DE4009931A1

DE4009931A1 - Verfahren zur herstellung eines mehrschichtigen ueberzugs, waessrige beschichtungszusammensetzungen, wasserverduennbare polyacrylatharze und verfahren zur herstellung von wasserverduennbaren polyacrylatharzen

Info

Publication number: DE4009931A1
Application number: DE4009931A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schwarte; Manfred Dangschat; Manfred Reimann; Carlos Westermann
Original assignee: BASF Lacke und Farben AG
Current assignee: BASF Farben und Fasern AG
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-10-02
Also published as: DE59100862D1; WO1991014712A1; CA2076676A1; ES2062776T3; BR9106290A; US5514746A; EP0521926B1; EP0521926A1; JPH05501125A; JPH0781112B2; DK0521926T3; ATE100113T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen schützenden und/oder dekorati ven Überzuges auf einer Substratoberfläche, bei dem

1) eine pigmentierte Basisbeschichtungszusammen setzung auf die Substratoberfläche aufgebracht wird
2) aus der in Stufe (1) aufgebrachten Zusammen setzung ein Polymerfilm gebildet wird
3) auf die so erhaltene Basisschicht eine ein was serverdünnbares Polyacrylatharz als Bindemittel und ein Aminoplastharz als Vernetzungsmittel ent haltende transparente wäßrige Deckbeschichtungs zusammensetzung aufgebracht wird und anschließend
4) die Basisschicht zusammen mit der Deckschicht eingebrannt wird.

Die Erfindung betrifft auch wäßrige Beschichtungszu sammensetzungen, wasserverdünnbare Polyacrylatharze und ein Verfahren zur Herstellung von wasserverdünn baren Polyacrylatharzen.

Das Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bekannt. Es wird insbesondere zur Herstellung von Automobil-Metalleffektlackierungen eingesetzt (vgl. z. B. US-PS-36 39 147, DE-A-33 33 072 und EP-A-38 127).

Aus ökonomischen und ökologischen Gründen ist es wün schenswert, in Stufe (3) des oben beschriebenen soge nannten "base coat-clear coat"-Verfahrens wäßrige Deckbeschichtungszusammensetzungen einzusetzen.

Die Deckbeschichtungszusammensetzungen müssen mit Hilfe von automatischen Lackieranlagen durch Spritzen applizierbar sein. Dazu müssen sie bei Spritzviskosi tät einen so hohen Feststoffgehalt aufweisen, daß mit ein bis zwei Spritzgängen (Kreuzgängen) Lackfilme mit ausreichender Schichtdicke erhalten werden, und sie müssen eingebrannte Lackfilme liefern, die ein gutes Aussehen (guter Verlauf, hoher Glanz, guter Decklack stand...) zeigen.

Die in Beispiel 2 der EP-A-38 127 offenbarte wäßrige Deckbeschichtungszusammensetzung erfüllt nicht alle oben genannten Forderungen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Auf gabenstellung besteht in der Bereitstellung von wäß rigen Deckbeschichtungszusammensetzungen, die die oben genannten Forderungen erfüllen.

Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch Deckbe schichtungszusammensetzungen erfüllt, die ein wasser verdünnbares Polyacrylatharz als Bindemittel enthal ten, das erhältlich ist, indem

(I) ein Gemisch aus
- a1) einem mit (a2), (a3), (b1) und (b2) copo lymerisierbaren, im wesentlichen carboxyl gruppenfreien (Meth)acrylsäureester oder einem Gemisch aus solchen (Meth)acrylsäu reestern und
- a2) einem mit (a1), (a3), (b1) und (b2) copo lymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomeren, das mindestens eine Hydroxyl gruppe pro Molekül trägt und im wesent lichen carboxylgruppenfrei ist oder einem Gemisch aus solchen Monomeren und gegebe nenfalls
- a3) einem mit (a1), (a2), (b1) und (b2) copo lymerisierbaren, im wesentlichen carboxyl gruppenfreien, von (a1) und (a2) verschie denen ethylenisch ungesättigten Monomeren oder einem Gemisch aus solchen Monomeren,
zu einem organischen Lösemittel oder Lösemit telgemisch gegeben und in Gegenwart mindestens eines Polymerisationsinitiators polymerisiert wird und
(II) nachdem mindestens 80 Gew.-% des aus (a1), (a2) und gegebenenfalls (a3) bestehenden Gemisches zugegeben worden sind
- (b1) mehr als 25 bis weniger als 60, vorzugs weise 33-50 Gew.-% eines mindestens eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden, mit (a1), (a2), (a3) und (b2) copolymerisier baren ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren zusammen mit,
- b2) 40 bis 75 Gew.-% eines carboxylgruppen freien, mit (a1), (a2), (a3) und (b1) co polymerisierbaren ethylenisch ungesättig ten Monomers oder eines Gemisches aus sol chen Monomeren,
zugegeben werden und weiterpolymerisiert wird und
(III) nach Beendigung der Polymerisation das erhalte ne Polyacrylatharz zumindest teilweise neutra lisiert und in Wasser dispergiert wird, wobei die Summe der Gewichtsanteile von (b1) und (b2) stets 100 Gew.-% ergibt und (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) in Art und Menge so ausgewählt werden, daß das Polyacrylatharz eine Hydroxyl zahl von 40 bis 200, vorzugsweise 60 bis 140, eine Säurezahl von 20 bis 100, vorzugsweise 25 bis 50 und eine Glasübergangstemperatur (T_G) von-40°C bis +60°C, vorzugsweise -20°C bis +40°C, aufweist.

Die in Stufe (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzubringenden pigmentierten Basisbeschichtungszu sammensetzungen sind gut bekannt (vgl. z. B. US-PS-36 39 147, EP-A-3 127, DE-A-33 33 072 und EP-A-2 79 813). In Stufe (1) werden vorzugsweise Me tallpigmente enthaltende, insbesondere Aluminiumpig mente enthaltende Basisbeschichtungszusammensetzungen eingesetzt. Auf diese Weise werden Metalleffekt lackierungen erhalten.

Bevor die Herstellung der erfindungsgemäß einzu setzenden Polyacrylatharze näher beschrieben wird, werden zwei Begriffserklärungen vorausgeschickt:

1. Als Abkürzung für "Methacrylsäure - oder Acryl säure" wird gelegentlich (Meth)acrylsäure - ver wendet.
2. Die Formulierung "im wesentlichen carboxylgrup penfrei" soll ausdrücken, daß die Komponenten (a1), (a2) und (a3) einen geringen Carboxylgrup pengehalt (höchstens aber soviel,daß ein aus den Komponenten (a1), (a2) und (a3) hergestelltes Po lyacrylatharz eine Säurezahl von höchstens 10 hat) aufweisen können. Es ist aber bevorzugt, daß der Carboxylgruppengehalt der Komponenten (a1), (a2) und (a3) so niedrig wie möglich gehalten wird. Besonders bevorzugt werden carboxylgruppen freie (a1), (a2) und (a3) Komponenten eingesetzt.

Zur Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden Polyacrylatharze kann als Komponenten (a1) jeder mit (a2), (a3), (b1) und (b2) copolymerisierbare, im we sentlichen carboxylgruppenfreie Ester der (Meth) acrylsäure oder ein Gemisch aus solchen (Meth)acryl säureestern eingesetzt werden. Als Beispiele werden Alkylacrylate und Alkylmethacrylate mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Hexyl-, Ethylhexyl-, Stea ryl- und Laurylacrylat und -methacrylat und cycloali phatische (Neth) acrylsäureester, wie z. B. Cyclohexyl (meth)acrylat, genannt. Bevorzugt werden Gemische aus Alkylacrylaten und/oder Alkylmethacrylaten als (a1) Komponente eingesetzt, die zu mindestens 25 Gew.-% aus n-Butyl- und/oder t-Butylacrylat und/oder n-Bu tyl- und/oder t-Butylmethacrylat bestehen.

Als Komponente (a2) können alle mit (a1), (a3), (b1) und (b2) copolymerisierbaren ethylenisch ungesättig ten Monomere, die mindestens eine Hydroxylgruppe pro Molekül tragen und im wesentlichen carboxylgruppen frei sind oder ein Gemisch aus solchen Monomeren ein gesetzt werden. Als Beispiele werden Hydroxylalkyl ester der Acrylsäure, Methacrylsäure oder einer ande ren α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure ge nannt. Diese Ester können sich von einem Alkylengly kol ableiten, das mit der Säure verestert ist, oder sie können durch Umsetzung der Säure mit einem Alky lenoxid erhalten werden. Als Komponente (a2) werden vorzugsweise Hydroxalkyester der Acrylsäure und Meth acrylsäure, in denen die Hydroxyalkylgruppe bis zu 4 Kohlenstoffatome enthält, Umsetzungsprodukte aus cy clischen Estern, wie z. B. ε-Caprolacton und diesen Hydroxyalkylestern oder Mischungen aus diesen Hydro xyalkylestern bzw. ε-caprolactonmodifizierten Hydro xyalkylestern eingesetzt. Als Beispiele für derartige Hydroxyalkylester werden 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hy droxypropylmethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 3-Hy droxypropylmethacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat, 2-Hy droxyethylmethacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat und 4-Hydroxybutylmethacrylat genannt. Entsprechende Ester von anderen ungesättigten Säuren, wie z. B. Ethacrylsäure, Crotonsäure und ähnlichen Säuren mit bis zu etwa 6 Kohlenstoffatomen im Molekül, können auch eingesetzt werden.

Als Komponente (a3) können alle mit (a1), (a2), (b1) und (b2) copolymerisierbaren, von (a1) und (a2) ver schiedenen, im wesentlichen carboxylgruppenfreien ethylenisch ungesättigte Monomere oder Gemische aus solchen Monomeren eingesetzt werden. Als Komponente (a3) werden vorzugsweise vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, wie Styrol, α-Alkylstyrol und Vinyltoluol, eingesetzt.

Die Komponenten (a1), (a2) und gegebenenfalls (a3) werden gegebenenfalls in einem organischen Lösemittel gemischt und zu einem organischen Lösemittel oder Lö semittelgemisch gegeben und dort in Gegenwart minde stens eines Polymerisationsinitiators polymerisiert. Als organische Lösemittel und Polymerisationsinitia toren werden die für die Herstellung von Polyacrylat harzen üblichen und für die Herstellung von wäßrigen Dispersionen geeigneten Lösemittel und Polymerisa tionsinitiatoren eingesetzt. Als Beispiele für brauchbare Lösemittel werden Butylglykol, 2-Methoxy propanol, n-Butanol, Methoxybutanol, n-Propanol, Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethyl ether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykol monomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Di ethylenglykoldiethylether, Diethylenglykolmonobutyl ether, 2-Hydroxypropionsäureethylester und 3-Methyl-3- methoxybutanol genannt. Als Beispiele für brauchbare Polymerisationsinitiatoren werden freie Radikale bildende Initiatoren, wie z. B. t-Butylperethylhexanoat, Benzoyl peroxid, Azobisisobutyronitril und t-Butylperbenzoat genannt. Die Polymerisation wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 80 bis 160 C, vorzugsweise 110 bis 160°C durchgeführt. Das Gemisch aus (a1), (a2) und gegebenenfalls (a3) wird innerhalb von 2 bis 8 Stunden, vorzugsweise innerhalb von 3 bis 6 Stunden zu dem organischen Lösemittel oder Lösemittelgemisch zugegeben und dort in Gegenwart mindestens eines freie Radikale bildenden Initiators polymerisiert.

Nachdem mindestens 80 Gew.-%, vorzugsweise 100 Gew.-% der aus (a1), (a2) und gegebenenfalls (a3) bestehenden Mischung zugegeben worden sind, werden in der Stufe (II)

(b1) mehr als 25 bis weniger als 60, vorzugsweise 33 - 50 Gew.-% eines mindestens eine Carboxylgrup pe pro Molekül tragenden, mit (a1), (a2), (a3) und (b2) copolymerisierbaren, ethylenisch unge sättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren zusammen mit
(b2) 40 bis 75 Gew.-% eines carboxylgruppenfreien, mit (a1), (a2), (a3) und (b1) copolymerisierba ren, ethylenisch ungesättigten Monomers oder eines Gemisches aus solchen Monomeren

zugegeben und so lange weiterpolymerisiert, bis die in Stufe (I) und (II) zugegebenen Monomeren im we sentlichen vollständig umgesetzt worden sind.

Mit der Zugabe der aus (b1) und (b2) bestehenden Mi schung sollte erst dann begonnen werden, wenn minde stens 80 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% der in Stufe (I) zugegebenen Monomere umgesetzt wor den sind. Es ist besonders bevorzugt, mit der Zugabe der aus (b1) und (b2) bestehenden Mischung erst dann zu beginnen, wenn die in Stufe I zugegebenen Monome ren im wesentlichen vollständig umgesetzt worden sind. Hierbei ist es zweckmäßig, den Initiatorzulauf nach etwa 30 Minuten nach Beendigung der Zugabe der Mischung aus (a1), (a2) und ggf. (a3) bis zum Zeit punkt der Zugabe der Mischung aus (b1) und (b2) zu unterbrechen.

Als Komponente (b1) kann jedes mindestens eine Carb oxylgruppe pro Molekül tragende, mit (a1), (a2), (a3) und (b2) copolymerisierbare, ethylenisch ungesättigte Monomer oder ein Gemisch aus solchen Monomeren einge setzt werden. Als Komponente (b1) werden vorzugsweise Acrylsäure und/oder Methacrylsäure eingesetzt. Es können aber auch andere ethylenisch ungesättigte Säu ren mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen im Molekül einge setzt werden. Als Beispiele für solche Säuren werden Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure genannt. Als Komponente (b1) können auch Maleinsäuremono(meth)acryloyloxiethylester, Bernsteinsäuremono(meth)acryloyloxiethylester und Phthalsäuremono(meth)acryloyloxiethylester eingesetzt werden.

Als Komponente (b2) kann jedes mit (a1), (a2), (a3) und (b1) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Monomer oder ein Gemisch aus solchen Monomeren einge setzt werden. Als Komponente (b2) können alle bei der Beschreibung der Komponenten (a1), (a2) und (a3) auf gezählten Monomere eingesetzt werden.

Die Mischung aus den Komponenten (b1) und (b2) wird vorzugsweise innerhalb von 10 bis 90 Minuten, beson ders bevorzugt innerhalb von 30 bis 75 Minuten zuge geben.

Nach Beendigung der Zugabe der Mischung aus (b1) und (b2) wird so lange weiterpolymerisiert, bis alle ein gesetzten Monomeren im wesentlichen vollständig umge setzt worden sind.

Die Komponenten (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) wer den in Art und Menge so ausgewählt, daß das Reak tionsprodukt eine Hydroxylzahl von 40 bis 200, vor zugsweise 60 bis 140, eine Säurezahl von 20 bis 100, vorzugsweise 25 bis 50 und eine Glasübergangstempera tur (T_G) von -40°C bis +60°C, vorzugsweise -20°C bis +40°C, aufweist.

Die Glasübergangstemperaturen von Polyacrylatharzen können nach folgender Formel berechnet werden.

Die Menge und Zugabegeschwindigkeit des Initiators wird vorzugsweise so gewählt, daß ein Polyacrylatharz mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 2500 bis 20 000 erhalten wird. Es ist bevorzugt, die Ini tiatorzugabe zum gleichen Zeitpunkt wie die Zugabe der Mischung aus den Komponenten (a1), (a2) und gege benenfalls (a3) zu beginnen und etwa eine halbe Stun de nachdem die Zugabe der Mischung aus (b1) und (b2) beendet worden ist, zu beenden. Der Initiator wird vorzugsweise in konstanter Menge pro Zeiteinheit zu gegeben. Nach Beendigung der Initiatorzugabe wird das Reaktionsgemisch noch so lange (in der Regel 1 1/2 Stunden) auf Polymerisationstemperatur gehalten, bis alle eingesetzten Monomere im wesentlichen vollstän dig umgesetzt worden sind. "Im wesentlichen vollstän dig umgesetzt" soll bedeuten, daß vorzugsweise 100 Gew.-% der eingesetzten Monomere umgesetzt worden sind, daß es aber auch möglich ist, daß ein geringer Restmonomerengehalt von höchstens bis zu etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Reaktions mischung unumgesetzt zurückbleiben kann.

Die erfindungsgemäßen Polyacrylatharze werden herge stellt, indem 40 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 80 Gew.-% der Komponente (a1), 10 bis 45 Gew.-%, vor zugsweise 12 bis 35 Gew.-% der Komponente (a2), 0 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 20 Gew.-% der Komponen te (a3), 2,5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 7 Gew.-% der Komponente (b1) und 4 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 28 Gew.-% der Komponente (b2) eingesetzt werden, wobei die Summe der Gewichtsteile von (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) stets 100 Gew.-% ergibt.

Nach Beendigung der Polymerisation wird das erhaltene Polyacrylatharz zumindest teilweise neutralisiert und in Wasser dispergiert.

Zur Neutralisation können sowohl organische Basen als auch anorganische Basen verwendet werden. Vorzugswei se werden primäre, sekundäre und tertiäre Amine, wie z. B. Ethylamin, Propylamin, Dimethylamin, Dibutyl amin, Cyclohexylamin, Benzylamin, Morpholin, Piperi din und Triethanolamin verwendet. Besonders bevorzugt werden tertiäre Amine als Neutralisationsmittel ein gesetzt, insbesondere Dimethylethanolamin, Triethyl amin, Dimethylisopropylamin Tripropylamin und Tri butylamin.

Die Neutralisationsreaktion wird im allgemeinen durch Mischen der neutralisierenden Base mit dem Polyacry latharz durchgeführt. Dabei wird vorzugsweise soviel Base eingesetzt, daß die Deckbeschichtungszusammen setzung einen pH-Wert von 7-8,5, vorzugsweise 7,2 bis 7,8 aufweist.

Anschließend wird das partiell oder vollständig neu tralisierte Polyacrylatharz durch Zugabe von Wasser dispergiert. Dabei entsteht eine wäßrige Polyacrylat harzdispersion. Gegebenenfalls kann ein Teil oder das gesamte organische Lösemittel abdestilliert werden. Die erfindungsgemäßen Polyacrylatharzdispersionen enthalten Polyacrylatharzteilchen, deren mittlere Teilchengröße vorzugsweise zwischen 60 und 300 nm liegt (Meßmethode: Laserlichtstreuung, Meßgerät: Malvern Autosizer 2C).

Aus den so erhaltenen wäßrigen Polyacrylatharzdisper sionen werden nach allgemein bekannten Methoden durch Zumischung eines Aminoplastharzes und gegebenenfalls weiterer Zusätze, wie z. B. Verlaufshilfsmitteln, UV-Stabilisatoren, transparenten Pigmenten usw. er findungsgemäße Deckbeschichtungszusammensetzungen er halten.

Die erfindungsgemäßen Deckbeschichtungszusammen setzungen enthalten vorzugsweise soviel Aminoplast harz, daß das Gewichtsverhältnis zwischen Polyacry latharzfeststoff und Aminoplastharzfeststoff 60 : 40 bis 90 : 10, besonders bevorzugt 70 : 30 bis 85 : 15, beträgt.

Prinzipiell können alle Aminoplastharze, die sich mit dem erfindungsgemäßen Polyacrylatharz zu einer stabi len Deckbeschichtungszusammensetzung verarbeiten lassen, als Vernetzungsmittel eingesetzt werden. Vor zugsweise werden Melamin-Formaldehydharze, die mit aliphatischen Alkoholen, die vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, teilweise oder vollständig verethert sind, als Vernetzungsmit tel eingesetzt.

Vor der Applikation werden die erfindungsgemäßen Deckbeschichtungszusammensetzungen auf Spritzviskosi tät (i. a. 20 bis 40 sec. Auslaufzeit aus DIN-Becher 4 (DIN 53 211 (1974)) und einen pH-Wert von 7,0 bis 8,5, vorzugsweise 7,2 bis 7,8 eingestellt.

Die erfindungsgemäßen Deckbeschichtungszusammen setzungen

- weisen bei Spritzviskosität einen so hohen Fest stoffgehalt (20 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 32 bis 40 Gew.-%) auf, daß mit ein bis zwei Spritz gängen (Kreuzgänge) Lackfilme mit ausreichender Schichtdicke (die Dicke des eingebrannten Lack films sollte vorzugsweise zwischen 25 und 45 µm liegen) erhalten werden und
- liefern eingebrannte Lackfilme mit einem sehr gu ten Aussehen (guter Verlauf, hoher Glanz, guter Decklackstand...) und guten mechanisch-technolo gischen Eigenschaften und
- weisen einen verhältnismäßigen niedrigen Anteil an organischen Cosolventien (weniger als 35 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt an Bindemitteln und Vernetzungsmitteln) auf.

Wenn die erfindungsgemäßen Deckbeschichtungszusammen setzungen zusammen mit wasserverdünnbaren Basisbe schichtungszusammensetzungen zur Herstellung von Me talleffektlackierungen verwendet werden, dann werden Metalleffektlackierungen erhalten, in denen die tran sparente Deckschicht besonders gut auf der Basis schicht haftet.

Die erfindungsgemäßen Deckbeschichtungszusammen setzungen können neben dem erfindungsgemäß einge setzten Polyacrylatharz auch noch vernetzte Polymer mikroteilchen wie sie z. B. in der EP-A-38 127 offen bart sind und/oder weitere verträgliche Harze, wie z. B. wasserverdünnbare oder wasserlösliche Polyacry latharze, Polyesterharze, Alkydharze oder Epoxidhar zester enthalten, und sie können auch pigmentiert werden.

Die erfindungsgemäßen Deckbeschichtungszusammensetzungen können sowohl bei der Serien- als auch bei der Repara turlackierung eingesetzt werden.

In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert: Alle Angaben zu Teilen und Prozenten sind Gewichtsangaben, wenn nicht ausdrücklich etwas ande res angegeben wird.

A. Herstellung erfindungsgemäßer Deckbeschichtungszu sammensetzungen Deckbeschichtungszusammensetzung 1 (D1)

In einem Stahlkessel, ausgestattet mit Monomerzulauf, Initiatorzulauf, Thermometer, Ölheizung und Rückfluß kühler werden 33 Gew.-Teile Butylglykol vorgelegt und auf 110°C aufgeheizt. Dann wird eine Lösung von 6,0 Gew.-Teilen t-Butylperethylhexanoat in 6,0 Gew.-Teilen Butylglykol in einer solchen Ge schwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 5 h 30 min. abgeschlossen ist. Mit Beginn der Zugabe der t-Butylperethylhexanoatlösung wird auch mit der Zuga be der Mischung aus (a1): 24,1 Gew.-Teilen n-Butyl acrylat, 21,0 Gew.-Teilen t-Butylacrylat, 15,0 Gew.-Teilen Methylmethacrylat, (a2):
24,9 Gew.-Teilen Hydroxipropylacrylat und (a3):
15,0 Gew.-Teilen Styrol begonnen. Die Mischung aus (a1), (a2) und (a3) wird in einer solchen Geschwin digkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 5 h abge schlossen ist.

Nachdem die t-Butylperethylhexanoatlösung vollständig zugegeben worden ist, wird die Polymerisationstempe ratur noch 1 h auf 110°C gehalten.

Dann wird eine Lösung von 0,49 Gew.-Teilen t-Butyl perethylhexanoat in 3,5 Gew.-Teilen Butylglykol in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zu gabe nach 1 h 15 min. abgeschlossen ist. Mit Beginn der Zugabe der t-Butylperethylhexanoatlösung wird auch mit der Zugabe einer Mischung aus (b1): 5,6 Gew.-Teilen Acrylsäure, (b2): 3,3 Gew.-Teilen n-Butyl acrylat, 2,2 Gew.-Teilen t-Butylacrylat und 1,1 Gew.-Teilen Hydroxipropylacrylat begonnen. Die Mischung aus (b1) und (b2) wird in einer solchen Ge schwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 1 h ab geschlossen ist.

Nach Abschluß der Zugabe der t-Butylperethylhexanoat lösung wird die Reaktionsmischung noch 1 h bei 110°C gehalten.

Die erhaltene Harzlösung wird im Vakuum destillativ auf 80 Gew.-% Feststoffgehalt aufkonzentriert und bei etwa 80°C innerhalb von etwa 30 min. mit Dimethyl ethanolamin bis zu einem Neutralisationsgrad von 80% neutralisiert. Dann wird die Harzlösung auf 60°C ab gekühlt. Danach werden 40 Gew.-Teile einer 70%igen Lösung eines handelsüblichen wasserverdünnbaren Mela minformaldehydharzes (Maprenal MF 927® in Isobuta nol und 0,14 Gew.-Teile eines handelsüblichen Ver laufsmittels (Fluorad FC 430) bei 60°C zugegeben und es wird 1 h bei 60°C homogenisiert. Anschließend wird soviel Wasser zugegeben, bis der Feststoffgehalt der Dispersion etwa 60 Gew.-% beträgt.

Die erhaltene Dispersion zeigt folgende Kennzahlen: Zahlenmittleres Molekulargewicht des Polyacrylathar zes aus (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2): 4260, Säurezahl des Gesamtfestkörpers: 31,1 mg KOH/g, Fest stoffgehalt (in Gew.-%; 1 h, 130°C): 59,5%.

Deschichtungszusammensetzung 2 (D2)

In einem Stahlkessel, ausgestattet mit Monomerzulauf, Initiatorzulauf, Thermometer, ölheizung und Rückfluß kühler werden 33 Gew.-Teile Butylglykol vorgelegt und auf 110°C aufgeheizt. Dann wird eine Lösung von 6,0 Gew.-Teilen t-Butylperethylhexanoat in 6,0 Gew.-Teilen Butylglykol in einer solchen Ge schwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 5 h 30 min abgeschlossen ist. Mit Beginn der Zugabe der t-Butylperethylhexanoatlösung wird auch mit der Zugabe der Mischung aus (a1): 23,5 Gew.-Teilen n-Bu tylacrylat, 21,0 Gew.-Teilen t-Butylacrylat, 15,0 Gew.-Teilen Methylmethacrylat, (a2): 25,5 Gew.-Teilen Hydroxipropylacrylat und (a3): 15,0 Gew.-Teilen Btyrol begonnen. Die Mischung aus (a1), (a2) und (a3) wird in einer solchen Ge schwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 5 h abge schlossen ist.

Nachdem die t-Butylperethylhexanoatlösung vollständig zugegeben worden ist, wird die Polymerisationstempe ratur noch 1 h auf 110°C gehalten. Dann wird bei 110°C eine Lösung von 0,79 Gew.-Teilen t-Butylperethylhexa noat in 3,5 Gew.-Teilen Butylglykol in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 1 h 15 min abgeschlossen ist. Mit Beginn der Zugabe der t-Butylperethylhexanoatlösung wird auch mit der Zuga be der Mischung aus (b1) : 6,0 Gew.-Teilen Acrylsäure, (b2) : 7,0 Gew.-Teilen n-Butylacrylat, 4,7 Gew.-Teilen t-Butylacrylat und 2,3 Gew.-Teilen Hydroxypropylacry lat begonnen.

Die Mischung aus (b1) und (b2) wird in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 1 h abgeschlossen ist.

Nach Abschluß der Zugabe der t-Butylperethylhexanoat lösung wird die Reaktionsmischung nach 1 h bei 110°C gehalten.

Die erhaltene Harzlösung wird im Vakuum destillativ auf 80 Gew.-% Feststoffgehalt aufkonzentriert und bei etwa 80°C innerhalb von 30 min mit Dimethylethanol amin bis zu einem Neutralisationsgrad von 80% neu tralisiert. Dann wird die Harzlösung auf 60°C abge kühlt. Danach werden 42,9 Gew.-Teile einer 70%igen Lösung eines handelsüblichen wasserverdünnbaren Mela minformaldehydharzes (Maprenal MF 927®) in Isobuta nol und 0,15 Gew.-Teile eines handelsüblichen Ver laufmittels (Fluorad FC 430) bei 60°C zugegeben, und es wird 1 h bei 60°C homogenisiert. Anschließend wird soviel Wasser zugegeben, bis der Feststoffgehalt der Dispersion etwa 60 Gew.-% beträgt.

Die erhaltene Dispersion zeigt folgende Kennzahlen: Zahlenmittleres Molekulargewicht des Polyacrylatharzes aus (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2): 3990, Säurezahl des Gesamtfestkörpers: 30,5 mg KOH/g, Feststoffgehalt (in Gew.-%; 1 h, 130°C): 59,7%.

B. Applikation der erfindungsgemäßen transparenten Deckbeschichtungszusammensetzungen und Prüfung der eingebrannten Lackfilme

Die gemäß Punkt A hergestellten und auf Raumtemperatur abgekühlten Deckbeschichtungszusammensetzungen werden mit einer 10%igen wäßrigen Dimethylethanolaminlösung und destilliertem Wasser auf Spritzviskosität (24 s Aus laufzeit aus DIN-Becher 4 (DIN 53 211 (1974)) und ei nen pH-Wert von 7,5-7,6 eingestellt. Auf ein mit einer handelsüblichen Elektrotauchlackierung und ei nem handelsüblichen Füller beschichtetes phosphatier tes Stahlblech wird eine handelsübliche, Polyurethan, Polyester und Melaminharz enthaltende wasserverdünnbare, mit Aluminiumplättchen pigmentierte Basisbeschichtungszu sammensetzung so appliziert, daß eine Trockenfilmdicke von 12-15 µm erhalten wird. Die applizierte Basis beschichtungszusammensetzung wird 10 min. bei Raumtempe ratur und 10 min. bei 80°C getrocknet. Dann werden die gemäß Punkt A hergestellten Deckschichtungszusammen setzungen in zwei Kreuzgängen mit einer Zwischenablüft zeit auf die Basisschicht gespritzt. Schließlich wird 20 min. bei Raumtemperatur getrocknet und 30 min. bei 130°C im Umluftofen eingebrannt. Die so erhaltenen mehrschichtigen Überzüge wurden mehreren Prüfungen unterzogen. Die Prüfergebnisse sind in der folgenden Tabele zusammengefaßt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen schützenden und/oder dekorativen Überzugs auf ei ner Substratoberfläche, bei dem

1) eine pigmentierte Basisbeschichtungszusammen setzung auf die Substratoberfläche aufge bracht wird
2) aus der in Stufe (1) aufgebrachten Zusammen setzung ein Polymerfilm gebildet wird
3) auf die so erhaltene Basisschicht eine ein wasserverdünnbares Polyacrylatharz als Binde mittel und ein Aminoplastharz als Ver netzungsmittel enthaltende transparente wäß rige Deckbeschichtungszusammensetzung aufge bracht wird und anschließend
4) die Basisschicht zusammen mit der Deckschicht eingebrannt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Deckbeschich tungszusammensetzung ein wasserverdünnbares Poly acrylatharz als Bindemittel enthält, das erhält lich ist, indem

(I) ein Gemisch aus
- (a1) einem mit (a2), (a3), (b1) und (b2) co polymerisierbaren, im wesentlichen carboxylgruppenfreien (Meth)acrylsäure ester oder einem Gemisch aus solchen (Meth)acrylsäureestern und
- (a2) einem mit (a1), (a3), (b1) und (b2) co polymerisierbaren ethylenisch unge sättigten Monomeren, das mindestens ei ne Hydroxylgruppe pro Molekül trägt und im wesentlichen carboxylgruppenfrei ist oder einem Gemisch aus solchen Monome ren und gegebenenfalls,
- (a3) einem mit (a1), (a2), (b1) und (b2) copolymerisierbaren, im wesentlichen carboxylgruppenfreien, von (a1) und (a2) verschiedenen ethylenisch unge sättigten Monomeren oder einem Gemisch aus solchen Monomeren,
zu einem organischen Lösemittel oder Löse mittelgemisch gegeben und in Gegenwart min destens eines Polymerisationsinitiators po lymerisiert wird und
(II) nachdem mindestens 80 Gew.-% des aus (a1), (a2) und gegebenenfalls (a3) bestehenden Gemisches zugegeben worden sind,
- (b1) mehr als 25 bis weniger als 60 vor zugsweise 33 bis 50 Gew.-% eines min destens eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden, mit (a1), (a2), (a3) und (b2) copolymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren zusammen mit
- (b2) 40 bis 75 Gew.-% eines carboxylgruppen freien, mit (a1), (a2), (a3) und (b1) copolymerisierbaren ethylenisch unge sättigten Monomers oder eines Gemisches aus solchen Monomeren,
zugegeben werden und weiterpolymerisiert wird und
(III) nach Beendigung der Polymerisation das erhalte ne Polyacrylatharz zumindest teilweise neutra lisiert und in Wasser dispergiert wird, wobei die Summe der Gewichtsanteile von (b1) und (b2) stets 100 Gew.-% ergibt und (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) in Art und Menge so ausgewählt werden, daß das Polyacrylatharz eine Hydroxylzahl von 40 bis 200, vorzugsweise 60 bis 140, eine Säurezahl von 20 bis 100, vor zugsweise 25 bis 50 und eine Glasübergangstem peratur (T_G) von -40°C bis +60°C, vorzugsweise -20°C bis +40°C, aufweist.

2. Wäßrige Beschichtungszusammensetzungen, enthal tend ein wasserverdünnbares Polyacrylatharz als Bindemittel und ein Aminoplastharz als Ver netzungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserverdünnbare Polyacrylatharz erhältlich ist, indem,

(I) ein Gemisch aus,
- (a1) einem mit (a2), (a3), (b1) und (b2) copolymerisierbaren, im wesentlichen carboxylgruppenfreien (Meth)acrylsäureester oder einem Gemisch aus solchen (Meth)acrylsäureestern
  und
- (a2) einem mit (a1), (a3), (b1) und (b2) copoly merisierbaren ethylenisch ungesättigten Mo nomeren, das mindestens eine Hydroxylgruppe pro Molekül trägt und im wesentlichen carb oxylgruppenfrei ist, oder einem Gemisch aus solchen Monomeren und gegebenenfalls,
- (a3) einem mit (a1), (a2) (b1) und (b2) copoly merisierbaren, im wesentlichen carboxylgrup penfreien, von (a1) und (a2) verschiedenen ethylenisch ungesättigten Monomeren oder ei nem Gemisch aus solchen Monomeren,
zu einem organischen Lösemittel oder Lösemit telgemisch gegeben und in Gegenwart mindestens eines Polymerisationsinitiators polymerisiert wird und,
(II) nachdem mindestens 80 Gew.-% des aus (a1), (a2) und gegebenenfalls (a3) bestehenden Gemisches zugegeben worden sind
- (b1) mehr als 25 bis weniger als 60, vorzugs weise 33-50 Gew.-% eines mindestens eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden, mit (a1), (a2), (a3) und (b2) copolymeri sierbaren ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren zusammen mit,
- (b2) 40 bis 75 Gew.-% eines carboxylgruppen freien, mit (a1), (a2), (a3) und (b1) co polymerisierbaren ethylenisch ungesättig ten Nonomers oder eines Gemisches aus sol chen Monomeren,
zugegeben werden und weiterpolymerisiert wird und,
(III) nach Beendigung der Polymerisation das erhalte ne Polyacrylatharz zumindest teilweise neutra lisiert und in Wasser dispergiert wird, wobei die Summe der Gewichtsanteile von (b1) und (b2) stets 100 Gew.-% ergibt und (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) in Art und Menge so ausgewählt werden, daß das Polyacrylatharz eine Hydroxyl zahl von 40 bis 200, vorzugsweise 60 bis 140, eine Säurezahl von 20 bis 100, vorzugsweise 25 bis 50 und eine Glasübergangstemperatur (T_G) von -40°C bis +60°C, vorzugsweise -20°C bis +40 -C, aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß in Stufe (1) eine wäßrige, vorzugswei se Metallpigmente enthaltende Basisbeschich tungszusammensetzung aufgebracht wird.

4. Verfahren oder Beschichtungszusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß in den Stufen (I) und (II) bei ei ner Temperatur von 80 bis 160°C, vorzugsweise 110 bis 160°C in Gegenwart mindestens eines freie Ra dikale bildenden Initiators polymerisiert wird und daß die Stufe (I) 2 bis 8 Stunden, vorzugs weise 3 bis 6 Stunden dauert und die Zugabe der Mischung aus (b1) und (b2) innerhalb von 10 bis 90 Minuten, vorzugsweise innerhalb von 30 bis 75 Minuten, erfolgt.

5. Verfahren oder Beschichtungszusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Spritzviskosität der Gehalt an Polyacrylatharz und Aminoplastharz zusammen 20 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 32 bis 40 Gew.-% be trägt.

6. Wasserverdünnbare Polyacrylatharze, dadurch ge kennzeichnet, daß sie erhältlich sind, indem

(I) ein Gemisch aus,
- (a1) einem mit (a2), (a3), (b1) und (b2) co polymerisierbaren, im wesentlichen carboxylgruppenfreien (Meth)acrylsäure ester oder einem Gemisch aus solchen (Meth)acrylsäureestern und
- (a2) einem mit (a1), (a3), (b1) und (b2) co polymerisierbaren ethylenisch unge sättigten Monomeren, das mindestens ei ne Hydroxylgruppe pro Molekül trägt und im wesentlichen carboxylgruppenfrei ist, oder einem Gemisch aus solchen Monomeren und gegebenenfalls
- (a3) einem mit (a1), (a2), (b1) und (b2) copoly merisierbaren, im wesentlichen carboxyl gruppenfreien, von (al) und (a2) verschie denen ethylenisch ungesättigten Monomeren oder einem Gemisch aus solchen Monomeren
zu einem organischen Lösemittel oder Lösemittel gemisch gegeben und in Gegenwart mindestens ei nes Polymerisationsinitiators polymerisiert wird und,
(II) nachdem mindestens 80 Gew.-% des aus (a1), (a2) und gegebenenfalls (a3) bestehenden Gemisches zugegeben worden sind
- (b1) mehr als 25 bis weniger als 60, vorzugswei se 33-50 Gew.-% eines mindestens eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden, mit (a1), (a2), (a3) und (b2) copolymerisierba ren ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren zusammen mit,
- (b2) 40 bis 75 Gew.-% eines carboxylgruppen freien, mit (a1), (a2), (a3) und (b1) copo lymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomers oder eines Gemisches aus solchen Monomeren,
zugegeben werden und weiterpolymerisiert wird und
(III) nach Beendigung der Polymerisation das er haltene Polyacrylatharz zumindest teilwei se neutralisiert und in Wasser dispergiert wird,wobei die Summe der Gewichtsanteile von (b1) und (b2) stets 100 Gew.-% ergibt und (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) in Art und Menge so ausgewählt werden, daß das Polyacrylatharz eine Hydroxylzahl von 40 bis 200, vorzugsweise 60 bis 140, eine Säurezahl von 20 bis 100, vorzugsweise 25 bis 50 und eine Glasübergangstemperatur (T_G) von -40°C bis +60°C, vorzugsweise -20°C bis +40°C, aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung von wasserverdünnbaren Polyacrylatharzen, dadurch gekennzeichnet, daß

(I) ein Gemisch aus,
- (a1) einem mit (a2), (a3), (b1) und (b2) co polymerisierbaren, im wesentlichen carboxylgruppenfreien (Meth)acrylsäure ester oder einem Gemisch aus solchen (Meth)acrylsäureestern und
- (a2) einem mit (a1), (a3) (b1) und (b2) co polymerisierbaren ethylenisch unge sättigten Monomeren, das mindestens ei ne Hydroxylgruppe pro Molekül trägt und im wesentlichen carboxylgruppenfrei ist, oder einem Gemisch aus solchen Mo nomeren und gegebenenfalls
- (a3) einem mit (a1), (a2), (b1) und (b2) co polymerisierbaren, im wesentlichen carboxylgruppenfreien, von (a1) und (a2) verschiedenen ethylenisch unge sättigten Monomeren oder einem Gemisch aus solchen Monomeren
zu einem organischen Lösemittel oder Löse mittelgemisch gegeben und in Gegenwart min destens eines Polymerisationsinitiators po lymerisiert wird und
(II) nachdem mindestens 80 Gew.-% des aus (a1), (a2) und gegebenenfalls (a3) bestehenden Ge misches zugegeben worden sind
- (b1) mehr als 25 bis weniger als 60, vorzugs weise 33-50 Gew.-% eines mindestens eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden, mit (a1), (a2), (a3) und (b2) copolymeri sierbaren ethylenisch ungesättigten Mono meren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren zusammen mit
- (b2) 40 bis 75 Gew.-% eines carboxylgruppen freien, mit (a1), (a2), (a3) und (b1) co polymerisierbaren ethylenisch ungesättig ten Monomers oder eines Gemisches aus solchen Monomeren,
zugegeben werden und weiterpolymerisiert wird und
(III) nach Beendigung der Polymerisation das erhaltene Polyacrylatharz zumindest teil weise neutralisiert und in Wasser disper giert wird, wobei die Summe der Gewichts anteile von (b1) und (b2) stets 100 Gew.-% ergibt und (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) in Art und Menge so ausgewählt werden, daß das Polyacrylatharz eine Hydroxylzahl von 40 bis 200, vorzugsweise 60 bis 140, eine Säurezahl von 20 bis 100, vorzugsweise 25 bis 50 und eine Glasübergangstemperatur (T_G) von -40°C bis +60°C, vorzugsweise 20°C bis +40°C, aufweist.

8. Polyacrylatharze oder Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stufen (I) und (II) bei einer Temperatur von 80 bis 160°C, vorzugsweise 110 bis 160°C in Gegenwart mindestens eines freie Radikale bildenden Ini tiators polymerisiert wird und daß die Stufe (I) 2 bis 8 Stunden, vorzugsweise 3 bis 6 Stunden dauert und die Zugabe der Mischung aus (b1) und (b2) innerhalb von 10 bis 90 Minuten, vorzugswei se innerhalb von 30 bis 75 Minuten erfolgt.