DE1644766A1 - UEberzugsmischungen - Google Patents

UEberzugsmischungen

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DE1644766A1 DE1967C0043789 DEC0043789A DE1644766A1 DE 1644766 A1 DE1644766 A1 DE 1644766A1 DE 1967C0043789 DE1967C0043789 DE 1967C0043789 DE C0043789 A DEC0043789 A DE C0043789A DE 1644766 A1 DE1644766 A1 DE 1644766A1
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Description

3HEMISCHE WERKE HÜLS AG 4^70 Marl, den 26.2.1970
- Patentabteilung - 20β3 /MO
Unser Zeichen; O.Z. 2228
Uberzugsmlschungen
Gegenstand der Erfindung sind in einem Lösungsmittel gelöste Uberzugsmischungen, bestehend aus 60 bis 90 Gewichtsprozent hydroxyl- und carboxylgruppenhaltigern Polyester einerseits und 40 bis 10 Gewichtsprozent Polymeren und/oder Oligomeren, die N-Methylol- und/oder N-Methyloläthergruppen enthalten, andererseits.
Aus der deutschen Patentschrift 1 015 165 ist es bekannt, durch Aushärten eines Gemisches aus einem Phthaisäure-Fumarsäure-Propylenglykol-Polyester einerseits und einem butylierten MeI-amin-Formaldehyd-Harz andererseits Überzüge herzustellen. Die erhaltenen überzüge weisen aber eine geringe chemische Widerstandsfähigkeit auf.
Aus der deutschen Patentschrift 1 015 I65 ist weiterhin bekannt, daß man chemisch widerstandsfähige Überzüge erhälti wenn man ein alkyliertes Melamin-Formaldehyd- oder Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukt mit einem linearen Polyester kombiniert, der durch PoIyveresterung einer Dicarbonsäure mit einem Diol der allgemeinen Formel
H-(OR)n-O-/ V-A-^y 0-(RO)n-H
nO/ VA^y 0-(RO)n
gewonnen wird, in der A ein 2-Alkylidenradikal mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, R für ein Alkylidenradikal mit 2
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bis? 3 Kohlenstoffatomen steht, m und η jeweils wenigstens 1 GLnd und die Summe von m und η nicht größer als 5 ist. Die daboi f.cwonnonen Überzüge sind hart, aber sehr spröde.
In der UßA-Patentschrift 2 460 186 werden Polyester aus 2-A'thyl-hexandiol-1,3 als Weichmacher für die Anwendung in Harnstoff -Formaldehyd- oder Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukten beschrieben. Die nach diesen Angaben gewonnenen Überzüge sind zwar zum Teil elastisch, aber zu weich.
Darüber hinaus zeigen eigene Versuche, bei denen Gemische aus linearen Polyestern und einem Melamiri-Formaldehydharz ausgehärtet wurden, daß die dabei erhaltenen Überzüge zwar dehnbar, jedoch weich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Überzüge herzustellen, bei denen sich hohe Elastizität mit großer Härte vereinen.
Es wurden nun Überzugsmischungen gefunden, bei denen im Polyester1
A. die Alkoholkomponente zu 80 bis 100 Mol-# aus einem Diol mit benachbarten Hydroxylgruppen
und
zu 20 bis 0 Mol-# aus einem oderer mehreren a Ii-. . phatischen oder cycloaliphatischen Diolen besteht, in denen die HydroxyIfunktionen durch 3 bis 8 C- Atome getrennt sind und gegebenenfalls bis zu zwei der C-Afcome durch Sauerstoff ersetzt sein können
und
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B. die Säurekomponente zu 80 bis 100 . aus Hexahydroterephtha!säure
und
zu 20 bis 0 Mol-$ aus anderen cycloaliphatischen, aromatischen und/oder ungesättigten oder gesättigten aliphatischen Dicarbonsäuren besteht, wobei die gesättigten aliphatischen Dicarbonsäuren nicht mehr als 8 C-Atome besitzen, λ
und das mittlere Molekulargewicht im Bereich von 300 bis 2 500 liegt.
Als Diole mit benachbarten Hydroxylgruppen eignen sich z.B. Äthylenglykol, Propandiol-(1,2), Butandiol-(1,2), Butandiol-(2,3) oder Cyclohexandiol-(1,2), wobei optisch aktive Diole auch in Form ihrer Racemate, cycloaliphatische Diole in ihrer eis- oder trans-Form oder als Gemisch beider Formen verwendet werden können.
Zusätzlich zu den Diolen mit benachbarten Hydroxylgruppen können 0 bis 20 MoJ.-^ anderer Diole mitverwendet werden, in denen die Hydroxylfunktionen durch 3 bis 8 C-Atome getrennt * sind und gegebenenfalls bis zu zwei der C-Atome durch Sauerstoff ersetzt sein können, so z.B. Propandiol-(1,3), Butandiol-(l,3), Butandiol-(1,4), Hexandiol-(1,6), 2,2-Dimethylpropandiol-(l,3)* oder 1,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexanj es können auch Äther mit zwei Hydroxylgruppen, wie z.B. Dipropylenglykol, Diäthylenglykol oder Triäthylenglykol, als zusätzliche Diole eingesetzt werden.
In den linearen Polyestern kann die Hexahydroterephthalsäure 'Cyclohexan-ljty-dicarbonsäure) in ihrer eis- oder trans-Form
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oder als Gemisch beider Formen vorliegen.
Als aromatische Dicarbonsäuren eignen sich z.B. Phthalsäure oder Isophthalsäure, als zusätzliche cycloaliphatische Dicarbonsäuren z.B. Hexahydrophthalsäure, Tetrahydrophthalsäure oder Hexahydroisophthalsäure, die in ihrer eis- oder transForm oder als Gemisch beider Formen eingesetzt werden können.
Als gesättigte aliphatische Dicarbonsäuren, die bis zu 8 C-Atome. enthalten können, eignen sich besonders Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure. Es können aber auch ungesättigte Dicarbonsäuren, wie beispielsweise Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure oder Citraconsäure, eingesetzt werden, doch wird die Verwendung gesättigter aliphatischer Dicarbonsäuren bevorzugt.
Anstelle der freien Dicarbonsäuren können auch ihre Ester mit kurzkettigen Alkanolen, z.B. Dimethyl-, Diäthyl- oder Dipropylester, eingesetzt werden. Sofern die Dicarbonsäuren Anhydride bilden, können auch diese verwendet werden, z.B. Phthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid.
Überzüge mit besonders guten Eigenschaften erhält man bei Verwendung von linearen Polyestern mit mittleren Molgewichten zwischen 300 und 2 000, vorzugsweise zwischen 500 und 1 500, die ausschließlich aus Äthylenglykol und Hexahydroterephthaisäure und/oder deren Derivaten hergestellt worden sind, oder bei Verwendung von" linearen Polyestern mit Molgewichten zwischen 600 und 2 500, vorzugsweise zwischen 1 000 und 2 000, die ausschließlich aus Propandiol-(1,2) und Hexahydroterephthal-
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säure und/oder deren Derivaten hergestellt worden sind.
Die Herstellung der Polyester kann nach allen bekannten und üblichen Verfahren, mit oder ohne Katalysator, mit oder ohne Durchleiten eines Inertgasstromes, als Lösungskondensation, Schmelzkondensation oder Azeotropveresterung bei Temperaturen bis zu 250 0C oder höher durchgeführt werden, wobei das freiwerdende Wasser oder die freiwerdenden Alkenole kontinuierlich entfernt werden. Die Veresterung verläuft nahezu quantitativ und kann f durch Bestimmung der Hydroxyl- und Säurezahlen verfolgt werden. Das Molgewicht läßt sich in einfacher Weise über das Einsatzverhältnis von Diol und Dicarbonsäure regulieren.
Als geeignete N-Methylol- und/oder N-Methyloläthergruppen aufweisende Polymere und/oder Oligomere kommen die bekannten Umsetzungsprodukte von Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, mit mehreren Amino- oder Amidogruppen tragenden Substanzen infrage, wie z.B. mit Melamin, Harnstoff, N,N'-Äthylenharnstoff, Dicyandiamid, Benzoguanamin und Polymere mit der Struktur von Mischpolymerisaten, in die ein N-Methylol- und/oder N-Methyloläthergruppen aufweisendes Amid einer Of-äthylenisch ungesättigten Car- i bonoäure elnpolymerlslert ist. Geeignet sind ferner Gemische aus derartigen Produkten. Besonders geeignet sind die mit Alkoholen modifizierten Aminoplaste. Anstelle dieser harzartigen Produkte können mit gleich gutem Erfolg auch definierte Vorstufen von Aminoplasten, z.B. Hexamethylolrnelamln, gegebenenfalls in verätherter Form, z.B. Hexamethoxymethylmelamln, eingesetzt werden. Zur Kombination mit den erflndungagemäß eingesetzten, linearen Polyestern steht eine Vielzahl handelsüblicher Aminoplaste zur Verfügung.
Zur Kernteilung dor überzüge worden zimHohnb Polyester und Aminoplast in Üblichen rnoklönungsmlbteln, wLe beispielsweise Xylol,
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Butanol, Butylacetat, Äthylglykol, Butylglykol, A'thylglykolacetat, oder Gemischen verschiedener derartiger Lösungsmittel, gelöst. Dabei kann das Gewichtsverhältnis Polyester : Aminoplast zwischen 60 : 40 und 90 : 10 und der Gesamttdndemittelgehalt der Lacke je nach Verwendungszweck in den üblichen Grenzen schwanken.
Die Lacke können die üblichen Zusatz- und Hilfsstoffe enthalten, ^ beispielsweise Pigmente, Verlaufmittel und zusätzliche andere Bindemittel, wie z.B. Epoxidharze.
Der erhaltene Lack wird dann aufgetragen und bei Temperaturen zwischen 100 und 200 0C eingebrannt. Die dabei ablaufenden Vernetzungsreaktionen werden durch Säuren katalytisch beschleunigt. Bei Verwendung von Polyestern mit sehr niedriger Säurezahl können daher dem Lack saure Substanzen zugesetzt werden. Beim Zusatz von beispielsweise 0,5 % p-Toluolsulfonsäure (bezogen auf das Gesamtbindemittel) wird die Vernetzung stark beschleunigt. Durch größeren Säurenzusatz lassen sich auch bei Raumtemperatur trocknende überzüge herstellen.
Auch durch Umsetzung eines säurearmen Polyesters mit etwa 1 bis w 5 % eines Anhydrids einer relativ stark sauren Dicarbonsäuren ü.B. Maleinsäureanhydrid, kann man die Säurezahl des Polyesters nachträglich erhöhen und so auch ohne Zusatz von stark sauren Substanzen die Einbrenntemperaturen senken.
Die erfindungsgemäßen überzüge haben eine Fülle von guten Eigenschaften. Sie sind hochglänzend, sehr gut pigmentierbar und ausgezeichnet vergilbungnbeständlg. Werden die überzüge einer Wärmen lterung von 72 Stunden bei 100 0C unterzogen, so i«t selbst dann keine sichtbare Vergilbung fest zur, gellen; auch eine Wärmealterung von 72 Stunden bei I50 0C weißt die erflndungögemMi3en überzüge als au π ge ze L ohne» t v^rj'llbungsbesbKndlr aus. Die überzüge olnd bostUndiß gegenübc· r «ugsmitfceln wie X\ylol, Bonzin-Fen-
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zol-Gemischen, Estern und Ketonen. Darüber hinaus weisen sie eine ausgezeichnete Säure- und Alkalibeständigkeit auf. Bei Salzsprühversuchen, Tropentests und Prüfungen im Weatherometer zeigen sie eine hervorragende Korrosionsschutzwirkung und Wet- · terbeständigkeit.
Die hervorragendste Eigenschaft der erfindungsgemäßen Überzüge ist jedoch ihre große Elastizität bei hoher Härte, die selbst beim Überbrennen erhalten bleibt.
Das Dehnungsverhalten von Überzügen wird gewöhnlich dadurch beschrieben, daß man den Erichsen-Tiefungstest (nach DIN 53 156) ausführt und als Maß für die Dehnbarkeit die Tiefung des lackierten Bleches in mm angibt, bei der die Lackschicht zu reißen beginnt .
Wesentlich für dieses Prüfverfahren ist es, daß die Verformung des Überzuges langsam erfolgt (Vorschub: 0,2 mm/sec).
Einen Anhaltspunkt für das Verhalten von Überzügen bei plötzlich auftretender Verformung liefert die sogenannte Schlagtiefungcmessung. Diese Messung kann beispielsweise mit dem Schlagtiefungsgerät 226/D der Firma Erichsen, Hemer-Sundwig, durchgeführt werden. Bei diesem Gerät wird eine Halbkugel mit einem Radius von 10 mm durch ein fallendes Gewicht in das Blech (nicht lackierte Seite oben) plötzlich eingedrückt. Durch Veränderung der Fallhöhe des Gewichts läßt sich die Tiefung variieren. Es wird der Tiefungswert (in mm) angegeben, bei dem die Lackschicht zu reißen beginnt. (Die in den Beispielen angegebenen Werte wurden auf diese Weise erhalten. In einigen Beispielen ist der Wert >5 mm angegeben, da das beschriebene Gerät mit den zur Prüfung benutzten 1 mm starken Tiefziehblechen keine größere Tiefung ermöglicht.)
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Wie bereits zum Stand der Technik ausgeführt wurde und durch Vergleichsversuche belegt wird, sind Überzüge aus linearen Poly- ' estern und Aminoplasten bekannt, die elastisch sind. Diese Überzüge weisen aber sehr geringe Härten (nach DIN 53 157) auf. Andererseits sind überzüge hoher Härte bekannt, die aber nicht elastisch sind. Demgegenüber weisen die erfindungsgemäß erhaltenen Überzüge sowohl hohe Elastizität als auch eine große Härte auf.
Die entsprechend der Erfindung eingesetzten Polyester ergeben L8-sungen niedriger Viskosität. Es lassen sich daher Lacke mit hohen Pestkörpergehalten verarbeiten, was zur Einsparung von Arbeitsgängen ausgenutzt werden kann.
Polyesterherstellung:
Methode A
344 g Hexahydroterephthalsäure (2 Mol) und 186 g Ä'thylenglykol (3 Mol) werden 1 Stunde auf loO C erwärmt. Nach Zugabe von 15 ml Xylol werden die Veresterungskomponenten weitere 14 Stunden unter fortwährendem Wasserauskreisen auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend wird mit Hilfe eines kräftigen Stickstoffstromes das Schleppmittel abdestilliert. Der erhaltene Polyester weist eine Säurezahl von 4,2 mg KOH/g, eine Hydroxylzahl von 198,2 mg KOH/g und ein mittleres Molgewicht von 550 auf.
Methode B
1 000 g Hexahydroterephthalsäure-dimethylester (5 Mol), 456 g Propandiol-(l,2) (6 Mol) und 2,91 ml einer 30 ^igen Lösung von Titan· tetraisopropylat in Isopropanol werden unter fortwährendem Abdestillieren des gebildeten Methanols zunächst 2 Stunden auf 0C erwärmt, dann langsam auf I90 0C aufgeheizt und 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, später noch je 5 Stunden auf 200 0C und 220 0C erwärmt. Nach Erreichen der theoretischen Hydroxylzahl wird 15 Minuten lang Wasserstrahlvakuum angelegt, um leicht
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flüchtige Anteile zu entfernen. Der erhaltene Polyester weist eine Säurezahl von 0,4 mg KOH/g, eine Hydroxylzahl von 94,6 mg KOIl/g und ein mittleres Molgewicht von 1 l80 auf.
Elrhöhung der Säurezahl eines Polyesters
Zur 60 #igen Xylol-Lösung eines Polyesters mit geringer Säurezahl werden 1,5 % Maleinsäureanhydrid (bezogen auf den reinen Polyester) gegeben. Nachdem das zugesetzte Anhydrid völlig ge- ■ ä löst ist, wird 1 Stunde auf 120 0C erwärmt, wodurch die Säurezahl des Polyesters um 8,56 mg KOH/g erhöht wird.
Herstellung eines Lacks
Die Lösungen der erhaltenen Polyester in Xylol werden mit einer käuflichen 55 #igen Lösung eines Melamin-Pormaldehyd-Kondensates in Xylol-Butanol-Gemlsch (1 : 1) im gewünschten Peststoffverhältnis, vermischt. Um ein Polyester : Melaminharz-Verhältnls von 7 ί einzustellen, werden 117 ß einer 60 #igen Lösung der Polyester in Xylol mit 54,5 g der genannten Melaminharz-Lösung vermischt.
Herstellung einer Lackfarbe I
Zur Herstellung einer Lackfarbe wird ein Klarlack im Bindemittel : Pigment-Verhältnis von 2 : 1 mit TlO2 pigmentiert.
Herstellung und Prüfung der Überzüge
Zur Prüfung wird der Klarlack bzw. die Lackfarbe auf Probebloche und Glasplatten aufgebracht und eingebrannt. Zur Erniedrigung der Klnbrenntemperatur wird Lacklösungen, die unter Verwendung von Polyestern niedriger oäurezahl hergestellt wurden, 0,5 % p-Toluoloulfomiäure (bezogen auf da« fiofjamtbLndomlttel) zugesetzt. DIo .Schichtdicke der Filme, an dorum din Prüfung erfolgt, beträgt Ln allen Beinpielen 4() bin 60 u, Die Härteprüfung erfolgt gemäß DIN 5.5 157# die PrUfuriK der Eiantlzltfit nach dan vorfitohond beschriebenen Methoden.
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Die Beispiele 1 bis I5 sind in der Tabelle zusammengestellt. Gleichzeitig enthält die Tabelle die Prüfwerte der Überzüge, die aus den in den folgenden Vergleiohsbeisplelen 1 bis 5 beschriebenen Polyestern hergestellt wurden.
Vergleichsbeispiel 1
1 580 g des symmetrischen Bis-(hydroxyäthyl)-äthers des Bisphenol-A (5 Mol) werden mit 400 g Bernsteinsäureanhydrid (4 Mol) unter Durchleiten eines Stickstoffstromes 6 Stunden lang auf I80 0C erhitzt. Restliche Mengen Reaktionswasser werden dann durch Anlegen eines Vakuums von etwa 20 Torr entfernt. Der so hergestellte Polyester hat eine Säurezahl von 5 mg KOH/g; er wird in einem Xylol-Methyläthylketon-Cyclohexanon-Gemisch (1 : 1 : 1) zu einer 50#igen Lösung gelöst.
Verglelchsbelsplel 2
(Beispiel 2 aus USA Patentschrift 2 460 186)
148 g Phthalsäureanhydrid, 146 g Adipinsäure, 278 g 2-Hthylhexandiol-1,3 und 110 ml Xylol werden innerhalb von 4 Stunden auf I80 0C und in weiteren 4 Stunden auf 200 0C erwärmt, vobei das gebildete Wasser über einen Wasserabscheider abgetrennt wird. Danach wird innerhalb von 4,5 Stunden langsam das Lösungsmittel abdestilliert, so daß am Ende eine Temperatur von 240 0C erreLcht wird.
Vcrsleichsbeisplel j
el 4 aus USA Patentschrift ?. 460 186)
148 g Phthalsäureanhydrid, 202 g Sebacinsäure, ?7o g 2-Ä'th.vlhexandloL-1,3, ?8 r, G Lycerln und 110 ml Xylol worden in 11,5 Stunden Langsam auf "Π0 0G c ι w: füit. und dan gob Lide fco Wa ti ε; or übor olnen Wasnorabiiühi-L-u-it· abgot rvnnfc. (io^cui Knün dt· Veretherung wLrd das Likiimnöir.LUi-iL Langnam abdeübiLlLort und ? :!Uundon auf
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2j>0 0C Gehalten.
VcrGlGlohnbcispiel 4
(Beispiel 1 aus Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage, Band 14, Seite 87, Urban und Schwarzenberg, München-Berlin, 1963)
1 400 g Adipinsäure (9,6 Mol) und 675 g Äthylenglykol (10,9 Mol) werden unter Überleiten eines Stickstoffstromes langsam auf 130 0C bis l40 0C erhitzt. Damit erreicht wird , daß beim Abdestillieren des Reaktionswassers kein Glykpl mit übergeht, wird ein Teil des Destillates als Rücklauf auf die Kolonne gegeben. Im Laufe einiger Stunden wird das Reaktionsgemisch auf 200 0C erhitzt, dann auf 150 0C abgekühlt und die Kondensation unter Vakuum fortgesetzt, bis sie bei 200 Torr und 200 0C nach 5 bis 8 Stunden beendet ist. Der wachsartige Polyester hat eine Hydroxylzahl von 54 mg KOH/g und ein mittleres Molekulargewicht von 2 000j er wird in einem Xylol-Methyläthylketon-Gemisch (1 : 1) zu einer 50 $igen Lösung gelöst.
Vergleichsbeispiel 5
(Beispiel 2 aus Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie,
3. Auflage, Band l4, Seite 87, Urban und Schwarzenberg, München Berlin, I963)
316 g Adipinsäure (2,16 Mol), 480 g Phthalsäureanhydrid (3,24 Mol) und 374 g Äthylenglykol (6,5 Mol) werden unter Überleiten eines Stickstoffstromes langsam auf I60 bis 200 0C erhitzt, bis 118 g Destillat übergegangen sind. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Übergangstemperatür am Kopf der Kolonne 100 0C nicht übersteigt. Anschließend werden bei steigendem Vakuum in 6 Stunden noch 19 g abdestilliert. Der Polyester hat eine Säurezahl von 3
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bis 4 mg KOH/g und eine Hydroxylzahl von 56 mg KOH/g; er wird
in einem Xylol-Methyläthylketon-Cyclohexanon-Gemisch (1 : 1 ': 1) zu einer 5C$igen Lösung gelöst.
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109816/1998

Claims (3)

- 1^ - O.Z. 2223 26.2.1970 Pr tonbansprüche
1. In Lösungsmittel gelöste Uberzugsmischungen, bestehend aus bis 90 Gewichtsprozent hydroxyl- und carboxylgruppenhaltigem Polyester einerseits und Ho bis 10 Gewichtsprozent Polymeren und/oder Oligomeren, die N-Methylol- und/oder N-Methyloläthergruppen enthalten, andererseits,
dadurch gekennzeichnet, da G
beim Polyester
A. die Alkoholkomponente zu 80 bis 100 Mol-# aus einem Diol mit benachbarten Hydroxylgruppen und
zu 20 bis 0 Mol-$ aus einem oder mehreren aliphatischen oder cycloaliphatischen Diolen besteht, in denen die Hydroxylfunktionen durch j5 bis 8 C-Atome getrennt sind und gegebenenfalls bis zu zwei der C-Atome durch Sauerstoff .ersetzt sein können
und
B. die ijä'urekomponente zu 80 bis 100 Mol-# aus Hexahydro terephthalsäure
und
zu 20 bis 0 Mol-# aus anderen cycloaliphatischen, aromatischen und/oder ungesättigten oder gesättigten aliphatischen Dicarbonsäuren besteht, wobei die gesättigten aliphatischen Dicarbonsäuren nicht mehr als 8 C-Atome besitzen,
und das mittlere Molekulargewicht im Bereich von 300 bis 2 500 liegt.
109816/1998
26.2.1970
2. Uberzugsmischungen nach Anspruch I3
dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester ausschließlich aus Äthylenglykol und Hexahydroterephthalsäure besteht und ein mittleres Molgewicht im Bereich von 500 bis 1 500 hat.
3. Überzugsmischungen nach Anspruch 1,
dadurch ge-kennzeichnet, daß der Polyester ausschließlich aus Propandiol-(1,2) und Hexahydroterephthalsäure besteht und ein mittleres Molgewicht im Bereich von 1000 und 2000 hat.U
109816/1998
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