DE1621883B2

DE1621883B2 - Verfahren zum lackieren von oberflaechen mit polyurethanlacken

Info

Publication number: DE1621883B2
Application number: DE1966F0049113
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr 5090 Leverkusen Havenith
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1966-05-04
Filing date: 1966-05-04
Publication date: 1978-02-09
Also published as: DE1621883A1; GB1166742A; SE325500B; NL6706149A

Description

und richtet sich nach den üblichen Erfordernissen der Praxis, lediglich als Anhaltspunkt sei eine Schichtdicke von 5 bis 30 μηι genannt.

Diese Lackschicht soll beim Auftrag den für Isocyanat-Polyadditionen bekannten Katalysator enthalten. Solche Katalysatoren sind z. B. tertiäre Amine wie Hexahydrodimethylanilin, Dimethylbenzylamin, N-Äthylmorpholin, Triäthylendiamin, Pentamethyldiäthylentriamin, Ν,Ν'-dimethylamino-äthoxyäthanol, N-Methyl-N'-dimethylamino-äthylpiperazin, Diaminoäthanol und dessen Adipinsäureester; ferner Metallkatalysatoren wie z. B. Eisenacetylacetonat, Zinn-dibutyldilaurat, Zinn(II)-octoat, Zinn(II)-naphthenat, Zinknaphthenat, Bleinaphthenat, Bleioctoat. Derartige Katalysatoren finden sich in der Literatur reichhaltig beschrieben. Die Zusatzmenge beträgt im allgemeinen 0,1 bis 10%, bevorzugt 1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gewichtseinheit physikalisch trocknender Lacklösung.

Anschließend wird in an sich bekannter Weise der Polyurethanlack aufgetragen. Dazu eignen sich sowohl Einkomponenten- als auch Zweikomponentensysteme, die in der eingangs beschriebenen Weise auf der Unterlage vernetzen. Die aufzutragende Polyurethanlackmischung enthält keine Katalysatoren mehr.

Für diese Polyurethanlackmischungen sind als Polyhydroxyverbindungen die bekannten Polyester, PoIyäther, Polythioäther, Polyacetale und hydroxylgruppenhaltigen Öle als Beispiel ebenso zu nennen wie auf der Isocyanat-Seite aliphatische und aromatische Polyisocyanate, z. B. Hexamethylendisiocyanat, das Isocyanurat des Hexamethylendiisocyanats, das Biuret des Hexamethylendiisocyanats, Toluylendiisocyanat, das Isocyanurat daraus oder das Mischisocyanurat desselben mit Hexamethylendiisocyanat, das Umsetzungs- 3¹S produkt aus 1 Mol Trimethylolpropan mit 3 Mol Toluylendiisocyanat und rohes 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat. Polyhydroxyverbindungen und Polyisocyanate für Polyurethanlackmischungen befinden sich ebenfalls reichlich in der Literatur. Zu erwähnen sind besonders noch Einkomponentenlacke, die freie NCO-Gruppen enthalten und mit Hilfe der Luftfeuchtigkeit trocknen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine außerordentlich rasche Trocknung der lackierten Oberflächen, die durch Wärmeeinwirkung noch weiter verkürzt werden kann. Dies gilt auch für verhältnismäßig dickschichtige Decklacke.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines Beschleuniger enthaltenden Grundlacks hat noch den Vorteil, daß er gleichzeitig als Grundierung wirkt, die insbesondere bei Holz das übliche Vorbehandeln ersetzt und auf saugfähigen Untergründen das Wegschlagen der späteren Deckschicht verhindert und dadurch die Ausbildung eines gleichmäßigen Lackfilmes ermöglicht Außerdem wird in vielen Fällen das optisch starke Hervortreten der Holzmaserung, das bei der Holzlackierung auch als »Anfeuern des Untergrundes« bezeichnet wird, vermieden und in vielen Fällen die Haftung zum Untergrund verbessert. Die Gründierungen mit Lacken auf Basis physikalisch trocknender Bindemittel trocknen im allgemeinen schnell und können durch entsprechende Auswahl der Lösungsmittel bzw. durch Zugabe von Zinkstearat aufschnelle Schleifbarkeit eingestellt werden. Diese beschleunigerhaltigen Lacklösungen haben unbegrenzte Standzeit und behalten ihren beschleunigenden Effekt nach dem Aufbringen auf das Substrat bis zu mehreren Tagen.

Beispiel 1

Auf Glasplatten, Gummi, Pappen und Tannenholz wird eine 10%ige Lösung eines Mischpolymerisates, bestehend aus Vinylchlorid und Vinylacetat, gelöst in Methylisobutylketon/Äthylglykolacetat im Verhältnis 1:1, mit einem Zusatz von 2% Pentamethyldiäthylentriamin, berechnet auf Gesamtlösung, aufgetragen.

Nach etwa drei Stunden werden die so grundierten Materialien mit einem Polyurethan-Zweikomponentenlack überspritzt. Der Polyurethanlack besteht aus einem Polyester auf Basis Adipinsäure, Äthylenglykol und Trimethylolpropan (OH-Zahl220) und einem Polyisocyanat aus 3 Mol Toluylendiisocyanat und 1 Mol Trimethylolpropan. Der Bindemittelgehalt des Polyurethanlackes beträgt 30%; das Verhältnis von NCO/OH ist 1.

Dabei werden folgende Trockenzeiten festgestellt:

	Grundierung	ohne
	mit	Beschleuniger
	Beschleuniger	> 180 min
Tannenholz	10 min	200 min
Glas	10 min	> 180 min
Gummi	35 min	> 180 min
Pappe	14 min

Unter Trockenzeit wird hier im Gegensatz zur sogenannten »Staubtrocknung« absolute Griffestigkeit des lackierten Materials verstanden. Die Schichtdicke der Grundierung beträgt auch in allen folgenden Beispielen etwa 10 μπι. Die Schichtdicken des Polyurethan-Decklackes betragen in diesem Falle 50-70 μπι. Die Trockenzeit wird bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchte ermittelt.

Beispiel 2

Die im Beispiel 2 genannte 10%ige Grundierlösung enthält jetzt 2% Ν,Ν'-Endoäthylenpiperazin. Die damit grundierten Materialien werden nach 20 Stunden mit einem Polyurethan-Zweikomponentenlack überspritzt. Der Polyurethanlack hat einen Bindemittelgehalt von 30 % und besteht aus 1 Teil eines Polyesters aus Adipinsäure, Äthylenglykol und Trimethylolpropan (OH-Zahl 220) und 1 Teil eines Polyesters aus Phthalsäure, Adipinsäure, Trimethylolpropan (OH-Zahl 290). Als Isocyanat-Komponente diente das Polyisocyanat aus Beispiel 1. Das Verhältnis von NCO/OH ist 1. Die bei 45% relativer Feuchte und 23⁰C ermittelten Trockenzeiten betragen:

Grundierung

mit
Beschleuniger

ohne
Beschleuniger

Tannenholz	10 min	240 min
Eichenholz	10 min	240 min
Glas	12 min	250 min

Die Schichtdicke der Decklackierung beträgt etwa 60 μηι.

Beispiel 3

Eine 10%ige Lösung von Polyvinylbutyral wird mit 2% N-Methyl-N'-Dimethylaminoäthylpiperazin, berechnet auf Gesamtlösung, versetzt und auf Tannen- und Eichenbretter aufgetragen. Die grundierten Hölzer werden nach drei Stunden mit einem Polyurethan-Einkomponentenlack überspritzt. Der Polyurethan-Einkomponentenlack besteht aus 8 Mol Toluylendiisocyanat, 1 Mol Polypropylenglykol (Molekular-Gewicht ,jo 1000), 1 Mol 1,3-Butandiol und 2 Mol Trimethylolpro- " pan. Die 60 %ige Lösung dieses Polyurethan-Einkomponentenlackes enthält 6% NCO. Die Trocknung der Decklackierung beträgt auf der beschleunigerfreien Grundierung mehr als 120 Minuten, auf der beschleunigerhaltigen Grundierung dagegen 20 Minuten.

BeispieH

Eine Grundierlösung aus 10 Teilen eines Mischpolymerisates aus Vinylacetat und Vinylchlorid und 90 Teilen eines Lösungsmittelgemisches aus Methylisobutylketon, Äthylglykolacetat, wird mit 2% Dibutylzinndilaurat, bezogen auf Gesamtlösung, versetzt. Diese Lösung wird auf Glasplatten, Eichen- und Tannenbretter aufgetragen. Die Schichtdicke dieser Grundierung beträgt etwa 10 μπα. Die so grundierten Materialien werden nach vier Stunden mit einem Polyurethan-Zweikomponentenlack mit einem Bindemittelgehalt von 30 % überspritzt. Der Polyurethanlack besteht aus einem hydroxylgruppenhaltigen Polyester aus Phthalsäure und Trimethylolpropion (OH-Zahl 260) und einem Biuretpolyisocyanat aus Hexamethylendiisocyanat (23% NCO). Die Schichtdicken der Polyurethan-Decklacke betragen 50-70 μπι. Folgende Trockenzeiten werden bei 45% relativer Feuchte und 23^CC festgestellt:

Grundierung

mit
Beschleuniger

ohne
Beschleuniger

Eichenholz	18 min	> 240 mm
Tannenholz	18 min	> 240 min
Glas	18 min	> 240 min

1,5% Dimethylaminoäthoxyäthanol, berechnet auf Gesamtlösung. Die mit dieser Lösung grundierten Eichen- und Tannenbretter werden nach vier Stunden mit einem Polyurethan-Zweikomponentenlack mit 35% Bindemittelgehalt überspritzt. Der Polyurethanlack besteht aus 1 Teil eines Polyesters aus Adipinsäure undÄthylenglykol (OH-Zahl 170) und 3 Teilen eines Polyesters aus Trimethylolpropan, gesättigter Fettsäure, Phthalsäure und Adipinsäure (OH-Zahl 165) und einem polymeren Tolüylendiisocyanat mit Isocyanurat-Struktur. Die Schichtdicken der Decklackierungen betragen 50-70 am. Folgende Trockenzeiten werden beobachtet:

40

	Grundierung	ohne
	mit	Beschleuniger
	Beschleuniger	70 min
Eichenholz	15 min	75 min
Tannenholz	16 min
	Beispiel 6

Eine 10%ige Lösung von Celluloseacetobutyrat in Äthylacetat/Äthylglykolacetat (2 :1) mit 2 % Dimethylaminoäthylbenzol, berechnet auf Gesamtlösung, wird auf Buchenholz, Asbestzement und Stahlblech aufgestrichen. Die Schichtdicke der trockenen Filme beträgt etwa 8 μπι. Nach 1,5 Stunden werden die so grundierten Materialien mit einem Polyurethan-Einkomponentenlack aus 20 Teilen Straßenteer, 10 Teilen Polypropylenglykol (Molekular-Gewicht 1000), 7 Teilen eines verzweigten Polypropylenglykols (OH-Zahl 150), 20 Teilen 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 40 Teilen Lösergemisch (Xylol, Äthylglykolacetat, Butylacetat 2:1:1) überstrichen. Die Schichtdicke der Decklacke beträgt etwa 60 μπι. Folgende Trockenzeiten werden bei 23°C und 40% relativer Luftfeuchte beobachtet:

45

Beispiel5 ^Buche

Eine 10%ige Lösung eines anverseiften Mischpoly- Asbestzement merisates aus Vinylchlorid und Vinylacetat enthält etwa 50 Stahl

Grundierung	ohne
mit	Beschleuniger
Beschleuniger	> 180 min
60 min	>180 min
45 min	>180 min
45 min

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Lackieren von Oberflächen mit Polyurethanlacken,dadurch gekennzeichnet, daß man auf die zu lackierende Oberfläche zunächst eine Lackschicht aus einem physikalisch trocknenden, einen für Isocyanat-Polyadditions-Reaktionen an sich bekannten Katalysator enthaltenden Bindemittel und anschließend einen katalysatorfreien Polyurethanlack aufbringt.

15

Nach dem Isocyanat-Polyadditions-Verfahren erhaltene Lacküberzüge sind bekannt. Diese technisch wertvollen Überzüge lassen sich sowohl von Hand als auch maschinell z. B. durch Spritzen, Tauchen oder Gießen auftragen. Dabei reagieren die beiden Reaktionskomponenten Polyhydroxylverbindung und PoIyisocyanat unter Ausbildung einer vernetzten hochmolekularen Polyurethanstruktur. Man benutzt dabei im allgemeinen das sogenannte Zweikomponenten- oder Einkomponentenverfahren. Im ersteren Fall werden die beiden Komponenten gegebenenfalls in einem Lösungsmittel zusammengemischt. Eine Reaktion der beiden Komponenten läßt sich vollständig dabei nur dann vermeiden, wenn man sich verkappter Polyisocyanate bedient, die erst in der Hitze das freie Isocyanat abspalten, deren Anwendung daher aber auf einzubrennende Lackierungen beschränkt ist Immerhin haben auch die Lackmischungen mit freien Polyisocyanaten eine mehr oder weniger lange Lebenszeit (pot life), die es immerhin ermöglicht, diese Lackmischungen in technisch befriedigender Weise mit Hand oder maschinell auf die Unterlagen aufzutragen, auf denen sie dann durch Urethanbildung entgültig härten und vernetzen. Im Einkomponentensystem wird dagegen aus den Polyhydroxyverbindungen und den Polyisocyanaten ein Addukt mit freien Isocyanatgruppen hergestellt, wobei nach dem Auftrag durch den Einfluß des Wassers (Luftfeuchtigkeit) Vernetzung erfolgt. Auch hierbei muß man dafür Sorge tragen, daß eine vorzeitige Vernetzung bei der Lagerung unterbleibt, indem man zweckmäßig die Luftfeuchtigkeit ausschließt und/oder wasserbeseitigende Mittel zusetzt.

Auf der anderen Seite ist erwünscht, daß nach erfolgtem Auftrag auf die Unterlagen eine möglichst schnelle Vernetzung und Trocknung der Lackschicht erfolgt. Dazu besteht an sich die bekannte Möglichkeit, durch den Zusatz von Reaktionsbeschleunigern die Umsetzung der Komponenten zu fördern. Die Forderung der beschleunigten Umsetzung auf der Unterlage widerspricht aber der gleichzeitig zu erhebenden Forderung einer möglichst langen Verarbeitungsfähigkeit, da ja die zugesetzten Katalysatoren in beiden Fällen in gleicher Weise in Richtung einer Beschleunigung wirken. Man könnte daran denken, der Lackmischung einen Katalysator erst kurz vor ihrer Applikation auf die Unterlage zuzufügen. Das mag bei einem Handverfahren im kleinen Maße möglich sein, verbietet sich aber bei großtechnischer maschineller Applikation, da die Lackmischungen in der Maschine längere Verweilzeiten, auch bei höherer Temperatur, durchmachen und eine ungewollte Verkürzung der Verarbeitungsspanne (pot-life) durch die beschleunigende Einwirkung des Katalysators nicht zu vermeiden ist. Man hat auch bereits daran gedacht, den Katalysator noch nachträglich nach dem Auftragen der Lackmischung auf die Unterlage etwa durch Aufdüsen in gasförmigem Zustand aufzubringen, das aber erfordert aufwendige zusätzliche maschinelle Einrichtungen. Überdies sind einer solchen technischen Möglichkeit zwangsläufig nur einige wenige Katalysatoren zugänglich.

Hier schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe.

Gegenstand der Erfindung ist das Lackieren von Oberflächen mit Polyurethanlacken, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die zu lackierende Oberfläche zunächst eine Lackschicht aus einem physikalisch trocknenden, einen für Isocyanat-Polyadditions-Reaktionen an sich bekannten Katalysator enthaltenden Bindemittel und anschließend einen katalysatorfreien Polyurethanlack aufbringt.

Auf diese Weise gelingt es, ohne Beeinträchtigung der Lagerstabilität und der Verarbeitungsfähigkeit einer Polyurethanlackmischung die Trocknungszeit dieser Polyurethanlackmischung erheblich herabzusetzen. Dazu bedarf es auf die erfindungsgemäße Weise keines besonderen Arbeitsganges, da in aller Regel Oberflächen in jedem Fall zweimal oder sogar mehrmals lackiert werden müssen. Es kann als überraschend gewertet werden, daß man auf diese Weise auch dickere Polyurethanlackschichten einwandfrei schnell durchhärten kann, insbesondere da der vorveröffentlichten Literatur keinerlei Hinweis auf die erfindungsgemäß aufgefundene Möglichkeit zu entnehmen ist. So befaßt sich die, dem Anmeldungsgegenstand wohl nächstliegende Vorveröffentlichung, die DT-AS 11 18 383 lediglich mit der Diffusion zweier verschiedener unausgehärteter Kunststoffschichten ineinander. Hieraus läßt sich schwerlich die Schlußfolgerung ableiten, daß eine ausreichende Diffusion eines in einer physikalisch trocknenden Primer-Schicht enthaltenden Katalysators in die Lackschicht auf Polyurethanbasis stattfinden würde. Völlig unerwartet ist schließlich der in den nachstehenden Ausführungsbeispielen nachgewiesene Befund, daß die Diffusion aus dem Primer in die Polyurethanschicht auch dann in ausreichendem Maße stattfindet, wenn zwischen Grundierung und anschließend erfolgender Beschichtung mit dem Polyurethanlack eine mehrstündige zur Trocknung der Primer-Schicht ausreichende Pause eingelegt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Lackieren von beliebigen Unterlagen, insbesondere für die maschinelle Verarbeitung. An Unterlagen seien beispielhaft genannt: Metalle wie Aluminium oder Eisen, Asbestzement, Leder, Gummi, Papier, Glas, Stein und Kunststoff und insbesondere auch mit besonderen Vorteilen Holz.

Die Aufträge erfolgen im übrigen in an sich bekannter Weise wie in der Lackierungstechnik üblich z. B. durch Spritzen, Sprühen, Tauchen, Rollen und Gießen.

Für die erste physikalisch trocknende Lackschicht eignen sich beliebige bekannte Bindemittel, z. B. Celluloseester, Celluloseäther und Polymerisate oder Mischpolymerisate des Vinylacetats, Vinylchlorids, Vinylacetat, die auch teilweise verseift und noch freie Hydroxylgruppen enthalten können.

Die Dicke dieser Grundierschicht ist für das erfindungsgemäße Verfahren an sich ohne Bedeutung