DE2132645B2 - Verfahren zur Herstellung haftfester Polyvinylidenfluorid-Überzüge - Google Patents
Verfahren zur Herstellung haftfester Polyvinylidenfluorid-ÜberzügeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung haftfester, gegebenenfalls pigmentierter Polyvinylidenfluorid-Überzüge
insbesondere auf Metallen.
Es ist bekannt, daß reines Polyvinylidenfluorid auf Metallen zu Überzügen verarbeitet werden kann, die
jedoch den Nachteil aufweisen, wenig haftfest zu sein. Man hat bereits versucht, diesen Mangel zu beheben,
indem entweder als Haftvermittler zwischen Metall und Deckschicht ein polyvinylidenfluoridhaltiger Epoxyprimer
angewendet wurde oder indem man neben dem Polyvinylidenfluorid spezielle Acrylatharztypen
oder aldehydmodifizierte Acrylamidpolymere als Bindemittelzitsatz verwendete, welche die Verarbeitbarkeit
der Polyvinylidenfluoridbeschichtungen verbessern sollten. Bei der Verwendung eines Epoxyprimers
besteht jedoch der Nachteil, daß diese Grundierung nach Zugabe des erforderlichen Katalysators
sofort verarbeitet werden muß, während bei den Poly- h5
acrylaten deren vergleichsweise minderwertige Eigenschaften die Güte der Polyvinylidenfluoridbeschichtung
wesentlich herabsetzen.
Aufgabe der Erfindung war daher die Schaffung eines Vsrfahrens zur Herstellung von haftfesten PoIyvinylidenfluorid-Überzügen,
welches die geschilderten Nachteile beseitigt und die Vorteile des Polyvinylidenfluorids
als Überzugsmaterial voll zur Geltung bringt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung haftfester, gegebenenfalls pigmentierter Polyvinylidenfluorid-Überzüge
insbesondere auf Metallen durch Aufbringung eines Grundlacks, anschließendes Auftragen
einer Dispersion von Polyvinylidenfluorid in einem hochsiedenden latenten Lösungsmittel und Einbrennen
der Lackschicht besteht darin, daß
1. die zu beschichtende Oberfläche mit einer durch Einbrennen gehärteten Grundierung überzogen
wird, weiche als Bindemittel einen gesättigten linearen Polyester und einen Härter dafür enthält,
und
2. ein Decklack aufgebracht wird, der als Bindemittel 10 bis 40% des in der Grundierung verwendeten
linearen Polyesters sowie 60 bis 90% Polyvinylidenfluorid und gegebenenfalls einen
Härter für den Polyester enthält.
Die angegebenen Prozentsätze beziehen sich hier und in der folgenden Beschreibung auf das Gewicht.
Grundierung und Decklack werden in üblicher Weise aus Lösung oder Dispersion auf das entfettete und
vorbehandelte Trägermaterial, welches vorzugsweise aus Metall besteht, durch Spritzen, Walzen, mittels
Filmziehgeräten oder auf sonstige Weise aufgetragen und bei erhöhter Temperatur unter Verdampfen der
Lösungsmittel eingebrannt. Als Dispergiermedium kommen einzelne Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische
in Frage, in welchen sich der verwendete Polyester löst und bei denen sich im Decklack gleichzeitig
günstige Verlaufeigenschaften des Polyvinylidenfluorid-Polyester-Verbundes
ergeben. Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind Ketone wie Methyläthylketon;
Ester, wie Dimethylphthalat, Methylacetat, Äthylacetat, Acetessigester, Methylglycolacetat und
Äthylglycolacetat; halogenierte Lösungsmittel wie Methylenchlorid;
aromatische Lösungsmittel wie Benzol und Toluol; cyclische Ketone wie Cyclohexanon und
Isophoron und Säureamide wie Dimethylformamid. Als besonders vorteilhaft, erwies sich die Verwendung
von Dimethylphthalat oder/und Methylglycolacetat, gegebenenfalls in Mischung mit niedrigsiedenden Lösungsmitteln,
wie z. B. Chloroform, Benzol, methylenchlorid u. dgl., welche die Einstellung bestimmter
Verarbeitungseigenschaften erleichtern. Kohlenwasserstoffe, auch halogenierte, werden in Kombination mit
polaren Lösungsmitteln verwendet.
Als Polyester können die üblichen Polyestersorten verwendet werden, vorzugsweise werden Copolyester
auf Basis aromatischer Dicarbonsäuren und aliphatischer Diole verwendet. Wesentlich ist lediglich, daß
der verwendete Polyester sich gut lösen läßt und zu einer Lackschicht eingebrannt werden kann.
Ein besonders bevorzugter Polyester ist ein neutraler gesättigter linearer Copolyester aus aromatischen Dicarbonsäuren
und aliphatischen Diolen mit einem mittleren Molekulargewicht von 18 000 bis 20 000,
einem Schmelzbereich von 90 bis 1500C, einer OH-Zahl
von 5 bis 10 (nach Norman und Schildknecht; Fettchem, Rundschau, Bd. 40, S. 194) und einer Säurezahl
von 0 bis 3 nach DIN 53 183.
Der Polyester wird durch Zusatz von üblichen Härtern gehärtet. Beispiele für geeignete Härter sind
Melamin- oder Guanaminharze, Harnstoffharze und Polyurethane.
Die Grundierung wird zweckmäßig in einer Trockenfilmstärke von 2 bis 20, vorzugsweise von 5 bis 12 μπι
aufgebracht. Es können jedoch auch größere oder geringere Filmdicken angewendet werden. Die untere
Grenze der anwendbaren Filmdicke wird durch eine ausreichende haftfeste Verbindung der Deckschicht
mit dem Untergrund bestimmt, die durch Versuche festgestellt werden kann. Die obere Grenze wird wesentlich
durch praktische Erwägungen bestimmt, da außerhalb des angegebenen Bereiches im allgemeinen
keine Verbesserung der Haftfestigkeit mehr erwartet werden kann. Zum Ausgleich von Unebenheiten der
zu überschichtenden Oberfläche können jedoch u. U. auch größere Filmstärken zweckmäßig sein. Im allgemeinen
sollte jedoch der angegebene Bereich eingehalten werden.
Nach dem Einbrennen der Grundierung wird zu beliebigem Zeitpunkt die polyvinylidenfluoridhaltige
Deckschicht aufgebracht. Der DeckJack: enthält neben dem Polyester und Lösungsmittel vor allem Polyvinylidenfluorid
in der angegebenen Menge. Das Polyvinylidenfluorid liegt vorzugsweise dispergiert vor in
Form eines gemahlenen Pulvers, welches in dem Lösungsmittel dispergiert wird. Vorzugsweise soll die
Primär-Teilchengröße 1 μπι oder weniger betragen. Ein
geeignetes Polyvinylidenfluorid wird beispielsweise in der DT-OS 19 39 852 beschrieben. Die Deckschicht
hat zweckmäßig eine Trockenfilmstärke von 5 bis 50, vorzugsweise von 20 bis 30 μπι. Es können jedoch
auch größere oder geringere Filmstärken angewendet werden. Ein Unterschreiten der Untergrenze führt
jedoch im allgemeinen zu Überzügen, bei denen die vorteilhaften Eigenschaften des Polyvinylidenfluorids
nicht mehr voll zur Geltung kommen und ist daher auf Ausnahmefälle beschränkt.
Für den im Decklack verwendeten Polyester gilt das oben für den Polyester in der Grundierung ausgeführte.
Es kann im Decklack der gleiche Polyester wie in der Grundierung oder auch ein anderer Polyester
verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch hier ebenfalls ein Copolyester mit dem oben angegebenen
Molekulargewicht- und Schmelzbereich verwendet.
Abgesehen von den oben bereits aufgeführten obligaten Bestandteilen der beiden Überzugsschichten
können die Beschichtungssysteme auch thermisch beständige
Pigmente, vorzugsweise Oxide der Übergangsmetalle, vorzugsweise Titandioxid, zweckmäßig zusammen
mit einem Netzmittel, enthalten. Das Netzmittel dient insbesondere zur besseren Benetzung der
Pigmente mit dem Bindemittel. Amphotere Netzmittel erwiesen sich als besonders geeignet. Darüber hinaus
können dem Lack auch noch sonstige dem Lackfachmann geläufige Zusatzmittel wie z. B. Haftvermittler
und Mittel zur Glanzgradsteuerung (Erhöhung oder Erniedrigung des Glanzgrades, beispielsweise Mattierungsmittel)
zugesetzt werden.
Die beiden Lackschichten werden nach dem Auftragen
in der zur Erzielung der gewünschten Trockenfilmstärke erforderlichen Dicke jeweils etwa 0,5 bis
5 Minuten bei einer Ofentemperatur von etwa 200 bis 350"C, vorzugsweise (d. h. bei Verwendung der
bevorzugten Materialien in den bevorzugten Dicken)
ίο 0,5 bis 2 Minuten bei 250 bis 3000C Ofentemperatur
eingebrannt.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf Metalle angewendet wird, bei denen das Problem der Haftfestigkeit
in besonderem Maße auftritt und bei denen sich die Erfindung als besonders brauchbar erwiesen
hat, empfiehlt es sich, die Metalloberfläche vor der erfindungsgemäßen Beschichtung zu entfetten und in
bekannter Weise vorzubehandeln. Geeignete Vorbehandlungsmethoden bei Stahl sind beispielsweise Verzinken,
Chromatieren und Phosphatieren, bei Aluminium eine Behandlung mit einem Chromatierungsmittel.
Der erfindungsgemäß hergestellte Polyvinyiidenfluorid-Über7ug vereinigt die bekannten hervorragenden
Eigenschaften des Polyvinylidenfluorids und dis Polyesters zu äußerst haftfesten elastischen Überzügen,
die sich durch ausgezeichnete Nachverformbarkeit, chemische Beständigkeit, Witterungsbeständigkeit und
Vergilbungsresistenz auszeichnen. Das Verfahren eig-
jo net sich besonders für die Herstellung von Außenbeschichtungen,
da das als Bindemittel in der Grundierung und in der Deckschicht verwendete Polyesterharz
bereits allein sehr gute Bewitterungsbestär.digkeit und Vergilbungsresistenz besitzt, welche durch die
Gegenwart des Polyvinylidenfluorids noch wesentlich gesteigert wird. Weitere Beispiele sind die Anwendung
bei Rohrverkleidungen, Behälterauskleidungen, Reaktorauskleidungen, Galvanisierungsgestellen und viele
andere.
w Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung
weiter.
Beispiele 1 bis 22
A. Beispiele 1 bis 7 für die Grundierung
Polyester und Netzmittel wurden bei etwa 700C
im Lösungsmittel gelöst, mit Härter und gegebenenfalls Pigment versetzt und bei Raumtemperatur
15 Stunden in der Kugelmühle dispergiert. Dann wurde
unter Anwendung eines Spiralfilniaufziehgeräts der Firma Erichsen die erhaltene Grundierung auf den
Träger aufgebracht und eingebrannt. In der nachstehenden Tabelle 1 werden die Zusammensetzung
der Grundierung sowie die Verfahrensbedingungen angegeben. Die Zahlen bedeuten, soweit nicht anders
angegeben, Gewichts-%.
Bei | Poly | Pig- | Härter | GFH | Toluol- | Netz | Lösungsmittel | Methyl- | Methyl- | Naß- | Trocken | Ein- | Ein |
spiel | ester') | ment2) | 3) | sulfon- | mittel4) | äthyl- | glycol- | film- | film- | brenn- | brenn | ||
MeI- | säure | Dimethyl- | kclon | acetat | dickc | dicke | temp. | zeit | |||||
amin- | phthalat | ||||||||||||
butyl- | - | - | - | 68,6 | |||||||||
äther | - | - | 7,2 | _ | μπι | MiTi | C | Min. | |||||
I | 19,8 | 4,0 | - | - | 7,6 | 50 | 7 | 250 | 2 | ||||
2 | 9,8 | 2,0 | 15,0 | - | 66,0 | 50 | 6 | 250 | 2 | ||||
Fortsetzung | Poly | Pig | Härter | GFH | TjIuoI- | Netz | Lösungsmittel | 6,8 | Methyl- | Naß- | Trocken· | Ein- | Ein |
Bei | ester1) | ment2) | 3) | sulfon- | mittel4) | 6,6 | glycol- | PiIm- | film | brenn- | brenn | ||
spiel | MeI- | säure | Dimethyl- Methyl- | 12,2 | acetat | dicke | dicke | temp. | zeit | ||||
amin- | phthalat äthyl- | 12,2 | |||||||||||
butyl- | keton | 12,5 | 59,6 | ||||||||||
äther | - | - | 59,4 | |j.m | μίΤΙ | C | Min. | ||||||
17,2 | 3,4 | 12,9 | 5,5 | 0,5 | 0,1 | 61,2 | 50 | 5 | 250 | 2 | |||
3 | 17,4 | 3,5 | 13,02 | 5,27 | 0,03 | 0,08 | 61,2 | 50 | 7 | 250 | 2 | ||
4 | 17,5 | 3,5 | - | 7,30 | 0,10 | 0,1 | 62,2 | 50 | 8 | 250 | 2 | ||
5 | 17,5 | 3,5 | - | 0,1 | 50 | 7 | 250 | 2 | |||||
6 | 17,8 | - | - | 0,1 | 50 | 6 | 250 | 2 | |||||
7 | |||||||||||||
') Polyester mit Schmelzbereich 90 bis 1500C und MG 18000 bis 20000.
2) TiO2 vom Rutiltyp.
3) GFH = Benzoguanaminformaldehydhfz.
4) Amphoteres Netzmittel.
B. Decklack (B e i s ρ i e 1 e 8-22)
Netzmittel und Polyester wurden bei etwa 7O0C im Lösungsmittel gelöst, mit Härter, gegebenenfalls Pigment
und Polyvinylidenfluorid versetzt und 15 Stunden bei Raumtemperatur in der Kugelmühle dispergiert. Bei den
Beispielen 19 bis 21 wurde das Pigment zuerst 5 bis 6 Stunden aileine in der Kugelmühle mit dem Polyester und
dem Netzmittel im Lösungsmittel vermählen und erst danach das Polyvinylidenfluorid zugesetzt und nochmals
15 Stunden dispergiert.
In der nachstehenden Tabelle 2 sind Zusammensetzung, Verfahrensbedingungen und Eigenschaften für die
einzelnen Beispiele angegeben. Die Beispiele 8 bis 11 und 13 sind nicht erfindungsgemäß und dienen nur zu
Vergleichszwecken. Soweit nichts anderes angegeben, bedeuten die Zahlenangaben Gewichts-%.
Tabelle | 2 | Grundie rung n. Beispiel |
PVF2 5) | Poly ester1) |
Pig ment2) |
Netz mittel4) |
Lösungsmittel Dimethyl- Methyl- phthalat glycol- acetat |
Methyl ethylketon |
Iso phoron |
|
Beispiel | Träger | 20,8 | 8,3 | - | 70,9 | |||||
8V | a) | - | 15,2 | 2,3 | 6,1 | - | 76,4 | 57,4 | - | - |
9V | a) | 1 | 21,3 | 6,4 | 8,5 | - | 6,4 | 56,2 | - | - |
10V | b) | - | 2O,8d) | 6,3 | 10,4 | 0,1 | 6,2 | - | - | - |
11V | b) | 2 | 14,9 | 4,6 | 6,0 | - | 67,1 | - | 7,5 | - |
12 | b) | 2 | 14,9d) | 4,6 | 6,0 | - | 67,1 | 57,4 | 7,5 | - |
13 V | b) | 2 | 21,3 | 6,4 | 8,5 | - | 6,4 | 56,2 | - | - |
14 | b) | 4 | 20,81 | 6,30 | 10,4 | 0,09 | 5,99 | 47,72 | - | - |
15 | b) | 4 | 17,7 | 5,3 | 8,9 | 0,08 | 5,3 | - | - | - |
16 | b) | 4 | 12,8 | 3,8 | 6,4 | 0,1 | 76,9 | - | - | - |
17 | b) | 5 | 12,8 | 3,8 | 6,4 | 0,1 | 76,9 | - | - | - |
18 | c) | 6 | 12,8 | 3,8 | 6,4 | 0,1 | 76,9 | - | - | - |
19 | a) | 6 | 12,8 | 3,8 | 6,4 | 0,1 | 76,9 | - | - | - |
20 | b) | 6 | 12,8 | 3,8 | 6,4 | 0,1 | 76,9 | - | - | - |
21 | c) | 7 | 14.8 | 4.0 | - | 0.2 | 81.0 | - | - | |
22 | b) | |||||||||
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Beispiel | Naßfilm stärke μπι |
Trocken filmstärke μιη |
Einbrenn- temp. "C |
Einbrenn zeit Minuten |
Pendelhärte DIN 53 157 π. König sec |
Gitterschnitt η. DIN 53151 + Erichsen- Tiefung 8 mm + Tesaabriß |
Beurteilung Haftung bei Nach verformung |
Oberfläche |
8V | 200 | 24 | 300 | 2 | 155 | 4 | schlecht | glatt |
9V | 150 | 20 | 250 | 2 | 129 | 4 | schlecht | glatt |
10 V | 150 | 30 | 250 | 2 | 137 | 0 | sehr gut | sehr rissig |
11V | 150 | 30 | 250 | 2 | 134 | 4 | schlecht | glatt |
12 | 150 | 27 | 250 | 2 | 141 | 0 | sehr gut | glatt |
13V | 150 | 23 | 250 | 2 | 133 | 4 | schlecht | glatt |
14 | 150 | 38 | 250 | 2 | 144 | 0 | sehr gut | glatt |
15 | 150 | 24 | 250 | 2 | 140 | 0 | sehr gut | glatt |
16 | 150 | 41 | 250 | 2 | 105 | 0 | sehr gut | glatt |
17 | 150 | 27 | 250 | 2 | 132 | 0 | sehr gut | glatt |
18 | 150 | 78 | 250 | 2 | 136 | 0 | sehr gut | glatt |
19 | 150 | 24 | 250 | 2 | 150 | 0 | sehr gut | glatt |
20 | 150 | 28 | 250 | 2 | 134 | 0 | sehr gut | glatt |
21 | 150 | 21 | 250 | 2 | 148 | 0 | sehr gut | glatt |
22 | 150 | 20 | 250 | 3 | 140 | 0 | sehr gut | glatt |
a) AlM | e 1 - Blech. | der Fa. Vt | :reiniEte Leir | .ltmetallwerke. | . 1.5 mm. in | üblicher Weise vorbehandelt (30" entfettet bei 70 |
geätzt, 10" bei 50"C alodiert).
Verzinktes Stahlblech; Testblech der Fa. Metallgesellschaft Frankfurt, 0,75 mm.
Phosphatiertes Stahlblech, Testblech der Fa. Metallgesellschaft Frankfurt, 0,75 mm.
V = Vergleichsbeispiel.
') bis 4) siehe Anmerkung zu Tabelle
5) Polyvinylidenfluorid nach DT-OS 19 39 852, ausgenommen bei d).
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung haftfester, gegebenenfalls pigmentierter Polyvinylidenfluorid-Überzüge
auf Metallen durch Aufbringen eines Grundlacks, anschließendes Auftragen einer Dispersion
von Polyvinylidenfluorid in einem hochsiedenden latenten Lösungsmittel und Einbrennen der Lackschicht,
dadurch gekennzeichnet, daß Ό
1) die zu beschichtende Metalloberfläche mit einer durch Einbrennen gehärteten Grundierung
überzogen wird, welche als Bindemittel einen gesättigten linearen Polyester und einen )5
Härter dafür enthält, und
2) ein Decklack aufgebracht wird, der als Bindemittel
10 bis 40% des in der Grundierung verwendeten linearen Polyesters sowie 60 bis 90% Polyvinylidenfluorid und gegebenenfalls ,0
einen Härter Tür den Polyester enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyester ein Copolyester auf
Basis aromatischer Dicarbonsäuren und aliphatischer Diole verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Copolyester mit einem mittleren
Molekulargewicht von 15 000 bis 25 GOO, einem Schmelzbereich von 70 bis 2000C, einer OH-Zahl
von 5 bis 10 und einer Säurezahl von 0 bis 3 jo verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Härter
in der Grundierung und gegebenenfalls im Decklack ein Melamin- und/oder Guanaminharz ver- J5
wendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polyvinylidenfluorid
verwendet wird, welches durch Polymerisation von Vinylidenfluorid bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in saurem, wäßrigem
Medium unter Peroxydisulfatkatalyse und bei einer Initiatorkonzentration kleiner als 0,5 g/l
flüssige Phase hergestellt wurde.
45
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