DE3586488T2 - Mehrschichtlackierung mit satinierter deckschicht fuer kraftfahrzeuge. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substratmaterial, das gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 beschichtet ist, und ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats gemäß Oberbegriff von Anspruch 4.
• In der Kraftfahrzeugindustrie werden zwei wichtige Systeme zum Lackieren von Automobilen verwendet. Ein Deckschichtsystem, das thermoplastische Harze verwendet, ist als Acryllacksystem bekannt. Bei diesem Verfahren handelt es sich bei den Grundpolymeren um Homopolymere von Methylmethacrylaten und Copolymere von Methylmethacrylat und Acrylsäure, Methacrylsäure, Alkylester von Acrylsäure oder Methacrylsäure, Vinylacetat, Acrylonitril, Styrol und dgl. Die Acryllack-Deckschichten haben anerkanntermaßen hervorragende ästhetische Eigenschaften. Bei einem weiteren hervorragenden Deckschichtsystem, das in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet wird, handelt es sich um wärmeaushärtende Acrylharze, wie in US-A-3,375,227, ausgegeben am 26. März 1968, beschrieben.
• Diese Deckschichtsysteme besitzen unter anderen hervorragenden Eigenschaften hervorragende chemische Beständigkeit und hervorragende Beständigkeit gegen Zerspringen und Rißbildung, jedoch lieferten die wärmeaushärtenden Acrylharze in der Vergangenheit dem Fachmann für die Lackzubereitung nicht völlig die ästhetischen Eigenschaften, die mit den Acryllacksystemen erhalten werden. Bei diesen Systemen wird eine pigmentierte Grundschicht-Zusammensetzung auf das Metallsubstrat aufgetragen, um Metallfehler zu verdecken und die erwünschten ästhetisch ansprechenden Farben zu liefern, gefolgt von der Aufbringung einer nicht pigmentierten Polymerschicht, die der Grundschicht eine "tiefe" Farberscheinung und dieser pigmentierten Grundschicht Beständigkeit verleiht. Dieses System ist jedoch nicht ohne Probleme. Die ästhetische Qualität der Beschichtung ist völlig von der Aufbringung der Grundschicht abhängig. Die klare Deckschicht verstärkt jeden Mangel dieser Grundschicht, einschließlich der Hervorhebung aller farblichen Unzulänglichkeiten der Grundschicht. Die klare Schicht wirkt auch als Verstärkungsspiegel für ultraviolette Strahlung, was die Zersetzung der Grundschicht durch Einwirkung ultravioletter Strahlung beschleunigen kann, statt sie zu verzögern. Außerdem machen viele dieser heute verwendeten Beschichtungssysteme in der Grundschicht von Metallteilchen Gebrauch, um ein ästhetisch ansprechendes metallisches Aussehen zu liefern. US-A-3,639,147. Jedoch treten bei der Verwendung von metallischen Pigmenten Probleme auf, die zu Farbverlust der Grundschicht führen.
• Um die Unzulänglichkeiten der Metallpigmente zu überwinden, sind perlmuttglänzende Pigmente für den Gebrauch in der Grundschicht in Betracht gezogen worden, und zwar entweder mit oder anstelle der herkömmlichen Pigmente. Vgl. die Veröffentlichung WO 84/01909. Um neue und verbesserte Farbwirkungen zu erzeugen, sind in einer transparenten Deckschicht eines Mehrschichtsystems auch Eisenoxid-verkapselte Glimmerteilchen verwendet worden. Vgl. die Veröffentlichung EP-A-0 136 246, die unter den Wortlaut von Artikel 54(3) EPÜ fällt.
• Die EP-A-0 032 503 offenbart ein Verfahren zum Beschichten eines Gegenstands mit einem Lack, der Pigmente enthält, die einen Metallic-Effekt ergeben, durch Elektro- Tauchbeschichtung mit einem Elektro-Tauchbeschichtungsmittel, das Interferenzpigmente enthält, die mit Titandioxid beschichtete Glimmerplatten aufweisen.
• Demnach werden auf diesem Fachgebiet verbesserte Beschichtungszusammensetzungen und Beschichtungssysteme benötigt, die sowohl ästhetisch ansprechend als auch beständig und leicht zu steuern sind.
• Das erfindungsgemäße beschichtete Substratmaterial ist gekennzeichnet wie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben.
• Es wird ein Substratmaterial mit einem darauf aufgetragenen Mehrschicht-Beschichtungssystem offenbart, das mindestens eine Grundschicht und mindestens eine Deckschicht aufweist. Bei der Grundschicht handelt es sich um ein pigmentiertes Harz. Bei der Deckschicht handelt es sich um ein transparentes thermoplastisches oder wärmeaushärtendes Material, das Titandioxid-verkapselte Glimmerteilchen enthält. Die Titandioxid-verkapselten Glimmerteilchen sind in der thermoplastischen oder wärmeaushärtenden Schicht in einem Verhältnis Pigment zu Bindemittel von etwa 0,001 bis 0,32 (Gewichtsverhältnis) vorhanden. Die Glimmerteilchen haben eine nominale Längsabmessung von etwa 5 bis etwa 150 Mikrometer und eine Dicke von etwa 0,25 bis etwa ein Mikrometer. Die Verkapselungsschicht macht etwa 10 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% des Teilchengewichts aus.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten eines Substrats ist gekennzeichnet wie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 4 angegeben.
• Die Verwendung dieses Farbsystems zieht die Untertoneigenschaften der Grundschichtpigmentierung heraus und hebt sie hervor. Dies führt zu einem weichen, seidigen, gedämpften Glanz der Grundschichtfärbung.
• Die vorgenannten sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung klarer.
• Obwohl jedes Substratmaterial mit den erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen beschichtet werden kann, einschließlich beispielsweise Glas, Keramiken, Asbest, Holz und sogar Kunststoffmaterial, in Abhängigkeit von den spezifischen Trocknungs- und/oder Aushärtungserfordernissen der bestimmten Zusammensetzung, ist das erfindungsgemäße Beschichtungssystem besonders für Metallsubstrate geeignet und speziell als Kraftfahrzeug-Oberflächenlacksystem. Bei dem Substrat kann es sich auch um blankes Substratmaterial handeln oder es kann auf herkömmliche Weise grundiert werden, um ihm beispielsweise Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Beispiele für Metallsubstrate sind Stahl, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Legierungen davon etc. Die Bestandteile der Zusammensetzung können variiert werden, um sie für die Temperaturtoleranz des Substratmaterials geeignet zu machen. Beispielsweise können die Bestandteile so für die Lufttrocknung konstituiert werden (d.h. Umgebungs-, Niedertemperaturaushärtung (z. B. 66ºC-83ºC (150ºF-180ºF)) oder Hochtemperaturaushärtung, z. B. über 83ºC (180ºF).
• Das Grundschichtmaterial, d. h. die pigmentierte Polymerschicht, die sich am nächsten zum Substrat befindet, enthält irgendein geeignetes filmbildendes Material, das herkömmlicherweise auf diesem technischen Gebiet verwendet wird, einschließlich Acrylharzderivaten, Alkyden, Polyurethanen, Polyestern und Aminoplastharzen. Die Grundschicht kann aus einem wäßrigen Träger abgeschieden werden oder aus herkömmlichen flüchtigen organischen Lösungsmitteln wie aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Estern, Ethern, Ketonen und Alkoholen, einschließlich beispielsweise Toluol, Xylol, Butylacetat, Aceton, Methylisobutylketon, Butylalkohol etc. Wenn flüchtige organische Lösungsmittel verwendet werden, obwohl dies nicht erforderlich ist, sind vorzugsweise etwa 2 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% eines Celluloseesters und/oder Wachses (z. B. Polyethylen) enthalten, was die schnelle Freigabe des flüchtigen organischen Lösungsmittels erleichtert und zu einem verbesserten Fluß oder Verlaufen der Beschichtung führt. Die verwendeten Celluloseester müssen mit den ausgewählten bestimmten Harzsystemen verträglich sein und umfassen beispielsweise Cellulosenitrat, Cellulosepropionat, Cellulosebutyrat, Celluloseacetatbutyrat, Celluloseacetatpropionat und Gemische davon. Wenn Celluloseester verwendet werden, werden sie vorzugsweise mit etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%, bezogen auf filmbildende Feststoffe, verwendet.
• Die Acrylharze in der Grundschicht können entweder thermoplastisch (Acryllacksysteme) oder wärmeaushärtend sein. Acryllacke, wie die, die in US-Patent 2,860,110 beschrieben sind, stellen einen Typ einer filmbildenden Zusammensetzung dar, die erfindungsgemäß in der Grundschicht verwendbar ist. Die Acryllack-Zusammensetzungen umfassen üblicherweise Homopolymere von Methylmethacrylat und Copolymere von Methylmethacrylat, die unter anderem Acrylsäure, Methacrylsäure, Alkylester von Acrylsäure, Alkylester von Methacrylsäure, Vinylacetat, Acrylonitril, Styrol und dergleichen enthalten.
• Wenn die relative Viskosität des Acryllackpolymers niedriger als etwa 1,05 ist, weisen die resultierenden Filme schlechte Lösungsmittelbeständigkeit, Dauerhaftigkeit und mechanische Eigenschaften auf. Wenn andererseits die relative Viskosität höher als 1,40 ist, sind aus diesen Harzen hergestellte Lacke schwierig zu versprühen und haben hohe Koaleszenztemperaturen.
• Bei einem weiteren Typ eines filmbildenden Materials, das zur Bildung der Grundschicht dieser Erfindung verwendbar ist, handelt es sich um eine Kombination aus einem Vernetzungsmittel und einem Carboxy-Hydroxy-Acrylcopolymer. Monomere, die in das Carboxy-Hydroxy-Acrylcopolymer copolymerisiert werden können, umfassen Ester von Acryl- und Methacrylsäure mit Alkanolen, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, wie Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Laurylmethacrylat, Benzylacrylat, Cyclohexylmethacrylat und dergleichen. Zusätzliche Monomere sind Acrylonitril, Methacrylonitril, Styrol, Vinyltoluol, alpha-Methylstyrol, Vinylacetat usw. Diese Monomeren enthalten eine polymerisierbare ethylenisch ungesättigte Gruppe und sind frei von Hydroxyl- und Carboxylgruppen.
• Bei den Vernetzungsmitteln, die in Kombination mit den Hydroxy-Carboxy-Copolymeren verwendet werden, handelt es sich um solche Zusammensetzungen, die reaktiv mit Hydroxy- und/oder Carbonsäuregruppen sind. Beispiele für derartige Vernetzungsmittel sind Polyisocyanate (üblicherweise Di- und/oder Triisocyanate), Polyepoxide und Aminoplastharze. Die Aminoplastharze sind besonders bevorzugte Vernetzungsmittel.
• Die Polyisocyanate liefern, wenn sie mit Hydroxyl-tragendem Polyester oder Polyether oder Acrylpolymeren umgesetzt werden, Urethanfilme, die in dem Verfahren dieser Erfindung sowohl in der Grundschicht als auch der Deckschicht verwendbar sind. Die Isocyanat(-NCO)-Hydroxyl(-OH)-Reaktion läuft bei Raumtemperatur leicht ab, so daß Umgebungs- und Niedertemperaturaushärtung möglich ist.
• Unter den weiteren Grundschichten, die üblicherweise in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, befinden sich die allgemein als Alkydharze bekannten, die dadurch definiert sind, daß sie fettsäure- oder ölhaltige Veresterungsprodukte enthalten. Die Verfahren zur Herstellung dieser Harze sind im Stand der Technik wohlbekannt.
• Bei den bevorzugten Alkydharzen, die in dieser Erfindung verwendbar sind, handelt es sich um die, welche etwa 5 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-% einer Fettsäure oder eines Öls enthalten und ein Verhältnis von Hydroxyläquivalent zu Carboxyäquivalent von etwa 1,05 bis 1,75 haben. Alkydharze mit weniger als etwa 5 % Fettverbindung werden als die im folgenden beschriebenen "Öl-losen" Alkydharze oder Polyesterharze klassifiziert. Andererseits zeigen Alkydharze, die mehr als 65 % einer Fettverbindung enthalten, schlechte Einbrenneigenschaften, schlechte chemische Beständigkeit und nicht zufriedenstellende Haftung an entweder der Grundschicht oder dem Substrat. Wenn das Verhältnis von Hydroxyl- zu Carboxyläquivalent niedriger als etwa 1,05 ist, kann während der Polymerherstellung Gelbildung auftreten, während Harze, die so hergestellt wurden, daß sie ein 1,75 übersteigendes Verhältnis aufweisen, niedrige Molekulargewichte und deshalb schlechte chemische Beständigkeit haben.
• Diese Alkydharze können auch für die Deckschicht dieser Erfindung verwendet werden. Wenn dies der Fall ist, enthält der Öl- oder Fettsäureanteil des Alkydharzes vorzugsweise Einbrennöl oder -fettsäure mit leichter Färbung wie Kokosnuß- oder dehydratisierte Rizinusöle oder Fettsäuren. Wenn diese Harze als Deckschichten verwendet werden, können sie außerdem wie oben beschrieben mit verschiedenen acrylischen oder ethylenisch ungesättigten Monomeren umgesetzt werden, um Vinylmodifizierte Alkydharze herzustellen.
• Die Aushärtung dieser Alkydharze kann durch Vermischen mit jedem der zuvor beschriebenen Vernetzungsmittel mit den gleichen Gewichtsverhältnissen, wie sie bei den Carboxy-Hydroxy-Copolymeren verwendet wurden, erreicht werden.
• Die verschiedenen Fettsäuren und Öle, die unter anderen zur Herstellung dieser Alkydharze verwendbar sind, umfassen die von den folgenden Ölen abstammenden Fettsäuren: Rizinus-, dehydratisiertes Rizinus-, Kokosnuß-, Korn-, Baumwollsamen-, Leinsamen-, Oticica-, Perilla-, Mohnsamen-, Saflor-, Sojabohnen-, Tungöl etc. und die verschiedenen Terpentinharze, die Tallöl-Fettsäuren enthalten. Verwendbare Polyole umfassen die verschiedenen Glykole wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Neopentylglykol, Butylenglykol, 1,4-Butandiol, Hexylenglykol, 1,6-Hexandiol, die Polyglykole wie Diethylenglykol oder Triethylenglykol etc.; die Triole wie Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan etc. und andere höherfunktionelle Alkohole wie Pentaerythritol, Sorbitol, Mannitol und dergleichen. Zur Herstellung der Alkydharze dieser Erfindung verwendbare Säuren umfassen monofunktionelle Säuren wie Terpentinharzsäuren, Benzoesäure, para-tertiär-Butylbenzoesäure und dergleichen; die polyfunktionellen Säuren wie Adipinsäure, Azealinsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure oder -anhydrid, Isophthalsäure, Terephthalsäure, dimerisierte und polymerisierte Fettsäuren, Trimellithsäure und dergleichen.
• Eine weitere verwendbare Grundschicht wird unter Verwendung von nicht-wäßrigen Dispersionen, wie in den US-Patenten 3,050,412; 3,198,759; 3,233,903; 3,255,135 beschrieben, hergestellt. Üblicherweise werden diese Dispersionen durch Polymerisation eines Monomers wie Methylmethacrylat in der Gegenwart eines Lösungsmittels, in dem vom obigen Monomer abstammende Polymere unlöslich sind, und eines Vorläufers, der in dem Lösungsmittel löslich ist, hergestellt. Nicht-wäßrige Dispersionen können wie zuvor definiert eine relative Lösungsviskosität von etwa 1,05 bis 3,0 haben. Dispersionen mit einer etwa 3,0 übersteigenden relativen Lösungsviskosität sind schwierig zu versprühen und haben hohe Koaleszenztemperaturen, während Dispersionen mit einer relativen Lösungsviskosität niedriger als etwa 1,05 schlechte Beständigkeit, Dauerhaftigkeit und mechanische Eigenschaften haben. Bei den Monomeren, die zur Herstellung der obigen dispergierten Copolymeren oder Homopolymeren verwendbar sind, handelt es sich um die zuvor als zur Herstellung der Carboxy-Hydroxy-Acrylcopolymeren verwendbar aufgeführten.
• Bei einem weiteren Beispiel kann der Grundschichtfilm aus als Polyester oder "Öl-lose" Alkydharze bekannten Harzen hergestellt werden. Diese Harze werden durch Kondensation nicht-fetthaltiger Polyole und Polysäuren hergestellt. Die verwendbaren Polysäuren umfassen unter anderem Isophthalsäure, Phthalsäure oder -anhydrid, Terephthalsäure, Maleinsäure oder -anhydrid, Fumarsäure, Oxalsäure, Sebacinsäure, Azealinsäure, Adipinsäure etc. Monobasische Säuren, wie Benzoesäure, para-tertiär-Butylbenzoesäure und dergleichen können auch verwendet werden. Unter den Polyalkoholen befinden sich die Diole oder Glykole wie Propylenglykol, Ethylenglykol, Butylenglykol, 1,4-Butandiol, Neopentylglykol, Hexalenglykol, 1,6-Hexandiol und dergleichen; die Triole wie Trimethylolethan, Trimethylolpropan und Glycerin und verschiedene andere höherfunktionelle Alkohole wie Pentaerythritol. Jedes der oben aufgeführten Polymeren kann als Deckschicht verwendet werden, solange es einen transparenten Film liefert. Der Ausdruck "transparenter Film" ist als ein Film definiert, durch den die Grundschicht gesehen werden kann. Vorzugsweise ist der transparente Film im wesentlichen farblos, so daß der volle polychromatische und ästhetische Effekt der Grundschicht nicht wesentlich verringert wird. In einigen Fällen jedoch können erwünschte und einzigartige Stylingeffekte durch die Zugabe von kontrastierenden oder komplementären Farben zur Deckschicht erhalten werden. Ein weiteres hervorragendes Merkmal der Deckschicht ist die signifikante Verbesserung der Haltbarkeit, die der Gesamt-Beschichtungszusammensetzung verliehen wird.
• Die einzigartige Ästhetik dieses Systems erfordert, daß der Titandioxid-verkapselte Glimmer in der Deckschicht über die Tiefe, Breite und Lange des klaren Films zufällig verteilt ist. In Verbindung mit der Zufallsverteilung dürfen sowohl die vertikalen als auch die horizontalen Achsen des Glimmers nicht orientiert sein. Diese Verteilung und Orientierung stellt die Sichtbarkeit des Glimmers ungeachtet des Blickwinkels (90º, spitz oder stumpf) sicher. Obwohl dies zu einem bestimmten Grad eine Funktion des speziell verwendeten Beschichtungsverfahrens ist, ist es auch wie oben beschrieben eine Funktion der Größe und Konstitution des Teilchens. Ein Ransburg-Turbobell-Elektrostatiksprüher ist zum Aufbringen des transparenten Deckschichtfilms, der den erfindungsgemäßen Titandioxid-verkapselten Glimmer enthält, besonders geeignet. Die Zufallsorientierung, einheitliche Populationsverteilung und das fehlende Hervorstoßen der Teilchen durch den oberen Teil des transparenten Deckfilms sind allesamt Schlüsselfaktoren, die zu den verbesserten Eigenschaften der transparenten Deckschicht, welche die Titandioxid-verkapselten Glimmerteilchen enthält, beitragen.
• Die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bietet ein Mittel zum Kombinieren der erwünschten Eigenschaften einer Kombination von Harzsystemen. Beispielsweise können in Kraftfahrzeug-Oberflächenlacken die Pigment-Steuereigenschaften von Acryllacken mit den Eigenschaften der chemischen Beständigkeit der wärmeaushärtenden Acrylharze kombiniert werden, und zwar durch Aufbringen einer wärmeaushärtenden klaren Acrylschicht, die Titandioxid-verkapselte Glimmerteilchen enthält, auf eine pigmentierte thermoplastische Acryllackgrundschicht (obwohl Acryllacke für beide Schichten verwendet werden können). Ebenso kann bei der Aufbringung der Oberflächenlacke die chemische Beständigkeit von Polyesterharzen mit den geringeren Kosten wärmeaushärtender Acrylharze kombiniert werden, und zwar indem eine klare Polyesterdeckschicht, die Titandioxid-verkapselte Glimmerteilchen enthält, auf eine pigmentierte wärmeaushärtende Acrylgrundschicht aufgetragen wird. Obwohl jedes der oben erwähnten thermoplastischen Materialien zur Bildung der transparenten Deckschicht verwendet werden kann, wird bessere Haltbarkeit erzielt, wenn es sich bei der Deckschicht um eines der oben angegebenen wärmeaushärtenden Materialien handelt, d. h. um das Material, das die Vernetzungsmittel enthält.
• In allen Fällen, in denen die obigen Verfahren und Zusammensetzungen verwendet werden, ergeben sich extrem hochglänzende Filme. Tatsächlich werden in den Fällen, in denen mit normalen Zweischicht-Systemen ein 60º-Glanzeffekt oberhalb von 90-95 schwer zu erzielen ist, unter Verwendung des Verfahrens dieser Erfindung Glanzeffektwerte oberhalb von 100 ohne weiteres erzielt.
• Die Titandioxid-verkapselten Glimmerpigmente nach der vorliegenden Erfindung sind im Handel von der Mearl Corporation und EM Chemicals erhältlich (vgl. z. B. US-A- 4,456,486). Für zusätzliche Außenbeständigkeit (z. B. Sonnenlichtbestrahlung) können dünne Schichten anderer Zusätze wie Chromhydroxid auf die Titandioxid-Verkapselungsschicht aufgetragen werden. Es sei auch angemerkt, daß andere bei hoher Temperatur stabile Metalloxide (wie Eisen, Aluminium, Zinn, Kupfer, Calcium, Cadmium, Kobalt, Barium, Strontium, Mangan, Magnesium und Lithium) auf dem Glimmer vor dem Aufbringen der Titandioxidschicht vorhanden sein können. Die Titandioxid-Verkapselungsschicht liegt im allgemeinen im molekularen Dickebereich, und stellt etwa 10 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% des Gesamtgewichts der verkapselten Glimmerteilchen dar, vorzugsweise etwa 20 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% und üblicherweise etwa 29 Gew.-% bis etwa 48 Gew.-%. Wenn Zusätze wie Chromhydroxid als Teil der Verkapselungsschicht verwendet werden, sind sie im allgemeinen in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% und üblicherweise von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 3,5 Gew.-% bei Chromhydroxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des verkapselten Teilchens, vorhanden. Die Einheitlichkeit der Form (Plättchen) und Glätte des Titandioxid-verkapselten Glimmerpigments nach der vorliegenden Erfindung (z. B. verglichen mit der hochzerbrechlichen dreidimensionalen und komplizierten Konfiguration von Aluminiumflocken, einem Standard in der Kraftfahrzeuglackindustrie) beseitigt das Problem der Farbabweichung durch die Scherkräfte (die Fragmentierungsprobleme mit sich bringen) bei der Handhabung (Deckenpumpanlagen) und Applikationsprobleme wie Geistereffekt, Marmorierung, Seidigkeit und Reparaturfarbanpassung.
• Der Titandioxid-verkapselte Glimmer erzeugt einzigartige ästhetische Effekte, die völlig unterschiedlich von beispielsweise den Effekten sind, die von Eisenoxid-verkapseltem Glimmer erzeugt werden. Wo Eisenoxid-verkapselte Glimmerteilchen in der transparenten Deckschicht eine Additivfarbe erzeugen, welche die Grundfarbe der Grundschicht beeinflußt, erzeugt der Titandioxid-verkapselte Glimmer eine Subtraktionsfarbe, die sich sowohl von der Untertonfarbe als auch von der Grundfarbe der Grundschicht abzeichnet. Während beispielsweise Eisenoxid-verkapselter Glimmer über einer tiefschwarzen Grundschicht der Grundschicht eine glänzende Opaleszenz hinzufügt, hellt der Titandioxid-verkapselte Glimmer in der transparenten Deckschicht über der gleichen tiefschwarzen Grundschicht die Grundschichtfarbe auf und erzeugt Myriaden von Farbreflexionen.
• Bei den Titandioxid-verkapselten Glimmerpigmenten handelt es sich um sorgfältig gesiebte und überprüfte Teilchen, die in ihrer längsten Abmessung innerhalb 5 µm bis etwa 150 µm liegen und etwa 0,25 µm bis etwa 1,0 µm in der Dicke messen. Die genau überprüften Teilchengrößen liefern die transparenten, transluzenten, reflektiven und refraktiven Eigenschaften, welche die verbesserten ästhetischen und physikalischen Eigenschaften dieser Beschichtungen begründen, durch sorgfältiges Auswählen und Mischen dieser Pigmente. Zwei Teilchen-Größenbereiche erzeugen die einzigartigen ästhetischen Farbeffekte, die erfindungsgemäß beschrieben werden. Der erste Bereich der Teilchengrößen ist der, bei dem im wesentlichen alle Teilchen im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 150 µm in ihrer längsten Abmessung (vorzugsweise etwa 5 µm bis etwa 75 µm) liegen. Der zweite ist derjenige, bei dem im wesentlichen alle Teilchen im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 75 µm (vorzugsweise etwa 5 µm bis etwa 40 µm) in ihrer längsten Abmessung liegen. Obwohl die beschriebenen ästhetischen Effekte ungeachtet des ausgewählten Teilchen-Größenbereichs erzeugt werden, erzeugt der zweite Teilchen-Größenbereich einen weicheren, gedämpfteren Farbeffekt als der erste Teilchen-Größenbereich. Ungeachtet der Auswahl wird die endgültige (klar aufgetragene) Lackbeschichtung eine verbesserte Farbhaltbarkeit, größere Feuchtigkeitsbeständigkeit und größere Säurebeständigkeit haben als Beschichtungen, die mit herkömmlichen Metallen synthetischer Perlen hergestellt werden.
• Die Menge an Pigment in der Grundschicht beträgt im allgemeinen etwa 1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise etwa 7,5 bis etwa 15 Gew.-% und üblicherweise etwa 10 Gew.-%.
• Sowohl die Grundschicht als auch die Deckschicht können mit jedem herkömmlichen Verfahren des Standes der Technik wie Streichen, Spritzen, Tauchen, Flutlackieren etc. aufgetragen werden. Üblicherweise wird die Spritzauftragung verwendet, insbesondere für die Oberflächenlackierung von Kraftfahrzeugen. Verschiedene Spritztypen wie Druckluftspritzen, elektrostatisches Spritzen, Heißspritztechniken, druckluftlose Spritztechniken etc. können verwendet werden. Diese können auch von Hand oder maschinell durchgeführt werden.
• Vor der Auftragung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials ist bereits eine herkömmliche Korrosionsschutzgrundierung aufgetragen wurden. Auf dieses grundierte Substrat wird die Grundschicht aufgetragen. Die Grundschicht wird üblicherweise in einer Dicke von etwa 10,16 µm (0,4 mil) bis etwa 50,8 µm (2,0 mils) und vorzugsweise etwa 12,7 µm (0,5 mil) bis etwa 20,32 µm (0,8 mil) aufgetragen. Diese Dicke kann in einem einzelnen Beschichtungsdurchgang oder einer Vielzahl von Durchgängen mit sehr kurzem Trocknen ("Ausdampfen") zwischen dem Auftragen von Beschichtungen aufgetragen werden.
• Nach dem Auftragen der Grundschicht wird die transparente Deckschicht, welche die Titandioxid-verkapselten Glimmerteilchen enthält, nach dem Ausdampfen der Grundschicht bei Umgebungstemperatur für etwa 30 Sekunden bis etwa 10 Minuten, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 3 Minuten, aufgetragen. Obwohl die Grundschicht über längere Zeiträume getrocknet werden kann, sogar bei höheren Temperaturen, wird ein stark verbessertes Produkt erhalten, wenn die transparente Deckschicht, welche die Titandioxidverkapselten Glimmerteilchen enthält, nach einem nur kurzen Ausdampfen aufgetragen wird. Ein gewisses Austrocknen der Grundschicht ist erforderlich, um ein vollständiges Vermischen von Grundschicht und Deckschicht zu vermeiden. Ein minimales Ausmaß an Grundschicht-Deckschicht-Wechselwirkung ist jedoch für die verbesserte Bindung dieser Beschichtungen erwünscht. Die Deckschicht wird dicker als die Grundschicht aufgetragen (vorzugsweise etwa 45,72 bis 58,42 µm (1,8 bis 2,3 mils)) und kann auch in einem einzigen oder in mehreren Durchgängen aufgetragen werden.
• Die Pigmentkontrolle bleibt in der Grundschicht erhalten, während auf diese die Deckschicht aufgetragen wird. Das zeigt sich darin, daß ein "Durchschlagen" oder Einwandern der beiden Filme (die Grundschicht und die Deckschicht) ineinander nicht auftritt. Wenn "Durchschlagen" auftritt, bewegen sich Pigmente aus der Grundschicht in die Deckschicht, die Filmzusammensetzungen vermischen sich an der Grenzfläche, und die eingebrannte Beschichtungszusammensetzung hat statt eines klaren "tiefen" Aussehens ein staubiges Aussehen. Bei dieser Erfindung tritt im wesentlichen kein "Durchschlagen" auf, und die Beschichtungen haben eine hervorragende Klarheit und Tiefe. An der Grenzfläche findet jedoch eine ausreichende Benetzung statt, so daß sich bei keiner Beschichtung Probleme hinsichtlich Abblättern oder Lösungsmittelfreisetzung ergeben.
• Nach dem Auftragen der Deckschicht wird das System wieder 30 Sekunden bis 10 Minuten ausgedampft, und die Gesamtbeschichtungen werden dann bei Temperaturen eingebrannt, die ausreichen, um im Fall von thermoplastischen Schichten das gesamte Lösungsmittel auszutreiben, und im Fall von wärmeaushärtenden Schichten bei Temperaturen, die ausreichen, um auszuhärten und zu vernetzen. Diese Temperaturen können im Bereich von der Umgebungstemperatur bis etwa 205ºC (400ºF) liegen. Üblicherweise werden im Fall von wärmeaushärtendem Material Temperaturen von etwa 107ºC (225ºF) bis etwa 138ºC (280ºF) (z. B. 122ºC (250ºF)) verwendet (z. B. für etwa 30 Minuten).
• Die folgenden Beispiele veranschaulichen das Prinzip und die Durchführung dieser Erfindung, obwohl diese nicht darauf beschränkt ist. Teile und Prozentsätze sind, wo sie verwendet werden, Gewichtsteile und Gewichtsprozentsätze. Alle Beschichtungen wurden mit einem Randsburg-Turbobell-Elektrostatiksprüher (7,62 cm (3 Zoll) Durchmesser, 1,58 cm (5/8 Zoll) Tiefe) mit einer Verfahrgeschwindigkeit von 4,2 m/min (14 Fuß/min), 30,5-35,5 cm (12-14 Zoll) Abstand, 20000 min&supmin;¹, bei einer Spannung von etwa 110 kV aufgetragen.
Beispiel 1
• Gebonderte Stahlplatten, die mit einer ausgehärteten Korrosionsschutzgrundierung grundiert waren, wurden mit einer Super-Tiefschwarz-Grundschicht-Lackzusammensetzung bis zu einer Filmdicke von 15,2 µm (0,6 mil), bezogen auf den trockenen Film, besprüht. Nach dem Ausdampfen für ungefähr 2 Minuten bei Raumtemperatur wurde ein zusätzlicher 15,2 µm (0,6 mil) Film der Grundschicht-Lackzusammensetzung, wiederum bezogen auf den trockenen Film gemessen, durch Sprühen aufgetragen. Nach einem zweiminütigen Ausdampfen wurde ein Eisenoxid-verkapselter Glimmer auf eine Platte und ein Titandioxid-verkapselter Glimmer auf eine weitere Platte in einem Verhältnis von Pigment zu Bindemittel von 0,001 durch Aufsprühen bis zu einer Filmdicke von 50,8 µm (2 mils) auf Trockengrundlage aufgetragen. Die transparente Deckschicht-Zusammensetzung wurde durch Vermischen von 144 Teilen der oben beschriebenen Copolymer-Lösung bei 45 Prozent Nichtflüchtigem mit 58 Teilen einer 60%igen nichtflüchtigen Lösung von butyliertem Methylolmelamin hergestellt. Die so beschichteten Substrate wurden bei 122ºC (250ºF) 30 Minuten eingebrannt. Im Falle des Eisenoxidverkapselten Glimmers wurde eine additive Farbverschiebung erzeugt, welche die tiefe Schwärze der tiefschwarzen Grundschicht nicht verringerte, aber der klaren Schicht eine weiche, glänzend opaleszente Tonverschiebung hinzufügte. Auf der Platte mit dem Titandioxid-verkapselten Glimmer fand jedoch eine Farbverringerung der Grundschicht statt, die Myriaden von Farbreflexionen erzeugte. Die Gesamt-Farbabsorption des Tiefschwarz reflektierte durch den Titandioxld-verkapselten Glimmer zurück und erzeugte einen vollständigen Farbenbereich, wenn die Lichtwellen bei ihrem Austritt aus dem Film verdreht und gekrümmt wurden. Das Endergebnis war ein einzigartiger neuer ästhetischer Effekt, bei dem es sich um ein Gesamtprodukt des sichtbaren Farbspektrums handelt.
Beispiel 2
• Unter Verwendung der Verfahren von Beispiel 1 wurde eine reinweiße Grundschicht auf ähnliche Weise mit den Eisenoxid- und Titandioxid-verkapselten Glimmer enthaltenden transparenten Deckschichten beschichtet. Unter Verwendung der Goldbronze Richelyn (Inmont Corporation) erzeugte Eisenoxid-verkapselter Glimmer eine Goldfarbe, das rote Richelyn eine Pinkfarbe und das Kupfer-Richelyn eine orange Farbe. Der Titandioxid-verkapselte Glimmer erzeugte jedoch einen weichen weißen perlmuttglänzenden Effekt, wobei die Reinheit der Grundschicht beibehalten wurde, während ein feiner Perlschimmer hinzugefügt wurde.
• Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren liefern gegenüber den Lackzusammensetzungen und Verfahren des Standes der Technik viele Verbesserungen. Farbeffekte, die mindestens äquivalent zur Verwendung von Metallteilchen sind, werden ohne Metallteilchen zu erfordern und ohne die damit verbundenen Applikations- und Stabilitätsprobleme erzeugt. Neue Farbeffekte können erzeugt werden. Oberflächendefekte können besser verdeckt werden. Farbe, Verdeckung, Feinheit der Teilchengröße und Reflexionsvermögen, die mit anderen perlmuttglänzenden Pigmenten nicht erhältlich sind, werden erzeugt, während das ansprechende und erwünschte weiche glänzende Aussehen, das kennzeichnend für Perlmuttglanz ist, erhalten bleibt. Das Mischen mit organischen und/oder anorganischen Pigmenten (einschließlich Metallteilchen) unter Steigerung der erzeugten ästhetischen Effekte ist möglich. Wetterbeständige Farbeffekte werden erzeugt.
• Die aufgetragenen Zusammensetzungen sind feuchtigkeitsunempfindlich, verwenden verhältnismäßig geringe Teilchengröße, sind weniger empfindlich bei kritischen Anwendungen, behalten die Farbechtheit unter allen Winkeln (keine Farbbewegung), können den Elementen widerstehen (d. h. der Sonnenbestrahlung), erlauben Reparaturfarbanpassung bei niedriger Einbrenntemperatur und widerstehen Abscheidung und chemischem Angriff (z. B. saurem Regen).
• Es sei angemerkt, däß, obwohl die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung besonders für die Beschichtungen der Originalausrüstungsfertigung für Kraftfahrzeuge angepaßt sind, einer ihrer Vorteile auch die Verwendung als Nachbearbeitungszusammensetzungen für die Anpassung bei niedriger Einbrenntemperatur ist. Obwohl in der Originalausrüstungsfertigung üblicherweise die offenbarten Celluloseester und/oder Wachse verwendet werden, ist dies beispielsweise in Nachbearbeitungszusammensetzungen nicht generell erforderlich. Auch wenn die Ausführungsformen mit dem wärmeaushärtenden Polymer in der Originalausrüstungsfertigung bevorzugt werden, werden bei der Nachbearbeitung entweder bei niedriger Temperatur aushärtende wärmeaushärtende Materialien (z. B. 66ºC bis 83ºC (150 bis 180ºF)) oder bei Umgebungstemperatur aushärtende wärmeaushärtende oder thermoplastische Materialien bevorzugt.
• Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen transparenten Deckschicht ist das extrem niedrige Verhältnis von Pigment zu Bindemittel des Titandioxid-verkapselten Glimmers, das erforderlich ist, um die verbesserten einzigartigen ästhetischen Effekte und schützenden Qualitäten der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Typische Verhältnisse von Pigment zu Bindemittel liegen im Bereich von etwa 0,0001 bis 0,32 (bezogen auf das Gewicht) und vorzugsweise bei etwa 0,001. Die Titandioxid-verkapselten Glimmerteilchen in der Deckschicht liefern auch eine Vielfalt an prismatischen Variationen, die sowohl auf der Anwesenheit der Teilchen in der Deckschicht als auch auf den lichtreflektierenden und -brechenden Eigenschaften der Teilchen selbst beruhen, d. h. den individuellen Schichten auf den Glimmerteilchen. Dies ergibt ebenfalls eine außergewöhnliche Farbsteuerung, die mit traditionellen Systemen oder Metallflocken nicht erhältlich ist.
• Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems ist die Haltbarkeit der Beschichtung. Die Titandioxid-verkapselten Glimmerteilchen sind natürliche Ultraviolettlicht- Absorber. Dies schützt nicht nur die Polymergrundlage, sondern auch die organischen und anorganischen Pigmente. Dies ergibt bei der Verwendung bei Automobilen längere Wetterbeständigkeit.
• Das Deckschicht-Beschichtungsmaterial mit niedrigem Verhältnis Pigment zu Bindemittel der Titandioxid-verkapselten Glimmerpigmente ändert die Rheologie der klaren Beschichtung nicht. Dies erlaubt die Auftragung sowohl auf schlechte als auch auf ausgezeichnete rheologische Grundschichten, was ausgezeichnete ästhetische Qualitäten zur Folge hat. Dies bietet Lack-Beschichtungssysteme mit gegenüber traditionellen Lackbeschichtungen verbesserter Rheologie. Außerdem ergeben die Titandioxid-verkapselten Glimmerpigmente in der klaren Schicht einen Verstärkungsmechanismus für die klare Schicht an der Grundschicht, was zu einem besser haftenden Beschichtungssystem führt.
• Im Verfahrensbereich stellen die hochkritischen Parameter, die bei verschiedenen Beschichtungsverfahren wie dem elektrostatischen Sprühen durch die Verwendung von Metallflocken erforderlich sind, mit dem erfindungsgemäßen Material nicht länger ein Problem dar. Außerdem ergibt das erfindungsgemäße Verfahren eine höhere Pumpstabilität in den langen Lackleitungen, die bei den meisten Kraftfahrzeug-Applikationen erforderlich sind. Mit Metallflocken im Lack stellt nicht nur die Pumpstabilität ein Problem dar, sondern die Schereinwirkung auf die Metallflocken ändert auch die Originalfarbe.
• Die erfindungsgemäßen Lacke weisen alle gegenüber den herkömmlich verwendeten Lacken verbesserte Hitzebeständigkeit und gegenüber Metallteilchen enthaltenden Lacken verbesserte chemische Beständigkeit auf. Ein weiterer Vorteil ist das Verhältnis von Volumen zu Gewicht der Feststoffe in den Lacken mit der Beseitigung von Metallteilchen und, wie oben erwähnt, die niedrigen Verhältnisse von Pigment zu Bindemittel, die erfindungsgemäß verwendbar sind.
• Obwohl diese Erfindung unter Bezugnahme auf detaillierte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, däß in Form und Detail verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu verlassen.

Claims (7)

1. Substratmaterial, das mit mindestens zwei Schichten Polymer beschichtet ist, einschließlich einer Grundschicht, die ein pigmentiertes wärmeaushärtendes oder thermoplastisches Harz enthält, und einer transparenten Deckschicht auf der Grundschicht, wobei die transparente Deckschicht ein wärmeaushärtendes oder thermoplastisches Harz enthält, dadurch gekennzeichnet, däß das thermoplastische oder wärmeaushärtende Harz der Deckschicht Glimmerteilchen, die mit einer aus Titandioxid bestehenden Verkapselungsschicht versehen sind, in einem Gewichtsverhältnis von Teilchen zu Harz von 0,0001 bis 0,32 enthält, wobei die Glimmerteilchen eine nominale Längsabmessung von 5 µm bis 150 µm haben und eine Dicke von 0,25 µm bis 1 µm und die Titandioxidverkapselung 10 Gew.-% bis 85 Gew.% des Gesamtgewichts des Teilchens darstellt.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, däß es sich bei dem Substrat um Metall handelt und die Titandioxid-Verkapselungsschicht mit einer Schicht überzogen ist, die 0,1 % bis 3,5 % Chromhydroxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Teilchens, enthält.

3. Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, däß die Glimmerteilchen eine nominale Längsabmessung von 5 µm bis 75 µm haben.

4. Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit mehreren Schichten Polymer, das beinhaltet, däß mindestens eine Schicht einer Grundschicht aus einem pigmentierten wärmeaushärtenden oder thermoplastischen Harz auf das Substrat aufgetragen wird, mindestens eine Schicht einer transpartenten wärmeaushärtenden oder thermoplastischen Deckschicht auf die Grundschicht aufgetragen wird und die aufgetragenen Beschichtungen getrocknet oder ausgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische oder wärmeaushärtende Harz der transparenten Deckschicht Glimmerteilchen, die mit einer aus Titandioxid bestehenden Verkapselungsschicht versehen sind, in einem Gewichtsverhältnis von Teilchen zu Harz von 0,0001 bis 0,32 enthält, wobei die Glimmerteilchen eine nominale Längsabmessung von 5 µm bis 150 µm haben und eine Dicke von etwa 0,25 µm bis 1 µm und die Titandioxidverkapselung 10 Gew.-% bis etwa 85 Gew.- % des Gesamtgewichts des Teilchens darstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, däß es sich bei dem Substrat um Metall handelt und die Titandioxid-Verkapselungsschicht mit einer Schicht überzogen ist, die 0,1 % bis 3,5 % Chromhydroxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Teilchens, enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmerteilchen eine nominale Längsabmessung von 5 µm bis 75 µm haben.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmerteilchen eine nominale Längsabmessung von 5 µm bis 40 µm haben.