DE19619545A1 - Beschichtungsmittel für Glas - Google Patents
Beschichtungsmittel für GlasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft spezielle wäßrige Polyurethan-Bindemittelsysteme auf Basis
von ausgewählten Ausgangsmaterialien, deren Herstellung und Verwendung, vor
zugsweise als Beschichtungsmittel für Glas, vorzugsweise Glasflaschen.
Glasoberflächen werden beispielsweise aus dekorativen Gründen oder Sicherheits
gründen (Splitterschutz) mit einer Beschichtung versehen. So gelingt es z. B., durch
eine Beschichtung die Stabilität einer dünnwandigen Glasflasche so weit zu
erhöhen, daß ihre Stabilität der einer handelsüblichen Flasche entspricht.
Vorteilhaft, gerade bei Pfandflaschen, ist das geringere Gewicht einer beschichte
ten Leichtglasflasche, wodurch sich niedrigere Transportkosten ergeben. Es sind
hier aber neben der Splitterschutzwirkung weitere hohe Anforderungen zu erfüllen
wie beispielsweise Abriebfestigkeit, Elastizität, Wasserbeständigkeit und Alkalibe
ständigkeit.
Die klare Beschichtung soll bei den häufigen Spülvorgängen einer Mehrwegflasche
nicht eintrüben, ferner sollen die mechanischen Eigenschaften durch die heiße,
alkalische Spülflüssigkeit nicht verschlechtert werden.
Vorteilhaft sind Systeme, die lösemittelfrei sind und einkomponentig verarbeitet
werden können.
In der EP-A 25 992 und EP-A 25 994 werden Beschichtungsmassen auf Basis von
NCO-Prepolymeren auf Polyesterbasis beschrieben, die lösemittelfrei mit reinem
Melamin vernetzt werden. Nachteilig ist jedoch die oberhalb von 180°C liegende
Einbrenntemperatur, ferner ist die Beständigkeit gegen alkalische Spülmedien nur
mäßig.
Die EP-A 519 074 beschreibt ein wäßriges, zweischichtig aufzutragendes Glasbe
schichtungssystem, wobei die Deckschicht im wesentlichen aus 3 Hauptkomponen
ten besteht: einer Polyurethan-Dispersion, einem wäßrigen Epoxid- und einem
wäßrigen Melamin-Formaldehyd-Harz.
Die verwendete Polyurethan-Dispersion stellt ein handelsübliches Produkt von
nicht offenbarter Zusammensetzung dar, die aber ihre geforderten Endeigen
schaften erst durch wesentliche Mengen an den beiden obengenannten Zusätzen
erreicht. Im Gegensatz hierzu stellt die erfindungsgemäße Glasbeschichtung ein
einkomponentig verarbeitbares, ausschließlich aus PUR-Bausteinen basierendes,
System dar.
Die US-P 4 280 994 beschreibt wäßrige Polyurethandispersionen auf Poly
etherbasis, die aufgrund der enthaltenen freien Hydroxylgruppen und blockierten
Isocyanatgruppen ein Einkomponentensystem darstellen, das thermisch nachver
netzt werden kann. Allerdings erfordert eine gute Haftung auf Glas sowie hohe
Alkalibeständigkeit auch eine hohe Vernetzungsdichte, die mit den hier beschrie
benen Systemen nur schwer erreichbar sind.
Höhere Vernetzungsdichten sind erreichbar, wenn OH-funktionelle PUR-Disper
sionen mit wäßrigen, blockierten Polyisocyanatvernetzern kombiniert werden.
Diese aus zwei Komponenten hergestellten Systeme sind einkomponentig
verarbeitbar und vernetzen bei Hitzeeinwirkung. In den Beispielen der
EP-A 566 953 bzw. EP-A 576 952 werden jedoch lediglich Systeme auf Polyester
basis beschrieben, die Beständigkeit gegen Alkalien ist nur mäßig.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand jedoch darin, geeignete
Beschichtungsmittel für Glasoberflächen, speziell Glasflaschen zur Verfügung zu
stellen, die einkomponentig verarbeitbar sind und neben hervorragender Optik
auch gute Haftung, hohe Abriebfestigkeit, Elastizität, Wasserbeständigkeit und
Alkalibeständigkeit, besonders gegen heiße alkalische Spülmedien aufweisen.
Mit den nachstehend näher beschriebenen, erfindungsgemäß zu verwendenden
Beschichtungsmitteln ist es überraschenderweise gelungen, die genannte Aufgabe
zu lösen.
Gegenstand der Erfindung sind wäßrige Beschichtungsmittel auf PUR-Basis, die
als Bindemittel eine Kombination aus
- a) einer in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyolkomponente aus
- A1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyisocyanat-Komponente, bestehend zu mindest aus 50 Gew.-% 4,4′-Diisocyanatodicyclohexylmethan und zum Rest aus anderen organischen Polyisocyanaten des Molekulargewichtsbereiches 140 bis 1500 und
- B1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyetherpolyolkomponente, bestehend aus einem oder verschiedenen Polyetherpolyolen des Hydroxylzahl bereichs 25 bis 350 mg KOH/g Substanz und
- C1) 2 bis 12 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukomponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und gegebenenfalls
- D1) 0 bis 12 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukomponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additions reaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und/oder
- E1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen, Molekulargewichtsbereich 62 bis 250 und/oder
- F1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly amine mit 2 bis 3 Aminogruppen, Molekulargewichtsbereich 60 bis 300, und/oder
- G1) 0 bis 30 Gew.-% einer oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly aminopolyhydroxylverbindungen mit einer Summe von Hydroxyl- und Aminogruppen von 2 bis 4, Molekulargewichtsbereich 61 bis 300, und/oder
- H1) 0 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskompo nenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
- wobei sich die genannten Prozentangaben von A1) bis H1) zu 100 ergänzen, und
- b) einer in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyisocyanatkomponente
mit blockierten Isocyanatgruppen aus
- A2) 40 bis 80 Gew.-% einer Polyisocyanatkomponente auf Basis von Diisocyanaten des Molekulargewichtsbereichs von 140 bis 350 mit einem Isocyanuratgruppengehalt (berechnet als C₃N₃O₃; Molekular gewicht = 126) von 2 bis 30 Gew.-% und
- B2) 5 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion monofunktioneller Blockierungsmittel für Iso cyanatgruppen und
- C2) 0 bis 15 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukomponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und
- D2) 5 bis 30 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukomponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additions reaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und
- E2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 62 bis 250 und
- F2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly amine mit 2 bis 3 Aminogruppen des Molekulargewichtsbereichs von 60 bis 300 und
- G2) 0,5 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskompo nenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
- wobei sich die genannten Prozentangaben von A2) bis G2) zu 100 ergänzen,
sowie gegebenenfalls die üblichen Hilfs- und Zusatzmittel der Beschichtungs
technologie enthalten, mit der Maßgabe, daß das Äquivalentverhältnis von
blockierten Isocyanatgruppen der Komponente b) zu Hydroxylgruppen der Kompo
nente a) bei mindestens 0,8 : 1 liegt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der
wäßrigen Beschichtungsmittel auf PUR-Basis, die als Bindemittel eine Kombi
nation aus
- a) einer in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyolkomponente aus
- A1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyisocyanat-Komponente, bestehend zu mindest aus 50 Gew.-% 4,4′-Diisocyanatodicyclohexylmethan und zum Rest aus anderen organischen Polyisocyanaten des Molekulargewichtsbereiches 140 bis 1500 und
- B1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyetherpolyolkomponente, bestehend aus einem oder verschiedenen Polyetherpolyolen des Hydroxylzahl bereichs 25 bis 350 mg KOH/g Substanz und
- C1) 2 bis 12 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukomponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und gegebenenfalls
- D1) 0 bis 12 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukomponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additions reaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und/oder
- E1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen, Molekulargewichtsbereich 62 bis 250 und/oder
- F1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly amine mit 2 bis 3 Aminogruppen, Molekulargewichtsbereich 60 bis 300, und/oder
- G1) 0 bis 30 Gew.-% einer oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly aminopolyhydroxylverbindungen mit einer Summe von Hydroxyl- und Aminogruppen von 2 bis 4, Molekulargewichtsbereich 61 bis 300, und/oder
- H1) 0 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskompo nenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
- wobei sich die genannten Prozentangaben von A1) bis H1) zu 100 ergänzen, und
- b) einer in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyisocyanatkomponente
mit blockierten Isocyanatgruppen aus
- A2) 40 bis 80 Gew.-% einer Polyisocyanatkomponente auf Basis von Diisocyanaten des Molekulargewichtsbereichs von 140 bis 350 mit einem Isocyanuratgruppengehalt (berechnet als C₃N₃O₃; Molekular gewicht = 126) von 2 bis 30 Gew.-% und
- B2) 5 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion monofunktioneller Blockierungsmittel für Iso cyanatgruppen und
- C2) 0 bis 15 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukomponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und
- D2) 5 bis 30 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukomponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additions reaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und
- E2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 62 bis 250 und
- F2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly amine mit 2 bis 3 Aminogruppen des Molekulargewichtsbereichs von 60 bis 300 und
- G2) 0,5 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskompo nenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
- wobei sich die genannten Prozentangaben von A2) bis G2) zu 100 ergänzen,
sowie gegebenenfalls die üblichen Hilfs- und Zusatzmittel der Beschichtungs
technologie enthalten, mit der Maßgabe, daß das Äquivalentverhältnis von
blockierten Isocyanatgruppen der Komponente b) zu Hydroxylgruppen der Kompo
nente a) bei mindestens 0,8 : 1 liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man zur
Herstellung der in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyolkomponente a)
- A1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyisocyanat-Komponente, bestehend zumindest aus 50 Gew.-% 4,4′-Diisocyanatodicyclohexylmethan und zum Rest aus anderen organischen Polyisocyanaten des Molekulargewichtsbereiches 140 bis 1500 und
- B1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyetherpolyolkomponente, bestehend aus einem oder verschiedenen Polyetherpolyolen des Hydroxylzahlbereichs 25 bis 350 mg KOH/g Substanz und
- C1) 2 bis 12 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukomponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO- Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und gegebenenfalls
- D1) 0 bis 12 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukomponente, beste hend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufwei senden Verbindung und/oder
- E1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen, Molekulargewichtsbereich 62 bis 250 und/oder
- F1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyamine mit 2 bis 3 Aminogruppen, Molekulargewichtsbereich 60 bis 300, und/oder
- G1) 0 bis 30 Gew.-% einer oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyaminopoly hydroxylverbindungen mit einer Summe von Hydroxyl- und Aminogruppen von 2 bis 4, Molekulargewichtsbereich 61 bis 300, und/oder
- H1) 0 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat-Additions reaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskomponenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
zur Reaktion bringt, wobei sich die genannten Prozentangaben von A1) bis H1) zu
100 ergänzen, anschließend in Wasser dispergiert und zur Herstellung der in
Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyisocyanatkomponente b) mit blockierten
Isocyanatgruppen aus
- A2) 40 bis 80 Gew.-% einer Polyisocyanatkomponente auf Basis von Diisocyanaten des Molekulargewichtsbereichs von 140 bis 350 mit einem Isocyanuratgruppengehalt (berechnet als C₃N₃O₃; Molekulargewicht = 126) von 2 bis 30 Gew.-% und
- B2) 5 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion monofunktioneller Blockierungsmittel für Isocyanat gruppen und
- C2) 0 bis 15 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukomponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO- Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und
- D2) 5 bis 30 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukomponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und
- E2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 62 bis 250 und
- F2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyamine mit 2 bis 3 Aminogruppen des Molekulargewichtsbereichs von 60 bis 300 und
- G2) 0,5 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat-Additions reaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskomponenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
zur Reaktion bringt, wobei sich die genannten Prozentangaben von A2) bis G2) zu
100 ergänzen, anschließend in Wasser dispergiert und anschließend die Kompo
nenten a) und b), gegebenenfalls unter Zusatz der genannten Hilfs- und Zusatz
mittel, miteinander vermischt oder die Komponenten a) und b) in wasserfreier
Form vermischt und das Gemisch in Wasser dispergiert.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der Bindemittel zur
Beschichtung von beliebigen Glasoberflächen, speziell Glasflaschen.
Bei der Bindemittelkomponente a) handelt es sich um in Wasser lösliche oder
dispergierbare Polyhydroxylverbindungen auf Polyetherpolyurethanbasis eines aus
Hydroxylgruppengehalt und Hydroxylfunktionalität berechenbaren mittleren Mole
kulargewichts 500 bis 100 000, vorzugsweise 1000 bis 10 000 der an sich aus der
Chemie der Polyurethanlacke bekannten Art, vorausgesetzt die Polyhydroxylver
bindungen weisen einen zu ihrer Löslichkeit bzw. Dispergierbarkeit in Wasser
ausreichenden Gehalt an hydrophilen Gruppierungen, insbesondere Ethylenoxidein
heiten aufweisenden Polyetherketten und/oder Carboxylatgruppen auf. Grundsätz
lich möglich ist allerdings auch die Verwendung von für sich allein nicht aus
reichend hydrophilen Polyhydroxylverbindungen in Abmischung mit externen
Emulgatoren.
Die Ausgangskomponente A1) besteht aus mindestens einem organischen Polyiso
cyanat des Molekulargewichtsbereichs 140 bis 1500, vorzugsweise 168 bis 318,
mit der Maßgabe, daß sie zu mindestens 50, vorzugsweise mindestens 75 und
besonders bevorzugt zu 100 Gew.-% aus 4,4′-Diisocyanatocyclohexylmethan
besteht.
Neben dem letztgenannten Diisocyanat kann die Komponente A1) auch weitere
Polyisocyanate des genannten Molekulargewichtsbereichs enthalten. Beispielhaft
genannt seien Hexamethylendiisocyanat (HDI), 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-iso
cyanatomethyl-cyclohexan (IPDI), 2,4- und/oder 2,6-Diisocyanatotoluol (TDI),
1-Methyl-2,4-diisocyanatocyclohexan und/oder 1-Methyl-2,6-diisocyanatocyclo
hexan, und 4,4′-Diisocyanatodiphenylmethan (MDI). Die Polyisocyanatkomponente
A1) kann auch, allerdings weniger bevorzugt, an sich bekannte Lackpolyisocyanate
auf HDI-, IPDI- und/oder TDI-Basis enthalten.
Bei der Komponente B1) handelt es sich um die aus der Polyurethanchemie an
sich bekannten höhermolekularen Polyhydroxylpolyether des Molekulargewichts
bereichs 300 bis 5000, vorzugsweise 500 bis 3000, die in der Polyurethanchemie
an sich bekannten Polyether, wie z. B. die unter Verwendung von zweiwertigen
Startermolekülen, wie Wasser, Ethylenglykol, Propandiol-1,2, Propandiol-1,3,
Diethylenglykol, Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6, Octandiol-1,8, Neopentylglykol,
2-Methylpropandiol-1,3, die verschiedenen isomeren Bishydroxymethylcyclo
hexane, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan oder 2 NH-Bindungen aufweisenden
Aminen hergestellten Polymerisate bzw. Mischpolymerisate des Tetrahydrofurans,
Styroloxids, Propylenoxids, Ethylenoxids, der Butylenoxide oder des
Epichlorhydrins, insbesondere des Propylenoxids und gegebenenfalls Ethylenoxids.
Ethylenoxid wird gegebenenfalls anteilmäßig mitverwendet, jedoch mit der
Maßgabe, daß das resultierende Polyetherdiol maximal 10 Gew.-% an Ethylen
oxideinheiten enthält.
Vorzugsweise werden solche Polyetherdiole verwendet, die ohne Mitverwendung
von Ethylenoxid, d. h. insbesondere unter ausschließlicher Verwendung von
Propylenoxid und Tetrahydrofuran erhalten wurden.
Neben diesen höhermolekularen difunktionellen Verbindungen kann die
Komponente B1) auch tri- oder höherfunktionelle Polyhydroxylverbindungen der
genannten Art, insbesondere Polyetherpolyole aufweisen, deren Molekulargewicht
innerhalb der genannten Grenzen liegt, und die unter (Mit)Verwendung von
höherfunktionellen Ausgangsmaterialien wie beispielsweise Trimethylolpropan,
Glycerin oder Ethylendiamin erhalten worden sind.
Auch die Verwendung von Polyetherpolyaminen des genannten Molekulargewichts
bereichs, beispielsweise solchen, wie sie durch Überführung der Hydroxylgruppen
der beispielhaft genannten Polyetherpolyole in primäre Aminogruppen erhalten
werden, ist grundsätzlich möglich, allerdings weniger bevorzugt.
Die Komponente C1) besteht aus mindestens einer (potentiell) anionischen
Verbindung mit mindestens einer gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen
Gruppe.
Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Verbindungen um mindestens eine, vor
zugsweise eine oder zwei Hydroxyl- oder Aminogruppen aufweisende Carbon
säuren oder um Salze derartiger Amino- bzw. Hydroxycarbonsäuren. Geeignete
derartige Säuren sind beispielsweise 2,2-Bis(hydroxymethyl)alkancarbonsäuren wie
Dimethylolessigsäure, 2,2-Dimethylolpropionsäure, 2,2-Dimethylolbuttersäure oder
2,2-Dimethylolpentansäure, Dihydroxybernsteinsäure, Hydroxypivalinsäure oder
um Gemische derartiger Säuren. Vorzugsweise wird als Komponente C1)
Dimethylolpropionsäure und/oder Hydroxypivalinsäure verwendet. Ebenfalls mög
lich, jedoch weniger bevorzugt, ist die Verwendung von gegebenenfalls Ether
gruppen aufweisenden Sulfonatdiolen der in US-P 4 108 814 beschriebenen Art als
anionische Aufbaukomponente C1). Die freien Säuregruppen insbesondere
Carboxylgruppen stellen die vorstehend genannten "potentiell anionischen"
Gruppen dar, während es sich bei den durch Neutralisation mit Basen erhaltenen
salzartigen Gruppen, insbesondere Carboxylatgruppen um die vorstehend ange
sprochenen "anionischen" Gruppen handelt.
Die gegebenenfalls mitzuverwendende Komponente D1) besteht aus mindestens
einer nichtionisch-hydrophilen Verbindung, die pro Molekül eine oder zwei
gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähige Gruppen, insbesondere Hydroxyl- oder
Aminogruppen aufweist. Die Polyetherketten dieser Verbindungen bestehen
zumindest zu 80% aus Ethylenoxideinheiten, wobei neben diesen, den gemachten
Ausführungen entsprechend, auch Propylenoxideinheiten vorliegen können. Ge
eignete derartige nichtionisch-hydrophile Aufbaukomponenten sind beispielsweise
monofunktionelle Polyethylenglykolmonoalkylether mit Molekulargewichten von
350 bis 5000 (z. B. ®Breox 350, 550, 750 von BP Chemicals) sowie monofunk
tionelle Verbindungen mit einem gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen
Wasserstoffatomen mit Ethylenoxid-Einheiten aufweisenden hydrophilen Ketten
wie sie z. B. in DE-A 26 51 506 beschrieben sind.
Auch als Komponente D1) geeignete nichtionisch-hydrophile Aufbaukomponenten
sind die in DE-A 25 51 094 genannten Diisocyanate und/oder im Sinne der
Isocyanatpolyadditionsreaktion difunktionelle Verbindungen mit gegenüber Iso
cyanatgruppen reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit seitenständigen Ethylen
oxid-Einheiten aufweisenden hydrophilen Ketten.
Bei der gegebenenfalls mitzuverwendenden Komponente E1) handelt es sich um
sonstige di-, tri- und/oder tetrafunktionelle Substanzen des Molekulargewichts 62
bis 250 mit Hydroxylgruppen wie z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol,
1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, die
isomeren Hexantriole oder Pentaerythrit.
Bei der gegebenenfalls mitzuverwendenden Komponente F1) handelt es sich um
di-, tri- und/oder tetrafunktionelle Substanzen des Molekulargewichtsbereichs 60
bis 300 mit Aminogruppen wie z. B. Ethylendiamin, 1,2- und 1,3-Diaminopropan,
1,6-Diaminohexan, 1,3-Diamino-2,2-dimethylpropan, Isophorondiamin, 1,3- und
1,4-Diaminohexan, 4,4′-Diamino-dicyclohexylmethan, 2,4- und/oder 2,6-Diamino-
1-methyl-cyclohexan, 4,4′-Diamino-3,3′-dimethyl-dicyclohexylmethan, 1,4-Bis-(2-
amino-prop-2-yl)-cyclohexan oder auch Hydrazin, Hydrazide bzw. beliebige Ge
mische derartiger Diamine und Hydrazine; höherfunktionelle Polyamine wie Di
ethylentriamin, Triethylentetramin, Dipropylentriamin, Tripropylentetramin,
hydrierte Anlagerungsprodukte von Acrylnitril an aliphatische oder cycloalipha
tische Diamine, vorzugsweise entsprechender Anlagerungsverbindungen einer
Acrylnitrilgruppe an ein Molekül eines Diamins, z. B. Hexamethylen-propylen
triamin, Tetramethylen-propylen-triamin, Isophoron-propylen-triamin, 1,4- oder
1,3-Cyclohexanpropylentriamin oder beliebige Gemische derartiger Polyamine.
Bei der Komponente G1) handelt es sich um di-, tri- und/oder tetrafunktionelle
Substanzen des Molekulargewichtsbereichs 60 bis 300 mit Aminogruppen und
Hydroxylgruppen wie z. B. Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und
Hydroxyethylethylendiamin.
Bei der Komponente H1) handelt es sich um mono- und/oder difunktionelle
Carbonsäurehydrazide des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300, wie z. B.
Adipinsäuredihydrazid, Benzoesäurehydrazid, p-Hydroxybenzoesäurehydrazid, die
isomeren Terephthalsäurehydrazide, N-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl-N-amino
oxamid (®Luchem HA-R 100, Elf Atochem), 3-(4-Hydroxy-3,5-di-t-butyl-phenyl)
propionsäurehydrazid, 2-Hydroxy-3-t-butyl-5-methylphenyl-essigsäurehydrazid oder
Gemische dieser Verbindungen. Andere wirksame Hydrazide sind Addukte aus
cyclischen Carbonaten und Hydrazin, beispielsweise aus 1 mol Hydrazin und 1
mol Propylencarbonat oder 1 mol Hydrazin und 2 mol Propylencarbonat, wie sie
in den EP-A 654 490 und EP-A 682 051 beschrieben sind. Bevorzugte
Stabilisatoren sind Adipinsäurehydrazid und N-2,2,6,6-Tetramethyl-4-piperidinyl-
N-aminooxamid.
Die Herstellung der OH-funktionellen Polyetherpolyurethane a) aus den Ausgangs
komponenten A1) bis H1) erfolgt in an sich bekannter Weise ein- oder mehrstufig,
wobei die Mengenverhältnisse der Reaktionspartner so gewählt werden, daß das
Äquivalentverhältnis von Isocyanatgruppen der Komponente A1) zu gegenüber
Isocyanaten reaktionsfähigen Gruppen der Komponenten B1), C1), D1), E1), F1),
G1) und H1) bei 0,8 : 1 bis 2 : 1, vorzugsweise 0,95 : 1 bis 1,5 : 1 und insbesondere bei
0,95 : 1 bis 1,2 : 1 liegt.
In die Berechnung dieses Äquivalentverhältnisses gehen weder die Carboxylgruppe
der Komponente C1) noch das zur Herstellung von Lösungen oder Dispersionen
der Polyurethane verwendete Wasser noch das zur Neutralisation der Carboxyl
gruppen eingesetzte Neutralisationsmittel ein.
Die Komponente E1) wird im allgemeinen in einer Menge von 0 bis 80 Gew.-%,
vorzugsweise 0 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Komponente B 1)
verwendet.
Die Komponente D1) gelangt in einer solchen Menge zum Einsatz, daß in den
letztendlich erhaltenen erfindungsgemäßen Polyurethanen 0 bis 30, vorzugsweise 0
bis 20 Gew.-% an innerhalb von end- und/oder seitenständig angeordneten Poly
etherketten eingebauten Ethylenoxideinheiten vorliegen.
Die Menge der Komponente C1) und der Neutralisationsgrad der mit der
Komponente C1) eingebauten Carboxylgruppen wird so bemessen, daß in dem
letztendlich erhaltenen Polyurethan 0,1 bis 120, vorzugsweise 1 bis 80
Milliäquivalente pro 100 g Feststoff an Carboxylatgruppen vorliegen, wobei die
Gesamtmenge der zuletzt genannten Ethylenoxideinheiten und dieser Carboxylat
gruppen innerhalb der genannten Bereiche so bemessen sein muß, daß die
Löslichkeit bzw. Dispergierbarkeit der Polyurethane in Wasser gewährleistet ist.
Im übrigen werden Art und Mengenverhältnisse der Ausgangskomponenten A1)
bis H1) so bemessen, daß nach erfolgter Umsetzung dieser Ausgangsmaterialien in
den resultierenden Polyurethanen maximal bis zu 15, vorzugsweise bis maximal
10 Gew.-%, bezogen auf Festkörper, an freien, nicht umgesetzten Hydroxyl
gruppen vorliegen.
Die Umsetzung der Ausgangskomponenten A1) bis H1) kann sowohl ein- als auch
mehrstufig durchgeführt werden. Selbstverständlich kann auch ein gegenüber Iso
cyanatgruppen inertes Lösungsmittel mitverwendet werden, so daß die
Umsetzungsprodukte letztendlich in Form einer Lösung in einem derartigen
Lösungsmittel vorliegen. In diesem Zusammenhang bedeutet "Lösung" sowohl
eine echte Lösung als auch eine Wasser-in-Öl-Emulsion, die dann entstehen kann,
wenn beispielsweise einzelne der Aufbaukomponenten in Form von wäßrigen
Lösungen zum Einsatz gelangen. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise
Aceton, Methylethylketon, N-Methylpyrrolidon oder beliebige Gemische dieser
und auch anderer Lösungsmittel. Die Menge dieser Lösungsmittel wird im allge
meinen so bemessen, daß mindestens 10 gew.-%ige Lösungen der Umsetzungspro
dukte aus den Ausgangskomponenten A1) bis H1) in dem Lösungsmittel anfallen.
Die Herstellung der OH-funktionellen Polyetherpolyurethane a) erfolgt in Ab
wesenheit oder Gegenwart von Katalysatoren. Gelangen Katalysatoren zum
Einsatz, so sind dies die in der Polyurethanchemie üblicherweise verwendeten
Katalysatoren wie z. B. tertiäre Amine wie z. B. Triethylamin, Zinnverbindungen
wie z. B. Zinn-II-octoat, Dibutylzinnoxid, Dibutylyzinndilaurat und andere
gebräuchliche Katalysatoren.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethanpolyharnstoff-Dispersionen
bzw. -Lösungen eignen sich die in der Literatur beschriebenen Herstellungsver
fahren (D. Dieterich in: Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie,
4. Aufl., Band E 20, S. 1659 (1987), beispielsweise das Prepolymer-Misch-Ver
fahren oder das Aceton-Verfahren).
Die Einführung der Hydroxylgruppen gelingt durch Umsetzung des NCO-
Prepolymers mit überschüssigem E1) oder G1). Wird in einem Lösungsmittel
gearbeitet, so können die genannten Komponenten dem Prepolymer zugesetzt
werden. Bei einem lösemittelfreien Schmelzverfahren, bei dem bestenfalls geringe
Mengen an Colöser mitverwendet werden, ist dies nur möglich, wenn lediglich
OH-funktionelle Bausteine zum Einsatz kommen, bei Verwendung von Amino
gruppen tragenden Komponenten sind diese im Dispergierwasser oder einem Teil
des Dispergierwassers, gegebenenfalls unter Zusatz eines Colösers langsam zuzu
dosieren, um die Exothermie der Reaktion kontrolliert ablaufen zu lassen.
Die Zugabe der bis zur zumindest teilweisen Neutralisation der Carboxylgruppen
erforderlichen Base kann vor, während oder im Anschluß an die Wasserzugabe er
folgen.
Geeignete Basen sind z. B. Ammoniak, N-Methylmorpholin, Dimethylisopropanol
amin, Triethylamin, Dimethylethanolamin, Methyldiethanolamin, Triethanolamin,
Morpholin, Tripropylamin, Ethanolamin, Triisopropanolamin, 2-Diethylamino-2-
methyl-1-propanol bzw. Gemische dieser und anderer Neutralisationsmittel. Eben
falls geeignet, jedoch weniger bevorzugt als Neutralisationsmittel, sind Natrium
hydroxid, Lithiumhydroxid und Kaliumhydroxid. Bevorzugte Neutralisationsmittel
sind Ammoniak und Dimethylethanolamin.
Im Anschluß an die Zugabe des als Lösungsmittel bzw. als Dispergiermedium
dienenden Wassers, dessen Menge im übrigen so bemessen wird, daß 10- bis 60-,
vorzugsweise 20- bis 45 gew.-%ige Lösungen oder Dispersionen resultieren, er
folgt gegebenenfalls eine destillative Entfernung des verwendeten Hilfslösungs
mittels.
Letztendlich werden somit die erfindungsgemäßen Polyurethane in Form von
wäßrigen Lösungen oder in Form von wäßrigen Dispersionen erhalten.
Die Frage, ob es sich um wäßrige Lösungen oder Dispersionen handelt, ist in
erster Linie von der Konzentration der hydrophilen Segmente abhängig.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können ohne weiteres auch höhere Mengen an
tri- und polyfunktionellen Aufbaukomponenten, insbesondere Vernetzungsmitteln
E1), F1) und/oder G1) mitverwendet werden, so daß nicht nur Polyurethane mit im
wesentlichen linearer Struktur, sondern auch stark verzweigte Polyurethane er
halten werden können. Die wäßrigen Lösungen und Dispersionen a) sind frost- und
lagerstabil und mit Wasser beliebig verdünnbar.
Bei der Vernetzerkomponente b) handelt es sich um in Wasser lösliche oder dis
pergierbare blockierte Polyisocyanate mit einem Gehalt an blockierten Isocyanat
gruppen (berechnet als NCO, Molekulargewicht = 42) von 5 bis 1 1 Gew.-%.
Die Ausgangskomponente A2) ist ein organisches Polyisocyanat auf Basis von
Diisocyanaten des Molekulargewichts von 140 bis 350 mit einem Isocyanurat
gruppengehalt (berechnet als C₃N₃O₃, Molekulargewicht = 126) von 2 bis
30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%. Als Diisocyanate können 4,4′-Di
isocyanato-dicyclohexylmethan (®Desmodur W, Fa. Bayer AG), 1-Isocyanato-
3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (IPDI) und/oder 1,6-Diisocyanato
hexan (HDI) oder Gemische solcher Polyisocyanate verwendet werden. Die
Herstellung der Polyisocyanat-Komponente A2) aus den erwähnten Diisocyanaten
erfolgt nach literaturbekannten Methoden, wie sie beispielsweise von Laas, H.-J. et
al in J. prakt. Chem. 336 (1994) und in EP-A 649 866 beschrieben sind.
Als monofunktionelle Blockierungsmittel B2) werden Oxime und/oder Pyrazole
eingesetzt. Bevorzugte Blockierungsmittel sind Butanonoxim und/oder 3,5-Di
methylpyrazol.
Die Komponente C2) besteht aus mindestens einer (potentiell) anionischen
Verbindung mit mindestens einer gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen
Gruppe.
Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Verbindungen um mindestens eine,
bevorzugt eine oder zwei Hydroxylgruppen aufweisende, Carbonsäure oder um
Salze derartiger Hydroxycarbonsäuren. Geeignete derartige Säuren sind beispiels
weise 2,2-Bis(hydroxymethyl)alkancarbonsäuren wie Dimethylolessigsäure, 2,2-
Dimethylolpropionsäure, 2,2-Dimethylolbuttersäure oder 2,2-Dimethylolpentan
säure, Dihydroxybernsteinsäure, Hydroxypivalinsäure oder Gemische derartiger
Säuren. Besonders bevorzugt wird als Komponente C2) Dimethylolpropionsäure
und/oder Hydroxypivalinsäure verwendet. Die freien Säuregruppen, insbesondere
Carboxylgruppen, stellen die vorstehend genannten "potentiell anionischen"
Gruppen dar, während es sich bei den durch Neutralisation mit Basen erhaltenen
salzartigen Gruppen, insbesondere Carboxylatgruppen, um die vorstehend
angesprochenen "anionischen" Gruppen handelt.
Die Komponente D2) besteht aus mindestens einer nichtionisch-hydrophilen
Verbindung, die pro Molekül eine oder zwei gegenüber Isocyanatgruppen
reaktionsfähige Gruppen, insbesondere Hydroxylgruppen aufweist. Die Polyether
ketten dieser Verbindung bestehen zumindest zu 80 Gew.-%, vorzugsweise zu
100 Gew.-% aus Ethylenoxideinheiten, wobei neben diesen, den gemachten Aus
führungen entsprechend, auch Propylenoxideinheiten vorliegen können. Geeignete
derartige nichtionisch-hydrophile Aufbaukomponenten sind beispielsweise mono
funktionelle Polyethylenglykolmonoalkylether mit Molekulargewichten von 350
bis 5000 (z. B. ®Breox 350, 550, 750, Fa. BP Chemicals). Vorzugsweise liegt das
Molekulargewicht zwischen 600 und 900.
Bei der Komponente E2) handelt es sich um di-, tri- und/oder tetrafunktionelle
Substanzen des Molekulargewichts 62 bis 250 mit Hydroxylgruppen, wie z. B.
Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Glycerin, Tri
methylolethan, Trimethylolpropan, die isomeren Hexantriole, Pentaerythrit oder
Gemische dieser Verbindungen.
Als Komponente F2) kommen di-, tri- und/oder tetrafunktionelle Substanzen des
Molekulargewichtsbereichs 60 bis 300 mit Aminogruppen in Betracht, wie z. B.
Ethylendiamin, 1,2- und 1,3-Diaminopropan, 1,6-Diaminohexan, 1,3-Diamino-2,2-
dimethylpropan, 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexan (IPDA), 1,3-
und 1,4-Diaminohexan, 4,4′-Diamino-dicyclohexylmethan, 2,4- und 2,6-Diamino-1-
methyl-cyclohexan, 4,4′-Diamino-3,3′-dimethyl-dicyclohexylmethan, 1,4-Bis-(2-
amino-prop-2-yl)-cyclohexan oder Gemische dieser Verbindungen.
Bei der Komponente G2) handelt es sich um mono- und/oder difunktionelle
Carbonsäurehydrazide des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300, wie z. B.
Adipinsäuredihydrazid, Benzoesäurehydrazid, p-Hydroxybenzoesäurehydrazid, die
isomeren Terephthalsäurehydrazide, N-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl-N-amino
oxamid (®Luchem HA-R 100, Elf Atochem), 3-(4-Hydroxy-3,5-di-t-butyl-phenyl)
propionsäurehydrazid, 2-Hydroxy-3-t-butyl-5-methylphenyl-essigsäurehydrazid oder
Gemische dieser Verbindungen. Andere wirksame Hydrazide sind Addukte aus
cyclischen Carbonaten und Hydrazin, beispielsweise aus 1 mol Hydrazin und 1
mol Propylencarbonat oder 1 mol Hydrazin und 2 mol Propylencarbonat, wie sie
in den EP-A 654 490 und EP-A 682 051 beschrieben sind. Bevorzugte
Stabilisatoren sind Adipinsäurehydrazid und N-2,2,6,6-Tetramethyl-4-piperidinyl-
N-aminooxamid.
Die Herstellung der blockierten Polyisocyanatkomponente b) aus den Ausgangs
komponenten A2) bis G2) erfolgt mehrstufig, wobei die Mengenverhältnisse der
Reaktionspartner so gewählt werden, daß das Äquivalentverhältnis von Iso
cyanatgruppen der Komponente A2) zu gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen
Gruppen der Komponenten B2), C2), D2), E2), F2) und G2) bei 1 : 0,8 bis 1 : 1,2,
vorzugsweise bei 1 : 0,9 bis 1 : 1 liegt.
In die Berechnung dieses Äquivalentverhältnisses gehen weder die Carboxylgruppe
der Komponente C2) noch das zur Herstellung von Lösungen oder Dispersionen
der Polyurethane verwendete Wasser oder Lösemittel noch das zur Neutralisation
der Carboxylgruppen eingesetzte Neutralisationsmittel ein.
Die Komponente D2) gelangt in einer solchen Menge zum Einsatz, daß in den
letztendlich erhaltenen erfindungsgemäßen blockierten Polyisocyanaten 0,1 bis 10,
vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-% an innerhalb von end- und/oder seitenständig an
geordneten Polyetherketten eingebauten Ethylenoxideinheiten (berechnet als
C₂H₄O, Molekulargewicht = 44) vorliegen.
Die Menge der Komponente C2) wird so bemessen, daß in dem letztendlich
erhaltenen blockierten Polyisocyanat 0,1 bis 1,5, vorzugsweise 0,5 bis 0,7 Gew.-%
an chemisch fixierten Carboxylgruppen (berechnet als COOH, Molekulargewicht =
45) vorliegen, wobei die Gesamtmenge der zuletzt genannten Ethylenoxideinheiten
und dieser Carboxylgruppen innerhalb der genannten Bereiche so bemessen sein
muß, daß die Löslichkeit bzw. Dispergierbarkeit der blockierten Polyisocyanate in
Wasser gewährleistet ist.
Die Komponente G2) gelangt in einer solchen Menge zum Einsatz, daß in den
letztendlich erhaltenen blockierten Polyisocyanaten 0,1 bis 3,0, vorzugsweise 0,1
bis 1,0 Gew.-% an chemisch gebundenen Hydrazidgruppen (berechnet als HN-NH,
Molekulargewicht = 30) vorliegen.
In der ersten Stufe des Herstellungsverfahrens werden die Hydrophilierungsmittel
C2) und D2) vorgelegt und bei einer Temperatur von 80 bis 100°C, vorzugsweise
bei 90°C, mit der Polyisocyanatkomponente A2) umgesetzt bis die Hydrophilie
rungsmittel an das Polyisocyanat gebunden sind.
Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf 70°C abgekühlt und das Blockie
rungsmittel B2) zudosiert bis der theoretisch berechnete NCO-Wert erreicht wird.
Die Temperatur sollte während der Umsetzung 80°C nicht übersteigen.
Der Einbau der Kettenverlängerungsmittel E2) und F2) und der Stabilisierungs
komponente G2) kann vor oder während des Dispergiervorgangs erfolgen. Vorzugs
weise werden die Komponenten E2), F2) und G2) in Wasser gelöst und das
Reaktionsgemisch in dieser Lösung unter gutem Rühren dispergiert. Die Menge
des als Dispergiermedium verwendeten Wassers wird so bemessen, daß 20- bis
50 gew.-%ige, vorzugsweise 30- bis 40%ige Lösungen oder Dispersionen resul
tieren.
Die Zugabe der bis zur zumindest teilweisen Neutralisation der Carboxylgruppen
erforderlichen Base kann vor, während oder nach dem Dispergierschritt erfolgen.
Geeignete Basen sind z. B. Ammoniak, N-Methylmorpholin, Dimethylisopropanol
amin, Triethylamin, Dimethylethanolamin, Methyldiethanolamin, Triethanolamin,
Morpholin, Tripropylamin, Ethanol, Triisopropanolamin, 2-Diethylamino-2-methyl-
1-propanol bzw. Gemische dieser und anderer Neutralisationsmittel. Ebenfalls
geeignet, jedoch weniger bevorzugt als Neutralisationsmittel, sind Natrium
hydroxid, Lithiumhydroxid und Kaliumhydroxid. Bevorzugtes Neutralisationsmittel
ist Dimethylethanolamin.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel erfolgt durch
Abmischung der in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyolkomponente a)
mit der in Wasser löslichen oder dispergierbaren blockierten Polyisocyanatkompo
nente b) auf an sich bekannte Art. Es besteht die Möglichkeit, die in Wasser
dispergierten Komponenten a) und b) zu vermischen oder die Komponenten a) und
b) in wasserfreier Form zu vermischen und anschließend gemeinsam zu dispergie
ren.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichts
prozente. Alle Angaben in "Teilen" beziehen sich auf Gewichtsteile.
200 Teile eines auf Propandiol gestarteten Propylenoxidpolyethers der OH-Zahl
112 werden mit 40,2 Teilen 2,2-Dimethylolpropionsäure vermischt, bei 60°C mit
301,3 Teilen 4,4′-Diisocyanatodicyclohexylmethan (®Desmodur W der Bayer AG)
versetzt und bei 90°C so lange umgesetzt, bis der NCO-Gehalt des resultierenden
NCO-Prepolymeren auf 10,1% gefallen ist. Bei 90°C werden 13,4 Teile
Trimethylolpropan und 165,6 Teile Aceton zugegeben, wobei sich die
Reaktionsmischung auf ca. 70°C abkühlt. Bei Rückfluß wird gerührt, bis der
NCO-Gehalt auf 5,5% gefallen ist. Dann wird das Prepolymer in 203,6 Teilen
Aceton gelöst.
Bei 50°C wird über 20 Minuten eine Lösung aus 79,3 Teilen Diethanolamin und
9,8 Teilen Hydroxyethylethylendiamin in 248,0 Teilen entmineralisiertem Wasser
zugetropft. Anschließend gibt man 20,0 Teile N,N-Dimethylethanolamin zu, läßt 2
Minuten nachrühren und dispergiert mit 1174 Teilen entmineralisiertem Wasser
innerhalb von 20 Minuten. Das Aceton wird nun im Vakuum abdestilliert. Nach
Erreichen eines Acetongehaltes von <1% wird die Dispersion auf einem Feststoff
gehalt von 32% eingestellt.
486,67 Teile (1,00 val) eines Lackpolyisocyanats auf Basis von 4,4′-Diiso
cyanato-dicyclohexylmethan, hergestellt gemäß EP-A
649 866 als 70%ige Lösung in Methoxypropyl
acetat/Xylol (1 : 1) mit einem NCO-Gehalt (bezogen
auf die Lösung) von 8,63% und einer Viskosität (be
zogen auf die Lösung, gemessen bei 23°C) von ca.
300 mPa·s
75,00 Teile (0,10 val) eines monofunktionellen Polyethylenoxidalkohols mit einem mittleren Molekulargewicht von 750 ®Carbowax 750, Fa. Union Carbide)
69,70 Teile (0,80 val) Butanonoxim
2,55 Teile (0,03 val) 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexan (IPDA)
2,61 Teile (0,03 val) Adipinsäuredihydrazid (ASDH)
764,80 Teile entionisiertes Wasser
75,00 Teile (0,10 val) eines monofunktionellen Polyethylenoxidalkohols mit einem mittleren Molekulargewicht von 750 ®Carbowax 750, Fa. Union Carbide)
69,70 Teile (0,80 val) Butanonoxim
2,55 Teile (0,03 val) 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethyl-cyclohexan (IPDA)
2,61 Teile (0,03 val) Adipinsäuredihydrazid (ASDH)
764,80 Teile entionisiertes Wasser
In einer Standard-Rührapparatur werden 75,00 Teile ®Carbowax 750 vorgelegt und
auf 90°C erhitzt. Unter Rühren werden zügig 486,67 Teile des obengenannten
Polyisocyanats hinzugegeben. Man rührt bei 90°C bis ein NCO-Wert von 6,28
erreicht ist. Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf 70°C abgekühlt und
69,70 Teile Butanonoxim innerhalb von 30 Minuten so zudosiert, daß eine
Temperatur von 80°C nicht überschritten wird. Beim Erreichen eines NCO-Wertes
von 0,25% wird das auf 70°C abgekühlte Reaktionsgemisch durch Überführung in
eine Lösung von 2,55 Teilen IPDA und 2,61 Teilen ASDH in 764,80 Teilen
entionisiertem Wasser innerhalb von 30 Minuten unter gutem Rühren dispergiert.
Man erhält eine milchige Dispersion mit einem Festkörper von 35%, einem
blockierten NCO-Gehalt von 2,40% und einer Auslaufzeit von 14 s (DIN 4/23°C).
1265 Teile der Polyolkomponente aus Beispiel 1 werden mit 1750 Teilen der Ver
netzerkomponente aus Beispiel 2 vermischt. Man gibt 376 Teile entmineralisiertes
Wasser, 32,4 Teile Fluorid FC 170 (Verlaufmittel der Fa. 3 M, USA) und 168,8
Teile Dipropylenglykol zu und rührt, bis eine homogene Mischung entstanden ist.
Mittels Luftdruckspritzen (Luftdruck 4 bis 5 bar) wird auf eine mit heißem Wasser
abgespülte und anschließend gut abgetrocknete Glasplatte ein Naßfilm mit einer
Schichtstärke von 130 bis 150 µm aufgetragen. Der Film wird 7 Minuten bei
120°C vorgetrocknet, anschließend 30 Minuten bei 140°C eingebrannt.
Es entsteht ein klarer, nicht vergilbter Lackfilm mit sehr gutem Verlauf und sehr
guter Optik.
Pendelhärte (Bestimmung gemäß DIN 53 157): 175 s
Zugfestigkeit (Bestimmung gemäß DIN 53 455): 33,4 N/mm
Abrieb (Taber) (Bestimmung gemäß ASTM D 4060): 30 mg
Zugfestigkeit (Bestimmung gemäß DIN 53 455): 33,4 N/mm
Abrieb (Taber) (Bestimmung gemäß ASTM D 4060): 30 mg
Geprüft wurde die Beständigkeit gegen verschiedene Lösemittel bei 5 Minuten
Einwirkung eines getränkten Wattebausches auf die Lackoberfläche. Bewertungs
skala 0 (unverändert) bis 5 (zerstört).
Xylol: 0 unverändert, ohne Befund
1-Methoxypropylacetat-2: 0 unverändert, ohne Befund
Ethylacetat: 0 unverändert, ohne Befund
Aceton: 1 Spur verändert (nur sichtbare Veränderung)
Haftung nach Belastungstest (1 Std. NaOH-Lösung 4%ig, 80°C):
Am Kreuzschnitt war keine Veränderung erkennbar.
Xylol: 0 unverändert, ohne Befund
1-Methoxypropylacetat-2: 0 unverändert, ohne Befund
Ethylacetat: 0 unverändert, ohne Befund
Aceton: 1 Spur verändert (nur sichtbare Veränderung)
Haftung nach Belastungstest (1 Std. NaOH-Lösung 4%ig, 80°C):
Am Kreuzschnitt war keine Veränderung erkennbar.
Die beschichtete Glasplatte wurde bei 50°C 9 Std. einer UV-Strahlung von
275 nm ausgesetzt, anschließend 3 Std. einer Betauung bei 45°C. Danach wurde
die Glasplatte mit Wasser abgespült, 10 Minuten bei 80°C in 2%iger NaOH-
Lösung gelagert und auf 50°C abgekühlt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt,
bis die Lackoberfläche zerstört ist.
Die geprüfte Beschichtung war in diesem Test 14 Tage unverändert.
Dehnung (Bestimmung gemäß DIN 53 455): 5,8%
Dehnung (Bestimmung gemäß DIN 53 455): 5,8%
Selbst bei den Einbrennbedingungen 30 Min. 170°C bleiben die Eigenschaften des
Beschichtungssystems unverändert, auch eine Vergilbung trat nicht auf.
Bei einem Fall des Prüfkörpers aus 1 m Höhe auf eine Betonoberfläche hielt die
Beschichtung den zersplitterten Prüfkörper zusammen, die Splitterschutzwirkung
ist damit gegeben.
Claims (8)
1. Wäßrige Beschichtungsmittel auf PUR-Basis, die als Bindemittel eine
Kombination aus
- a) einer in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyolkomponente
aus
- A1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyisocyanat-Komponente, be stehend zumindest aus 50 Gew.-% 4,4′-Diisocyanatodicyclo hexylmethan und zum Rest aus anderen organischen Polyisocyanaten des Molekulargewichtsbereiches 140 bis 1500 und
- B1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyetherpolyolkomponente, be stehend aus einem oder verschiedenen Polyetherpolyolen des Hydroxylzahlbereichs 25 bis 350 mg KOH/g Substanz und
- C1) 2 bis 12 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukom ponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutra lisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und gegebenenfalls
- D1) 0 bis 12 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbau komponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und/oder
- E1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen, Molekulargewichtsbereich 62 bis 250 und/oder
- F1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyamine mit 2 bis 3 Aminogruppen, Molekulargewichts bereich 60 bis 300, und/oder
- G1) 0 bis 30 Gew.-% einer oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyaminopolyhydroxylverbindungen mit einer Summe von Hydroxyl- und Aminogruppen von 2 bis 4, Molekularge wichtsbereich 61 bis 300, und/oder
- H1) 0 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskomponenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
- wobei sich die genannten Prozentangaben von A1) bis H1) zu 100 ergänzen, und
- b) einer in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyisocyanatkom
ponente mit blockierten Isocyanatgruppen aus
- A2) 40 bis 80 Gew.-% einer Polyisocyanatkomponente auf Basis von Diisocyanaten des Molekulargewichtsbereichs von 140 bis 350 mit einem Isocyanuratgruppengehalt (berechnet als C₃N₃O₃; Molekulargewicht = 126) von 2 bis 30 Gew.-% und
- B2) 5 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer im Sinne der Iso cyanat-Additionsreaktion monofunktioneller Blockierungs mittel für Isocyanatgruppen und
- C2) 0 bis 15 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbau komponente aus mindestens einer Verbindung mit min destens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung be fähigten Gruppe und
- D2) 5 bis 30 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukom ponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Iso cyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktionellen, min destens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbin dung und
- E2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 62 bis 250 und
- F2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyamine mit 2 bis 3 Aminogruppen des Molekulargewichts bereichs von 60 bis 300 und
- G2) 0,5 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskomponenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
- wobei sich die genannten Prozentangaben von A2) bis G2) zu 100 er gänzen,
sowie gegebenenfalls die üblichen Hilfs- und Zusatzmitteln der Beschich
tungstechnologie enthalten, mit der Maßgabe, daß das Äquivalentverhältnis
von blockierten Isocyanatgruppen der Komponente b) zu Hydroxylgruppen
der Komponente a) bei mindestens 0,8 : 1 liegt.
2. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der wäßrigen
Beschichtungsmittel auf PUR-Basis, die als Bindemittel eine Kombination
aus
- a) einer in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyolkomponente
aus
- A1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyisocyanat-Komponente, be stehend zumindest aus 50 Gew.-% 4,4′-Diisocyanatodicyclo hexylmethan und zum Rest aus anderen organischen Polyisocyanaten des Molekulargewichtsbereiches 140 bis 1500 und
- B1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyetherpolyolkomponente, bestehend aus einem oder verschiedenen Polyetherpolyolen des Hydroxylzahlbereichs 25 bis 350 mg KOH/g Substanz und
- C1) 2 bis 12 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbau komponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähig ten Gruppe und gegebenenfalls
- D1) 0 bis 12 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbau komponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und/oder
- E1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen, Molekulargewichtsbereich 62 bis 250 und/oder
- F1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyamine mit 2 bis 3 Aminogruppen, Molekulargewichts bereich 60 bis 300, und/oder
- G1) 0 bis 30 Gew.-% einer oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyaminopolyhydroxylverbindungen mit einer Summe von Hydroxyl- und Aminogruppen von 2 bis 4, Molekularge wichtsbereich 61 bis 300, und/oder
- H1) 0 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskomponenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
- wobei sich die genannten Prozentangaben von A1) bis H1) zu 100 er gänzen, und
- b) einer in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyisocyanatkom
ponente mit blockierten Isocyanatgruppen aus
- A2) 40 bis 80 Gew.-% einer Polyisocyanatkomponente auf Basis von Diisocyanaten des Molekulargewichtsbereichs von 140 bis 350 mit einem Isocyanuratgruppengehalt (berechnet als C₃N₃O₃; Molekulargewicht = 126) von 2 bis 30 Gew.-% und
- B2) 5 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer im Sinne der Iso cyanat-Additionsreaktion monofunktioneller Blockierungs mittel für Isocyanatgruppen und
- C2) 0 bis 15 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbau komponente aus mindestens einer Verbindung mit minde stens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und
- D2) 5 bis 30 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukom ponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und
- E2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 62 bis 250 und
- F2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Polyamine mit 2 bis 3 Aminogruppen des Molekulargewichts bereichs von 60 bis 300 und
- G2) 0,5 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat-Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskomponenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
- wobei sich die genannten Prozentangaben von A2) bis G2) zu 100 ergänzen,
sowie gegebenenfalls die üblichen Hilfs- und Zusatzmitteln der
Beschichtungstechnologie enthalten, mit der Maßgabe, daß das Äquivalent
verhältnis von blockierten Isocyanatgruppen der Komponente b) zu
Hydroxylgruppen der Komponente a) bei mindestens 0,8 : 1 liegt, dadurch
gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der in Wasser löslichen oder
dispergierbaren Polyolkomponente a)
- A1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyisocyanat-Komponente, bestehend zu mindest aus 50 Gew.-% 4,4′-Diisocyanatodicyclohexylmethan und zum Rest aus anderen organischen Polyisocyanaten des Molekulargewichtsbereiches 140 bis 1500 und
- B1) 20 bis 60 Gew.-% einer Polyetherpolyolkomponente, bestehend aus einem oder verschiedenen Polyetherpolyolen des Hydroxylzahl bereichs 25 bis 350 mg KOH/g Substanz und
- C1) 2 bis 12 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukomponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und gegebenenfalls
- D1) 0 bis 12 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukomponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additions reaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und/oder
- E1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen, Molekulargewichtsbereich 62 bis 250 und/oder
- F1) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly amine mit 2 bis 3 Aminogruppen, Molekulargewichtsbereich 60 bis 300, und/oder
- G1) 0 bis 30 Gew.-% einer oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly aminopolyhydroxylverbindungen mit einer Summe von Hydroxyl- und Aminogruppen von 2 bis 4, Molekulargewichtsbereich 61 bis 300, und/oder
- H1) 0 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskompo nenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
zur Reaktion bringt, wobei sich die genannten Prozentangaben von A1) bis
H1) zu 100 ergänzen, anschließend in Wasser dispergiert und zur Her
stellung der in Wasser löslichen oder dispergierbaren Polyisocyanatkompo
nente b) mit blockierten Isocyanatgruppen aus
- A2) 40 bis 80 Gew.-% einer Polyisocyanatkomponente auf Basis von Diisocyanaten des Molekulargewichtsbereichs von 140 bis 350 mit einem Isocyanuratgruppengehalt (berechnet als C₃N₃O₃; Molekular gewicht = 126) von 2 bis 30 Gew.-% und
- B2) 5 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion monofunktioneller Blockierungsmittel für Iso cyanatgruppen und
- C2) 0 bis 15 Gew.-% einer (potentiell) anionischen Aufbaukomponente aus mindestens einer Verbindung mit mindestens einer gegenüber NCO-Gruppen reaktionsfähigen Gruppe und mindestens einer, gegebenenfalls zumindest teilweise neutralisiert vorliegenden, zur Salzbildung befähigten Gruppe und
- D2) 5 bis 30 Gew.-% einer nichtionisch-hydrophilen Aufbaukomponente, bestehend aus mindestens einer im Sinne der Isocyanat-Additions reaktion mono- oder difunktionellen, mindestens eine hydrophile Polyetherkette aufweisenden Verbindung und
- E2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer mehrwertiger Alkohole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 62 bis 250 und
- F2) 0 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer (cyclo)aliphatischer Poly amine mit 2 bis 3 Aminogruppen des Molekulargewichtsbereichs von 60 bis 300 und
- G2) 0,5 bis 15 Gew.-% einer oder mehrerer im Sinne der Isocyanat- Additionsreaktion mono- oder difunktioneller Stabilisierungskompo nenten mit 1 bis 2 Hydrazidgruppen des Molekulargewichtsbereichs von 70 bis 300,
zur Reaktion bringt, wobei sich die genannten Prozentangaben von A2) bis
G2) zu 100 ergänzen, anschließend in Wasser dispergiert und anschließend
die Komponenten a) und b) gegebenenfalls unter Zusatz der genannten
Hilfs- und Zusatzmittel miteinander vermischt oder die Komponenten a)
und b) in wasserfreier Form vermischt und das Gemisch in Wasser
dispergiert.
3. Verwendung der Bindemittel nach Anspruch 1 zur Beschichtung von Glas
oberflächen.
4. Verwendung der Bindemittel nach Anspruch 1 zur Beschichtung von Glas
flaschen.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |