DE19834284A1

DE19834284A1 - Elektrisch leitfähige Decklacke

Info

Publication number: DE19834284A1
Application number: DE1998134284
Authority: DE
Inventors: Karl Herrmann; Wolf Ruediger Karl; Klaus Pipplies; Klaus Schulte
Original assignee: Sachtleben Chemie GmbH; Dynamit Nobel Kunststoff GmbH
Current assignee: Plastal GmbH; Venator Germany GmbH
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Lack auf Polymerbasis bereit, der neben den an sich üblichen Lack-Bestandteilen geeignete leitfähige Zusatzstoffe enthält, durch die der Lack antistatisch ausgerüstet wird.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Lacke auf Polymerbasis, die insbe sondere zur Beschichtung von Kunststoffoberflächen dienen.

Bei der Berührung von elektrisch ungeladenen Stoffen mit unterschiedlichen Di elektrizitätskonstanten wandern Elektronen aus dem einem in den anderen Stoff. Bei einer raschen Trennung der beiden Stoffe bleibt die so erhaltene Ladungs verschiebung erhalten und kann zur Ausbildung hoher elektrostatischer Potentiale führen. Dieses Phänomen ist oftmals bei den Kunststoffen zu beobachten, die sich aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaften relativ leicht elektrostatisch aufla den können. Die plötzliche Entladung von solch elektrostatisch aufgeladenen Kunststoffen kann in bestimmten Fällen zu einer Gefahrenquelle werden. Es ist daher allgemein üblich, in den Fällen, in denen elektrostatisch aufgeladene Kunststoffe eine Gefahrenquelle darstellen können, eine sogenannte antistatische Ausstattung der Kunststoffoberflächen vorzusehen, um elektrostatische Aufladun gen kontrolliert abfließen lassen und somit die Gefahr plötzlicher Entladungen wirksam verhindern zu können.

Die isolierenden Eigenschaften von Kunststoffen bringen bei der Verwendung nicht selten auch andere Nachteile mit sich. Aufgrund ihrer isolierenden Eigen schaften ist es beispielsweise nicht möglich, sie ohne weiteres durch die soge nannte elektrostatische Beschichtung zu lackieren. Dies wirkt sich insbesondere dann nachteilig aus, wenn isolierende Kunststoffe zusammen mit elektrisch leit fähigen Materialien kombiniert und gemeinsam in einem Arbeitsgang elektrosta tisch lackiert werden sollen; ein Vorgang, wie er in der Automobilindustrie und deren Zulieferer, in der beispielsweise Kunststoffstoßfänger mit metallischen Karosserieteilen verbunden sind, durchaus üblich ist. Um die Technik der elek trostatischen Lackierung jedoch nutzen zu können, war daher bisher die Behand lung der Kunststoffoberflächen mit einer schwarzen bzw. dunkelgrauen, elektrisch leitfähigen Grundierung Voraussetzung. So ausgestattete Kunststoffoberflächen konnten dann mit dem eigentlichen Decklack elektrostatisch überlackiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Lacke bereitzustellen, die die bei der Lackierung von Kunststoffoberflächen auftretenden Nachteile beseitigen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, Decklacke anti statisch auszurüsten, um auf die elektrisch leitfähige Grundierung verzichten zu können.

Die erfindungsgemäßen Lacke sollen außerdem den Anforderungen hinsichtlich mechanischer und optischer Eigenschaften, Korrosionsschutz und Wetterbestän digkeit genügen.

Erfindungsgemäß gelöst wurde die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptan spruchs. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen charakte risiert.

Die Erfindung sieht vor, an sich bekannte Lacke durch den Zusatz von geeigneten Zusatzstoffen antistatisch auszurüsten. Zu den erfindungsgemäß einzusetzenden Zusatzstoffen zählen Leitfähigkeitsruße, Metallpulver, leitfähig beschichtete Glimmerplättchen, feinteiliges oberflächenbehandeltes und -unbehandeltes SnO₂, halbleiterdotiertes TiO₂, halbleiterdotiertes BaSO₄ und eine Reihe organischer Additive.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden in den Lack genügend leitfähige Partikel eingebracht, die in der Lackmatrix ein Netzwerk elektrisch leitfähiger Pfade ausbilden, über die gezielt elektrische Ladungen abfließen können (Perkolationstheorie). Die für die antistatische Ausrüstung erforderliche Menge der leitfähigen Partikel in der Polymermatrix des Lackes und die daraus resultie rende Leitfähigkeit des Gesamtsystems wird durch die Perkolationstheorie be stimmt.

In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist die Kombination mit geeigneten ande ren, nicht leitfähigen Füllstoffen/Pigmenten vorgesehen. Durch diese Maßnahme wird der sogenannte Extendereffekt ausgenutzt, ohne daß Einbußen in der Leit fähigkeit des Gesamtsystems resultieren. Dieser Extendereffekt macht es mög lich, die an sich notwendige Menge an leitfähigen Zusatzstoffen zu reduzieren. Ein das Kriterium für antistatische Beschichtungen erfüllender Oberflächenwider stand von 10² bis 10⁹ Ohm bildet sich üblicherweise bei einer Pigmentierung mit den leitfähigen Zusatzstoffen und/oder den nicht leitfähigen Füllstoffen/Pigmenten von 5-35% PVK (Pigment-Volumen-Konzentration) aus.

Durch die geeignete Wahl und Kombination der einzelnen nichtleitenden Füll stoffe/Pigmente und der elektrisch leitenden Zusatzstoffe kann praktisch jeder Lack auf Polymerbasis antistatisch ausgestattet werden. Damit kann erfindungs gemäß für jede beliebige dekorative Gestaltung ein geeigneter Lack formuliert werden.

Zur Optimierung der erfindungsgemäßen Lacke kann in bestimmten Fällen die kontrollierte Flockung mit thermodynamisch ungünstigeren Lösungsmitteln oder mit, dem Fachmann an sich bekannten, geeigneten Additiven vorgesehen wer den. Ein geringerer Füllgrad führt in den meisten Fällen, unter Einhaltung der ge wünschten antistatischen Eigenschaft, zu Verbesserungen in allen oben genann ten Kriterien.

Um die Leistungsfähigkeit der elektrisch leitfähigen Zusatzstoffe zu gewährlei sten, ist eine ausreichende Dispergierung sowohl der elektrisch leitfähigen Zu satzstoffe als auch der nicht leitfähigen Füllstoffe/Pigmente notwendig; wie diese zu erzielen ist, ist dem Fachmann an sich bekannt.

Die Zugabe von 0,05-20,0% PVK transparentem TiO₂ auf Basis Rutil mit einer Kristallitgröße von 5-50 nm bewirkt winkelunabhängige (Farbtoneffekte) und winkelabhängige (Frosteffekt) Veränderungen. Gleichzeitig konnte durch diese Zugabe von transparentem TiO₂ eine besondere Stabilität gegen UV-A- und UV- B-Strahlung erzielt werden.

Die einzusetzenden TiO₂-Teilchen können zusätzlich auch eine anorganische Dotierung aufweisen. Die Dotierung der TiO₂-Teilchen mit Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid verändert dabei in vorteilhafter Weise die Wetterbeständigkeit des erfindungsgemäßen Lackes. Um die Benetzbarkeit und die damit verbundene Dispergierbarkeit der TiO₂-Teilchen weiter zu verbessern, kann erfindungsgemäß eine organische Nachbehandlung vorgesehen werden.

Weiterhin können die auf wasserverdünnbaren oder lösemittelhaltigen Bindemit teln wie z. B. Polyester-, Alkyd-, Akryl-, Epoxidharzen basierenden erfindungsge mäßen Lacke vorzugsweise ausgestattet sein mit farbgebenden Pigmenten (z. B. TiO₂, organische und anorganische Buntpigmente), mit Effektpigmenten (z. B. Perlglanzpigmente) oder weiteren Füllstoffen wie z. B. BaSO₄. Die Auswahlkrite rien richten sich nach den in der späteren Anwendung geforderten Eigenschaften. Die Härtung der Lacksysteme ist vorgegeben durch die Wahl des Harzes und der eingesetzten Zusatzstoffe. Eine Härtung durch UV- oder EB-Strahlung kann ebenfalls bei geeigneter Auswahl der Zusatzstoffe erfolgreich durchgeführt wer den. Zur Optimierung der Lackrezepturen hinsichtlich mechanischer oder opti scher Eigenschaften, zur Verbesserung der Rheologie, etc. können üblicherweise eingesetzte Additive auch in den der Erfindung zugrundeliegenden Formulierun gen verwendet werden. Bei der Auswahl der Zusatzstoffe ist lediglich darauf zu achten, daß das Netzwerk elektrisch leitfähiger Pfade nicht unterbrochen wird, denn hierdurch würde der Oberflächenwiderstand des Lacks wieder drastisch an gehoben (Perkolationstheorie).

Hergestellt werden können die erfindungsgemäßen Lacke nach an sich bekann ten Verfahren.

Von besonderem Vorteil ist, daß durch die erfindungsgemäße Lösung bei der Be handlung von Kunststoffoberflächen ein Arbeitsgang entfallen kann, wodurch ei nerseits erhebliche Kosten eingespart werden, andererseits auch Fehlerquellen im Prozeß ausgeschlossen werden. Des weiteren entlastet die erfindungsgemäße Lösung auch die Umwelt, da durch den Verzicht des Leitprimers (elektrostatische Grundierung) die üblicherweise eingesetzten Lösungsmittel entfallen.

Um die Eignung der erfindungsgemäß zusammengesetzten Lacke zu demonstrie ren wurden silberne, grüne und rote Metallic-Lacke auf Basis Celluloseaceto butyrat/Polyester/Melaminharz jeweils mit einem transparenten, elektrisch leitfä higen BaSO₄ antistatisch ausgerüstet. Beispielhaft genannt sei die Rezeptur für den erfindungsgemäß zusammengesetzten silbernen Metallic-Lack:

Celluloseacetobutyrat (15%ig)	32,0 Gew.-%
Polyester (65%ig)	16,0 Gew.-%
Melaminharz	5,5 Gew.-%
Aluminiumpigment	2,4 Gew.-%
leitfähiges BaSO₄	16,1 Gew.-%
Lösungsmittel und Lackhilfsstoffe	28,0 Gew. -%

Elektrisch leitfähiges BaSO₄ ist an sich aus der EP-A- 0 459 552 bekannt. Es besteht im Prinzip aus BaSO₄-Teilchen, die von einer Schicht aus mit Sb₂O₃ do tiertem SnO₂ umhüllt sind. Verwendet werden kann beispielsweise Sacon P 401. Die mit diesen erfindungsgemäßen Metallic-Lacken behandelten Kunststoffober flächen wurden zunächst rein visuell begutachtet. Es konnten keine signifikanten Unterschiede zu mit bekannten Metallic-Lacken behandelten Kunststoffoberflä chen festgestellt werden. Daraufhin wurden die Lacke mit einem Spektralphoto meter bei D65/10° vermessen. Auch hier zeigten sich nur geringe Unterschiede in den farbmetrischen Daten. Die Delt E-Werte lagen im Maximum bei 1,30.

Ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemäßen Lack ist die nachfolgende Formulierung eines hellgrauen elektrisch leitfähigen Basecoats auf Basis Poly ester/Melaminharz.

Dynapol H 703	26,7 Gew.-%
Maprenal MF 650	7,9 Gew.-%
leitfähiges BaSO₄	29,4 Gew.-%
Hombitan R 522	11,0 Gew.-%
Xylol/MPA 2/1	21,0 Gew.-%
Modaflow (5%ig in Solvesso 100)	4,0 Gew.-%
Oberflächenwiderstand	10⁴ Ohm

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die sogenannte kon trollierte Flockung vor. Durch eine geeignete Auswahl spezieller Additive und für das System thermodynamisch ungünstiger Lösungsmittel kann diese kontrollierte Flockung erzeugt werden. Auch dabei geht die antistatische Eigenschaft des er findungsgemäßen Lackes nicht verloren. Beispielhaft hierzu sind Untersuchungen in Polyester-, Akrylat- und Epoxidharzsystemen durchgeführt worden.

a) Akrylatsystem

b) Polyesterharzsystem

c) Epoxidharzsystem

Claims

1. Lack auf Polymerbasis, dadurch gekennzeichnet, daß er neben den an sich üblichen Lack-Bestandteilen geeignete leitfähige Zusatzstoffe enthält, durch die der Lack antistatisch ausgerüstet wird.

2. Lack gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Zu satzstoffe ausgewählt sind aus Leitfähigkeitsrußen, Metallpulvern, leitfähig beschichtete Glimmerplättchen, feinteiligem oberflächenbehandeltem und -unbehandeltem SnO₂, halbleiterdotiertem TiO₂, halbleiterdotiertem BaSO₄ und/oder aus organischen Additiven.

3. Lack gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die antistatische Ausrüstung erforderliche Menge der leitfähigen Zusatzstoffe in der Polymermatrix des Lackes und die daraus resultierende Leitfähigkeit des Gesamtsystems durch die Perkolationstheorie bestimmt wird.

4. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß er eine Kombination von leitfähigen Zusatzstoffen gemäß Anspruch 2 mit nicht leitfähigen Füllstoffen/Pigmenten enthält.

5. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß er einen Oberflächenwiderstand von 10² bis 10⁹ Ohm aufweist.

6. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß er 5 bis 35% PVK an leitfähigen Zusatzstoffen und/oder nicht leitfähigen Füllstoffen/Pigmenten enthält.

7. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß als elektrisch leitfähiger Zusatzstoff elektrisch leitfähiges BaSO₄ eingesetzt wird.

8. Lack gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitfä higes BaSO₄ BaSO₄-Teilchen eingesetzt werden, die von einer Schicht aus mit Sb₂O₃ dotiertem SnO₂ umhüllt sind.

9. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß als elektrisch leitfähiger Zusatzstoff transparente TiO₂ auf Basis Rutil eingesetzt wird.

10. Lack gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß 0,05-20,0% PVK, transparentes TiO₂, vorzugsweise mit einer Kristallitgröße von 5-50 nm eingesetzt wird.

11. Lack gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzu setzenden TiO₂-Teilchen eine anorganische Dotierung, vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid aufweisen.

12. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Celluloseacetobutyrat/Polyester/Melaminharz als Polymerbasis eingesetzt wird.

13. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontrollierte Flockung erzeugt wird.

14. Lack gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die kontrollierte Flockung durch an sich bekannte Additive und/oder die Zugabe thermody namisch ungünstigerer Lösungsmittel erzeugt wird.

15. Verwendung eines Lackes gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 zur antistatischen Ausstattung von Kunststoffen.