DE3441043C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Überzugszusammensetzung und insbesondere
betrifft sie eine überlegene antikorrosive Überzugszusammensetzung
für Metalle, vom Lacktyp, die ein selbsttrocknendes
Harz enthält. Die erfindungsgemäße Überzugszusammensetzung
ist geeignet zur Bildung von Chelatbindungen
mit Metallen, unter Ausbildung einer starken Haftung
bzw. Bindung an das Metall. Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Überzugszusammensetzung mit verbessertem Haftvermögen
und verbesserten antikorrosiven Eigenschaften,
nicht nur dann, wenn sie auf eine Stahlplatte aufgetragen
wird, die frei von Rost ist, oder zur Entfernung des Rosts
vor dem Auftrag des Überzugs behandelt wurde, bis zur Sorte
St (oder Sa) 2,5 des schwedischen Standards SIS 05 59 00,
sondern auch beim Auftrag auf rostige Stahlplatten, unzureichend
von Rost befreite Stahlplatten, mit Zink überzogene
Stahlplatten, Aluminium und rostfreien Stahl.
Überzugszusammensetzungen vom Lacktyp, die bisher verwendet
wurden, wiesen nur die Eigenschaft auf, in Rost auf Stahlplatten
einzudringen und sie wurden aufgrund der verringerten
Haftfähigkeit und Antikorrosionseigenschaften auf
begrenzten Gebieten eingesetzt.
Dementsprechend ist ein Ziel der Erfindung die Bereitstellung
einer Überzugszusammensetzung, die ein gutes Haftvermögen
und gute antikorrosive Eigenschaften aufweist, wenn
sie auf schlecht behandelte (entrostete) Metalloberflächen
oder selbst auf eine rostige Oberfläche der Sorte SIS Sa 1
bis 1,5 aufgetragen wird.
Die erfindungsgemäße Überzugszusammensetzung enthält als
wesentliche Bestandteile das Reaktionsprodukt mit hohem
Molekulargewicht aus der Reaktion zwischen:
- (A) einem Epoxyharz mit der folgenden allgemeinen Formel (1); worin R₁ H oder CH₃ ist; ist; und n eine Zahl von 0 bis 35 ist; und
- (B) mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe
von
- (B-1) mehrkernigen Polyhydroxyphenolen mit benachbarten Hydroxygruppen;
- (B-2) Polyolestern von Polyhydroxy-Phenolcarbonsäuren mit benachbarten Hydroxygruppen,
- (B-3) einer Phosphorverbindung, wie Säuren des Phosphors mit mindestens einer P-OH-Gruppe, Estern davon, Salzen davon, und Gemischen davon; und
- (B-4) Gemischen von zwei oder mehreren von (B-1)-, (B-2)- und (B-3)-Materialien;
- gelöst oder dispergiert in einem Lösungsmittel.
Das erfindungsgemäß verwendete Reaktionsprodukt mit hohem
Molekulargewicht wird erhalten durch Reaktion unter Erhitzen
von einem Epoxyharz (A) mit der allgemeinen Formel
(1) mit entweder (B) mindestens einer Verbindung, ausgewählt
aus der Gruppe von mehrkernigen Polyhydroxyphenolen
mit benachbarten Hydroxygruppen (B-1), Polyolestern von
Polyhydroxy-Phenolcarbonsäuren mit benachbarten Hydroxygruppen
(B-2) und Gemischen von (B-1), (B-2) und (B-3),
vorzugsweise (B-1) und (B-2), wobei die Reaktionskomponenten
in einem derartigen Molverhältnis umgesetzt werden,
daß Hydroxygruppen in dem Reaktionsprodukt verbleiben,
oder (II) einer Phosphorverbindung, wie Säuren von Phosphor
mit mindestens einer P-OH-Gruppe, Estern davon, Salzen davon
und Gemischen davon (B-3) in einem derartigen Verhältnis,
daß das Verhältnis der Hydroxygruppen (oder der entsprechenden
Salz- oder Estergruppen) der Phosphorverbindung(en)/Epoxygruppen
in dem Epoxyharz (A)=etwa 1/1.
Obwohl die Reaktionstemperatur nicht kritisch ist, ist sie
niedriger als die Zersetzungstemperatur des verwendeten
Epoxyharzes und ist sie ausreichend hoch genug, um die Reaktion
innerhalb des gewünschten Zeitraumes fertigzustellen.
Gewöhnlich schreitet die Reaktion bei 50-150°C fort, vorzugsweise
wenn Phosphorverbindungen verwendet werden, bei
50-130°C.
Im folgenden wird die Erfindung genauer beschrieben. Die
Epoxyharze (A), die erfindungsgemäß verwendet werden können,
umfassen eine Epoxyverbindung mit zwei Glycidylethergruppen
im Molekül, wie der Diglycidylether von Bisphenol-A
oder der Diglycidylether von Bisphenol-F mit dem vorgeschriebenen
Molekulargewicht, bestimmt durch den Wert von
n. Der Wert von n kann von 0 bis 35, vorzugsweise von 5 bis
30, variieren. Es ist bevorzugter, wenn n 10 bis 25 beträgt,
wenn das Epoxyharz mit phenolischen Polyolen (B-1) oder
(B-2) umgesetzt wird. Bevorzugter ist es, wenn n 5 bis 10
beträgt, wenn das Epoxyharz mit Phosphorverbindungen (B-3)
umgesetzt wird.
Die bevorzugten Beispiele für die mehrkernigen Polyhydroxyphenole
mit benachbarten Hydroxygruppen (B-1), die erfindungsgemäß
verwendet werden, sind die Kondensationsprodukte
von Formaldehyd und den folgenden Polyhydroxyphenolen mit
mindestens einer Hydroxygruppe, benachbart zu einer anderen
Hydroxygruppe. Die bevorzugten Beispiele für die Polyhydroxyphenole
sind Brenzkatechin, Brenzkatechin-3-carbonsäure
und Ester davon, Brenzkatechin-4-carbonsäure und
Ester davon, Pyrogallol, Pyrogallol-4-carbonsäure und
Ester davon, Pyrogallol-4,6-dicarbonsäure und Ester davon,
Gallussäure und Ester davon, Gerbsäure und Ester davon,
und Uruschenin.
Wenn die vorstehend erwähnten Polyhydroxyphenole mit Formaldehyd
kodensiert werden, können andere Phenole, wie
Phenol, Kresol, Hydrochinon oder Salicylsäure gleichzeitig
damit co-kondensiert werden.
Die bevorzugten Beispiele für die Polyolester der Polyhydroxyphenol-Carbonsäuren
mit benachbarten Hydroxygruppen
(B-2) sind aliphatische Polyolester. Die bevorzugten Beispiele
für aliphatische Polyole sind Diole, wie Ethylenglykol,
Propylenglykol, Butylenglykol, 1,6-Hexandiol, Diethylenglykol,
Dipropylenglykol, Triethylenglykol, Tripropylenglykol,
usw., Triole wie Glyzerin, Trimethylolpropan,
usw., höhere Polyole wie Pentaerythrit, Sorbit, Glucose,
usw.
Die bevorzugten Beispiele für die Polyhydroxyphenol-Carbonsäuren
sind Brenzkatechin-3-carbonsäure, Brenzkatechin-4-carbonsäure,
Gallussäure, m-Galloylgallussäure, Pyrogallol-4-carbonsäure,
Pyrogallol-4,6-dicarbonsäure und Gerbsäure.
Die Struktur des Esters von Glyzerin und Brenzkatechin-4-carbonsäure
ist beispielsweise wie folgt:
Wenn eine Polycarboxylverbindung verwendet wird, können die
Ester höhere Kondensationsprodukte enthalten.
Wenn die vorstehend erwähnten Polyhydroxyphenole mit Polyolen
kondensiert werden, können andere phenolische Carbonsäuren,
wie Salicylsäure, p-Hydroxybenzoesäure, usw. gleichzeitig
damit co-kondensiert werden.
Bevorzugte Beispiele für die Säuren (B-3) von Phosphor
sind Orthophosphorsäure, Metaphosphorsäure,
Pyrophosphorsäure, Phosphorigesäure, Polyphosphorsäure,
Phosphonsäure, Phosphinsäure, usw. Das bevorzugteste Beispiel
ist Orthophosphorsäure.
Die Ester der Säuren von Phosphor sind die Ester der vorstehend
erwähnten Säuren des Phosphors. Bevorzugte Beispiele
sind Alkylester mit einer oder mehreren C₁- bis C₈-Alkylgruppen
und mindestens einer Hydroxygruppe, und Hydroxyalkylester.
Bevorzugte (Hydroxy)-Alkylgruppen sind Ethyl, Propyl,
n-Butyl, 2-Ethylhexyl, Hydroxyethyl, Hydroxypropyl, Hydroxybutyl,
Hydroxypentyl und dergleichen.
Unter diesen sind die bevorzugtesten Ester n-Butyl- oder
2-Ethylhexylmono- oder -diphosphate.
Die Salze sind Salze der vorstehend erwähnten Säuren des
Phosphors. Beispiele für die Salze sind Kalium-, Natrium-,
Lithium-, Calcium-, Zink-, Aluminium-, Zinn-, Barium- und
ähnliche -Salze. Die bevorzugten Beispiele sind die Kalium-,
Natrium- oder Calcium-mono- oder -diphosphatsalze.
Das Reaktionsprodukt mit hohem Molekulargewicht, das erfindungsgemäß
verwendet wird, weist benachbarte Hydroxygruppen
oder Phosphorsäuregruppen auf, die Chelatbindungen mit
der Metalloberfläche bilden, wenn sie auf Metall aufgetragen
werden.
Das erfindungsgemäß verwendete organische Lösungsmittel
ist unter den Reaktionsbedingungen nicht reaktiv und ist
geeignet zur Verwendung als ein flüssiger Träger in der
Überzugszusammensetzung. Das Lösungsmittel umfaßt beispielsweise
Ketone wie Methylethylketon, Methylisobutylketon,
Cyclohexanon und dergleichen; Cellosolven wie Ethylcellosolve,
Butylcellosolve, Cellosolveacetat und dergleichen;
Chlor enthaltende Lösungsmittel wie Tetrachlorethylen,
Trichlorethylen und dergleichen; und gemischte Lösungsmittel
wie Gemische von aromatischen Lösungsmitteln, wie Toluol,
Xylol und dergleichen und alkoholischer Lösungsmittel, wie
Isopropylalkohol, Butanol und dergleichen.
Das Mol-Reaktionsverhältnis des Epoxyharzes (A) zu (B-1)
und/oder (B-2) ist ein derartiges Verhältnis, daß die Hydroxygruppen
in dem Reaktionsprodukt verbleiben. Insbesondere
ist das Molverhältnis von (Epoxygruppen in der Komponente
(A))/(Hydroxygruppen in der Komponente (B-1) und/oder
der Komponente (B-2))=0,3 bis 0,01, vorzugsweise 0,1-0,05.
Das Mol-Reaktionsverhältnis des Epoxyharzes (A) zur
Komponente (B-3) ist ein derartiges Verhältnis, daß die
Epoxygruppen in (A) und die Hydroxygruppen (oder die entsprechenden
Salz- oder Estergruppen) nahezu in äquimolarem
Verhältnis sind. Insbesondere ist das Molverhältnis von
(Epoxygruppen in der Komponente (A))/(Hydroxy- oder davon
abgeleitete Gruppe in der Komponente (B-3))=0,85-1,15,
vorzugsweise 0,9-1,10. Man erhält das Reaktionsprodukt
durch Erhitzen der Reaktionskomponenten in Anwesenheit des
Lösungsmittels. Das zahlenmittlere Molekulargewicht des
Reaktionsprodukts ist vorzugsweise mehr als 10 000.
Die erfindungsgemäße Überzugszusammensetzung kann gegebenenfalls
andere Harze, Verdünnungsmittel, Lösungsmittel,
färbende Mittel, entwässernde Mittel, Pigmente, antikorrosive
Pigmente, wie Glasflocken, Füllstoffe und andere Zusätze,
enthalten.
Nach ihrem Auftrag auf das Substrat in jeglicher üblicher
Weise kann die Überzugszusammensetzung unter Umgebungsbedingungen
getrocknet werden. Jedoch kann sie - falls notwendig -
unter erhöhten Temperaturen getrocknet werden.
Der Effekt der Erfindung liegt darin, eine Überzugszusammensetzung
mit gutem Haftvermögen und guten antikorrosiven
Eigenschaften bereitzustellen, selbst wenn sie direkt auf
eine rostige Stahlplatte oder eine schlecht behandelte
(entrostete) Stahlplatte aufgetragen wird.
In den folgenden Beispielen bedeutet der Ausdruck "Teile"
Gewichtsteile, falls nicht anders angegeben.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=2300),
10 Teile des Kondensationsprodukts (Molekulargewicht=450)
von Brenzkatechin und Formaldehyd, 110 Teile
Cyclohexanon und 0,1 Teile Triethylamin als Katalysator,
wurden vermischt und 15 Stunden bei 120-130°C unter
Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (I) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 12 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-F (Epoxidäquivalent=3000),
8 Teile Triglyzerid von Brenzkatechin-4-carbonsäure
(Molekulargewicht=500), 70 Teile Ethylcellosolve und
0,15 Teile Dimethylbenzylamin als Katalysator wurden vermischt
und 16 Stunden bei 130°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (II) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 25 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=3500),
5 Teile Glucoseester von Galloylgallussäureester,
60 Teile Methylisobutylketon und 0,2 Teile Triethylamin
als Katalysator, wurden vermischt und 10 Stunden bei
120°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (III) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 13 500.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=2300),
15 Teile Bisphenol-A, 110 Teile Cyclohexanon
und 0,1 Teil Triethylamin als Katalysator, wurden
vermischt und 15 Stunden bei 130°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (IV) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 14 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-F (Epoxidäquivalent=3000),
6,5 Teile Bisphenol-F, 70 Teile Ethylcellosolve
und 0,15 Teile Dimethylbenzylamin als Katalysator,
wurden vermischt und 10 Stunden bei 130°C unter Rühren
umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (V) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 21 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=3500),
6 Teile Bisphenol-A, 60 Teile Methylisobutylketon
und 0,2 Teile Triethylamin als Katalysator, wurden
vermischt und 10 Stunden bei 120°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (VI) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 14 000.
100 Teile Dimethylglycidylether von Bisphenol-F (Epoxidäquivalent=5500),
8 Teile Kondensationsprodukt (Molekulargewicht=390)
von Pyrogallol und Formaldehyd, 120 Teile
Cyclohexanon und 2 Teile Triethylamin als Katalysator, wurden
vermischt und 10 Stunden bei 120-130°C unter Rühren
umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (VII) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 14 500.
100 Teile Dimethylglycidylether von Bisphenol-F (Epoxidäquivalent=3000),
3,5 Teile Bisphenol-A, 150 Teile Cyclohexanon
und 2 Teile Triethylamin als Katalysator, wurden
vermischt und 15 Stunden bei 120-130°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (VIII) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 25 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=300),
19 Teile Monobutylorthophosphat und 80 Teile Methylisobutylketon
wurden vermischt und 15 Stunden bei 80°C
unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (IX) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 25 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=2300),
3,2 Teile Monokaliumphosphat und 70 Teile Ethylcellosolve
wurden vermischt und 10 Stunden bei 90°C unter
Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (X) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 18 500.
100 Teile Dimethylglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=3500),
3,5 Teile Diethylpyrophosphat und 100 Teile
Cyclohexanon wurden vermischt und 10 Stunden bei
70°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (XI) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 13 500.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=300),
74 Teile Bisphenol-A, 100 Teile Methylisobutylketon
und 0,1 Teile Triethylamin als Katalysator wurden vermischt
und 18 Stunden bei 100°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (XII) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 31 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-F (Epoxidäquivalent=2300),
4,5 Teile Bisphenol-F, 70 Teile Ethylcellosolve
und 0,15 Teile Dimethylbenzylamin als Katalysator wurden
vermischt und 15 Stunden bei 120°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (XIII) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 21 500.
100 Teile Dimethylglycidylether von Bisphenol-A (Epoxidäquivalent=3500),
6 Teile Bisphenol-A, 80 Teile Cyclohexanon
und 0,15 Teile Triethylamin als Katalysator wurden
vermischt und 15 Stunden bei 100°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (XIV) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 17 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-F (Epoxidäquivalent=530),
7,08 Teile Phosphorigesäure und 60 Teile
Methylethylketon wurden vermischt und 10 Stunden bei 70°C
unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (XV) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 17 000.
100 Teile Diglycidylether von Bisphenol-F (Epoxidäquivalent=530),
18 Teile Bisphenol-F, 80 Teile Methylisobutylketon
und 0,15 Teile Dimethylbenzylamin als Katalysator wurden
vermischt und 20 Stunden bei 110°C unter Rühren umgesetzt.
Man erhielt ein Reaktionsprodukt (XVI) mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 18 500.
Jede in den vorstehenden Präparaten erhaltene Lösung wurde
auf eine rostige Stahlplatte aufgebracht. Die Stahlplatte
wurde Bedingungen im Freien während einem Jahr ausgesetzt
und wurde dann zur Entfernung des flockenartigen Rostes
behandelt unter Erzielung einer Sorte DSal des Standards
SIS. Der Überzug wurde eine Woche unter Raumtemperatur
gehärtet.
Die Ergebnisse der Tests der Überzüge gemäß der Erfindung
im Hinblick auf das Haftvermögen und die antikorrosiven
Eigenschaften sind besser als die der Vergleichsversuche,
was aus der folgenden Tabelle ersichtlich ist.
Claims (11)
1. Überzugszusammensetzung, enthaltend als wesentliche Bestandteile
das Reaktionsprodukt mit hohem Molekulargewicht
aus der Reaktion von
- (A) einem Epoxidharz mit der folgenden allgemeinen Formel (1) worin R₁ H oder CH₃ ist; ist; und n eine Zahl von 0 bis 35 ist, und
- (B) mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der
Gruppe von:
- (B-1) mehrkernigen Polyhydroxyphenolen mit benachbarten Hydroxygruppen,
- (B-2) Polyolestern von Polyhydroxyphenol-Carbonsäuren mit benachbarten Hydroxygruppen,
- (B-3) einer Phosphorverbindung, wie Säuren von Phosphor mit mindestens einer P-OH-Gruppe, Ester, Salze und Gemische davon, und
- (B-4) Gemischen von (B-1), (B-2) und (B-3);
- worin das Molverhältnis von (B-1) und/oder (B-2) zu (A) derart ist, daß die Hydroxygruppen in dem Reaktionsprodukt von (A) mit (B-1) und/oder (B-2) verbleiben und das Molverhältnis von (B-3) zu (A) so ist, daß das Verhältnis der Hydroxygruppen der Phosphorverbindungen (B-3)/Epoxygruppen in dem Epoxidharz (A)=etwa 1/1, und wobei das Reaktionsprodukt in einem organischen Lösungsmittel gelöst oder dispergiert ist.
2. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Reaktionskomponente
(B) ausgewählt ist aus der Gruppe
von:
- (B-1) mehrkernigen Polyhydroxyphenolen mit benachbarten Hydroxygruppen,
- (B-2) Polyolestern von Polyhydroxyphenol-Carbonsäuren mit benachbarten Hydroxygruppen,
und Gemischen davon, wobei das Molverhältnis von A zu B
derart ist, daß die Hydroygruppen in dem Reaktionsprodukt
verbleiben, und die Zahl "n" 5 bis 30 beträgt.
3. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 2 oder 1, worin
das Molverhältnis der Epoygruppen in (A)/Hydroxygruppen
in (B-1) und/oder (B-2) 0,3 bis 0,01 beträgt.
4. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 3, 2 oder 1, worin
das Molverhältnis der Epoxygruppen in (A)/Hydroxygruppen
in (B-1) und/oder (B-2) 0,1 bis 0,05 beträgt.
5. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 2 oder einem der
übrigen vorhergehenden Ansprüche, worin die Zahl n
10 bis 25 ist.
6. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 1 oder einem der
übrigen vorhergehenden Ansprüche, worin die Reaktionskomponente
(B) ausgewählt ist aus der Gruppe von Säuren
des Phosphors mit mindestens einer P-OH-Gruppe, Estern,
Salzen und Gemischen davon, wobei das Molverhältnis der
Epoxygruppen in (A)/Hydroxygruppen oder der entsprechenden
Ester und Salze davon in (B) 0,85 bis 1,15 beträgt
und die Zahl n 0 bis 35 beträgt.
7. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 6, worin das Molverhältnis
der Epoxygruppen in (A)/Hydroxygruppen oder
den entsprechenden Estern und Salzen in (B) 0,9 bis 1,10
beträgt.
8. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 6 oder 7, worin
die Zahl n 5 bis 10 beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung eines antikorrosiven Überzugs
auf einem Metallsubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß
man das Metallsubstrat mit einem anhaftenden Überzugsfilm
aus einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder
einem der Ansprüche 2 bis 8 überzieht und dann den
Film trocknet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
man als Metallsubstrat rostigen Stahl verwendet.
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