phosphonic acids, their salts and / or their partial esters. Also suitable are olefinically unsaturated sulfonium and phosphonium compounds. Also very suitable are monomers which carry at least one hydroxyl group or hydroxymethylamino group per molecule and are essentially free from acid groups, in particular hydroxyalkyl esters of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids, such as hydroxyalkyl esters of acrylic acid, methacrylic acid and ethacrylic acid, in which the hydroxyalkyl group has up to 20 carbon atoms contains, as preferred, 2-hydroxyethyl, 2-hydroxypropyl, 3-hydroxypropyl, 3-hydroxybutyl, 4-hydroxybutyl acrylate, methacrylate, formaldehyde adducts of aminoalkyl esters of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids and alpha, beta-unsaturated carboxylic acid amides such as N-methylol and N, N-dimethylol aminoethyl acrylate, aminoethyl methacrylate, acrylamide and methacrylamide. Suitable amine group-containing monomers are: 2-aminoethyl acrylate and methacrylate, N-methyl and N, N-dimethyl-aminoethyl acrylate, or allylamine. As amide group-containing monomers are preferably amides of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids, such as (meth) acrylic acid amide, preferably N-methyl or N, N-dimethyl (meth) acrylamide used. Preferred ethoxylated or propoxylated monomers are acrylic and / or methacrylic acid esters of polyethylene oxide and / or polypropylene oxide units whose chain length is preferably between 2 and 20 ethylene oxide or propylene oxide building blocks.
Vorteilhafte Beispiele gut geeigneter Monomere (a) sind olefinisch ungesättigte Monomere, welche die vorstehend beschriebenen Liganden A als Substituenten aufweisen. Beispiele geeigneter Monomerer (a) sind Ester und/oder die Amide der Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure, insbesondere der Acryl- und/oder der Methacrylsäure, welche die Liganden A in Ester- und/oder Amidrest aufweisen. Als Liganden A werden bevorzugt gegebenenfalls funktionalisierte Harnstoff und/oder Thioharnstoffsubtituenten, gegebenenfalls funktionalisierte Am in- und/oder Polyaminsubtiuenten, Imin- und Imidsubstituenten, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine, Oximsubstituenten, bevorzugt 1,2-Dioxime wie funktionalisiertes Diacetyldioxim, Organoschwefelsubstituenten, wie insbesondere ableitbar aus gegebenenfalls funktionalisierten Thiolen wie Thioethanol, Thiocarbonsäuren, Thioaldehyde, Thioketone, Dithiocarbamate, Sulfonamide, Thioamide und besonders bevorzugt Sulfonate, Organophosphorsubstituenten, wie insbesondere ableitbar aus Phosphaten, besonders bevorzugt Phosphorsäureestern von (Meth)acrylaten, sowie Phosphonaten, besonders bevorzugt Vinylphosphonsäuren und hydroxy-, amino- und amidofunktionalisierte Phosphonaten, gegebenenfalls funktionalisierte Organoborsubstituenten, wie insbesondere ableitbar von Borsäureestern, gegebenenfalls funktionalisierte Polyalkoholsubstituenten, wie insbesondere ableitbar aus Kohlenhydraten und deren Derivaten sowie Chitosanen, gegebenenfalls funktionalisierte Säuresubstituenten, wie insbesondere ableitbar aus di- und/oder oligofunktionellen Säuren, oder gegebenenfalls funktionalisierten (Poly)carbonsäuren, wie insbesondere Carbonsäuren, die ionisch und/oder koordinativ an Metallzentren gebunden werden können, bevorzugt (Poly)methacrylate mit Säuregruppen oder di- oder oligofunktionelle Säuren, Substutuenten mit gegebenenfalls funktionalisierten Carbene, Acetylacetonaten, gegebenenfalls funktionalisierte Acetylene, sowie Phytinsäuren und deren Derivate.Advantageous examples of suitable monomers (a) are olefinically unsaturated monomers which have the above-described ligands A as substituents. Examples of suitable monomers (a) are esters and / or the amides of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, in particular of acrylic and / or methacrylic acid, which have the ligands A in the ester and / or amide radical , Preferred ligands A are optionally functionalized urea and / or thiourea substituents, optionally functionalized amine and / or polyamine subtituents, imine and imide substituents, in particular imin-functionalized pyridines, oxime substituents, preferably 1,2-dioximes such as functionalized diacetyldioxime, organo-sulfur substituents, in particular derivable from optionally functionalized thiols such as thioethanol, thiocarboxylic acids, thioaldehydes, thioketones, dithiocarbamates, sulfonamides, thioamides and particularly preferably sulfonates, organophosphorus substituents, in particular derivable from phosphates, more preferably phosphoric acid esters of (meth) acrylates, and phosphonates, more preferably vinylphosphonic acids and hydroxy, amino- and amido-functionalized phosphonates, optionally functionalized organoboron substituents, such as in particular derivable from boric acid esters, optionally functionalized polyalcohol substituents, w ie in particular derivable from carbohydrates and derivatives thereof as well as chitosans, optionally functionalized acid substituents, in particular derivable from di- and / or oligofunctional acids, or optionally functionalized (poly) carboxylic acids, in particular carboxylic acids, which can be bound ionically and / or coordinately to metal centers , Preferred (poly) methacrylates with acid groups or di- or oligofunctional acids, substituents with optionally functionalized carbenes, acetylacetonates, optionally functionalized acetylenes, and phytic acids and derivatives thereof.
Vorteilhafte Beispiele gut geeigneter Monomerer (b) sind olefinisch ungesättigte Monomere, welche die vorstehend beschriebenen Gruppen B als Substituenten aufweisen. Beispiele geeigneter Monomerer (b) sind Ester und/oder die Amide der Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure, insbesondere der Acryl- und/oder der Methacrylsäure, welche die vernetzenden Gruppen B in Ester- und/oder Amidrest aufweisen. Als vernetzende Gruppen B werden besonders bevorzugt Hydroxylgruppen, sowie beispielsweise Mercapto- und Aminogruppen, Aldehydgruppen, Azidgruppen, Säuregruppen, insbesondere Carbonsäuregruppen, Säureanhydridgruppen, insbesondere Carbonsäureanhydridgruppen, Säureestergruppen, insbesondere Carbonsäureestergruppen, Ethergruppen, besonders bevorzugt Carbamatgruppen, beispielsweise Harnstoffgruppen, Epoxidgruppen, sowie besonders bevorzugt Isocyanatgruppen, welche ganz besonders bevorzugt mit Blockierungsmitteln umgesetzt sind, welche bei den Einbrenntemperaturen der Beschichtungsmitteln deblockieren und in das sich bildende Netzwerk eingebaut werden.Advantageous examples of well-suited monomers (b) are olefinically unsaturated monomers which have the above-described groups B as substituents. Examples of suitable monomers (b) are esters and / or the amides of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, in particular of acrylic and / or methacrylic acid, which contain the crosslinking groups B in the ester and / or amide radical exhibit. Particularly preferred crosslinking groups B are hydroxyl groups, and also, for example, mercapto and amino groups, aldehyde groups, azide groups, acid groups, especially carboxylic acid groups, acid anhydride groups, especially carboxylic acid anhydride groups, acid ester groups, especially carboxylic acid ester groups, ether groups, more preferably carbamate groups, for example urea groups, epoxide groups, and particularly preferably isocyanate groups which are most preferably reacted with blocking agents which deblock at the baking temperatures of the coating agents and are incorporated into the forming network.
Die Monomeren (a) sind solchermassen im Polymerisat angeordnet, dass sich der schon beschriebene Gradient der hydrophilen Gruppen HG entlang der Polymerhauptkette ergibt. Dies ergibt sich in der Regel durch die spezifischen Copolymerisationsparameter der unterschiedlichen Monomeren (a), (b), (c), und gegebenenfalls (d) im wässrigen Reaktionsmedium. Die vorgenannten Monomeren (a) und (b) sind vorzugsweise statistisch entlang der Polymerhauptkette angeordnet. Aus den vorstehenden Aufführung der beispielhaft genannten Monomeren (a) und (b) geht hervor, dass die hydrophilen Gruppen HG, die Liganden A sowie die vernetzenden Gruppen B teilweise oder völlig identisch sein können. In diesem Fall weisen dann auch die Liganden A und die vernetzenden funktionellen Gruppen B in der Regel einen Gradienten entlang der Polymerhauptkette auf.The monomers (a) are arranged in the polymer in such a way that the already described gradient of the hydrophilic groups HG results along the main polymer chain. This is usually due to the specific copolymerization parameters of the different monomers (a), (b), (c), and optionally (d) in the aqueous reaction medium. The aforementioned monomers (a) and (b) are preferably randomly arranged along the main polymer chain. From the above performance of the exemplified monomers (a) and (b) it is apparent that the hydrophilic groups HG, the ligands A and the crosslinking groups B can be partially or completely identical. In this case, then the Ligand A and the crosslinking functional groups B typically have a gradient along the polymer backbone.
Als Monomere (d), welche nur nicht unbedingt verwendet werden müssen, aber deren Verwendung vorteilhaft ist, werden Verbindungen der allgemeinen Formel I verwendet. In der allgemeinen Formel I stehen die Reste R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoffatome oder substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkylcycloalkyl-, Cycloalkylalkyl-, Aryl-, Alkylaryl-, Cycloalkylaryl- Arylalkyl- oder Arylcycloalkylreste, mit der Maßgabe, dass mindestens zwei der Variablen R1, R2, R3 und R4 für substituierte oder unsubstituierte Aryl-, Arylalkyl- oder Arylcycloalkylreste, insbesondere substituierte oder unsubstituierte Arylreste, stehen. Beispiele geeigneter Reste R1, R2, R3 und R4 sind des Weiteren beispielsweise in der
Beispiele für besonders bevorzugt verwendete Monomere (d) sind/Dinaphthalinethylen, cis- oder trans-Stilben, Vinyliden-bis(4-N,N-dimethylaminobenzol), Vinyliden-bis(4-aminobenzol) oder Vinyliden-bis(4-nitrobenzol).Examples of particularly preferably used monomers (d) are / dinaphthaleneethylene, cis or trans stilbene, vinylidene bis (4-N, N-dimethylaminobenzene), vinylidene bis (4-aminobenzene) or vinylidene bis (4-nitrobenzene) ,
Bei der Herstellung der Mischpolymerisate wird vorzugsweise die Mischung aller Monomere gleichzeitig in die Wasserphase eindosiert, wobei der Gradient an hydrophilen Gruppen entlang der Polymerkette durch die Ausbildung von Oligo- oder Polymeren mit anfangs hoher Konzentration an hydrophilen Gruppen entlang der Polymerkette einstellt und wobei im Laufe des weiteren Kettenwachstums die Zahl der hydrophilen Gruppen entlang der Polymerkette abnimmt. Das Konzentrationsgefälle der hydrophilen Gruppen entlang der Polymerkette kann auch über einen Zulauf von zeitlich und/oder räumlich unterschiedlichen Zusammensetzungen des Monomerengemischs aus (a), (b), (c) und gegebenenfalls (d) in an sich bekannter Weise realisiert werden. Bezüglich der Herstellung der Mischpolymerisate sei weiterhin auf die Lehren der
Vorteilhaft wird mindestens ein Polymer verwendet, das mindestens ein ungesättigtes Alkoxysilan-Monomer, vorzugsweise mindestens ein Vinylalkoxysilan-Monomer, insbesondere Triethoxyvinylsilan neben anderen Monomeren einpolymerisiert enthält. Der Einbau von Silan-haltigen Monomeren erhöht die Hafteigenschaften des Polymers, vor allem die Substrathaftung auf Metallen und Metalloxiden.Advantageously, at least one polymer is used which contains at least one unsaturated alkoxysilane monomer, preferably at least one vinylalkoxysilane monomer, in particular triethoxyvinylsilane, copolymerized in addition to other monomers. The incorporation of silane-containing monomers increases the adhesive properties of the polymer, especially the substrate adhesion to metals and metal oxides.
Vorteilhaft hat die wässrige Polymerdispersion einen Festkörperanteil von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 2 bis 3 Gew.-%.Advantageously, the aqueous polymer dispersion has a solids content of 1 to 10 wt .-%, preferably 1 to 5 wt .-%, in particular 2 to 3 wt .-%.
Es ist ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass keine ganzflächige Beschichtung des Substrates erfolgt, sondern selektiv die Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen beschichtet werden. Hierdurch wird eine erhebliche Materialeinsparung erzielt und trotzdem ein guter Korrosionsschutz erreicht. Die Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen sind in der Regel der Ausgangspunkt für Korrosion. Durch ihre Blockierung mittels der Abscheidung des Polymers wird ein guter Korrosionsschutz erhalten.It is a significant advantage of the present invention that no full-area coating of the substrate takes place, but rather that the grain boundaries and surface defect structures are selectively coated. As a result, a considerable saving of material is achieved while still achieving good corrosion protection. The grain boundaries and surface defect structures are usually the starting point for corrosion. By their blocking by means of the deposition of the polymer, a good corrosion protection is obtained.
Die Erfindung betrifft auch ein autophoretisches Beschichtungsmittel für das erfindungsgemäße Verfahren. Die Zusammensetzung des Beschichtungsmittels entspricht derjenigen, die in Zusammenhang mit der Beschreibung des Verfahrens beschrieben wurde.The invention also relates to an autodepositing coating composition for the process according to the invention. The composition of the coating agent corresponds to that which has been described in connection with the description of the method.
Die Erfindung betrifft auch eine Mehrschichtlackierung, die eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schicht und mindestens eine weitere Lackschicht, die auf der autophoretisch abgeschiedenen Schicht aufgebracht ist, umfasst.The invention also relates to a multi-layer coating which comprises a layer produced according to the method according to the invention and at least one further lacquer layer which is applied to the autodeposited layer.
Die Bestimmung des Festkörpergehaltes erfolgte bei 120°C für 60 Minuten. Was danach zurückgeblieben ist, entspricht dem Festkörper im untersuchten System.The determination of the solids content was carried out at 120 ° C for 60 minutes. What remained behind corresponds to the solid in the investigated system.
Die SEM(Scanning Electron Mircoscope)-Aufnahmen und das Element-Mapping mittels EDX (Energy Dispersive X-Ray Analysis) wurden mit einem handelüblichen SEM-Gerät durchgeführt. Die SEM-Aufnahmen wurden bei 3 kV mit einer Entfernung von 5 mm gemessen. Das Element-Mapping erfolgte bei 6 kV und einer Entfernung von 5 mm.SEM (Scanning Electron Mircoscope) images and Element Mapping by EDX (Energy Dispersive X-Ray Analysis) were performed with a commercial SEM instrument. The SEM images were measured at 3 kV with a distance of 5 mm. The element mapping was at 6 kV and a distance of 5 mm.
Das Potential-Mapping wurde mittels SKPFM (Scanning Kelvin Probe Force Microscope) mit einem handelsüblichen AFM-Gerät durchgeführt. Die Entfernung der AFM-Spitze zur Substratoberfläche betrug 100 nm bei einer Anregungsspannung von 500 mV und einer Frequenz von 60 bis 80 kHz.The potential mapping was performed by means of SKPFM (Scanning Kelvin Probe Force Microscope) with a commercially available AFM instrument. The removal of the AFM tip to the substrate surface was 100 nm at an excitation voltage of 500 mV and a frequency of 60 to 80 kHz.
Zahlenmittlere und gewichtsmittlere Molekulargewichte Mn und Mw wurden mittels GPC (Gel-Permeations-Chromatographie) in Tetrahydrofuran (THF) bei 25°C gegen Polystyrol als Standard gemessen. Number average and weight average molecular weights Mn and Mw were measured by GPC (gel permeation chromatography) in tetrahydrofuran (THF) at 25 ° C against polystyrene as standard.
Herstellungsbeispiel von Polymerdispersionen P1-P3Preparation example of polymer dispersions P1-P3
In einem 2000-ml-Glasreaktor mit Ankerrührer werden die Positionen der ersten Reaktionsstufe vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 70°C erwärmt. Nach Erreichen der Temperatur wird über einen Zeitraum von 20 Min. die Initiatorlösung zugegeben und die Temperatur für weitere 2,5 Stunden konstant gehalten.The positions of the first reaction stage are placed in a 2000 ml glass reactor with anchor stirrer and heated to 70 ° C. under a nitrogen atmosphere. After reaching the temperature, the initiator solution is added over a period of 20 min. And the temperature is kept constant for a further 2.5 hours.
Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf 90°C erwärmt und nach Erreichen dieser Reaktionstemperatur das Monomergemisch der zweiten Stufe über einen Zeitraum von 2 Stunden zugegeben. Die Nachreaktionszeit beträgt bei 90°C weiter 2 Stunden. Die Zusammensetzung der einzelnen Stufen ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Die Angaben bedeuten Gewichtsanteile. Tabelle 1:
Polymerdispersion P1 hat ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 58000 Dalton und gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw von 110000 Dalton.Polymer dispersion P1 has a number average molecular weight Mn of 58,000 daltons and weight average molecular weight Mw of 110,000 daltons.
Herstellungsbeispiel für ein vorbehandeltes Substrat SKProduction example of a pretreated substrate SK
Das Substrat, ein feuerverzinktes Stahlblech (HDG-Stahl DX 53D + Z 100 NA 0.6 mm von Voestalpine AG, Linz, Österreich), wird in einem dreistufigem Lösemittelreinigungsprozess entfettet und gereinigt. Die Reinigung mit Tetrahydrofuran, Isorpropanol und Ethanol erfolgt für jeweils 10 Min im Ultraschallbad. Nach jedem Reinigungsschritt wird das Substrat im Stickstoffstrom getrocknet.The substrate, a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel DX 53D + Z 100 NA 0.6 mm from Voestalpine AG, Linz, Austria), is degreased and cleaned in a three-stage solvent cleaning process. Purification with tetrahydrofuran, isopropanol and ethanol is carried out for 10 min in an ultrasonic bath. After each purification step, the substrate is dried in a stream of nitrogen.
Herstellungsbeispiel für ein vorbehandeltes Substrat SFProduction example for a pretreated substrate SF
Das Substrat, ein feuerverzinktes Stahlblech (HDG-Stahl DX 53D + Z 100 NA 0.6 mm von Voestalpine AG, Linz, Österreich), wird 5 Min bei 55°C in einer alkalischen Reinigungslösung (Ridoline C72 von Henkel) gereinigt und danach mit destilliertem Wasser abgespült.The substrate, a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel DX 53D + Z 100 NA 0.6 mm from Voestalpine AG, Linz, Austria) is cleaned for 5 min at 55 ° C in an alkaline cleaning solution (Ridoline C72 from Henkel) and then with distilled water rinsed.
Herstellungsbeispiel für eine autophoretische Beschichtung an den Korngrenzen und Oberflächendefekten eines Substrates BK1-BK3Production Example of Autophoretic Coating at the Grain Boundaries and Surface Defects of a BK1-BK3 Substrate
Zur Abscheidung der Polymerdispersionen P1 bis P3 wurden die Dispersionen mittel 0,1 n HNO3 jeweils auf einen Feskörperanteil von 2,5 Gew.-% und einen pH-Wert von 2,5 eingestellt. Durch Eintauchen des Substrat SK in die Polymerdispersionen P1 bis P3 für 30 s wurden die an den Korngrenzen und Oberflächendefekten autophoretisch beschichteten Substrate BK1-BK3 erhalten.For the deposition of the polymer dispersions P1 to P3, the dispersions were adjusted by means of 0.1 N HNO 3 in each case to a solids content of 2.5% by weight and a pH of 2.5. By immersing the substrate SK in the polymer dispersions P1 to P3 for 30 seconds, the substrates BK1-BK3 autophoretically coated at the grain boundaries and surface defects were obtained.
Vergleichsbeispiel für eine flächendeckende autophoretische Beschichtung BF1-BF2 Comparative example for a comprehensive autophoretic coating BF1-BF2
Zur Abscheidung der Polymerdispersionen P1 und P2 wurden die Dispersionen mittel 0,1 n HNO3 jeweils auf einen Festkörperanteil von 2,5 Gew.-% und einen pH-Wert von 2,5 eingestellt. Durch Eintauchen des Substrat SF in die Polymerdispersionen P1 bis P3 für 30 s.For the deposition of the polymer dispersions P1 and P2, the dispersions were adjusted to a solids content of 2.5% by weight and a pH of 2.5 using 0.1 N HNO 3 in each case. By immersing the substrate SF in the polymer dispersions P1 to P3 for 30 s.
Korrosionstest 1 mit dem Salzsprühnebeltest (DIN EN ISO 9227)Corrosion test 1 with the salt spray test (DIN EN ISO 9227)
Für den Salzsprühnebeltest wurden die autophoretisch beschichteten Substrate BK1, BK2, BF1 und BF2 jeweils mit dem CoilCoating-Primer Coiltec Universal P CF von BASF Coatings AG beschichtet. Die Schichtdicke des Primers beträgt in allen Fällen 10 μm. Die Härtung erfolgte bei 230°C für 30 s.For the salt spray test, the autodeposited substrates BK1, BK2, BF1 and BF2 were each coated with the Coiltec Universal P CF Coil Coating Primer from BASF Coatings AG. The layer thickness of the primer is 10 μm in all cases. The curing was carried out at 230 ° C for 30 s.
Als Referenz R1 wurde ein Blech des Substrates S nur mit dem CC-Primer in einer Schichtdicke von 10 μm beschichtet, ohne das vorher eine Korrosionsschicht aufgebracht wurde.As reference R1, a sheet of the substrate S was coated only with the CC primer in a layer thickness of 10 microns, without the previously applied a corrosion layer.
Der Salzsprühnebeltest wurde nach
Die Auswertung erfolgte in Abwandlung von der DIN, da die Unterwanderung nicht an zehn zufälligen Stellen entlang des Ritzes gemessen wurde, sondern an den 10 größten Unterwanderungen. In der folgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse angegeben. Tabelle 1:
Korrosionstest 2 mit dem Salzsprühnebeltest (DIN EN ISO 9227)Corrosion test 2 with the salt spray test (DIN EN ISO 9227)
Für den Salzsprühnebeltest an BK3 wurde das autophoretisch beschichtete Substrat BK3 zuerst mit dem CoilCoating-Primer Coiltec Universal P CF von BASF Coatings AG mit einer Schichtdicke von 5 μm beschichtet und anschließend mit einem Decklack (CD33-0649) der Schichtdicke 20 μm beschichtet. Bei der Härtung betrug die PMT (peak metall temperature) 245°C.For the salt spray test on BK3, the autodeposited substrate BK3 was first coated with the Coilcoating Primer Coiltec Universal P CF from BASF Coatings AG with a layer thickness of 5 μm and then coated with a topcoat (CD33-0649) of the
Als Referenz R2 wurde der gleiche Zweischichtlackaufbau wie für BK3 direkt auf ein Blech des Substrates SK aufgebracht. Der Salzsprühnebeltest wurde nach
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R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20120417 |