DE3300561A1

DE3300561A1 - Waessrige dispersion

Info

Publication number: DE3300561A1
Application number: DE19833300561
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. 4400 Münster Dors; Peter Dr. Lessmeister
Original assignee: BASF Farben und Fasern AG
Current assignee: BASF Farben und Fasern AG
Priority date: 1983-01-10
Filing date: 1983-01-10
Publication date: 1984-07-12
Also published as: IT1172997B; EP0132261A1; IT8419103A0; WO1984002711A1

Description

Wäßrige Dispersion
Die Erfindung betrifft eine wäßrige Dispersion eines pulverförmigen Bindemittels mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 20 /um, die ein Stabiiisierungsmittel und gegebenenfalls Pigmente, Härter, Füllstoffe und sonstige bekannte Hilfsmittel enthält.
Aus der DE-OS 27 16 118 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Lackfilms durch Aufbringen einer wäßrigen Suspension eines festen, Netzmittel und gegebenenfalls Verlaufsmittel enthaltenden Kunstharzes oder einer Kunstharzmischung bekannt. Als Netzmittel bzw. Stabilisierungsmittel wird bei dem bekannten Verfahren ein Alkylphenyl-oxethylat verwendet. Die Verwendung von Alkylphenyl-oxethylat oder ähnlichen Netzmitteln bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß diese Stabilisierungsmittel die Eigenschaften des endgültigen Lackfilms versdhlechtern. Sie verbleiben beim Einbrennen des Überzugs im Lackfilm, wobei sie jedoch kein ei,ivernetzter Bestandteil sind. Häufig werden durch diese Stabilisierungsmittel die Wasserfestigkeit, die Wetterbeständigkeit und die Elastizität des resultierenden Lackfilms herabgesetzt. Auch bieten die bekannten, unter Verwendung üblicher Stabilisierungsmittel hergestellten Lackfilme häufig keinen zutriedtnstellendeli Korrosionsschutz.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Beeinträchtigung des Lackfilms durch das Stabilisierungsmittel ausgeschlossen ist.
Das Stabilisierungsmittel soll vielmehr ein integraler Bestandteil des Lackfilms werden und in positiver Weise zu den Eigenschaften desselben beitragen.
Diese Aufgabe wird bei einer wäßrigen Dispersion der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie als Stabilisierungsmittel ein wasserlösliches oder wasserverdünnbares Aminoplastharz enthält.
Pulverförmige Bindemittel sind als sogenannte Pulverlacke an sich bekannt. Sie werden üblicherweise so hergestellt, daß das zu verwendende Bindemittel mit Pigmerlt, Härter und Additiven in einem Mischer intensiv vorgemischt wird.
Diese Mischung wird in einem Extruder homogenisiert. Das hierbei entstehende Extrudat wird abgekUhlt und grob gemahlen. Durch Feinmahlung und Sichtung erhält man ein verarbeitungsfähiges Pulver. Wäßrige Dispersion von Pulverlacken werden auch als Slurry bezeichnet.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist es, daß die wäßrige Dispersion als pulverförmiges Bindemittel feinteilige Kunststoffe eindispergiert enthält. Diese haben in der Form der Pulverlacke bereits Eingang in die Lackierung von Metallobjekten gefunden. Diese Kunststoffpulver sind bei Raumtemperatur fest und gut mahlbar.
Sie sind nicht reaktiv in der Art, daß sie bereits bei Raumtemperatur mit sich selbst oder mit anderen verträglichen Harzen, wie dem Stabilisierungsmittel, zu hochmolekularen Stoffen verfilmen. Bei den üblichen Einbrenribedingungen, die bei etwa 1600C liegen, schmelzen sie jedoch und verbinden sich mit dem Stabilisierungsmittel auf dem beschichteten Substrat zu einen homogenen Film.
Als pulverförmige Bindemittel eignen sich im Rahmen dieser Erfindung Kunststoffpulver aus der Gruppe der Epoxidharze, Polyesterharze, Acrylatharze, Polyurethanharze, Polyamidharze, Polyethylen, Polypropylen und Celluloseacetobutyrate. Diese Kunststoffpulver sind sämtlich bekannt und zum größten Teil handelsüblich.
Sämtliche Pulver dieser Art sind in der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion einsetzfähig, vorausgesetzt, daß sie mit dem Stabilisierungsmittel verträglich sind.
Das Kunststoffpulver kann in -reiner Form in der wässrigen Dispersion dispergiert sein. Es ist aber auch möglich, ein Kunststoffpulver zu verwenden, das Füllstoffe enthält. In diesem Fall sind die Pigmente und/oder Füllstoffe bei der Herstellung des Kunststoffpulvers bereits in dieses mit eingearbeitet worden.
Die erfindungsgemäße wässrige Dispersion ist nicht allein darauf beschränkt, daß sie nur ein einziges synthetisches Harz enthält. Es können auch Gemische von zwei und mehr verschiedenen Kunststoffpulvern enthalten sein. Hierbei kann das eine oder andere Kunststoffpulver Pigmente und/ oder Füllstoffe enthalten, das andere aber frei von diesen Zusatzstoffen sein.
Die zum Einsatz gelangenden Kunststoffpulver können außer den Pigmenten und Füllstoffen noch geringe Mengen von Härtungsmitteln und anderen Zusatzstoffen, die das Fließverhalten des Pulvers während des Einbrennens regulieren, enthalten. Diese in das Kunststoffpulver eingearbeiteten Zusätze werden in ihrer Wirkung nicht durch die wässrige Dispersion negativ beeinflußt.
Die Dispersion enthält als Stabilisierungsmittel erfindungsgemäß ein Aminoplastharz. Als Aminoplastharze oder Aminoharze werden Polykondensate bezeichnet, die aus einer Amino- und einer Carbonyl-Komponente aufgebaut sind.
Geeignete Amino-Komponenten sind zum Beispiel Säureamide, Urethane, Sulfonsäureamide, Harnstoffe, Thioharnstoffe, Guanidin, Sulfurylamid, Cyanamid, Dicyandiamid, Melamin und Guanamlne oder andere Aminotriacine. Geeignete Carbonyl-Komponenten sind zum Beispiel Formaldehyd, Acetaldehyd, Glyoxal, Malondialdehyd, Glyoxylsäure und Aceton.
Die aus der Amino- und der Carbonyl-Komponente erhaltenen Aminoharze können durch Verätherung mit niedermolekularen Alkoholen, insbesondere mit Methanol, in wasserlösliche bzw. wasserverdünnbare Derivate überführt werden.
Der Anteil dieser wasserlöslichen oder wasserverdünnbaren Aminoplastharze an den erfindungsgemäßen Dispersionen kann 0,5 bis 30 Gewichts-% betragen, bezogen auf die Summe des pulverförmigen Bindemittels und des Aminoplastharzes, wobei Anteile von 1 bis 5 Gewichts-% bevorzugt werden.
Unter den verschiedenen Aminoplastharzen werden wasserlösliche oder wasserverdünnbare, d. h. insbesondere Aminoalkylalkoxygruppen aufweisende Derivate von Melamin-, Benzoguanamin- und Harnstoffharzen bevorzugt. Ganz besonders bevorzugt wird das Hexakis(methoxymethyl)melamin.
Die wässrige Dispersion kann Anteile von organischen Lösungsmitteln enthalten, die in Kombination mit Wasser das pulverförmige Bindemittel nicht lösen. Die organischen Lösungsmittel können z. B. in manchen Fällen den Verlauf der Überzugsmittel verbessern.
Die Herstellung der wässrigen Dispersion erfolgt nach den in der Lackindustrie bekannten Methoden. So können die Bestandteile der Dispersion mittels einer hochtourigen Dispergiermaschine direkt in Wasser oder einer Dispersion eines Teils der Bestandteile eingerührt werden.
Das Überzugsmittel kann durch gemeinsames Dispergieren des pulverförmigen Bindemittels und des Stabilisierungsmittels in Wasser hergestellt werden. Es ist auch möglich, das pulverförmige Bindemittel und das Stabilisierungsmittel durch gemeinsames Extrudieren zu mischen und das Extrudat zu zerkleinern und in Wasser zu dispergieren.
Eine besonders gute Benetzung des pulverförmigen Bindemittels durch das Stabilisierungsmittel wird dadurch erreicht, daß - das Bindemittel zu einem Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 100 /um gemahlen wird, - als Stabilisierungsmittel ein wasserlösliches oder wassermischbares Aminoplastharz in Wasser gelöst bzw. mit Wasser gemischt wird, - das gemahlene Bindemittel der wässrigen Lösung bzw. Mischung des Aminoplastharzes zugefügt wird und - die erhaltene Zusammensetzung zur Erreichung der mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 20 /um gemahlen wird.
Die wässrige Dispersion ist hervorragend geeignet für Beschichtungsverfahren wie Spritzen, Streichen, Tauchen, Fluten, Walzen oder Rakeln.
Für die Durchführung der Beschichtung wird die wässrige Dispersion bis zu einem Festkörpergehalt zwiscnen 20 und 50 %, vorzugsweise zwischen 25 und 40 %, mit Wasser herabverdünnt. Der pH-Wert liegt zwischen 5 und 9, bevorzugt aber zwischen 6 und 8.
Zur Erzielung einer glatten kocherfreien Oberfläche ist es mitunter zweckmäßig, eine kurze Vortrocknung bei 100 C vor dem Einbrennen vorzuschalten.
Die Eigenschaften des eingebrannten Überzuges sind hervorragend. Die Korrosionsfestigkeit ist überraschend gut und variiert mit der Natur der festen Pulverlacke. Die eingebrannte Schicht kann als Grundierung dienen und ohne weiteres mit üblichen Lacken weiter lackiert werden. Sie ist auch als Decklack geeignet.
Die nachfolgenden Beispiele sollen das Wesen der Erfindung erläutern, aber nicht einschränken. Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent, Teile auf Gewichtsteile.
Beispiel 1 (Herstellung einer neutralen pulverförmigen Komponente auf Epoxidharzbasis) 100 g eines Epoxidharzpulvers aus Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem Schmelzbereich von 70 bis 75 OC nach Kofler, 3 g eines handelsüblichen Verlaufsmittels auf der Basis eines Acrylatcopolymerisats, 20 g Titandioxid (Rutil-Typ), 8 g Aluminiumsilikat, 2 g Eisenoxidrot und 5 g eines handelsüblichen Epoxidharzhärters auf der Basis eines Dicyandiamid-Derivates werden in einem Kneter in der für die Herstellung pulverförmiger Anstrichmittel üblichen Weise geschmolzen und zusammengeknetet. Das erstarrte Gemisch wird vorgelmahlen und dann in einer Spiralstrahlmühle zu einem Pulver vermahlen, das einen maximalen Teilchendurchmesser von 30 /um und einem mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis 15 /um hat.
Beispiel 2 (Herstellung einer neutralen pulverf(irmigen Komponente auf Basis eines Epoxidpolysterharzes) 100 g eines carboxylgruppenhaltigen Polyesters auf Basis von Isophthalsäure, Neopentylglykol, Trimethylolpropan und Trimellithsäureanhydrid mit einer Säurezahl von 95 mg KOH und einem Erweichungspunkt von 85 OC, 100 g eines Epoxidharzes nach Beispiel 1, 80 g Titandioxid (Rutil-Type) und 5 g eines Verlaufsmittels werden vorgemischt und gemäß Beispiel 1 in ein Pulver umgewandelt.
Beispiel 3 (Herstellung einer neutralen pulverförmigen Komponente auf Basis eines Polyesterharzes) 100 g eines carboxylgruppenhaltigen Polyesters auf Basis von Isophthalsäure, Neopentylglykol, -Trimethylolpropan und Trimellithsäureanhydrid mit einer Säurezahl von ca. 45 mg KOH werden mit 7 g Triglycidylisocyanurat, 42 g Titandioxid (Rutil-Typ) und 3 g Verlaufmittel vorgemischt und gemäß Beispiel 1 in ein Pulver umgewandelt.
Beispiel 4 (Herstellung einer neutralen pulverförmigen Komponente auf Basis eines Polyurethanharzes) 100 Teile eines handelsüblichen OH-Polyesters auf Basis von Isophthalsäure, NeopentylRlykol und Trimethylolpropan nit einer OH-Zahl von etwa 50 und einer Säurezahl won 3 bis 5 wurden zusammen mit 20 Teilen eines mit E-Caprolactam verkappten Isophorondiisocyanates, 1 Teil Verlaufmittel und 60 Teilen Titandioxyd (Rutil-Type) im Fluid-Mischer vorgemischt und gemäß Beispiel 1 in ein Pulver umgewandelt.
Beispiel 5 (Herstellung einer neutralen pulverförmigen Komponente auf Basis Epoxidharz/Isocyanat) 100 g eines Epoxidharzpulvers aus Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem Schmelzbereich von 70 bis 75 °C nach Kofleer, 3 g eines Verlaufsmittels, 25 g Titandioxid (Rutil-Type), 10 g eines Aluminiumsilikats, 3,5 g Eisenoxidrot und 33 g eines -mit Caprolactam blockierten Toluylendiisocyanats wurden gemäß Beispiel 1 in ein Pulver umgewandelt.
Beispiel 6 (Herstellung eines Uberzugsmittels) 40 Teile eines Epoxidpulvers gemäß Beispiel 1 wurden mit 0,8 Teil eines methanolveretherten Melaminharzes und 59,2 Teilen Wasser auf einer Rührwerksmühle vermahlen bis eine Feinheit von < 15 /um (Feinheitsbestimmung mittels Lichtmikroskop) erreicht war.
Beispiel 7 (Herstellung eines Überzugsmittels 35 Teile eines Polyurethanpulvers gemäß Beispiel 4 wurden mit 2 Teilen eines methanolveretherten Benzoguanaminharzes und 67 Teilen Wasser gemäß Beispiel 6 zu einem Überzugsmittel verarbeitet.
Beispiel 8 (Herstellung eines Überzugsmittels) 29,7 Teile eines Epoxy-Isocyanat-Pulvers gemäß Beispiel 5 wurden mit 1,3 Teilen eines methanolveretherten Harnstoffharzes und 69 Teilen Wasser gemäß Beispiel 6 zu einem Überzugsmittel -Werarbeitet.
Beispiel 9 (Herstellung eines Überzugsmittels) 45,1 Teile eines Epoxy-Polyester-Pulvers gemäß Beispiel 2 wurden mit 1,9 Teilen eines methonolveretherten Melaminharz (Hexakis(methoxymethyl)melamin) und 53 Teilen Wasser gemäß Beispiel 6 zu einem Überzugsmittel verarbeitet.
Beispiel 10 (Herstellung eines Überzugsmittels) 35 Teile eines Polyester-Pulvers gemäß Beispiel 3 wurden it 1,7 Teilen eines methanolveretherten Melaminharzes (Hexakis(methaxymethyl)melamin) gemäß Beispiel 6 zu einem Überzugsmittel verarbeitet.
Beispiel 11 100 g eines Epoxidharzes aus Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem Schmelzbereich von 700 bis 75 0C nach Kofler, 3 g eines Verlaufsmittels, 20 g Titandioxid (Rutil-Type), 8 g Aluminiumsilikat, 2 g Eisenoxidrot, 5g eines Dicyandiamid-Derivates und 3,5 eines Melaminharzes (Hexakis(methoxymethyl)melamin) wurden mit 201 Teilen Wasser vorgemischt und anschließend in einer Rührwerksmühle 1 Stunde bis zu einer Kornfeinheit von <15 um vermahlen.
Lacktechnische Prüfungen von Slurries und den zugrundeliegenden Lackpulvern zeigt Tabelle 1 Um die Verbesserung von Elastizitätsverhalten und Korrosionsschutz von Überzügen, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit vernetzbaren Stabilisierungsmitteln, nachzuweisen, wurden folgende Lackfilme verglichen: a) Überzüge aus Lackpulvern gemäß Beispiel 1 - 5, hergestellt durch das elektrostatische Pulversprühverfahren b) Überzüge aus Slurries von Lackpulvern gemäß Beispielen 1 - 5 ohne Stabilisierungsmittel c) Überzüge aus Slurries von Lackpulvern gemäß Beispielen 1 - 5 mit nicht vernetzbaren Stabilisierungsmitteln (nicht ionogenes Fettalkohol-oxethylat) d) Überzüge aus Slurries von Lackpulvern gemäß Beispielen 1 - 5 mit Aminoplastharzen als Stabilisierungsmitteln (Beispiele 6 - 11) Tabelle 1: Vergleichende Prüfung von Pulverslurries und den zugrundliegenden Lackpulvern Test/Methode a) Vergleichs- b) Vergleichs- c) Vergleichs- d) Vergleichsbeispiele beispiele beispiele beispiele Absetzverhalten Bodensatz bei Raumtemp. entfällt Absetzen nach 1 h Absetzen nach 3 h kein Abseten u. Rütteln Beispiele 6-10 (80 Hübe/min. bei 2 cm Hubhöhe); Rütteldauer 10 h Erichsen-Tiefung Pulver 1: 9,8 mm Vergleichsansätze Vergleichsansätze Vergleichsansätze nach Einbrenne Pulver 2: 10,2 mm mit Pulver 1-5 mit Pulver 1-5 mit Pulver 1-5, Pulver 3: 10,1 mm Slurry aus Slurry-Typ c aus daraus Slurry-Typ d Pulver 4: 10,5 mm Pulver 1: 7,6 Pulver 1: 7,0 1: 9,3 Beisp. 6 Pulver 5: 8,1 mm Pulver 2: 8,5 2: 6,2 4: 9,8 Beisp. 7 Pulver 3: 9,0 3: 7,3 5: 7,9 Beisp. 8 Pulver 4: 9,0 4: 8,1 2: 10,0 Beisp. 9 Pulver 5: 7,8 5: 7,0 3: 9,8 Beisp. 10 Salzsprühtest nach Pulver 1 - 5 Slurries Typ b) Slurries Typ c) Beispiele Slurries DIN 50021 und UW 1 mm aus Pulvern 1 - 5 aus Pulver 1 - 5 Typ d)aus Pulvern 1-5 DIN 5@167 480 h UW 1 mm UW 2 - 3 mm UW 1 mm Vorbehandlung: Dünnschicht-Zinkphospha- Beispiele 6-10 tierung Klimawechseltest Pulver 1 - 5 Slurries Typ b) Slurries Typ c) Beispiele Slurries nach VDA-Prüfvor- aus Pulvern 1 - 5 aus Pulvern 1 - 5 Typ d)aus Pulvern 1-5 schrift 12 Runden UW 0 - 1mm UW 1 - 2 mm UW 2 - 4 mm UW 1 mm Beispiele 6-10 UW = Unterwanderung

Claims

PatentansprUche: 1. Wäßrige Dispersion eines pulverförmigen Bindemittels mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 20 /um, die ein Stabilisierungsmittel und gegebenenfalls Pigmente, Härter, FUllstoffe und sonstige bekannte Hilfsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Stabilisierungsmittel ein wasserlösliches oder wasserverdünnbares Aminoplastharz enthält.
2. Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Aminoplastharzes 0,5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Summe des pulverförmigen Bindemittels und des Stabilisierungsmittels beträgt.
3. Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Stabilisierungsniittei Hexakis(methoxymethyl)melamin enthält.
4. Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Dispersion eines pulverförmigen Bindemittels mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 20 /um, die ein Stabilisierungsmittel und gegebenenfalls Pigmente, Härter, FUllstoffe und sonstige bekannte Hilfsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß - das Bindemittel zu einem Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 100 /um gemahlen wird, - als Stabilisierungsmittel ein wasserlösliches oder wassermischbares Aminoplastharz in Wasser gelöst bzw. mit Wasser gemischt wird, - das gemahlene Bindemittel der wäßrigen Lösung bzw.

Mischung des Aminoplastharzes zugefUgt wird und - die erhaltene Zusammensetzung zur Erreichung der mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 20 /um gemahlen wird.
5. Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Dispersion eines pulverförmigen Bindemittels mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 20 1um, die ein Stabilisierungsmittel und gegebenenfalls Pigmente, Härter, FUllstoffe und sonstige bekannte Hilfsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Bindemittel, als Stabilisierungsmittel ein wasserlösliches oder wassermischbares Aminoplastharz und gegebenenfalls die Pigmente und die weiteren Zusatzstoffe durch gemeinsames Extrudieren gemischt werden, das Extrudat zerkleinert und dann in Wasser dispergiert wird.
6. Verfahren zum Herstellen von Überzügen durch Aufbringen einer wäßrigen Dispersion eines pulverförmigen Bindemittels mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 20 /um, die ein Stabilisierungsmittel und gegebenenfalls Pigmente, Härter, Füllstoffe und sonstige bekannte Hilfsmittel enthält, auf ein Substrat durch Spritzen. Streichen, Fluten, Tauchen, Walzen oder Rakeln und anschließendes Einbrennen des Überzuges zu einem auf dem Substrat festhaftenden Film, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dispersion aufgebracht wird, die als Stabilisierungsmittel ein wasserlösliches oder wasserverdünnbares Aminoplastharz enthält.
7. Beschichtetes Substrat, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 6.
8. Verwendung von wasserlöslichen oder wasserverdünr,-baren Aminoplastharzen als Stabilisierungsmittel fUr wäßrige Dispersionen von pulverförmigen Bindemitteln mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 2O /um, die gegebenenfalls Pigmente, Härter, Füllstoffe und sonstige bekannte Hilfsmittel enthalten.