DE3201224C2 - - Google Patents

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DE3201224C2 DE19823201224 DE3201224A DE3201224C2 DE 3201224 C2 DE3201224 C2 DE 3201224C2 DE 19823201224 DE19823201224 DE 19823201224 DE 3201224 A DE3201224 A DE 3201224A DE 3201224 C2 DE3201224 C2 DE 3201224C2
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Description

Isophorondiisocyanat (IPDI) bildet bei der Umsetzung mit hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen (Polyole) Urethansysteme, die als Überzüge verwendet werden.
In der Praxis werden sehr vielfältige Anforderungen an die Überzüge gestellt. Man verlangt eine hohe Beständigkeit gegenüber Oxidation, Hydrolyse und Lösungsmitteleinflüssen. Sie dürfen weder zu hart noch zu weich sein. Ein besonderes Problem stellt die Herstellung licht- und wetterstabiler Überzüge dar.
Die Eigenschaften derartiger Überzüge können bereits verbessert werden, wenn man anstelle des Monomeren IPDI- Addukte einsetzt. Als IPDI-Addukte im Rahmen dieser Anmeldung sollen angesehen werden:
  • 1. Oligomere des IPDI, insbesondere das Isocyanurat,
  • 2. Umsetzungsprodukte von IPDI mit mehrfunktionellen niedrigen Alkoholen, z. B. Trimethylolpropan.
Derartige IPDI-Addukte sind allgemeiner Stand der Technik und beispielsweise nach dem Verfahren der DE-OS 29 16 201 zugänglich.
Die Auswahl der hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen (Polyole), die mit IPDI-Addukten zur Reaktion gebracht werden können, ist sehr groß. So sind beispielsweise niedermolekulare Diole und Triole, aber auch höhermolekulare hydroxylgruppenhaltige Verbindungen, wie Oxyester, Oxyether oder ihre Mischungen geeignet, mit der Isocyanatkomponente zu Zweikomponenten-Reaktivsystemen verwendet zu werden.
Während nun bei Umsetzung von Oxyestern mit IPDI-Addukten relativ viskose Harzmischungen anfallen, deren gehärtete Filme eine merkliche Hydrolyseempfindlichkeit aufweisen, erhält man mit Oxyethern niedrig viskose Harze, deren Filme zwar hydrolysebeständig, aber dafür licht- und oxidationsanfällig sind.
Als leistungsfähig hinsichtlich der Licht- und Wetterstabilität haben sich hydroxylgruppenhaltige Polymerisate auf der Basis Acrylester, Vinylester und Styrol erwiesen. Diese hydroxylgruppenhaltige Polyacrylate weisen üblicherweise ein Molekulargewicht von 500 bis 5000 auf, ihre Hydroxylzahl liegt zwischen 20 und 200. Hydroxylgruppenhaltige Polyacrylate verschiedenster Bauart sind wohlbekannte, handelsübliche Verbindungen.
Es liegt nun auf der Hand, derartige hydroxylgruppenhaltige Polyacrylate als Hydroxylkomponente zur Herstellung leistungsfähiger PUR- Beschichtungen zu verwenden. Ihr Nachteil aber ist: die Filme sind hart und spröde.
Durch Oxyester-Zusätze läßt sich zwar naturgemäß eine Elastifizierung erreichen, gleichzeitig wird aber die angestrebte Hydrolysebeständigkeit des Makromolekülverbandes vermindert.
Wenn man das hydroxylgruppenhaltige Polyacrylat/IPDI-System mit Polyethylenglykol- oder Polypropylenglykolethern flexibilisiert, so stellt sich heraus, daß man eine reduzierte UV- und Oxidationsbeständigkeit der Filme in Kauf nehmen muß. Darüber hinaus geht die Lösungsmittelbeständigkeit zurück.
Aufgabe dieser Erfindung war es nun, auf Basis der bekannten Beschichtungssysteme ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe elastische, hydrolysebeständige und insbesondere licht- und wetterstabile Filme hergestellt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen mit hoher Licht- und Wetterstabilität und zudem guter Elastizität und Hydrolysebeständigkeit
durch Umsetzung von IPDI-Addukten mit handelsüblichen hydroxylgruppenhaltigen Polymerisaten auf der Basis (Meth)acrylsäureester, Vinylester und Styrol,
durch Applizierung der erhaltenen Harzmischungen auf Oberflächen und anschließende Härtung,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man
  • a) IPDI-Isocyanurat oder Umsetzungsprodukte von IPDI mit mehrfunktionellen niedrigen Alkoholen mit hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylat- Verbindungen im NCO/OH-Verhältnis von x : 1 umsetzt, wobei die Bedingung 1,1 < x < 0,7 gilt und diese hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylat-Verbindungen aus
  • b) 10 bis 90 Gewichtsprozent hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylaten und
  • c) entsprechend 90 bis 10 Gewichtsprozent Tetrahydrofuran-Polymerisaten mit einem Molekulargewicht zwischen 200 und 5000 bestehen.
Als zu beschichtende Oberflächen kommen Metalle in jeder Form, Holz, Kunststoff, Beton usw. in Betracht.
Als hydroxylgruppenhaltige Polyacrylate kommen hydroxylgruppenhaltige Copolymerisate auf der Basis (Meth)acrylsäurealkylester, Vinylester und Styrol etc. zum Einsatz. Die genaue chemische Struktur der im Handel angebotenen Produkte, wie DESMOPHEN® A 151 (Hersteller: Bayer), LUMITOL® AM 80 (Hersteller: BASF), MACRYNAL® SM 540 (Hersteller: Fa. Cassella), LUMITOL® ALR 8432 (Hersteller: BASF) und DEGALAN® LS 75/151 (Hersteller: Degussa) ist unbekannt, es handelt sich jedenfalls immer um acrylathaltige Verbindungen.
Unter dem Namen TERACOL® 650 (Hersteller: Du Pont) ist ein THF-Polymerisat im Handel erhältlich, dessen Molekulargewicht ca. 650 beträgt. Den Harzmischungen können Pigmentierungsmittel, wie z. B. KRONOS® CL 220 (TiO₂, Hersteller: Kronos-Titan-GmbH) beigefügt werden.
Als übliche Lackzusätze sind herkömmliche Verlaufsmittel anzusehen.
Die Erfindung betrifft weiterhin die nach diesem Verfahren erhaltenen Überzüge.
Die Umsetzung der IPDI-Addukte mit den hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylat-Verbindungen erfolgt in der Weise, daß diese miteinander gemischt und entweder kalt oder heiß gehärtet werden. Je nach dem erfolgt die Härtung dann in wenigen Minuten bei z. B. 200°C oder in Tagen bzw. Stunden bei Umgebungstemperatur.
Das Verhältnis, in dem die IPDI-Addukte mit hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylat-Verbindungen umgesetzt werden, wird so gewählt, daß auf eine NCO-Gruppe 0,7 bis 1,1 OH-Gruppen kommen. Vorzugsweise werden stöchiometrische Mengen eingesetzt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahren sind signifikant:
  • 1. Es ist nunmehr möglich, Filme ausreichender Elastizität und unterschiedlicher Härte herzustellen.
  • 2. Die Licht- und Wetterstabilität der erhaltenen Filme ist überraschenderweise maßgeblich verbessert gegenüber Systemen, die kein THF-Polymerisat enthalten (vgl. Tabelle 4). Sie ist auch besser als bei Systemen, die anstelle des IPDI andere Isocyanate enthalten (vgl. Tabellen 5 bis 7).
  • 3. Die Aliphatenverträglichkeit wie auch die Superbenzinbeständigkeit der gehärteten Filme ist gut und nicht beeinträchtigt.
  • 4. Die Verträglichkeit aller Reaktionspartner der Harzmischungen ist vollauf gewährleistet und erlaubt es, hochglänzende z. B. weißpigmentierte Beschichtungen herzustellen.
  • 5. Die hochviskosen hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylate werden üblicherweise nur in Gegenwart von etwa 35 bis 40% Lösungsmitteln eingesetzt. Bei der Verwendung von THF-Polymerisaten, deren Viskosität unter 500 m²/sec liegt, können daher beträchtliche Mengen an Lösungsmitteln eingespart werden, womit eine high-solid Arbeitsweise gewährleistet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die nachfolgenden Tabellen 2 bis 8 illustriert. Alle in diesen Tabellen untersuchten Harzmischungen weisen ein NCO/OH-Verhältnis von 1 : 1 auf. Als Pigmentierungsmittel wird Titandioxid eingesetzt. Die Härtung der Harzmischungen erfolgt innerhalb von 30 Minuten bei 120°C.
Das in den Tabellen 3 und 8 aufgeführte IPDI-Trimethylolpropan- Addukt wird durch Umsetzung der Komponenten erhalten, wobei das stöchiometrische Verhältnis so gewählt wird, daß auf eine OH-Gruppe zwei NCO-Gruppen kommen.
In den Tabellen 1 bis 3 sind die Pendelhärten und Erichsentiefungen sowie die Zusammensetzungen der entsprechenden Harzmischungen aufgeführt. Tabelle 1 führt die nach dem Stand der Technik bekannten Filme auf; die Tabellen 2 und 3 enthalten die Daten erfindungsgemäßer Harzzusammensetzungen.
Tabelle 1 (Stand der Technik)
Filmdaten: IPDI-Isocyanurat/hydroxylgruppenhaltiges Polyacrylat
Pigmentierung: KRONOS® CL 220, PVK 15
Tabelle 2
Filmdaten: IPDI-Isocyanurat/hydroxylgruppenh. Polyacrylat/TERACOL®
Pigmentierung: KRONOS® CL 220, PVK 15
Tabelle 3
Filmdaten: IPDI-Trimethylpropan-Addukt/MACRYNAL® SM 540/ggf. TERACOL® 650
Pigmentierung: KRONOS® CL 220, PVK 15
Osram-Sylt-Test
Der Osram-Sylt-Test in Anwesenheit von Wasser erlaubt es, mit einfachster Ausstattung eine qualitative Differenzierung der Licht- oder Wetterstabilität von Systemen untereinander vorzunehmen.
Als Maßstab der Beurteilung fungieren die Glanzwerte, die im zeitlichen Abstand von je 500 Stunden gemessen werden und hier vereinfacht nur nach 1000 und 2000 Stunden dargestellt werden.
Tabelle 4
Glanzwerte: (Gardner) nach 1000 und 2000 h Osram-Sylt-Test in Anwesenheit von Wasser an IPDI-Isocyanurat-Systemen
Pigmentierung: KRONOS® CL 220, PVK 15
Den Glanzwerten nach dem 2000 Stunden Osram-Sylt-Test zufolge führt die Verwendung von TERACOL® zu einer erkennbaren Verbesserung der Glanzhaltung, und zwar zunehmend mit steigender Menge.
Um den Stellenwert dieser Feststellung zu ermitteln, bedarf es auch der Gegenüberstellung anderer Isocyanat/ hydroxylgruppenhaltiger Polyacrylat/Systeme.
Tabelle 5
Osram-Sylt-Test LUMITOL® AM 80/diverse Isocyanate
Pigmentierung: KRONOS® CL 220, PVK 15
In den Tabellen 6 und 7 werden die Eigenschaften von Harzen auf Basis der hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylate DEGALAN® LS 75/151 und LUMITOL® ALR 8432 mit diversen Isocyanaten verglichen.
Tabelle 6
Osram-Sylt-Test DEGALAN® LS 75/151/diverse Isocyanate
Pigmentierung: TiO₂ KRONOS® CL 220, PVK 15
Tabelle 7
Osram-Sylt-Test LUMITOL® ALR 8432/diverse Isocyanate
Pigmentierung: KRONOS® CL 220, PVK 15
Tabelle 8
Glanzwerte (Gardner) nach 1000 und 2000 h
Osram-Sylt-Test in Anwesenheit von Wasser bei
Systemen gemäß Tabelle 3

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Überzügen mit hoher Licht- und Wetterstabilität und zudem guter Elastizität und Hydrolysebeständigkeit
durch Umsetzung von IPDI-Addukten mit handelsüblichen hydroxylgruppenhaltigen Polymerisaten auf der Basis (Meth)acrylsäureester, Vinylester und Styrol,
durch Applizierung der erhaltenen Harzmischungen auf Oberflächen und anschließende Härtung,
dadurch gekennzeichnet, daß man
  • a) IPDI-Isocyanurat oder Umsetzungsprodukte von IPDI mit mehrfunktionellen niedrigen Alkoholen mit hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylat-Verbindungen in NCO/OH-Verhältnis von x : 1 umsetzt, wobei die Bedingung 1,1 < x < 0,7 gilt und diese hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylat-Verbindungen aus
  • b) 10 bis 90 Gewichtsprozent hydroxylgruppenhaltigen Polyacrylaten und
  • c) entsprechend 90 bis 10 Gewichtsprozent Tetrahydrofuran- Polymerisaten mit einem Molekulargewicht zwischen 200 und 5000 bestehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die THF-Polymerisate ein Molekulargewicht zwischen 500 und 1000 aufweisen.
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