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HINWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung Nr. 61/773,373, eingereicht am 6. März 2013.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzung, umfassend eine reaktive Isocyanat-Komponente und ein Polyisocyanat-Härtungsmittel. Die Beschichtungs-Zusammensetzung dieser Erfindung kann insbesondere als Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung in einem Verfahren zur Erzeugung einer Mehrschicht-Beschichtung verwendet werden, wobei das Verfahren insbesondere zum Beschichten von Fahrzeug-Karosserien und Fahrzeugkarosserie-Teilen verwendet werden kann.
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HINTERGRUND
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Auf Aspartat basierende Beschichtungs-Zusammensetzungen sind auf dem Fachgebiet gut bekannt. Zum Beispiel beschreibt
EP 0403921 Beschichtungs-Zusammensetzungen mit Bindemitteln, die auf einer Polyisocyanat-Komponente und einer Isocyanat-reaktiven Komponente, enthaltend spezielle sekundäre Polyamine, basieren. Diese sekundären Polyamine werden auch Polyasparaginsäureester genannt und basieren auf Reaktionsprodukten von primären Polyaminen und Diestern von Malein- und/oder Fumarsäure.
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EP 0470461 beschreibt auch Beschichtungs-Zusammensetzungen für Kraftfahrzeug-Nacharbeitungs-Anwendungen, enthaltend eine Polyisocyanat-Komponente und ein Isocyanat-reaktives sekundäres Diamin, hergestellt aus 3,3'-Dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexylmethan und Maleinsäure-diethylester. Die Isocyanat-reaktive Komponente enthält weiterhin ein Hydroxyl-funktionelles Bindemittel, bestehend aus Poly(meth)acrylaten oder Gemischen von Poly(meth)acrylaten und Polyesterpolyolen.
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Ein Nachteil der vorstehenden, auf Aspartat basierenden Beschichtungs-Zusammensetzungen besteht darin, dass, obwohl sie schnelle Härtungszeiten besitzen, sie keine hinreichende Topfzeit für bestimmte Anwendungen liefern, d. h. die Viskosität von jenen Zusammensetzungen steigt nach Mischen der Komponenten und vor der Auftragung der Beschichtungs-Zusammensetzung auf ein Substrat an. Weiterhin verursachen jene auf Aspartaten und Blends von Polyolen und Aspartaten basierenden Beschichtungs-Zusammensetzungen in dem Gefäß und nach Vermischen mit dem Polyisocyanat Vergilben und liefern keine annehmbare Zwischenschicht-Anhaftung in einer Mehr-Schicht-Struktur. Beschichtungen von Aspartat, enthaltend Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen, mangelt es insbesondere an hinreichender Anhaftung an pigmentierten Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasser-Basis. Ein weiterer Nachteil der vorstehenden Beschichtungs-Zusammensetzungen und der erhaltenen Beschichtungen ist schlechte Beständigkeit gegen Alkohole.
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Weiterhin offenbart
WO 2010/112157 Polyaspartate und Silan-funktionelle Polyisocyanate enthaltende, antikorrosive Grundierungen.
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WO 2009/086026 offenbart eine transparente organische Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung auf Lösungsmittel-Basis, umfassend mindestens ein Bindemittel mit funktionellen Gruppen, enthaltend aktiven Wasserstoff, insbesondere Hydroxyl-Gruppen, mindestens ein Polyisocyanat-Vernetzungsmittel mit freien Isocyanat-Gruppen und mindestens ein Epoxy-funktionelles Silan. Diese Beschichtungs-Zusammensetzungen zeigen gute Anhaftungs-Eigenschaften. Insbesondere weist eine die Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung enthaltende Mehrschicht-Struktur hinreichende Zwischenschicht-Anhaftung, zum Beispiel auf einer Basislack-Schicht auf Wasser-Basis, auf. Diese Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen enthalten keine Isocyanat reaktiven Polyasparaginsäureester.
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Es war bis jetzt nicht möglich, eine befriedigende Lösung bereitzustellen, um die Anhaftung auf einem Substrat oder Zwischenschicht-Anhaftung von einer auf Asparaginsäureestern und Polyisocyanaten basierenden Zwei-Komponenten-Formulierung, die nicht gleichzeitig im Wesentlichen andere wichtige Beschichtungs-Eigenschaften, wie die Topfzeit, VOC-Gehalt (VOC = Flüchtige Organische Verbindung), Trocknungs-Eigenschaften, Stabilität und optische Eigenschaften der sich ergebenden Beschichtungen beeinflussen, zu verbessern.
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Somit ist es wünschenswert, Beschichtungs-Zusammensetzungen, insbesondere Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen, bereitzustellen, die die Nachteile von Zwei-Komponenten-Beschichtungssystemen des Standes der Technik nicht aufweisen. Insbesondere ist es wünschenswert, schnell härtende Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen mit annehmbarer Topfzeit bereitzustellen, die kein Vergilben in dem Gefäß nach Mischen und Vergilben der auf Aspartat basierenden Komponente bei Lagerung zeigen und die Beschichtungen mit sehr guter Feuchtigkeits-Beständigkeit und Anhaftungs-Eigenschaften ergeben, z. B. befriedigende Nass- und Trocken-Zwischenschicht-Anhaftung, insbesondere mit sehr guter Anfangs-Nass- und -Trocken-Anhaftung an einer vorangehenden Beschichtung, wie eine Schicht von einer Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasser-Basis. Außerdem sollen die Beschichtungs-Zusammensetzungen zu Beschichtungen mit sehr guter Beständigkeit gegen Alkohole führen. Außerdem werden andere Aufgaben, erwünschte Merkmale und Eigenschaften aus der anschließenden Zusammenfassung und Beschreibung im Einzelnen und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und diesem Hintergrund deutlich.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Beschichtungs-Zusammensetzung:
- (A) mindestens einen Polyasparaginsäureester,
- (B) mindestens ein Polyisocyanat-Vernetzungsmittel mit freien Isocyanat-Gruppen, und
- (C) mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Alkoxysilan-Gruppe und mindestens einer Epoxy-Gruppe.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG IM EINZELNEN
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Die nachstehende Beschreibung im Einzelnen ist in ihrer Beschaffenheit nur beispielhaft und ist nicht vorgesehen, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu begrenzen. Weiterhin besteht keine Absicht durch irgendeine Theorie in dem vorangehenden Hintergrund der Erfindung oder die nachstehende Beschreibung im Einzelnen gebunden zu sein.
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Es wird Wert darauf gelegt, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die zur Klarheit vorstehend und nachstehend in dem Zusammenhang mit getrennten Ausführungsformen beschrieben werden, auch in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform bereitgestellt werden können. Umgekehrt können auch verschiedene Merkmale der Erfindung, die der Kürze halber in dem Zusammenhang mit einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, auch getrennt oder in beliebiger Unter-Kombination bereitgestellt werden. Außerdem können Bezüge in der Einzahl auch die Mehrzahl einschließen (zum Beispiel kann sich ”ein” und ”eine” auf ein oder ein oder mehrere beziehen), sofern der Zusammenhang ausdrücklich nichts anderes ausweist.
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Der hier und hierin anschließend verwendete Begriff (Meth)acryl sollte in der Bedeutung von Methacryl und/oder Acryl aufgefasst werden.
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Sofern nicht anders ausgewiesen, werden alle Molekulargewichte (sowohl Zahlen- als auch Gewichts-mittleres Molekulargewicht), auf die sich hierin bezogen wird, durch GPC (Gel-Permeations-Chromatographie) unter Verwendung von Polystyrol als dem Standard und Tetrahydrofuran als dem Elutionsmittel der flüssigen Phase bestimmt.
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Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasser-Basis sind Beschichtungs-Zusammensetzungen, wobei Wasser als Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel beim Herstellen und/oder Auftragen der Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet wird. Gewöhnlich können Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasser-Basis zum Beispiel 30 bis 90 Gew.-% Wasser, basierend auf der gesamten Menge der Beschichtungs-Zusammensetzung, und gegebenenfalls bis zu 30 Gew.-% vorzugsweise unter 15 Gew.-% von organischen Lösungsmitteln, basierend auf der gesamten Menge der Beschichtungs-Zusammensetzung, enthalten.
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Organische Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Lösungsmittel-Basis sind Beschichtungs-Zusammensetzungen, wobei organische Lösungsmittel als Lösungsmittel oder Verdünner beim Herstellen und/oder Auftragen der Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet werden. Gewöhnlich enthalten Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Lösungsmittel-Basis zum Beispiel 10 bis 90 Gew.-% organische Lösungsmittel, basierend auf der gesamten Menge der Beschichtungs-Zusammensetzung.
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Die Topfzeit ist die Zeit, in welcher einmal die gegenseitig reaktiven Komponenten einer Beschichtungs-Zusammensetzung vermischt wurden, wobei die Beschichtungs-Zusammensetzung noch in geeigneter Weise verarbeitet oder aufgetragen werden kann und Beschichtungen von unverminderter Qualität können erreicht werden.
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Die Beschichtungs-Zusammensetzung ist eine Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzung, d. h. die Komponenten, die zueinander reaktiv sind, nämlich der Polyasparaginsäureester (A) und das Polyisocyanat-Vernetzungsmittel (B), müssen getrennt voneinander vor der Auftragung gelagert werden, um eine vorzeitige Reaktion zu vermeiden. Im Allgemeinen können Komponente (A) und Polyisocyanat-Komponente (B) nur kurz vor der Auftragung zusammen vermischt werden. Der Begriff ”kurz vor der Auftragung” ist dem Fachmann gut bekannt. Der Zeitraum, in welchem die gebrauchsfertige Beschichtungs-Zusammensetzung vor der tatsächlichen Verwendung/Auftragung hergestellt werden kann, hängt z. B. von der Topfzeit der Beschichtungs-Zusammensetzung ab.
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Komponente (A)
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Die Beschichtungs-Zusammensetzung gemäß einer Ausführungsform umfasst mindestens einen Polyasparaginsäureester.
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Vorzugsweise entspricht der mindestens eine Polyasparaginsäureester der Formel (I):
Formel (I), worin X eine n-wertige organische Gruppe, vorzugsweise eine zweiwertige Kohlenwasserstoff-Gruppe, erhalten durch Entfernung der Amino-Gruppen von einem primären Polyamin oder Polyetheramin, wiedergibt; R1 und R2 die gleichen oder verschiedene organische Gruppen sind, die gegen Isocyanat-Gruppen inert sind. R3, R4 und R5 die gleichen oder verschieden sind und Wasserstoff oder organische Gruppen wiedergeben, die zu Isocyanat-Gruppen inert sind, und n eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2, vorzugsweise 2 bis 4 und bevorzugter 2 wiedergibt. X gibt vorzugsweise eine zweiwertige Kohlenwasserstoff-Gruppe, erhalten durch Entfernung der Amino-Gruppen von den nachstehend erwähnten primären Polyaminen und Polyetheraminen wieder und gibt bevorzugter eine zweiwertige Kohlenwasserstoff-Gruppe, erhalten durch Entfernung der Amino-Gruppen von den nachstehend erwähnten bevorzugten primären Polyaminen, wieder. R1 und R2 die gleichen oder verschiedene Reste sind und vorzugsweise Methyl, Ethyl oder n-Butyl sind und R3, R4 und R5 vorzugsweise Wasserstoff sind.
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Eine organische Gruppe, die gegen Isocyanat-Gruppen inert ist, ist vorzugsweise eine organische Gruppe, die zu Isocyanat-Gruppen bei einer Temperatur von 150°C oder weniger inert ist. Polyasparaginsäureester von Formel (I) werden in bekannter Weise durch Umsetzen der entsprechenden primären Polyamine oder Polyetheramine, entsprechend der Formel X-(NH2)n mit gegebenenfalls substituierten Malein- oder Fumarsäureestern, entsprechend der Formel R1OOC-CR3=CR4-COOR2, hergestellt. X, R1, R2, R3, R4 und n haben die Bedeutung, wie vorstehend für Formel (I) definiert.
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Primäre Polyamine oder Polyetheramine sind zum Herstellen der Polyasparaginsäureester bevorzugt, wie jene, die ein vorteilhaftes Feststoffe/Viskositäts-Verhältnis ergeben, um die gewünschte VOC von 3,5 lbs/gal (420 Gramm/Liter) oder darunter der fertigen Formulierung zu ergeben. Ein molarer Überschuss von jenen Polyaminen oder Polyetheraminen kann auch mit Di- und Polyisocyanaten umgesetzt werden, um Amin endständige Harnstoffe oder Polyetherharnstoffe herzustellen, oder kann mit Isocyanat endständigen Polyestern, Polycarbonaten oder Polyethern, erhalten von den entsprechenden Polyester-, Polycarbonat- oder Polyether-di- oder -polyolen, und anschließender Umwandlung der endständigen Amin-Gruppen in einen Asparaginsäureester durch Reaktion mit einem Malein- und/oder Fumarsäureester, umgesetzt werden.
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Geeignete primäre Polyamine schließen Ethylendiamin, 1,2-Diaminopropan, 1,4-Diaminobutan, 1,3-Diaminopentan, 1,6-Diaminohexan, 2,5-Diamino-2,5-dimethylhexan, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethyl-1,6-diaminohexan, 1,11-Diaminoundecan, 1,12-Diaminododecan, 1,3- und 1,4-Cyclohexandiamin, 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexan, 2,4- und 2,6-Hexahydrotoluylendiamin, 2,4'- und 4,4'-Diamino-dicyclohexylmethan und 3,3'-Dialkyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethane, wie 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan und 3,3'-Diethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan, 2,4,4'-Triamino-5-methyldicyclohexylmethan, 2-Methyl-1,5-pentandiamin und 1,3- und 1,4-Xylylendiamin ein. Bevorzugte primäre Polyamine sind Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexan (IPDI), 2,4'- und 4,4'-Diamino-dicyclohexylmethan, 3,3'-Dialkyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethane, wie 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan und 2-Methyl-1,5-pentandiamin.
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Geeignete Polyetherpolyamine sind jene mit aliphatisch gebundenen primären Amino-Gruppen. Die Polyetherpolyamine können ein Molekulargewicht von 148 bis 6000 aufweisen. Beispiele für geeignete Polyetherpolyamine sind die Produkte, die unter der Handelsmarke JEFFAMINE® von Huntsman kommerziell erhältlich sind.
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Beispiele für gegebenenfalls substituierte Malein- oder Fumarsäureester, die zum Herstellen der Polyasparaginsäureester geeignet sind, schließen die Dimethyl-, Diethyl-, Dibutyl- (z. B. Di-n-butyl-, Di-s-butyl-, Di-t-butyl-), Diamyl-, Di-2-ethylhexylester und gemischte Ester, basierend auf Gemischen der vorstehend genannten und/oder anderen Alkyl-Gruppen; und die entsprechenden Malein- und Fumarsäureester, substituiert mit Methyl in der 2- und/oder 3-Position, ein. Die Dimethyl-, Diethyl- und Dibutylester von Maleinsäure sind bevorzugt, während die Diethylester besonders bevorzugt sind.
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Andere Diester, die verwendet werden können, sind jene, abgeleitet von cycloaliphatischen, bicycloaliphatischen und aromatischen Alkoholen, wie Cyclohexanol, Benzylalkohol und Isoborneol. Langkettige Monoalkohole, wie Etheralkohole, können auch verwendet werden, z. B. die Reaktionsprodukte von Monoalkyl-, Cycloalkyl- und Arylmonoalkoholen mit Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, wie Monobutylglycol, Monohexylglycol, Propylenglycolmonobutylether.
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Die Herstellung von Polyasparaginsäureester der Formel (I) aus den vorstehend erwähnten Ausgangsmaterialien kann zum Beispiel bei einer Temperatur von 0 bis 150°C unter Verwendung der Ausgangsmaterialien in solchen Verhältnissen, dass mindestens 1, vorzugsweise 1, olefinische Doppelbindung für jede primäre Amino-Gruppe vorliegt, ausgeführt werden. Überschuss von Ausgangsmaterialien kann durch Destillation nach der Reaktion entfernt werden. Die Reaktion kann Lösungsmittel-frei oder in Gegenwart von geeigneten organischen Lösungsmitteln, wie Alkoholen, Ethern, Acetaten und Ketonen, z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, n-Butylacetat, Butylglycol, Methylethylketon, Dioxan und Gemischen von solchen organischen Lösungsmitteln ausgeführt werden. Bevorzugte Lösungsmittel sind jene, die nicht mit Isocyanaten reaktiv sind.
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Komponente (B)
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Die Beschichtungs-Zusammensetzungen gemäß einer Ausführungsform umfassen Polyisocyanat-Vernetzungsmittel mit freien Isocyanat-Gruppen (Komponente B). Die Polyisocyanate können eine beliebige Zahl von organischen Polyisocyanaten mit aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch und/oder aromatisch gebundenen freien Isocyanat-Gruppen sein. Die Polyisocyanate sind bei Raumtemperatur flüssig oder werden durch die Zugabe von organischen Lösungsmitteln flüssig. Bei 23°C haben die Polyisocyanate im Allgemeinen eine Viskosität von 1 bis 3500 mPas, vorzugsweise von 5 bis 3000 mPas.
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Die bevorzugten Polyisocyanate sind Polyisocyanate oder Polyisocyanat-Gemische mit ausschließlich aliphatisch und/oder cycloaliphatisch gebundenen Isocyanat-Gruppen mit einer mittleren NCO-Funktionalität von 1,5 bis 6, vorzugsweise 2 bis 6.
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Beispiele für besonders geeignete Polyisocyanate sind jene, die als ”Anstrichstoff-Polyisocyanate”, basierend auf Hexamethylendiisocyanat (HDI), 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (IPDI) und/oder Bis(isocyanatocyclohexyl)-methan und die an sich bekannten Derivate, enthaltend Biuret-, Allophanat-, Urethan- und/oder Isocyanurat-Gruppen von diesen Diisocyanaten, bekannt sind. Typischerweise werden nach der Herstellung die Derivate von überflüssigem Stamm-Diisocyanat, vorzugsweise durch Destillation mit nur einem Rest-Gehalt von weniger als 0,5 Gew.-% befreit. Triisocyanate, wie Triisocyanatononan, können auch verwendet werden.
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Sterisch gehinderte Polyisocyanate sind auch geeignet. Beispiele für diese sind 1,1,6,6-Tetramethylhexamethylendiisocyanat, 1,5-Dibutyl-penta-methyldiisocyanat, p- oder m-Tetramethylxylylendiisocyanat und die geeignet hydrierten Homologen. Im Prinzip können Diisocyanate durch die gewöhnlichen Verfahren zu höher funktionellen Verbindungen, zum Beispiel durch Trimerisation oder durch Reaktion mit Wasser oder Polyolen, wie zum Beispiel Trimethylolpropan oder Glycerin, umgewandelt werden. Die Polyisocyanate können auch in Form von Isocyanat-modifizierten Harzen oder Isocyanat-funktionellen Vorpolymeren verwendet werden. Im Allgemeinen können die Polyisocyanate Isocyanurate, Uretdiondiisocyanate, Biuret-Gruppe-enthaltende Polyisocyanate, Urethan-Gruppe-enthaltende Polyisocyanate, Allophanat-Gruppe-enthaltende Polyisocyanate, Isocyanurat und Allophanat-Gruppe-enthaltende Polyisocyanate, Carbodiimid-Gruppe-enthaltende Polyisocyanate und Polyisocyanate, enthaltend Acylharnstoff-Gruppen, sein.
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Die Polyisocyanat-Vernetzungsmittel können einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die Polyisocyanat-Vernetzungsmittel sind jene, die in üblicher Weise in der Anstrichstoff-Industrie verwendet werden. Sie werden genauer in der Literatur beschrieben und sind auch kommerziell erhältlich. Die Isocyanat-Gruppen von Polyisocyanat-Vernetzungsmittel B) können teilweise blockiert sein. Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, enthaltend aktiven Wasserstoff zum Blockieren von NCO-Gruppen, sind bekannt. Beispiele für jene Blockierungsmittel sind aliphatische oder cycloaliphatische Alkohole, Dialkylaminoalkohole, Oxime, Lactame, Imide, Hydroxyalkylester und Ester von Malon- oder Acetessigsäure.
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Komponente (C)
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Die Beschichtungs-Zusammensetzung gemäß einer Ausführungsform umfasst mindestens eine Verbindung, enthaltend mindestens eine Alkoxysilan-Gruppe und mindestens eine Epoxy-Gruppe. Vorzugsweise ist die mindestens eine Verbindung, enthaltend mindestens eine Alkoxysilan-Gruppe und mindestens eine Epoxy-Gruppe, kein Polyasparaginsäureester und ist kein Polyisocyanat. Verbindungen C) können monomere, oligomere oder polymere Verbindungen sein. Beispiele für geeignete monomere, oligomere oder polymere Verbindungen C) sind jene Verbindungen mit mindestens einer Alkoxysilan-Gruppe entsprechend der Formel (II)
Formel (II) worin R6, R7, R8 die gleichen oder verschiedene organische Gruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoff-Atomen pro Molekül sind, mit der Maßgabe, dass mindestens einer der Reste R6, R7 und R8 eine Alkoxy-Gruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoff-Atomen ist.
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Monomere, polymere und oligomere Verbindungen C) enthalten zusätzlich zu der Alkoxysilan-Gruppe mindestens eine Epoxy-Gruppe.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die mindestens eine Verbindung C) mit mindestens einer Alkoxysilan-Gruppe und mindestens einer Epoxy-Gruppe eine monomere Verbindung, vorzugsweise eine Verbindung mit der allgemeinen Formel (III):
Formel (III), worin Z die Reste
wiedergibt, wobei m 1–4 ist;
oder 3,4-Epoxycyclohexyl wiedergibt; R6, R7, R8 die gleichen oder verschiedene organische Reste mit 1 bis 30 Kohlenstoff-Atomen sind, mit der Maßgabe, dass mindestens einer der R6, R7 und R8 eine Alkoxy-Gruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoff-Atomen ist; und n 2, 3 oder 4, vorzugsweise 2 oder 3, ist.
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Bevorzugte Verbindungen der Formel (III) sind jene, in welchen Z
ist, wobei m 1 bis 4 ist.
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Verbindungen, in welchen R6, R7 und R8 die gleichen oder verschiedene Alkoxy-Gruppen mit 1 bis 4, vorzugsweise 1, 2 oder 3 Kohlenstoff-Atomen, sind, sind gleichfalls bevorzugt. Besonders bevorzugte Alkoxy-Gruppen sind Methoxy-, Ethoxy- und Isopropoxy-Gruppen.
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Beispiele für besonders geeignete Epoxy-funktionelle Silan-Verbindungen der allgemeinen Formel (III) sind (3-Glycidoxypropyl)trimethoxysilan, (3-Glycidoxypropyl)triethoxysilan, (3-Glycidoxypropyl)triisopropoxysilan, beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan und beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilan.
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Silane mit Methoxy-Gruppen, wie zum Beispiel (3-Glycidoxypropyl)trimethoxysilan und beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan sind hier besonders bevorzugt.
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Epoxy-funktionelle Silan-Verbindungen der Formel (III), die verwendet werden können, sind auch als kommerzielle Produkte erhältlich, zum Beispiel unter den Handelsnamen DYNASILAN® Glymo von Degussa, SILQUEST® A187 und SILQUEST® A186 von ACC Silicones.
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Beispiele für polymere Komponenten C) sind (Meth)acryl-Copolymere mit mindestens einer Alkoxysilan-Gruppe und mindestens einer Epoxy-Gruppe.
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Die Verbindungen C), insbesondere die bevorzugten Verbindungen von Formel (III), können in Mengen von 0,25 bis 5,0 Gew.-% Feststoffe, insbesondere von 0,8 bis 3,0 Gew.-% Feststoffe und besonders bevorzugt von 2,0 bis 3,0 Gew.-% Feststoffe, bezogen auf die Summe des Feststoff-Gehalts von Komponente A) und Komponente B), verwendet werden. Wenn Komponente C) in Mengen von größer als 5,0 Gew.-% Feststoffen verwendet wird, kann dies zu verschlechterter Viskosität und Farbstabilität der Beschichtungs-Zusammensetzung und Härteentwicklung der Mehrschicht-Beschichtung führen. Wenn Komponente C) in Mengen von weniger als 0,25 Gew.-% Feststoffen verwendet wird, können die beschriebenen positiven Effekte, insbesondere der Anhaftungseffekt, nicht erreicht werden.
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Die Beschichtungs-Zusammensetzung kann zusätzlich zu Komponente A) Hydroxyl-funktionelle Bindemittel umfassen. Die Hydroxyl-funktionellen Bindemittel können oligomere und/oder polymere Verbindungen mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn) von z. B. 500 bis 500000 g/Mol, vorzugsweise von 1100 bis 100000 g/Mol, sein. Die Bindemittel mit Hydroxyl-Gruppen sind zum Beispiel die Polyurethane, (Meth)acryl-Copolymere, Polyester und Polyether, die dem Fachmann aus der Polyurethan-Chemie bekannt sind, welche bei der Formulierung von z. B. Beschichtungs-Zusammensetzungen auf der Basis von organischem Lösungsmittel verwendet werden. Sie können jeweils einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden.
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Beispiele für Hydroxyl-funktionelle (Meth)acryl-Copolymere schließen alle (Meth)acryl-Copolymere ein, die für Beschichtungs-Zusammensetzungen auf der Basis von organischem Lösungsmittel geeignet sind und einem Fachmann bekannt sind. Zum Beispiel können sie jene mit einer zahlenmittleren Molmasse Mn von 1000–20000 g/Mol, vorzugsweise von 1100–15000, einem Säurewert von 0–100 mg KOH/g, und einem Hydroxylwert von 40–400 mg KOH/g, vorzugsweise von 60–200 mg KOH/g, sein. Die (Meth)acryl-Copolymere können durch freie radikalische Polymerisation von polymerisierbaren, olefinisch ungesättigten Monomeren, gegebenenfalls in Gegenwart von oligomeren oder polymeren Polyester- und/oder Polyurethan-Harzen hergestellt werden. Durch freie Radikale polymerisierbare olefinisch ungesättigte Monomere, die verwendet werden können, sind Monomere, die zusätzlich zu mindestens einer olefinischen Doppelbindung auch weitere funktionelle Gruppen enthalten, und Monomere, die neben mindestens einer olefinischen Doppelbindung keine weiteren funktionellen Gruppen enthalten.
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Beispiele für Hydroxyl-funktionelle Polyester-Harze, die als Bindemittel verwendet werden können, schließen alle Polyester-Harze ein, die für Beschichtungs-Zusammensetzungen auf der Basis von organischem Lösungsmittel geeignet sind, zum Beispiel Hydroxyl-funktionelle Polyester mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 500–10000 g/Mol, vorzugsweise von 1100-8000 g/Mol, einem Säurewert von 10–150 mg KOH/g, vorzugsweise von 15–50 mg KOH/g und einem Hydroxylwert von 40–400 mg KOH/g, vorzugsweise von 50–200 g/Mol. Die Polyester können gesättigt oder ungesättigt sein und sie können gegebenenfalls mit Fettsäuren modifiziert sein. Die Polyester werden unter Verwendung bekannter Verfahren unter Entfernung von Wasser aus Polycarbonsäuren und Polyalkoholen hergestellt.
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Beispiele für geeignete Hydroxyl-funktionelle Polyurethane schließen alle Polyurethan-Harze, die für Beschichtungs-Zusammensetzungen geeignet sind und dem Fachmann bekannt sind, ein. Beispiele sind Polyurethane, zum Beispiel mit einer zahlenmittleren Molmasse Mn von 500 bis 500000 g/Mol, vorzugsweise von 1100 bis 300000 g/Mol, besonders bevorzugt von 5000 bis 300000 g/Mol, einem Säurewert von 0 bis 100 mg KOH/g, und einem Hydroxylwert von 40 bis 400 mg KOH/g, vorzugsweise von 80 bis 250 mg KOH/g. Geeignete Polyurethan-Harze, die verwendet werden können, werden zum Beispiel durch Umsetzen von Verbindungen, die hinsichtlich Isocyanat-Gruppen und Polyisocyanaten mit mindestens 2 freien Isocyanat-Gruppen pro Molekül reaktiv sind, hergestellt.
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Wenn Hydroxyl-funktionelle Bindemittel zusätzlich zu Komponente A) vorliegen, werden vorzugsweise Hydroxyl-funktionelle (Meth)acryl-Copolymere verwendet.
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Wenn Hydroxyl-funktionelle Bindemittel zusätzlich zu Komponente A) vorliegen, liegen die Hydroxyl-funktionellen Bindemittel in Mengen von weniger als 50 Gew.-% zum Beispiel 5 bis 10 Gew.-% basierend auf gesamten Bindemittel-Feststoffen (Summe von Polyasparaginsäureester-Feststoffen + Hydroxyl-funktionellen Bindemittel-Feststoffen), vor. Das Hydroxyl-funktionelle Bindemittel hat einen Hydroxylwert unter 400 mg KOH/g Feststoffe, vorzugsweise von 10 bis 260 mg KOH/g Feststoffe.
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Wenn die Menge des Hydroxyl-funktionellen Bindemittels oder die Hydroxylzahl die vorstehenden Werte übersteigt, sinkt die Topfzeit der Beschichtungs-Zusammensetzung drastisch.
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Vorzugsweise enthalten die hierin in Erwägung gezogenen Beschichtungs-Zusammensetzungen keine Hydroxyl-funktionellen Bindemittel. In einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtungs-Zusammensetzung frei von blockierten Aminen.
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Die hierin in Erwägung gezogenen Beschichtungs-Zusammensetzungen umfassen vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-% Feststoffe des mindestens einen Polyasparaginsäureesters (Komponente A) und 20 bis 80 Gew.-% Feststoffe des mindestens einen Polyisocyanat-Vernetzungsmittels mit freien Isocyanat-Gruppen (Komponente B), bezogen auf die Gesamtmenge der Bindemittel-Feststoffe der Beschichtungs-Zusammensetzung (Bindemittel-Feststoffe = Asparaginsäureester-Feststoffe + Polyisocyanat-Feststoffe).
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Der Polyasparaginsäureester (A) und das Vernetzungsmittel (B) werden in solchen Mengenverhältnissen verwendet, dass das Äquivalentverhältnis von sekundären Amino-Gruppen von Komponente (A) zu den Isocyanat-Gruppen von Vernetzungsmittel (B) zum Beispiel 5:1 bis 1:5, vorzugsweise 3:1 bis 1:3, insbesondere vorzugsweise 1,5:1 bis 1:1,5 ist. Wenn zudem Hydroxy-funktionelle Bindemittel und reaktive Verdünner verwendet werden, sollten deren reaktive Funktionen in Betracht gezogen werden, wenn das Äquivalentverhältnis berechnet wird.
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Das Alkoxysilan und Epoxy-funktionelle Verbindung (C) können in einer der zwei Komponenten oder in beiden Komponenten der Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzung vorliegen. Besonders bevorzugt liegen das Alkoxysilan und Epoxy-funktionelle Verbindungen (C) in der Polyisocyanat-Komponente (B) vor.
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Im Prinzip können die Beschichtungs-Zusammensetzungen noch auf Sprüh-Viskosität mit organischen Lösungsmitteln vor der Auftragung eingestellt werden. Alle weiteren Komponenten, die zur Erzeugung einer nützlichen Beschichtungs-Zusammensetzung erforderlich sind, wie zum Beispiel Pigmente, Füllstoffe, organische Lösungsmittel und Additive, können in jedem Fall in einer von den zwei Komponenten oder in beiden Komponenten des Zwei-Komponentenssystems vorliegen.
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Außerdem zu Komponenten (A), (B) und (C) kann die hierin in Erwägung gezogene Beschichtungs-Zusammensetzung übliche in Beschichtungs-Zusammensetzungen zu verwendende Komponenten, wie Pigmente, Füllstoffe, Additive und organische Lösungsmittel, enthalten. Die Pigmente, Füllstoffe, Additive und organische Lösungsmittel werden in üblichen Mengen, die dem Fachmann bekannt sind, verwendet.
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Die organischen Lösungsmittel können von der Herstellung der Bindemittel stammen oder sie können getrennt zugegeben werden. Sie sind organische Lösungsmittel typischerweise jene, die zum Beschichten verwendet werden und dem Fachmann gut bekannt sind.
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Die Additive sind die herkömmlichen Additive, die auf dem Beschichtungssektor verwendet werden, insbesondere in Klarlacken. Beispiele für solche Additive schließen Lichtschutzmittel, z. B. basierend auf Benzotriazolen und HALS-Verbindungen (gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren), Verlauf- und Fließmittel, basierend auf (Meth)acryl-Homopolymeren oder Siliconölen, Rheologie-beeinflussende Mittel, wie fein-teiliges Siliziumdioxid oder polymere Harnstoff-Verbindungen, Schaumbremsmittel, Netzmittel, Härtungs-Katalysatoren für die Vernetzungsreaktion, zum Beispiel organische Metallsalze, wie Dibutylzinndilaurat, Zinknaphthenat und Verbindungen, die tertiäre Amino-Gruppen enthalten, wie Triethylamin, für die Hydroxyl/Isocyanat-Reaktion ein.
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Beispiele für Pigmente sind Farbe-verleihende Pigmente, wie Titandioxid, mikronisiertes Titandioxid, Eisenoxid-Pigmente, Ruß, Azo-Pigmente, Phthalocyanin-Pigmente, Quinacridon- und Pyrrolopyrrol-Pigmente sowie Spezialeffektverleihende, wie Metallic-Pigmente und Interferenz-Pigmente. Beispiele für Füllstoffe sind Siliziumdioxid, Aluminiumsilicat, Aluminiumoxid, Bariumsulfat und Talkum.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Beschichtungs-Zusammensetzungen:
- A) mindestens einen Diasparaginsäureester,
- B) mindestens ein Polyisocyanat-Vernetzungsmittel mit freien Isocyanat-Gruppen, und
- C) mindestens eine Alkoxysilan- und Epoxy-funktionelle Verbindung der allgemeinen Formel (III) wie vorstehend definiert.
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Der mindestens eine Diasparaginsäureestester A) ist vorzugsweise eine Verbindung entsprechend Formel (I), wobei n 2 wiedergibt. Bevorzugt ist eine Verbindung entsprechend Formel (I), wobei n 2 wiedergibt, wobei X = Dicyclohexylmethan, R1 und R2 die gleichen oder verschiedene Reste = Methyl, Ethyl oder n-Butyl und R3, R4 und R5 = Wasserstoff.
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Die hierin in Erwägung gezogenen Beschichtungs-Zusammensetzungen können als pigmentierte Beschichtungs-Zusammensetzungen, z. B. als Grundierung, Grundierfüller und Ein-Stufen-Deckbeschichtungs-Beschichtungs-Zusammensetzungen, oder als Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Beschichtungs-Zusammensetzungen Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die wie vorstehend beschriebenen Beschichtungs-Zusammensetzungen organische Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Lösungsmittel-Basis.
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Bevorzugter sind die wie vorstehend beschriebenen Beschichtungs-Zusammensetzungen organische Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Lösungsmittel-Basis.
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Vorzugsweise sind die wie vorstehend beschriebenen Beschichtungs-Zusammensetzungen und beliebige Ausführungsformen davon im Wesentlichen frei von Hydroxyl-funktionellen Bindemitteln und Hydroxyl-funktionellen reaktiven Verdünnern. Bevorzugter enthalten sie keine Hydroxyl-funktionellen Bindemittel und Hydroxyl-funktionellen reaktiven Verdünner.
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Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Kombination von Polyasparaginsäureestern (A) und Epoxy- und Alkoxysilan-funktionellen Verbindungen (C) in den Polyisocyanat enthaltenden Beschichtungs-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, sowohl stark verbesserte Feuchtigkeits-Beständigkeits- als auch Anhaftungs-Eigenschaften, d. h. stark verbesserte Zwischenschicht-Anhaftung zwischen den einzelnen Schichten, z. B. nach Feuchtigkeits/Temperatur-Belastung sowie kurze Trocknungszeiten und eine annehmbare Topfzeit von mindestens einer Stunde nach Mischen der Polyisocyanat-Komponente (B) mit Komponente (A) zu erreichen erlaubt. Insbesondere könnte der Basislack-Kohäsion-Defekt stark verbessert werden. Aus den Beschichtungs-Zusammensetzungen erhaltene Beschichtungen haben auch sehr gute Beständigkeit gegen Alkohole, wie Ethanol, n-Butanol, Isobutanol und Isopropanol.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren (1) für die Mehrschicht-Beschichtung von Substraten, insbesondere von Fahrzeug-Karosserien und Fahrzeugkarosserie-Teilen, die nachstehenden Schritte:
- 1. Auftragen einer Schicht von einer Grundierungs- oder Grundierfüller-Beschichtungs-Zusammensetzung auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat,
- 2. Auftragen einer Schicht von einer Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung, vorzugsweise eine Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasser-Basis, enthaltend Farb- und/oder Spezial-Effekt-Pigmente, auf die Grundierung oder Grundierfüller-Schicht,
- 2. Auftragen einer Klarlack-Schicht von einer Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung auf die Basislack-Schicht und
- 3. Härten der Klarlack Schicht, gegebenenfalls zusammen mit der Basislack-Schicht, wobei mindestens eine von der Grundierungs-Beschichtungs-Zusammensetzung, der Grundierfüller-Beschichtungs-Zusammensetzung und der Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung die wie vorstehend definierte Beschichtungs-Zusammensetzung ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren (2) für die Mehrschicht-Beschichtung von Substraten, insbesondere von Fahrzeug-Karosserien und Fahrzeugkarosserie-Teilen, die nachstehenden Schritte:
- 1. Auftragen einer Schicht von einer Grundierungs- oder Grundierfüller-Beschichtungs-Zusammensetzung auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat,
- 2. Auftragen einer Schicht von einer pigmentierten Ein-Stufen-Deckbeschichtungs-Schicht auf die Grundierungs- oder Grundierfüller-Schicht, und
- 3. Härten der Ein-Stufen-Deckbeschichtungs-Schicht, gegebenenfalls zusammen mit der Grundierungs- oder Grundierfüller-Schicht, wobei mindestens eine von der Grundierungs-Beschichtungs-Zusammensetzung, der Grundierfüller-Beschichtungs-Zusammensetzung und der pigmentierten Ein-Stufen-Deckbeschichtungs-Beschichtungs-Zusammensetzung die wie vorstehend definierte Beschichtungs-Zusammensetzung ist.
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Die einzelnen Schritte der vorstehenden Verfahren werden nachstehend genauer erläutert.
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Verfahren (1): In Schritt 1 wird die Grundierungs- oder Grundierfüller-Beschichtungs-Zusammensetzung auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat aufgetragen. Geeignete Substrate sind Metall- und Kunststoff-Substrate, insbesondere die in der Kraftfahrzeugindustrie bekannten Substrate, wie zum Beispiel Eisen, Zink, Aluminium, Magnesium, Edelstahl oder die Legierungen davon, Polyurethane, Polycarbonate oder Polyolefine. Die Substrate können bereits vorbeschichtet sein mit z. B. einer elektrisch abgeschiedenen Grundierung. Die Grundierungs- oder Grundierfüller-Schicht kann vor der Auftragung der Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung gehärtet oder getrocknet werden. Nass-auf-nass-Auftragung ist jedoch auch möglich.
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In Schritt 2 wird die Basislack-Schicht von einer Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung, vorzugsweise eine Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasser-Basis, auf die Grundierungs- oder Grundierfüller-Schicht aufgetragen. Die Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung umfasst Effekt- oder Feste-Farbe-Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzungen, wie sie herkömmlicherweise bei der Kraftfahrzeug-Beschichtung verwendet werden.
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Die Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzungen können die herkömmlichen Bestandteile einer pigmentierten Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung, wie Farb- und/oder Spezial-Effekt-Pigmente, Füllstoffe, ein oder mehrere Bindemittel, gegebenenfalls Vernetzungsmittel, Wasser und/oder organische Lösungsmittel und herkömmliche Beschichtungs-Additive enthalten.
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Beispiele für Bindemittel sind herkömmliche Film-bildende Bindemittel und im Fall von Grundlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasser-Basis Wasser-verdünnbare Film-bildende Bindemittel, die dem Fachmann bekannt sind, wie Polyester-Harze, (Meth)acryl-Copolymer-Harze oder Polyester/(Meth)acryl-Copolymer-Hybride und Polyurethan-Harze oder Polyurethan/(Meth)acryl-Copolymer-Hybride. Diese können reaktive funktionelle oder nicht funktionelle Harze sein.
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Die Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzungen können physikalisch trocknend oder chemisch vernetzend sein. Folglich können die Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasser-Basis Vernetzungsmittel, wie zum Beispiel, Polyisocyanat-Vernetzungsmittel, enthalten. Die Auswahl der gegebenenfalls verwendeten Vernetzungsmittel hängt von dem Typ von vernetzbaren Gruppen in den Bindemitteln ab und ist dem Fachmann bekannt.
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Vorzugsweise umfassen Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasser-Basis Wasser-verdünnbare Polyurethan-Harze, gegebenenfalls in Kombination mit anderen Wasser-verdünnbaren Harzen, z. B. Wasser-verdünnbaren (Meth)acryl-Copolymeren, und mit Dispergiermitteln. Beispiele für Wasser-verdünnbare Polyurethan-Harze sind jene, zum Beispiel mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht Mn von 500 bis 500000 g/Mol, vorzugsweise von 1100 bis 300000 g/Mol, besonders bevorzugt von 5000 bis 300000 g/Mol, einem Säurewert von 10 bis 100 mg KOH/g, vorzugsweise von 20 bis 80 mg KOH/g.
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Die Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasser-Basis können herkömmliche organische Beschichtungs-Lösungsmittel, zum Beispiel in einem Anteil von vorzugsweise weniger als 20 Gew.-% besonders bevorzugt von weniger als 15 Gew.-% basierend auf der gesamten Beschichtungs-Zusammensetzung, enthalten.
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Ist die Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung, insbesondere die Basislack-Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasser-Basis, einmal aufgetragen und gegebenenfalls getrocknet oder gehärtet, wird die Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung in Schritt 3 des Verfahrens aufgetragen. Die Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung kann hier auf die Basislack-Schicht entweder nach Trocknen oder Härten oder nach kurzem Abdunsten lassen, zum Beispiel bei Raumtemperatur, aufgetragen werden.
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Die erhaltenen Beschichtungen können bei Raumtemperatur gehärtet oder zu höheren Temperaturen, zum Beispiel von bis zu 80°C, vorzugsweise bei 40 bis 60°C, gezwungen werden. Sie können jedoch auch bei höheren Temperaturen von zum Beispiel 80 bis 160°C gehärtet werden. Härtungstemperaturen werden hauptsächlich durch das Anwendungsgebiet sowie durch den Typ des Vernetzers bestimmt. Die Beschichtungs-Zusammensetzungen werden durch herkömmliche Verfahren, vorzugsweise mit Hilfe von Sprüh-Auftragung, aufgetragen.
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Verfahren (2): In Schritt 1 wird die Grundierungs- oder Grundierfüller-Beschichtungs-Zusammensetzung auf ein wie vorstehend für Verfahren (1) beschriebenes gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat aufgetragen. Ist die Grundierungs- oder Grundierfüller-Beschichtungs-Zusammensetzung einmal aufgetragen und gegebenenfalls getrocknet oder gehärtet, wird die pigmentierte Ein-Stufen-Deckbeschichtungs-Beschichtungs-Zusammensetzung in Schritt 2 des Verfahrens aufgetragen.
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Die erhaltenen Beschichtungen können, wie vorstehend für Verfahren (1) beschrieben, gehärtet werden. Die Beschichtungs-Zusammensetzungen werden durch herkömmliche Verfahren, vorzugsweise mit Hilfe von Sprüh-Auftragung, aufgetragen.
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Die hierin betrachteten Beschichtungs-Zusammensetzungen und Verfahren können in der Kraftfahrzeug- und industriellen Beschichtung bzw. Lackierung, jedoch besonders vorteilhaft in der Kraftfahrzeug-Ausbesserungs-Beschichtung verwendet werden. Härtungstemperaturen von 20°C bis 80°C, zum Beispiel insbesondere von 40°C bis 60°C, werden in der Kraftfahrzeug-Ausbesserungs-Beschichtung verwendet. Die Beschichtungs-Zusammensetzungen können auch vorteilhafterweise zum Beschichten großer Kraftfahrzeuge und Transportfahrzeugen, wie Lastkraftwagen, Busse und Reisezugwagen, verwendet werden, wobei typische Härtungstemperaturen von bis zu 80°C oder höher als 80°C verwendet werden. Weiterhin können die Beschichtungs-Zusammensetzungen zum Beschichten jeglicher Industriewaren, die von Motorfahrzeugen verschieden sind, verwendet werden.
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Die Erfindung wird auf der Grundlage der nachstehenden Beispiele genauer erläutert. Alle Teil- und Prozentangaben sind auf einer Gewichtsbasis, sofern nicht anders ausgewiesen.
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Beispiele
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Herstellung von Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen (frei von Hydroxyl-funktionellen Bindemitteln)
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Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen, basierend auf dem Asparaginsäureester DESMOPHEN® NH1420 (Bayer), wurden mit einem Aktivator, basierend auf dem Polyisocyanat DESMODUR® N3900 (asymmetrisches HDI-Trimer, 100% Feststoffe, Bayer), aktiviert. Der Aktivator wurde mit einem Epoxy-funktionellen Silan (SILQUEST® A187 von Momentive Performance Materials) modifiziert. Ein nicht-modifizierter Aktivator, der das Epoxy-funktionelle Silan nicht enthält, wurde zum Vergleich verwendet.
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Klarlack-Zusammensetzungen wurden mit den in Tabelle 1 gezeigten Bestandteilen (in Gew.-%) formuliert und Aktivatoren wurden mit den in Tabelle 2 gezeigten Bestandteilen 2 (in Gew.-%) formuliert. Tabelle 1:
DESMOPHEN® NH1420 | Asparaginsäureester | Bayer | 65,00 |
n-Butylacetat | Lösungsmittel | | 27,566 |
Propylenglycolmethyletheracetat | Lösungsmittel | | 2,10 |
Butylglycolacetat | Lösungsmittel | | 2,00 |
TINUVIN® 384 | UV-Absorptionsmittel, Benzotriazol-Typ | BASF | 2,40 |
TINUVIN® 292 | gehinderter Amin-Lichtstabilisator | BASF | 0,92 |
BAYSILONE® OL17 | Fließadditiv auf Silicon-Basis | OMG Borchers | 0,014 |
Tabelle 2:
| | | Vergleichs-Aktivator | Aktivator 1 | Aktivator 2 |
DESMODUR® N3900 | Asymmetrisches nieder-viskoses HDI-Trimer | Bayer | 54,6% | 54,60% | 54,60% |
n-Butylacetat | Lösungsmittel | | 45,4% | 42,07% | 43,74% |
Epoxy-silan SILQUEST® A187 | Gamma-Glycid-oxypropyl-trimethoxysilan | Momentive Performance Materials | | 3,33% | 1,66% |
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Die Klarlack-Zusammensetzungen und die Aktivatoren wurden per Hand in einem 1:1 Volumenverhältnis in jedem Fall vermischt. Die erhaltenen Beschichtungs-Zusammensetzungen hatten einen Feststoff-Gehalt von 61,5% und einen praktischen VOC-Gehalt unter 3,5 lbs/gal (420 Gramm/Liter) (Vergleich: mit Vergleichs-Aktivator ohne Epoxysilan; Beispiel 1: mit Aktivator 1; Beispiel 2: mit Aktivator 2).
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Die aktivierten Klarlack-Zusammensetzungen wurden über einen kommerziell erhältlichen festen roten (Rouge vif) 1 K Grundlack auf Wasser-Basis auf Bleche, beschichtet mit einer Elektroabscheidungs-Beschichtung (Elpo panels von ACT, beschichtet mit E-coat ED6100H) gesprüht. Die Bleche werden mit einem kommerziell erhältlichen Zwei-Komponenten-Grundierfüller beschichtet, der für 30 Minuten bei 60°C eingebrannt wurde und vor der Auftragung des Grundlacks gesandstrahlt. Die Grundlack-Schichten wurden für 45 Minuten bei Raumtemperatur vor Auftragung der Klarlack Zusammensetzungen abdunsten lassen. Die Grundlacke wurden mit einer Trockenfilmdicke von etwa 20 μm aufgetragen. Die Klarlack-Zusammensetzungen wurden bei 20°C/40% RH (relative Feuchtigkeit) mit 2 kreuzweisen Beschichtungen mit einer DEVILBISS® GTI ProLite Spritzpistole (Düse 1,3, Aircap-Hauben TE20, mit Schwerkraftzufuhr) aufgetragen. Die Klarlacke wurden mit einer Trockenfilmdicke von etwa 50 μm aufgetragen. Die Klarlacke wurden für eine Stunde bei Raumtemperatur gehärtet.
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Die beschichteten Bleche wurden für eine Woche bei Raumtemperatur vor der Bewertung der Anhaftung und Hochdruck-Reinigen altern lassen. Tabelle 3: Trocken-Anhaftung
| Vergleich | Beispiel 1 | Beispiel 2 |
X-schraffiert | 10 | 10 | 10 |
#-schraffiert | 10 | 10 | 10 |
Glanz 20° | 87 | 87 | 87 |
Mattheit | 1 | 1 | 1 |
Tabelle 4: Nass-Anhaftung nach 4 Tagen Feuchteschrank
| Vergleich | Beispiel 1 | Beispiel 2 |
X-schraffiert | 10 | 10 | 10 |
#-schraffiert | 0(6) | 10 | 9(6) |
Glanz 20° | 85 | 85 | 85 |
Tabelle 5: Nass-Anhaftung nach 10 Tagen Feuchteschrank
| Vergleich | Beispiel 1 | Beispiel 2 |
X-schraffiert | 5(6) | 10 | 10 |
#-schraffiert | 0(6) | 10 | 10 |
Glanz 20° | 84 | 84,5 | 86 |
Mattheit | 1,7 | 1,5 | 1,0 |
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Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die wie hierin betrachteten, hergestellten Mehrschicht-Beschichtungen verbesserte Anhaftungs-Eigenschaften aufweisen, wie auf der Grundlage der Nass-Anhaftung nach dem Feuchteschrank gesehen werden kann. Die gemäß der Erfindung hergestellten Mehrschicht-Beschichtungen zeigen kein Basislack-Kohäsions-Versagen.
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Die Alkohol-Beständigkeit wurde in einer wie vorstehend beschriebenen Mehrschicht-Beschichtung bewertet, mit der Ausnahme, dass die Klarlack-Zusammensetzung über einen Silber-Metallic-Ein-Komponenten-Grundlack auf Wasser-Basis aufgetragen wurde. Tabelle 6: Alkohol-Beständigkeit
| Vergleich | Beispiel 2 |
Ethanol | 1 | 9 |
n-Butanol | 1 | 8 |
Isopropanol | 8 | 10 |
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Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die gemäß der Erfindung hergestellten Mehrschicht-Beschichtungen verbesserte Beständigkeit gegen Alkohole aufweisen.
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Das Hochdruck-Reinigen wurde in einer wie vorstehend beschriebenen Mehrschicht-Beschichtung bewertet, wobei die Klarlack-Zusammensetzung einen festen roten (Rouge vif) 1 K Grundlack auf Wasser-Basis, über einen Silber-Metallic-Ein-Komponenten-Grundlack auf Wasser-Basis und über einen roten Ein-Komponenten-Perl-Metallic-Grundlack auf Wasser-Basis aufgetragen wurde. Tabelle 7: Hochdruck-Reinigen
| Silber-Metallic-Grundlack | Fester roter Grundlack | Roter Perl-Grundlack |
| Vergleich | Beispiel 2 | Vergleich | Beispiel 2 | Vergleich | Beispiel 2 |
% Versagen | 80 (2) | 50 (2) | 100 (2) | 20 (2) | 100 (2) | 30 (2) |
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Die hierin betrachteten gehärteten Beschichtungen zeigten verbesserte Beständigkeit gegen Hochdruck-Reinigen.
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2. Herstellung von Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzungen, enthaltend zusätzlich Hydroxyl-funktionelle Bindemittel
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Die Klarlack-Zusammensetzungen wurden mit einem Polyisocyanat-Aktivator, basierend auf 54,4% DESMODUR® N3900 (asymmetrisches HDI-Trimer, 100% Feststoffe, Bayer) und auf 45,6% n-Butylacetat ohne eine Epoxy- und Silan-funktionelle Verbindung (= Vergleichs-Aktivator) und mit dem gleichen Aktivator, jedoch enthaltend zusätzlich eine Epoxy- und Silan-funktionelle Verbindung (= Aktivator 1 mit 1,66% SILQUEST® A187 von Momentive Performance Materials), aktiviert. Die Klarlack-Formulierungen und die Aktivatoren wurden per Hand in einem 1:1 Volumenverhältnis in jedem Fall vermischt. Das NCO zu (NH + OH) Verhältnis wurde bei 1,27 konstant gehalten.
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Klarlack-Zusammensetzungen (CC1, CC2, Vergl.CC2 und Vergl.CC3) wurden mit den in Tabelle 8 gezeigten Bestandteilen formuliert. Tabelle 8:
| | | CC1 | CC2 | Vergl.CC2 | Vergl.CC3 |
DESMOPHEN® NH1420 | Asparaginsäureester | Bayer | 65,00% | 48,75% | 32,50% | 32,50% |
Polyester* | OH-funktionelles Bindemittel | | | 20,31% | 40,63% | |
Acryl-Copolymer** | OH-funktionelles Bindemittel | | | | | 56,52% |
n-Butylacetat | Lösungsmittel | | 27,566% | 23,506% | 19,441% | 3,545% |
Propylenglycolmethyletheracetat | Lösungsmittel | | 2,10% | 2,10% | 2,10% | 2,10% |
Butylglycol acetat | Lösungsmittel | | 2,00% | 2,00% | 2,00% | 2,00% |
TINUVIN® 384 | UV-Absorptionsmittel, Benzotriazol-Typ | BASF | 2,40% | 2,40% | 2,40% | 2,40% |
TINUVIN® 292 | gehinderter Amin-Lichtstabilisator | BASF | 0,92% | 0,92% | 0,92% | 0,92% |
BAYSILONE® OL17 | Fließadditiv auf Silicon-Basis | OMG Borchers | 0,014% | 0,014% | 0,014% | 0,014% |
* Der Polyester wurde wie nachstehend hergestellt:
Gemäß Beispiel 8 von
US 6 277 497 wurde ein Oligoester wie nachstehend hergestellt: 136 Gramm MPE (Monopentaerythrit) wurden mit 504 Gramm Methylhexahydrophthalsäureanhydrid für etwa eine Stunde in 175 Gramm BuAc (n-Butylacetat) unter Rückfluss erhitzt. Dann wurden 480 Gramm Glycidylpivalat zugegeben und das Gemisch wurde unter Rückfluss erhitzt bis der Säurewert unter 1 mg KOH/g war. BuAc wurde zugegeben, bis ein theoretischer Feststoff-Gehalt von 75% erreicht war.
** Das Acryl-Copolymer wurde wie nachstehend hergestellt:
Ein vier-Liter-Dreihals-Glaskolben, ausgestattet mit einem Rührer, Kontakt-Thermometer, Tropftrichter und Kühler, wurde mit 480 Gramm SOLVESSO
® 100 (Gemisch von aromatischen Kohlenwasserstoffen, Siedepunktbeginn von 164°C, Exxon) und 309,6 Gram von CARDURA
® E10P (Hexion) beschickt und bei etwa 170–175°C unter Rückfluss erhitzt. Ein Monomer/Starter-Gemisch, bestehend aus 708 Gramm Styrol, 708 Gramm Isobornylmethacrylat, 516 Gramm 2-Hydroxyethylmethacrylat, 158,4 Gramm Acrylsäure, 60 Gramm Di-tertiär-butylperoxid und 240 Gramm SOLVESSO
®, wurde kontinuierlich aus dem Tropftrichter über 5 Stunden zu dem Reaktor-Inhalt gegeben. Der Tropftrichter wurde mit 40 Gramm SOLVESSO
® 100 gespült und das Gemisch unter Rückfluss erhitzt, bis zur konstanten Viskosität. Der Reaktor-Inhalt wurde dann mit 780 Gramm Methylamylketon verdünnt. Der Feststoff-Gehalt war etwa 60% und der Säurewert etwa 23 mg KOH/g.
CC1: frei von Hydroxyl-funktionellem Bindemittel
CC2: mit Hydroxyl-funktionellem Polyester, Verhältnis Asparaginsäureester:Polyester 75:25 (Feststoffe auf Feststoffen)
Vergl.CC2: mit Hydroxyl-funktionellem Polyester, Verhältnis Asparaginsäureester:Polyester 50:50 (Feststoffe auf Feststoffen)
Vergl.CC3 mit Hydroxyl-funktionellem Acryl-Copolymer, Verhältnis Asparaginsäureester:Acryl-Copolymer 50:50 (Feststoffe auf Feststoffen) Tabelle 9:
| CC1 | CC2 | Vergl.CC2 | Vergl.CC3 |
| Aktivator 1 | Aktivator 1 | Aktivator 1 | Aktivator 1 |
Anfangs-Sprüh-Viskosität | 13'' | 13.4'' | 14.4'' | 18'' |
Viskosität nach 15 min. | 14'' | 20'' | 20'' | 60'' |
Viskosität nach 20 min. | 16'' | 23'' | 23'' | - |
Topfzeit | 50 min. | 15–20 min. | < 15 min. | << 15 min. |
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Die Sprüh-Viskositäten wurden bei 20°C in einem DIN4 Becher gemessen.
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Die Ergebnisse in Tabelle 9 zeigen, dass in dem Fall von Vergleich CC2 und Vergleich CC3 ein Anstieg in der Anfangs-Sprüh-Viskosität auftrat und dass die Topfzeit signifikant vermindert wurde.
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Auch das Vermischen des Asparaginsäureesters mit einem Hydroxyl-funktionellen Polyester oder Acryl-Copolymer (Vergl.CC2 und Vergl.CC3) ergab ein signifikantes Vergilben der Klarlack-Formulierung (Tabelle 10). Die Farbe der Klarlack-Formulierung wurde in der Haze-Skale (basierend auf ASTM D1209) auf der BYK LCSIII-Vorrichtung (Tabelle 10) gemessen. Tabelle 10:
| CC1 | CC2 | Vergl.CC2 | Vergl.CC3 |
Anfang | 76 | 73 | 70 | 98 |
2 Wochen Lagerung bei 49°C | 106 | 132 | 121 | 604 |
4 Wochen Lagerung bei 49°C | 146 | 177 | 223 | > 1000 |
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Anhaftung (Trocken- und Nass-Anhaftung) der Beschichtungen wurde nach einer Woche Altern bei Raumtemperatur bewertet. Die Bleche wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, unter Verwendung des einfarbigen, roten (Rouge vif), kommerziell erhältlichen Ein-Komponenten-Grundlacks auf Wasser-Basis, beschichtet. Tabelle 12: Trocken-Anhaftung
| CC1 | CC2 | CC1 | CC2 |
| Vergleichs-Aktivator | Vergleichs-Aktivator | Aktivator 1 | Aktivator 1 |
X-schraffiert | 10 | 10 | 10 | 10 |
#-schraffiert | 10 | 10 | 10 | 10 |
Tabelle 13: Nass-Anhaftung nach 10 Tagen Feuchteschrank
| CC1 | CC2 | CC1 | CC2 |
| Vergleichs-Aktivator | Vergleichs-Aktivator | Aktivator 1 | Aktivator 1 |
X-schraffiert | 5(6) | 10 | 10 | 10 |
#-schraffiert | 0(6) | 9(6) | 10 | 10 |
DOI | 94 | 84 | 91 | 80 |
Mattheit | 1,4 | 8,1 | 3,7 | 11,4 |
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Die Ergebnisse zeigen, dass die Mehrschicht-Beschichtungen, hergestellt mit dem Epoxysilan-modifizierten Aktivator (Aktivator 1) gemäß der Erfindung, verbesserte Anhaftung haben, wie auf der Grundlage der Nass-Anhaftung nach dem Feuchteschrank gesehen werden kann. Die Vergleichs-Klarlack-Zusammensetzungen zeigten unannehmbare Anhaftung auf Grund von Basislack-Kohäsions-Versagen.
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Test-Verfahren:
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Topfzeit: die Topfzeit der Zusammensetzungen wurde durch Messen des Viskositätsanstiegs als eine Funktion der Zeit gemessen. Die Topfzeit wird als die Zeit definiert, die zum Erhöhen der Anfangs-Viskosität um 1,5 erforderlich ist. Die Topfzeit definiert den Zeitraum, während dem die Klarlack-Zusammensetzung noch leicht zu sprühen ist.
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Anhaftung: Dieses Test-Verfahren basiert auf ASTM D2247-92 und ASTM D3359-92A.
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Trocken- und Nass-Anhaftung wurden mit dem Gitter-Schnitt-Klebeband-Test (X-schraffiert) bewertet. Eine Gitter-Schraffur wird mit einem manuellen Gitterschnitttester erzeugt, wobei die Linien 1 mm nebeneinander sind (#-schraffiert). Die Bleche werden leicht gebürstet, um jegliche abgelösten Flocken von der Beschichtung zu entfernen. Um guten Kontakt mit dem Film zu sichern, wird ein Scotch-Band über dem Gitter angeordnet und mit einem Gummiradierer gerieben, um guten Kontakt zu sichern. In 60 bis 120 Sekunden nach Auftragung wird das Band durch Blockieren des freien Endes und schnelles Abziehen zurück auf sich selbst bei einem Winkel möglichst nahe einem Winkel von 180 Grad entfernt.
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Die Trocken-Anhaftung wird eingestuft von 0 (Total-Defekt) bis 10 (kein Defekt) gemäß dem Ausmaß der Schädigung, die durch photographische Wiedergabe beschrieben wird.
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Für die Bewertung von Nass-Anhaftung wird das gleiche Verfahren verwendet, jedoch werden die Bleche hier während 4 Tagen und während 10 Tagen in einem Feuchteschrank angeordnet, der bei 100% RH und 40°C ist.
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Der Typ von Defekt wurde auch bewertet (angezeigt zwischen Klammern):
- 1:
- Substrat/Anstrichstoff-Defekt
- 2:
- Grundierung/Decklack-Defekt
- 3:
- Grundlack/Klarlack-Defekt
- 4:
- Grundierung/Grundierung-Defekt
- 5:
- Grundierungs-Kohäsions-Defekt
- 6:
- Grundlack-Kohäsions-Defekt
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Hochdruck-Reinigungs-(HPC)Beständigkeit: Dieser Test wird gemäß einem Testverfahren, basierend auf den Volvo-Vorgaben (STD 423-0015), durchgeführt.
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Vor dem Testen der Hochdruck-Reinigungs-Beständigkeit, die die Anhaftung reflektiert, wird eine Anfangs-Anstrichstoff-Schädigung auf dem Testblech durch Ritzen von zwei 0,5 mm Ritzlinien unter Verwendung eines Ritzwerkzeugs mit einem ebenen Schneidstahl ausgeführt. Die geritzten Linien erfolgen bis zu dem Substrat herunter, bei rechten Winkeln zueinander, um ein Kreuz zu erzeugen.
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Wasser mit einer Temperatur von 50°C wird mit einem Druck von 150 bar auf das geschädigte Blech (d = 4 cm) während 20 Sekunden gesprüht. Der Abstand zwischen der Pistole und dem Blech bemisst sich auf 15 cm.
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Wenn der Test vollständig ist, wird das Blech trocken gewischt und das Ausmaß der Anstrichstoff-Schädigung wird eingestuft. Die % von von dem Blech entfernten Anstrichstoff wird ausgedrückt, wobei 0% am besten ist. Der Typ des Defekts wird zwischen den Klammern erwähnt (gleiche Legende wie für Anhaftung).
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Alkohol-Beständigkeit: Dieses Test-Verfahren basiert auf ISO2812-4. Der Zweck von diesem Test-Verfahren ist, die Beständigkeit der Beschichtung gegen Alkohole zu charakterisieren. Vor dem Testen werden die Test-Bleche für 16 Stunden unter Standard-Bedingungen (23 ± 2°C und 50 ± 5% relative Feuchtigkeit) konditioniert. Ein paar Tropfen des Alkohols werden auf das Blech gegeben, mit einem kleinen Stück Filterpapier und einem Uhrglas bedeckt. Alle Bleche mit den Flecken werden über Nacht gelagert. Die Bleche wurden mit Wasser gewaschen und abgewischt. Die Flecke auf dem Blech wurden untersucht und mit der nicht-exponierten Fläche verglichen auf:
a. Quellen, b. Verlust von Glanz, c. Farbänderung, d. Weichheit, e. andere Abweichungen.
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Beliebige Änderung der Film-Eigenschaften wird nicht akzeptiert.
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Die nachstehende Einstufungs-Skale wurde verwendet:
- 10
- = Kein Nachweis von Fleckbildung oder Verwerfung
- 9
- = Schwer nachweisbare Fleckbildung oder Verwerfung
- 8
- = Leichter Ring
- 7
- = Sehr leichte Entfärbung oder leichte Verwerfung
- 6
- = Leichter Verlust von Glanz oder leichte Entfärbung
- 5
- = Deutlicher Verlust von Glanz oder Verfärbung
- 4
- = Leichtes Ätzen oder deutliche Verwerfung
- 3
- = Leichtes Anheben, schlimmes Ätzen oder Verfärbung
- 2
- = Deutliches Anheben
- 1
- = Auflösen von Film
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Glanz: gemessen mit der Mikro TRI-Glanz-Vorrichtung von Byk Gardner (Deutschland). Das reflektierte Licht wird bei einem Winkel von 20° gemessen.
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Mattheit: gemessen mit einer Wavescan-DOI-Apparatur von Byk Gardner (Deutschland). Strukturen kleiner als 0,1 mm beeinflussen die visuelle Wahrnehmung und daher maß die Wavescan DOI mit einer CCD-Kamera das gestreute Licht, verursacht durch diese feinen Strukturen. Der auf diese Weise gemessene Parameter wird als die 'Mattheit' der Beschichtung bezeichnet. Ein niedriger Wert für Mattheit ist bevorzugt, mit 1 als ein Minimum.
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Während mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorangehenden Beschreibung im Einzelnen wiedergegeben wurde, sollte Wert darauf gelegt werden, dass eine riesige Anzahl von Variationen existiert. Es sollte auch Wert darauf gelegt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhafte Ausführungsformen nur Beispiele sind, und nicht vorgesehen sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Stattdessen wird die vorangehende genauere Beschreibung den Fachmann mit einem passenden Plan zum Ausführen einer beispielhaften Ausführungsform versehen, wobei es verständlich ist, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen ausgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen und deren gültigen Äquivalenten angeführt, abzuweichen.