DE19634861A1

DE19634861A1 - Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungszusatzes

Info

Publication number: DE19634861A1
Application number: DE19634861A
Authority: DE
Inventors: George M Mitchell; John M Spangler
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1997-03-06
Also published as: CN1077126C; JPH09111160A; CN1150960A; US5726233A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Zusatzes für eine Beschichtung und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen eines in Harz eingeschlossenen Zusatzes bzw. Additives für eine Flüssigfarbformel.

Technischer Hintergrund

Die Beschichtungsindustrie ist dauernd auf der Suche nach kosteneffektiven Lösungen zur Verbesserung der Beschich tungsleistung, egal, ob es daran geht, den Korrosionswi derstand einer Farbe zu verbessern, oder um die Dispersi on der Farbpigmente in der Farbformel bzw. Farbzusammen setzung zu verbessern. Eine typische Farbzusammensetzung besitzt ein organisches Lösungsmittel, um gleichförmig das Basisharz und die Pigmente zu dispergieren bzw. zu verteilen. Während der Sprühbeschichtung wird das Lö sungsmittel in die Umgebung ausgestoßen. Die Beschich tungsindustrie versucht, auf die Notwendigkeit unwelt freundlicher Farben zu antworten, die weniger Lösungsmit tel verwenden.

Es ist wünschenswert, einen Zusatz für eine flüssige Far be zu besitzen, der den Korrosionswiderstand der Farbe verbessert. Es ist auch wünschenswert, einen Zusatz für eine flüssige Farbe zu besitzen, welcher die Dispersion der Farbpigmente in der Farbzusammensetzung verbessert, wobei somit Zeit, Arbeit und Resourcen eingespart werden.

Es ist genauso wünschenswert, ein Verfahren zur Herstel lung eines solchen Zusatzes für eine Farbe zu besitzen. Schließlich ist es wünschenswert, eine Farbzusammenset zung zu besitzen, die umweltfreundlich ist, und die Zu sätze besitzt, die eine verringerte Verwendung von Farb pigmenten und Lösungsmitteln zur Folge haben, und zwar nicht nur, um Resourcen zu sparen, sondern auch, um eine signifikante Verringerung der Emissionen von flüchtigen organischen Komponenten (VOC = volatile organic compound) zur Folge zu haben, und um weiter der Regierungsanweisung zu entsprechen, welche eine Verringerung an flüchtigen Emissionen fordert.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der Probleme, wie oben dargestellt, zu über winden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Harzzusatzes für eine flüssige Farbe of fenbart. Das Verfahren weist die Schritte auf, ein ther misch einstellbares bzw. aushärtbares (verfestigbares) organisches Harz auszuwählen, das Harz auszuhärten, um ein ausgehärtetes thermisch verfestigtes Harz zu bilden, und das verfestigte Harz zu Partikeln von einer Größe zu machen, die nicht größer als 20 µm ist.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Harzzusatz für eine flüssige Farbe offenbart. Der Harzzusatz weist ein ausgehärtetes thermisch eingestell tes organisches Harz auf. Das ausgehärtete thermisch ein gestellte organische Harz besitzt eine Partikelgröße von nicht mehr als ungefähr 20 µm.

Gemäß noch eines weiteren Aspektes der vorliegenden Er findung ist eine Farbzusammensetzung mit einem Harzzusatz offenbart. Die Farbzusammensetzung weist eine flüssige Farbe und ein ausgehärtetes thermisch verfestigtes orga nisches Harz auf, welches in der flüssigen Farbe disper giert ist. Das ausgehärtete thermisch verfestigte organi sche Harz besitzt eine Partikelgröße von nicht größer als ungefähr 20 µm.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei der Her stellung von umweltfreundlichen Farbzusammensetzungen nützlich.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

im Verfahren dieser Erfindung wird das thermisch ein stellbare organische Harz wünschenswerterweise aus der folgenden Reihe ausgewählt: Alkyd-Harz, Akryl-Harz, Poly ester-Harz und Polyurethan und Mischungen davon. Es ist wichtig, daß das ausgewählte Harz ein thermisch verfe stigbares Harz gegenüber einem thermoplastisch formbaren Harz ist. Wenn es ausgehärtet ist, wird das thermisch verfestigbare Harz ein ausgehärtetes thermisch verfestig tes Harz und ist somit fähig, sich mit dem "Basisharz" der Beschichtung zu verbinden, in dem der Harzzusatz ein gelagert ist, und zwar ohne Fließen wie ein Thermoplast, wenn er erhitzt wird. Es ist entdeckt worden, daß diese Eigenschaft eines thermisch verfestigten Harzes verwendet werden kann, um einer Beschichtung eine größere Korrosi onswiderstandsfähigkeit und Härte auf zuprägen, und um die Beschichtungsleistung zu verbessern. Alle der obigen Har ze sind für Farbanwendungen geeignet und sind sehr kompa tibel, vom Standpunkt, wie sie in den in der Farbindu strie am meisten verwendeten Farbzusammensetzungen und Lösungen dispergierbar sind. Solche Lösungsmittel sind dem Fachmann wohlbekannt. Vorzugsweise ist das thermisch verfestigbare organische Harz ein Polyester-Harz. Dieses Harz wird gegenüber den anderen bevorzugt, da es für Farbanwendungen am besten geeignet ist. Es ist sogar noch mehr vorzuziehen, daß das ausgewählte organische Harz ein Alkyd-Harz ist. Alkyd-Harz kann kurz-, mittel- oder lang kettig sein. Das bevorzugte Alkyd-Harz ist ein kurzketti ges Alkyd-Harz, da es eine sehr haltbare, harte Beschich tung von hoher Qualität liefert. Dieses Harz ist insbe sondere für Primer bzw. Füller und Oberbeschichtungen ge eignet, Anwendungen, die dem Fachmann wohlbekannt sind.

Im Verfahren dieser Erfindung wird das Harz ausgehärtet, um ein thermisch verfestigtes ausgehärtetes Harz zu bil den. Die Aushärtung kann durch verschiedene Mittel vorge nommen werden, abhängig vom ausgewählten Harz, ein schließlich Mikrowellenaushärtung. Wenn das ausgewählte Harz ein Polyester-Harz ist, wird die Aushärtung durch katalytische Polymerisation des Harzes mit Isocyanat durchgeführt. Andere Harze, wie beispielsweise Alkyde und Akryl können auch chemisch polymerisiert werden. Solche Polymerisationsreaktionen sind dem Fachmann wohlbekannt und brauchen hier nicht besprochen werden. Wenn das aus gewählte Harz ein Alkyd-Harz ist, wird die Aushärtung durch Trocknen des Harzes an der Luft durchgeführt, d. h. in Anwesenheit von Sauerstoff und Stickstoff bei einer Temperatur von ungefähr 200°F. Eine Aushärtung durch Lufttrocknung ist dem Fachmann wohlbekannt. Wenn das aus gewählte Harz ein Akryl-Harz ist, wird es durch Erwärmen bzw. Backen in einem Ofen bei einer Temperatur ausgehär tet, die wünschenswerterweise im Bereich von 550°F bis 600°F liegt, und vorzugsweise bei ungefähr 600°F. Es sei bemerkt, daß auch Alkyd-Harze und Polyester durch Backen bzw. Erwärmen ausgehärtet werden können. Wenn ein Polyester-Harz durch Backen ausgehärtet wird, kann es zu erst chemisch katalysiert werden, und zwar durch Reaktion mit Melamin. Solche Aushärtungsverfahren sind dem Fach mann wohlbekannt.

Im Verfahren dieser Erfindung wird das ausgehärtete Harz in eine Partikelgröße von wünschenswerterweise nicht grö ßer als ungefähr 20 µm und vorzugsweise nicht größer als ungefähr 15 µm aufgeteilt. Eine Aufteilung bzw. ein Mah len des ausgehärteten thermisch verfestigten Harzes ist ein sehr wichtiger Schritt im Verfahren dieser Erfindung. Eine Harzpartikelgröße von größer als ungefähr 20 µm ist unerwünscht, da es sich nicht gut in einer flüssigen Far be dispergiert und wenn die Farbe auf einer Oberfläche abgelagert wird, besitzt die daraus folgende Farbbe schichtung eine schlechte Oberfläche und einen schlechten Glanz. Dies tritt auf, weil die Harzzusatzpartikel nicht vorteilhafterweise zu einer guten bzw. dichten "Packung" geraten, sondern schädlicherweise dazu neigen, sich zu fällig in der Beschichtung zu dispergieren. Weiter ist eine Harzpartikelgröße von nicht größer als ungefähr 15 µm vorzuziehen, wenn der Harzzusatz zu einer Farbformel bzw. -zusammensetzung hinzugefügt wird, die als "Ober beschichtung" verwendet wird. Wenn der Harzzusatz in ei ner "Premium-Oberbeschichtungs-Qualitätsfarbzusammen setzung" dispergiert wird, wird bevorzugt, daß die Harz partikelgröße nicht größer als ungefähr 8 µm ist.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens dieser Erfindung werden in Harz einkapselbare Partikel in einem thermisch verfestigbaren organischen Harz dispergiert, bevor das Harz ausgehärtet wird. Diese Partikel besitzen vorzugsweise eine Größe von nicht größer als ungefähr 20 µm. Diese einkapselbaren Partikel sind wünschenswerter weise Farbpigmente. Die Farbpigmentpartikel sind im ther misch verfestigbaren Harz dispergiert und werden vom Harz eingekapselt, wenn das Harz ausgehärtet wird. Alternativ sind diese Partikal Calciumcarbonatpartikel, die ähnlich in das Harz eingekapselt werden. Calciumcarbonat kann als kosteneffektiver Füller in einer gefärbten Farbzusammen setzung verwendet werden, wobei somit das Kalken der Be schichtung und auch die Menge an flüchtigen organischen Lösungsmitteln verringert werden, die in die Umgebung ausgestoßen werden. Wünschenswerterweise sind die in Harz einkapselbaren Partikel in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 50 Gew.-% des Harzes anwesend. Eine Menge von über 50 Gew.-% hat zu starke Belastung bzw. eine Überla dung des thermisch verfestigten Harzes zur Folge und hat schädlicherweise eine schlechte Einkapselung der Partikel zur Folge. Vorzugsweise sind die im Harz einkapselbaren Partikel in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 25 Gew.-% des Harzes anwesend und insbesondere in einer Men ge von nicht mehr als 10 Gew.-%, insbesondere bei der Zu sammensetzung von "Oberbeschichtungen".

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Harzzusatz für eine flüssige Farbe ein ausgehärtetes thermisch verfestigtes Harz mit einer Partikelgröße von nicht größer als ungefähr 20 µm auf. Beim besten Weg dieses Ausführungsbeispiels weist der Harzzusatz vorzugsweise in Harz einkapselbare Partikel auf, die in ihm dispergiert sind, wobei zumindest unge fähr 50% des Oberflächengebietes der Partikel durch das thermisch eingestellte Harz eingekapselt sind.

In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung weist die Farbzusammensetzung eine flüssige Farbe und ein ausgehärtetes thermisch verfestigtes orga nisches Harz auf, welches in der flüssigen Farbe disper giert ist. Wünschenswerterweise besitzt das ausgehärtete thermisch verfestigte Harz eine Partikelgröße von nicht größer als ungefähr 20 µm, vorzugsweise nicht größer als ungefähr 15 µm und insbesondere vorzugsweise von nicht mehr als 8 µm.

Beim besten Weg dieser Erfindung weist die Farbzusammen setzung in Harz einkapselbare Partikel auf, vorzugsweise Farbpigmente, die im thermisch verfestigten Harz disper giert sind und vom Harz eingekapselt werden, und die wün schenswerterweise in einer Menge von nicht mehr als unge fähr 50 Gew.-% des Harzes anwesend sind und vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 25%. Vorzugsweise besitzen die Pigmente eine Partikelgröße von nicht größer als ungefähr 8 µm. Vorzugsweise ist der Harzzusatz in der flüssigen Farbe in einer Menge von nicht mehr als 50 Gew.-% vorhan den. Eine Menge von mehr als 50 Gew.-% hat eine zu starke Beladung des Basisharzes der flüssigen Farbe zur Folge und hat schädlicherweise eine schlechte Beschichtungsqua lität zur Folge. Vorzugsweise ist der Harzzusatz in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 25 Gew.-% der flüssigen Farbe vorhanden und insbesondere in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 10 Gew.-%, insbesondere bei der Bildung von "Oberbeschichtungen".

Im folgenden Beispiel A wurde eine Farbzusammensetzung mit einem Harzzusatz für eine flüssige Farbe, welche ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, in der folgenden Weise hergestellt:

Beispiel A

Ein thermisch verfestigbares kurzkettiges Alkyd-Harz wur de durch Lufttrocknung bei 200°F ausgehärtet. Das ver wendete Alkyd-Harz besaß den Handelsnahmen "13C-119A" und wurde von Moline Paint Manufacturing hergestellt. Das daraus resultierende ausgehärtete thermisch verfestigte Alkyd-Harz wurde in einer Hammermühle auf eine Partikel größe im Bereich von ungefähr 80 µm bis 100 µm pulveri siert und dann weiter in einer Jet- bzw. Düsenmühle auf eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 8 µm zerklei nert, um einen Harzzusatz zur Folge zu haben, der die vorliegende Erfindung verkörpert. Der Harzzusatz wurde in einer flüssigen Farbe mit einem Akrylbasis-Harz disper giert. Die Probe 1 stellt die flüssige Farbe ohne den Harzzusatz dar. Die Proben 2 und 3 stellen Farbzusammen setzungen dar, wobei der Harzzusatz in einer Menge von 5 und 10 Gew.-% in der flüssigen Farbe vorhanden ist. Die Dispersionsqualität des Harzzusatzes in der Farbe wurde für die Proben 2 und 3 gemessen. Dann wurden die Farbzu sammensetzungen der Proben 1 bis 3 auf eine Metallober fläche aufgetragen und ihre Korrosionswiderstandsfähig keit wurde bestimmt.

Die Dispersionsqualität des Harzzusatzes in der flüssigen Farbe wurde gemäß dem ASTM-Testverfahren D 1210-79 be stimmt, betitelt "Standard Test Method for Fineness of Dispersion of Pigment-Vehicle Systems" ("Standardtest verfahren für die Dispersionsfeinheit von Pigmenttrans portsystemen").

Der Korrosionswiderstand der Farbzusammensetzungen wurde gemäß des ASTM-Testverfahrens D 1654-79a bestimmt, beti telt "Evaluation of Painted or Coated Specimens Subjected to Corrosive Environments" ("Bewertung von gestrichenen oder beschichteten Gegenständen, die korrosiven Umgebun gen ausgesetzt sind").

Beide Proben 2 und 3, deren Harzzusatz auf eine Größe von ungefähr 8 µm zerkleinert worden ist, besaßen einen Heg man-Skalawert von ungefähr 7 oder größer, wie von den ty pischen Feinheitsmeßmustern bestimmt.

Tabelle 1 stellt die Ergebnisse der Korrosionstests dar:

Tabelle 1

Es kann beobachtet werden, daß durch Zufügen des Harzzu satzes der vorliegenden Erfindung zur Farbe ihr Korrosi onswiderstand verbessert wurde.

Industrielle Anwendbarkeit

Sehr große Einsparungen von Zeit, Arbeit und Resourcen sind, daß es durch das Verfahren dieser Erfindung möglich ist, einen Zusatz für eine Beschichtung herzustellen, die die Beschichtung "umweltfreundlich" macht. Die Verwendung des Harzzusatzes der vorliegenden Erfindung hat einen verringerten Einsatz von Farbpigmenten und organischen Lösungsmitteln zur Folge, wobei somit nicht nur Resourcen eingespart werden, sondern was auch eine signifikante Verringerung der Emission von flüchtigen organischen Kom ponenten (VOC = volatile organic compound) in die Umge bung zur Folge hat.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist insbesondere bei der Erzeugung von Zusätzen für Beschichtungen nütz lich, die für verschiedene Anwendungen verwendet werden und insbesondere für Farbformeln bzw. -zusammensetzungen.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön nen aus einem Studium der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend läßt sich folgendes sagen:
Ein Verfahren zur Erzeugung eines Harzzusatzes für eine flüssige Farbe wird offenbart. Des Verfahren weist die Schritte auf, ein thermisch verfestigbares organisches Harz auszuwählen, das Harz auszuhärten, um ein ausgehär tetes thermisch verfestigtes Harz zu bilden, und das Zer kleinern des ausgehärteten Harzes auf eine Größe von nicht größer als ungefähr 20 µm. Die vorliegende Erfin dung ist insbesondere zur Erzeugung von unweltfreundli chen Farbzusammensetzungen nützlich.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Harzzusatzes für eine flüssige Farbe, welches folgende Schritte aufweist:
Auswählen eines thermisch verfestigbaren organischen Harzes,
Aushärten des Harzes und Bilden eines ausgehärteten thermisch verfestigten Harzes, und
Zerkleinern des ausgehärteten Harzes auf eine Größe von nicht größer als ungefähr 20 µm.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches den Schritt auf weist, in Harz einkapselbare Partikel in dem thermisch verfestigbaren organischen Harz zu dispergieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches den Schritt aufweist, die Partikel mit dem thermisch verfe stigbaren organischen Harz einzukapseln.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das thermisch ein stellbare organische Harz eines aus der folgenden Reihe ist: Alkyd-Harz, Akryl-Harz, Polyester-Harz und Polyuret han und Mischungen davon.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das thermisch verfe stigbare organische Harz ein Alkyd-Harz ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Aus härtens eine Aushärtung durch Trocknen des Harzes in An wesenheit von Sauerstoff und Stickstoff aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das thermisch verfe stigbare organische Harz ein Polyester-Harz ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Aus härtens eine Aushärtung durch katalytische Polymerisation des Harzes durch Isocyanat ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, wobei die in Harz einkap selbaren Partikel in dem thermisch verfestigbaren Harz in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 50 Gew.-% des Harzes vorhanden sind.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, wobei die Partikel Farbpig mente sind.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, wobei die Partikel Calcium carbonat-Partikel sind.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Größe nicht grö ßer als ungefähr 15 µm ist.

13. Harzzusatz für eine flüssige Farbe, welcher folgen des aufweist:
ein ausgehärtetes thermisch verfestigtes organisches Harz, und
wobei das ausgehärtete thermisch verfestigte organi sche Harz eine Partikelgröße von nicht größer als 20 µm besitzt.

14. Harzzusatz für eine flüssige Farbe nach Anspruch 13, der in Harz einkapselbare Partikel aufweist, die in dem thermisch verfestigten Harz dispergiert sind, wobei die in Harz einkapselbaren Partikel durch das thermisch ver festigte Harz eingekapselt sind.

15. Harzzusatz für eine flüssige Farbe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, wobei zumindest 50% des Oberflächengebietes der in Harz einkapselbaren Partikel durch das Harz eingekapselt sind.

16. Harzzusatz für eine flüssige Farbe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, wobei die in Harz einkapselbaren Partikel in dem ther misch verfestigten Harz in einer Menge von nicht mehr als 50 Gew.-% des Harzes vorhanden sind.

17. Harzzusatz für eine flüssige Farbe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, wobei das thermisch einstellbare organische Harz eines aus der folgenden Reihe ist: Alkyd-Harz, Akryl-Harz, Po lyester-Harz und Polyurethan und Mischungen davon.

18. Harzzusatz für eine flüssige Farbe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, wobei die in Harz einkapselbaren Partikel Farbpigmente sind.

19. Harzzusatz für eine flüssige Farbe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, wobei der Harzzusatz eine Partikelgröße von nicht größer als ungefähr 15 µm besitzt.

20. Farbzusammensetzung mit einem Harzzusatz, die fol gendes aufweist:
eine flüssige Farbe,
ein ausgehärtetes thermisch verfestigtes organisches Harz, welches in der flüssigen Farbe dispergiert ist, und
wobei das ausgehärtete thermisch verfestigte organi sche Harz eine Partikelgröße von nicht größer als unge fähr 20 µm besitzt.

21. Farbzusammensetzung mit einem Harzzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20, welche in Harz einkapselbare Partikel aufweist, die in dem thermisch verfestigten Harz dispergiert sind, wo bei die in Harz einkapselbaren Partikel durch das Harz eingekapselt sind.

22. Farbzusammensetzung mit einem Harzzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20, wobei der Harzzusatz in der Farbe in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 50 Gew.-% der Farbe vorhanden ist.

23. Farbzusammensetzung mit einem Harzzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20, wobei die in Harz einkapselbaren Partikel in dem thermisch verfestigten Harz in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 50 Gew.-% des Harzes vorhanden sind.

24. Farbzusammensetzung mit einem Harzzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20, wobei die in Harz einkapselbaren Partikel Farbpigmen te sind.

25. Farbzusammensetzung mit einem Harzzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20, wobei die Partikelgröße nicht größer als ungefähr 15 µm ist.