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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungszusammensetzungen, die
eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit
zur Verfügung
stellen, sowie Verfahren zur Verwendung derselben. Genauer gesagt
wird die verbesserte Beständigkeit
durch die Zugabe von Teilchen zu einem filmbildenden Harz erreicht.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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„Farbe-plus-Klarlack"-Beschichtungssysteme,
die das Auftragen einer gefärbten
oder pigmentierten Basisbeschichtung auf ein Substrat gefolgt durch
das Auftragen eines transparenten oder klaren Decklacks über die
Basisbeschichtung beinhalten, wurden als Erstausstatterlacke für eine Anzahl
von Verbraucherprodukten einschließlich zum Beispiel Autos und
Bodenbedeckungen wie Keramikfliesen und Holzböden immer populärer. Die
Farbe-plus-Klarlack-Beschichtungssysteme haben größtenteils
durch den Klarlack bedingt ein überragendes
Aussehen einschließlich
Glanz und Bildunterscheidbarkeit („distinctness of image", DOI).
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„Einzellack"-Beschichtungssysteme,
die eine Einzelfarbschicht enthalten, werden als solche als Decklack
aufgetragen. Einzellackbeschichtungssysteme werden häufig für Haushaltsgeräte, Rasen-
und Gartenzubehör,
Inneneinrichtungen und Ähnliches
verwendet. Die Einzellacke haben auch ein gutes Aussehen einschließlich Glanz
und Bildunterscheidbarkeit.
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Diese
Beschichtungssysteme, die auf einem Substrat abgeschieden und gehärtet werden,
sind Schäden
durch die Umwelt ausgesetzt. Zum Beispiel kann die Korrosion eines
beschichteten metallischen Substrats zustande kommen, wenn das beschichtete
metallische Substrat dem Sauerstoff und dem Wasser, die in der Atmosphäre vorhanden
sind, ausgesetzt werden. Es ist auf dem Gebiet bekannt, dass eine
Beschichtungslage als „Grundierung" erforderlich ist,
wenn diese Beschichtungssysteme über
metallische Substrate aufgetragen werden, um das Substrat vor Korrosion
zu schützen.
Die Grundierungsschicht wird direkt auf das metallische Substrat
aufgetragen und enthält
Pigmente, von denen auf dem Gebiet bekannt ist, dass sie eine Korrosion
verhindern. Diese Pigmente sind typischerweise in hohen Konzentrationen
für eine
effektive Leistung erforderlich und können nachteilig den Glanz und
die Unterscheidbarkeit der gehärteten
Grundierungsbeschichtung beeinflussen, so dass zusätzlich die
Farbe-plus-Klarlack- oder Einzellackbeschichtung für ein verbessertes
Aussehen erforderlich ist.
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Es
ist auf dem Gebiet auch bekannt, dass die Zugabe von Teilchen zu
einem filmbildenden Harz die Kratz- und Schrammenbeständigkeit
der gehärteten
Beschichtung verbessern kann. Zum Beispiel kann die Zugabe einer
geringen Konzentration von Teilchen zu einer Klarlackzusammensetzung
die Kratz- und Schrammenbeständigkeit
des gehärteten
Klarlacks ohne eine nachteilige Auswirkung auf das Aussehen verbessern. Wenn
die Konzentration der Teilchen erhöht wird, dann kann das Aussehen
der gehärteten
Beschichtung nachteilig beeinträchtigt
werden.
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EP 1 512 729 A beschreibt
flockige Teilchen, die Mikroteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 5–500 μm und mit
einem hohen Brechungsindex enthalten, die in eine kosmetische oder
Beschichtungszusammensetzung eingebaut sind.
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Aus
der
EP 1 512 728 A ist
ein photokatalytisches Beschichtungsmaterial bekannt, das photokatalytische
Oxidteilchen mit einer Teilchengröße in dem Bereich von 5–50 nm und
eine hydrophobe Harzemulsion enthält, wobei die Teilchen der
Harzemulsion eine Größe in dem
Bereich von 80–300
nm aufweisen. Aber dieses Dokument bezieht sich weder auf Aluminiumsilicat
oder Borsilicatglas, noch offenbart es die Kombination eines filmbildenden
Harzes mit wenigstens einer reaktiven funktionellen Gruppe mit wenigstens
einem Härtungsmittel
mit funktionellen Gruppen, die mit der funktionellen Gruppe des
Polymers reaktiv sind.
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U.S. 6,376,616 B1 betrifft
eine anionische Beschichtung zur Elektroabscheidung mit Pigmenten
mit einer maximalen Teilchengröße von 0,1–10 μm, wobei
weder Aluminiumsilicat noch Borsilicatglas erwähnt werden.
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EP 718 378 A offenbart
Farbpigmente, die nicht glänzendes
Eisenoxid enthalten, wobei Plättchenpigmente
mit einer Teilchengröße von 1–150 μm mit Eisenoxid
beschichtet sind.
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EP 659 843 A betrifft
Beschichtungszusammensetzungen, wobei weder die relative Menge an
anorganischen Teilchen und filmbildenden Harzen, noch die Verwendung
von Aluminiumsilicat oder Borsilicatglas als anorganische Teilchen
offenbart wird.
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EP 625 541 A offenbart
eine Beschichtungszusammensetzung, die einen filmbildenden Polymerlatex sowie
Titandioxidteilchen enthält.
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U.S. 5,358,982 A betrifft
vernetzte Polymermikroteilchen, die als Ersatz für Titandioxid als organisches Pigment
in einer Zusammensetzung zur Elektrobeschichtung verwendet werden
können.
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Aus
der
DE 37 31 733 A1 ist
eine Beschichtungszusammensetzung bekannt, die eine wässrige Polymerdispersion
und anorganische Pigmente enthält,
wobei die anorganischen Pigmente eine mittlere Teilchengröße von 7–70 nm enthalten,
allerdings ist die Polymerdispersion keine Kombination aus einem
funktionellen filmbildenden Harz mit einem Vernetzungsmittel.
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EP 139 187 A betrifft
Farbe-plus-Klarlack-Beschichtungsanwendungen, wobei in den Basislack
sowie in den Decklack anorganische Mikroteilchen mit einer Größe von 1–150 nm
eingebaut sind. Bevorzugte anorganische Mikroteilchen sind Siliciumdioxidteilchen.
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U.S. 4,504,614 A offenbart
ein Verfahren zur Verdickung wässriger
Latexzusammensetzungen, wobei als Verdickungsmittel pyrogene Kieselsäure mit
einer mittleren Teilchengröße von 7–16 nm verwendet
wird.
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EP 106 707 A offenbart
eine Beschichtungszusammensetzung, die schleifende Teilchen ausgewählt aus
Diamant, kubischem Bornitrid und Borcarbid enthält.
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U.S. 4,385,138 A betrifft
Beschichtungszusammensetzungen als Pulverschlämme. Obwohl die Basiszusammensetzung
der Beispiele Titandioxid in Rutilform in einer Menge von 50 Teilen
bezogen auf 100 Teile des gesamten filmbildenden Harzes und des
Härtungsmittels
erwähnt,
gibt es keine Offenbarung bezüglich
der Teilchengröße des Rutils.
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U.S. 4,442,244 A offenbart
in Beispiel 1 das Einbringen von 0,2 Gewichtsteilen von fein verteiltem
Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 7 nm in einen filmbildenden
Harz.
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EP 035 609 A betrifft
transparente abriebbeständige
Beschichtungszusammensetzungen, die ein anorganisches Dispersionsmittel
sowie eine teilweise kondensierte Silanolkomponente enthalten, allerdings
offenbart dieses Dokument weder die Kombination eines filmbildenden
Harzes mit funktionellen Gruppen mit einem Vernetzungsmittel, noch
Borsilicatglas oder Aluminiumsilicat.
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Somit
gibt es einen Bedarf an Decklacken mit guter Korrosionsbeständigkeit
auf dem Gebiet der Beschichtungen, wenn sie direkt auf ein metallisches
Substrat aufgetragen werden, wobei sie ein gutes Aussehen beibehalten,
das ähnlich
zu einer Beschichtung ist, die über
eine Grundierschicht aufgetragen wird. Dies würde die Notwendigkeit einer
zusätzlichen
Grundierschicht in dem Farbauftragungsprozess eliminieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Beschichtungszusammensetzungen, enthaltend:
- a) ein filmbildendes Harz, das wenigstens ein
Polymer mit reaktiven funktionellen Gruppen und wenigstens ein Härtungsmittel
enthält,
das funktionelle Gruppen aufweist, die mit den funktionellen Gruppen
des Polymers reaktiv sind, und
- b) eine Mehrzahl von Teilchen mit einem Teilchengrößenbereich
von 5 bis 1000 nm, die in diesem Harz dispergiert sind und aus Aluminiumsilicat
und Borosilicatglas ausgewählt
sind, und
das Gewichtsverhältnis
von (b) zu (a) im Bereich von 0,2 bis 2,0 liegt.
und auf
ein Substrat gerichtet, das direkt mit der oben genannten Beschichtungszusammensetzung
beschichtet ist, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Gewichtsverhältnis von
Rußpigmenten
zu filmbildendem Harz von wenigstens 0,04 und ein Gewichtsverhältnis von
Teilchen zu filmbildendem Harz von wenigstens 0,2 aufweist und die
gehärtete
Beschichtung, die aus der Beschichtungszusammensetzung abgeschieden
ist, einen 20°-Glanz
von wenigstens 75 Einheiten und eine mindestens 10% größere Korrosionsbeständigkeit nach
250 h Aussetzen an Salzsprühung
im Vergleich zu einer ähnlichen
Beschichtung ohne Teilchen aufweist.
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Es
wurde entdeckt, dass das Einbringen dieser Teilchen in ein filmbildendes
Harz in einer gehärteten Beschichtung
mit größerer Korrosionsbeständigkeit
im Vergleich zu einer gehärteten
Beschichtung resultiert, die aus einer ähnlichen Beschichtungszusammensetzung
ohne diese Teilchen abgeschieden wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung
können
Beschichtungszusammensetzungen, die diese Teilchen enthalten, formuliert werden,
um eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit mit geringer oder
keiner nachteiligen Auswirkung auf das Aussehen der gehärteten Beschichtungen
zu erreichen.
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„Korrosion" bezieht sich hierin
auf ein allmähliches
Abnutzen oder Verändern
durch einen chemischen oder elektrochemischen oxidierenden Prozess.
Eine Korrosion kommt in der Gegenwart von Sauerstoff und Wasser
zustande. Die „Korrosionsbeständigkeit" ist ein Maß der Fähigkeit
eines Materials, einer Zersetzung durch Korrosion zu widerstehen.
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„Aussehen" bezieht sich hierin
auf die Charakterisierung der gehärteten Beschichtung durch Messungen
des 20°-Glanzes
und der Bildunterscheidbarkeit (DOI, „distinctness of image"). Eine gehärtete Beschichtung,
die bei diesen Messungen große
Zahlen generiert, hat ein besseres Aussehen im Vergleich zu einer
gehär teten
Beschichtung, die bei den gleichen Messungen niedrige Zahlen generiert.
Das Aussehen wird nicht nachteilig beeinträchtigt, wenn der Unterschied
im 20°-Glanz und den DOI-Messungen
zwischen zwei gehärteten
Beschichtungen nicht mehr als 15 Prozent ist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das
Harz zur Verwendung in den vorliegenden Beschichtungszusammensetzungen
ist ein solches, das durch die Reaktion eines Polymers mit wenigstens
einer Art von reaktiven funktionellen Gruppen und einem Härtungsmittel,
das funktionelle Gruppen aufweist, die mit den funktionellen Gruppen
des Polymers reaktiv sind, gebildet wird. Die Polymere können zum
Beispiel Acryl, Polyester, Polyurethan oder Polyether sein und können funktionelle
Gruppen wie Epoxy-, Carbonsäure-,
Hydroxyl-, Isocyanat-, Amid-, Carbamat- und Carboxylatgruppen enthalten.
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Wenn
sie eingesetzt werden, sind die Acrylpolymere typischerweise Copolymere
aus Acrylsäure
oder Methacrylsäure
oder Hydroxyalkylestern der Acryl- oder Methacrylsäure wie
Hydroxyethylmethacrylat oder Hydroxypropylacrylat mit einem oder
mehreren anderen polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten
Monomeren wie Alkylestern der Acrylsäure einschließlich Methylmethacrylat
und 2-Ethylhexylacrylat sowie aromatische Vinylverbindungen wie
Styrol, alpha-Methylstyrol und Vinyltoluol. Das Verhältnis der
Recktanten und die Reaktionsbedingungen werden so gewählt, dass
sie in einem Acrylpolymer mit seitenständiger Hydroxyl- oder Carbonsäurefunktionalität resultieren.
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Neben
Acrylpolymeren kann die härtbare
Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein Polyesterpolymer
oder -oligomer enthalten. Solche Polymere können in einer bekannten Weise
durch Kondensation von polyhydrischen Alkoholen und Polycarbonsäuren hergestellt
werden. Geeignete polyhydrische Alkohole umfassen Ethylenglycol,
Neopentylglycol, Trimethylolpropan und Pentaerythritol.
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Geeignete
Polycarbonsäuren
umfassen Adipinsäure,
1,4-Cyclohexyldicarbonsäure
und Hexahydrophthalsäure.
Neben den oben erwähnten
Polycarbonsäuren können funktionelle Äquivalente
der Säuren
wie Anhydride, wo sie existieren, oder niedrige Alkylester der Säuren wie
die Methylester verwendet werden. Es können auch kleine Mengen an
Monocarbonsäuren
wie Stearinsäure
verwendet werden.
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Hydroxylhaltige
Polyesteroligomere können
durch Umsetzung eines Anhydrids einer Dicarbonsäure wie Hexahydrophthalsäureanhydrid
mit einem Diol wie Neopentylglycol in einem Molverhältnis von
1:2 hergestellt werden.
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Wenn
es gewünscht
wird, die Lufttrocknung zu verbessern, dann können geeignete trocknende Ölfettsäuren verwendet
werden und umfassen solche, die sich aus Leinsamenöl, Sojabohnenöl, Tallöl, dehydriertem Rizinusöl oder Tungöl ableiten.
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Die
Polyester werden so hergestellt, damit sie freie endständige Hydroxyl- und/oder Carbonsäuregruppen
enthalten, die für
weitere Vernetzungsreaktionen verfügbar sind.
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Es
können
auch Polyurethanpolymere, die endständige Isocyanat- oder Hydroxylgruppen
enthalten, verwendet werden. Die Polyurethanpolyole oder NCO-endständigen Polyurethane,
die verwendet werden können,
sind solche, die durch die Umsetzung von Polyolen einschließlich polymeren
Polyolen, mit Polyisocyanaten hergestellt werden. Das polyharnstoffhaltige
endständige
Isocyanat oder primäre
oder sekundäre
Amingruppen, die verwendet werden können, sind solche, die durch
die Umsetzung von Polyaminen einschließlich polymeren Polyaminen
mit Polyisocyanaten hergestellt werden. Das Äquivalentverhältnis von
Hydroxyl/Isocyanat oder Amin/Isocyanat wird angepasst und die Reaktionsbedingungen
so gewählt,
um die gewünschte
endständige
Gruppe zu erhalten. Beispiele von geeigneten Polyisocyanaten sind
solche, die in dem
U.S. Patent Nr.
4,046,729 in Spalte 5, Zeile 26 bis Spalte 6, Zeile 28
beschrieben werden. Beispiele von geeigneten Polyolen sind solche,
die in dem
U.S. Patent Nr. 4,046,729 in
Spalte 7, Zeile 52 bis Spalte 10, Zeile 35 beschrieben werden. Beispiele
von geeigneten Polyaminen sind solche, die in dem
U.S. Patent Nr. 4,046,729 in Spalte
6, Zeile 61 bis Spalte 7, Zeile 32 und in dem
U.S. Patent Nr. 3,799,854 in Spalte
3, Zeilen 13 bis 50 beschrieben werden.
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Härtungsmittel,
die zur Verwendung in der härtbaren
Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung geeignet
sind, können
Aminoplastharze und Phenoplastharze sowie Mischungen derselben als Härtungsmittel
für OH-,
COOH-, amid- und carbamatfunktionelle Gruppen enthaltende Materialien
umfassen. Beispiele von Aminoplast- und Phenoplastharzen, die als
Härtungsmittel
in den härtbaren
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind
solche, die in dem
U.S. Patent
Nr. 3,919,351 in Spalte 5, Zeile 22 bis Spalte 6, Zeile
25 beschrieben werden.
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Es
sind auch Polyisocyanate und blockierte Polyisocyanate als Härtungsmittel
für OH-
und primäre und/oder
sekundäre
aminogruppenhaltige Materialien geeignet. Beispiele von Polyisocyanaten
und blockierten Isocyanaten, die zur Verwendung als Härtungsmittel
in den härtbaren
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind
solche, die in dem
U.S. Patent
Nr. 4,546,045 in Spalte 5, Zeilen 16–38 und in dem
U.S. Patent Nr. 5,468,802 in Spalte
3, Zeilen 48–60
beschrieben werden.
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Es
sind Anhydride als Härtungsmittel
für OH-
und primäre
und/oder sekundäre
amingruppenhaltige Materialien auf dem Gebiet wohlbekannt. Beispiele
von Anhydriden, die zur Verwendung als Härtungsmittel in den härtbaren
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind
solche, die in dem
U.S. Patent
Nr. 4,798,746 in Spalte 10, Zeilen 16 bis 50 und in dem
U.S. Patent Nr. 4,732,790 in
Spalte 3, Zeilen 41 bis 57 beschrieben werden.
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Polyepoxide
als Härtungsmittel
für COOH-funktionelle
Gruppen enthaltende Materialien sind auf dem Gebiet wohlbekannt.
Beispiele von Polyepoxiden, die zur Verwendung als Härtungsmittel
in den härtbaren
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind
solche, die in dem
U.S. Patent
Nr. 4,681,811 in Spalte 5, Zeilen 33 bis 58 beschrieben
werden.
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Polysäuren als
Härtungsmittel
für epoxyfunktionelle
Gruppen enthaltende Materialien sind auf dem Gebiet wohlbekannt.
Beispiele von Polysäuren,
die zur Verwendung als Härtungsmittel
in den härtbaren
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind
solche, die in dem
U.S. Patent
Nr. 4,681,811 in Spalte 6, Zeile 45 bis Spalte 9, Zeile
54 beschrieben werden.
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Polyole,
d. h. ein Material mit im Mittel zwei oder mehreren Hydroxylgruppen
pro Molekül,
können
als Härtungsmittel
für NCO-funktionelle
Gruppen enthaltende Materialien und Anhydride und Ester verwendet werden
und sind auf dem Gebiet wohlbekannt. Beispiele dieser Polyole sind
solche, die in dem
U.S. Patent
Nr. 4,046,729 in Spalte 7, Zeile 52 bis Spalte 8, Zeile
9; Spalte 8, Zeile 29 bis Spalte 9, Zeile 66 und in dem
U.S. Patent Nr. 3,919,315 in
Spalte 2, Zeile 64 bis Spalte 3, Zeile 33 beschrieben werden.
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Es
können
auch Polyamine als Härtungsmittel
für NCO-funktionelle
Gruppen enthaltende Materialien und für Carbonate und ungehinderte
Ester verwendet werden und sind auf dem Gebiet wohlbekannt. Beispiele von
Polyaminen, die zur Verwendung als Härtungsmittel in den härtbaren
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind
solche, die in dem
U.S. Patent
Nr. 4,046,729 in Spalte 6, Zeile 61 bis Spalte 7, Zeile
26 beschrieben werden.
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Falls
dies gewünscht
wird, können
geeignete Mischungen von Härtungsmitteln
verwendet werden. Es sollte erwähnt
werden, dass solche härtbaren
Zusammensetzungen als eine Einkomponentenzusammensetzung formuliert
werden können,
wenn ein Härtungsmittel
wie ein Aminoplastharz und/oder eine blockierte Isocyanatverbindung,
wie solche, die oben beschrieben werden, mit anderen Zusammensetzungskomponenten vermischt
werden. Die Einkomponentenzusammensetzung kann so wie sie formuliert
wird lagerstabil sein. Alternativ dazu können Zusammensetzungen als
Zweikomponentenzusammensetzungen formuliert werden, wobei zum Beispiel
ein Polyisocyanathärtungsmittel
wie solche, die oben beschrieben werden, zu einem vorgemischten
Gemisch der anderen Zusammensetzungskomponenten direkt vor dem Auftragen
hinzu gegeben werden. Die vorgeformte Mischung kann Härtungsmittel,
zum Beispiel Aminoplastharze und/oder blockierte Isocyanatverbindungen,
wie solche, die oben beschrieben werden, enthalten.
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Beispiele
von Polymeren, die zur Herstellung des Harzes in den Beschichtungszusammensetzungen der
vorliegenden Erfindung nützlich
sind, umfassen hydroxylfunktionelle Gruppen enthaltende Acryl- und
Polyestercopolymere, die mit einem Polyisocyanathärtungsmittel
kombiniert werden.
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Das
filmbildende Harz ist im Allgemeinen in der vorliegenden Beschichtungszusammensetzung
in einer Menge von mehr als ungefähr 30 Gewichtsprozent wie mehr
als ungefähr
40 Gewichtsprozent und weniger als 90 Gewichtsprozent vorhanden,
wobei die Gewichtsprozentangabe auf das gesamte Feststoffgewicht
der Zusammensetzung bezogen ist. Zum Beispiel kann der Gewichtsprozentteil
des Harzes zwischen 30 und 90 Gewichtsprozent liegen. Wenn ein Härtungsmittel
verwendet wird, ist es im Allgemeinen in einer Menge von bis zu
70 Gewichtsprozent, typischerweise zwischen 10 und 70 Gewichtsprozent
vorhanden; diese Gewichtsprozentangabe ist auch auf das Gesamtgewicht
der Feststoffe in der Beschichtungszusammensetzung bezogen.
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Die
vorliegenden Zusammensetzungen können
aus filmbildenden Harzen hergestellt werden, die flüssig sind,
das heißt,
aus auf Wasser basierenden oder auf Lösungsmittel basierenden Systemen.
Typischerweise enthalten die Zusammensetzungen als Verdünnungsmittel
organische Lösungsmittel
und Mischungen aus Wasser und organischen Lösungsmitteln. Organische Lösungsmittel,
in denen die vorliegenden Beschichtungszusammensetzungen dispergiert
werden können,
umfassen zum Beispiel Alkohole, Ketone, aromatische Kohlenwasserstoffe,
Glykolether, Ester oder Mischungen davon. Das Verdünnungsmittel
ist im Allgemeinen in Mengen im Bereich von 5 bis 80 Gewichtsprozent
wie 30 bis 50 Prozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung
vorhanden.
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Die
Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können auch
wahlweise Inhaltsstoffe wie solche enthalten, die auf dem Gebiet
der Formulierung von Oberflächenbeschichtungen
bekannt sind. Solche wahlweisen Inhaltsstoffe können zum Beispiel oberflächenaktive
Mittel, Fliessteuerungsmittel, Thi xotropiemittel, Füllstoffe,
Entgasungsmittel, organische Cosolvenzien, Katalysatoren, Antioxidationsmittel, Lichtstabilisatoren,
UV-Absorbtionsmittel und andere übliche
Inhaltsstoffe umfassen. Es können
alle auf dem Gebiet bekannten Hilfsstoffe verwendet werden, die
keine Kompatibilitätsprobleme
haben. Nicht beschränkende
Beispiele dieser Materialien und geeigneter Mengen werden in den
U.S. Patenten Nr. 4,220,679 ;
4,403,003 ;
4,147,769 und
5,071,904 beschrieben. Typischerweise
kann jeder der wahlweisen Inhaltsstoffe in Mengen von so niedrig
wie 0,01 Gewichtsprozent bis so hoch wie 20,0 Gewichtsprozent vorhanden
sein. Üblicherweise
wird die Gesamtmenge der wahlweisen Inhaltsstoffe im Bereich von
0,01 bis 25 Gewichtsprozent liegen. Die Gewichtsprozentangabe ist
auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bezogen.
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Beispiele
von anorganischen Teilchen umfassen Aluminiumsilicat und Borsilicatglas.
Es können
Mischungen von allen der oben genannten Teilchen verwendet werden.
In einer Ausführungsform
enthalten die Teilchen in den Beschichtungszusammensetzungen Aluminiumsilicat.
In einer anderen Ausführungsform
enthalten die Teilchen in den Beschichtungszusammensetzungen Borsilicatglas.
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Die
oben aufgelisteten Teilchen sind weit verbreitet käuflich verfügbar. Zum
Beispiel sind Aluminiumsilicatteilchen von der NanoMaterials Research
Corporation und Borsilicatglas, das als SUNSPHERES vertrieben wird,
von der Suncolor Corporation verfügbar. Man wird erkennen, dass
viele käuflich
verfügbare
Produkte tatsächlich
Verbundstoffe oder Legierungen von einem oder mehreren Materialien
sind. Solche Teilchen liegen gleichermaßen im Umfang der vorliegenden
Erfindung.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Teilchen haben eine Teilchengröße im Bereich
von 5 bis 1.000 Nanometern, typischerweise 5 bis 700 Nanometern.
Es können
alle oben aufgelisteten Teilchen in jeder Größe in diesen Bereichen gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. In einer Ausführungsform haben die Teilchen
wie Aluminiumsilicat eine Teilchengröße im Bereich von 10 bis 400
Nanometern. In einer Ausführungsform
haben die Teilchen wie Borsilicatkügelchen eine Teilchengröße im Bereich
von 5 bis 600 Nanometern. Die Teilchengröße kann gemäß jedem Verfahren bestimmt
werden, das auf dem Gebiet bekannt ist, wie durch ein konventionelles
Analysegerät
für Teilchengrößen. Für Teilchengrößen von
weniger als 1.000 Nanometern (1 Mikron) kann eine Transmissionselektronenmikroskopie
(„TEM") verwendet werden.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Teilchen haben eine Oberfläche zwischen
5 und 150 Quadratmetern pro Gramm. Jedes der oben aufgelisteten
Teilchen kann in diesen Bereichen gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden. In einer Ausführungsform
haben die Teilchen wie Aluminiumsilicat eine Oberfläche zwischen
25 und 125 Quadratmetern pro Gramm. In einer Ausführungsform
haben die Teilchen wie Borsilicatglaskügelchen eine Oberfläche zwischen
13 und 16 Quadratmetern pro Gramm. „Oberfläche" bezieht sich auf die Gesamtfläche der
exponierten Oberfläche
(Kontaktfläche
zwischen zwei verschiedenen Stoffzuständen) eines fein verteilten
Feststoffes mit Unregelmäßigkeiten
jeder Art.
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Die
Oberfläche
kann entsprechend jedem Verfahren, das auf dem Gebiet bekannt ist,
bestimmt werden, wie durch das BET-Verfahren.
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Die
Form oder Morphologie der Teilchen kann abhängig von der Art des gewählten oder
der gewählten Teilchen
variieren. Zum Beispiel können
im Allgemeinen kugelförmige
Teilchen wie kristalline Materialien, feste Kügelchen, Mikrokügelchen
oder hohle Kügelchen
verwendet werden, sowie Teilchen, die plattenförmige, kubisch oder nadelförmig (d.
h. langgestreckt oder faserartig) sind. Die Teilchen können auch
eine zufällige
oder nicht einheitliche Morphologie aufweisen. Zusätzlich können die
Teilchen eine innere Struktur aufweisen, die hohl, porös oder lückenfrei
ist oder jede Kombination davon wie ein hohles Zentrum mit porösen oder
festen Wänden.
Man wird anerkennen, dass verschiedene Teilchenformen für eine Anwendung
gegenüber
einer anderen mehr geeignet sein können. Die Teilchenform kann
jedoch für
andere Anwendungen irrelevant sein. Man wird erkennen, dass Kombinationen
von Teilchen mit verschiedenen Morphologien verwendet werden können, um
die gewünschten
Eigenschaften auf die fertige Beschichtung zu vermitteln.
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Die
Teilchen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können eine
Mischung aus Teilchen mit verschiedenen Größen sein. Die Mischung kann
10 bis 50 Gewichtsprozent von Teilchen mit einer Teilchengröße in dem
Bereich von 5 bis 400 Nanometern und 50 bis 90 Gewichtsprozent von
Teilchen mit einer Teilchengröße in dem
Bereich von 400 bis 1.000 Nanometern enthalten. In einer Ausführungsform
haben die Teilchen wie eine Mischung aus Borsilicatglaskügelchen
verschiedene Teilchengrößen. Die
Mischung enthält 10
bis 50 Gewichtsprozent von Teilchen mit einer Teilchengröße in dem
Bereich von 5 bis zu 400 Nanometern und 50 bis 90 Gewichtsprozent
von Teilchen mit einer Teilchengröße in dem Bereich von 400 bis
1.000 Nanometern.
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Die
Teilchen sind typischerweise in der härtbaren Beschichtungszusammensetzung
der vorliegenden Erfindung in einem Gewichtsverhältnis der Teilchen zu dem filmbildenden
Harz von 0,2 bis 2,0 vorhanden. In einer Ausführungsform enthält die Beschichtungszusammensetzung
ein Gewichtsverhältnis
von Rußpigmenten
zu filmbildendem Harz von wenigstens 0,04 und ein Gewichtsverhältnis von
Teilchen zu filmbildendem Harz von wenigstens 0,25. Man wird erkennen,
dass sich die Korrosionsbeständigkeit
verbessern wird, wenn sich die Konzentration der Teilchen erhöht. Die
unten in dem Abschnitt mit Beispielen beschriebenen Test können durch
die Fachleute auf dem Gebiet verwendet werden, um zu bestimmen,
welcher Gewichtsprozentteil von Teilchen den gewünschten Grad an Schutz ergeben
wird.
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Sowohl
die Größe der verwendeten
Teilchen wie auch die Teilchenkonzentration können nicht nur die Korrosionsbeständigkeit,
sondern auch das Aussehen der gehärteten Beschichtung beeinflussen.
Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung enthalten
relativ hohe Konzentrationen von Teilchen ohne negativen Einfluss
auf das Aussehen einer gehärteten
Beschichtung im Vergleich zu einer ähnlichen Beschichtung ohne
Teilchen. Ein Fachmann auf dem Gebiet kann die Teilchengröße und Konzentration optimieren,
um den gewünschten
Grad an Korrosionsbeständigkeit
ohne nachteiliges Beeinflussen des Aussehens oder anderer mechanischer
Eigenschaften der gehärteten
Beschichtungen zu erreichen. Mischungen von Teilchen mit verschiedenen
Größen können für eine gegebene
Anwendung besonders geeignet sein.
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Die
Teilchen der vorliegenden Erfindung können zu jedem Zeitpunkt während der
Formulierung der Beschichtungszusammensetzung hinzu gegeben werden
und sollten eine stabile Suspension in dem filmbildenden Harz bilden.
Zum Beispiel können
die härtbaren
Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung durch
zuerst das Mischen des filmbildenden Harzes, der Mehrzahl der Teilchen
und des Verdünnungsmittels
in einem geschlossenen Behälter,
der keramische Mahlmedien enthält,
hergestellt werden. Das Gemisch wird stark scherenden Belastungsbedingungen
ausgesetzt, wie durch das Schütteln
auf einem Hochgeschwindigkeitsschüttler für mehrere Stunden. Das Gemisch
wird einer stark scherenden Belastung ausgesetzt, bis eine homogene
Dispersion der Teilchen in dem filmbildenden Harz ohne ein sichtbares
Absetzen von Teilchen in dem Behälter
suspendiert bleibt. Es ist zu verstehen, dass falls dies gewünscht wird,
jede Art der Anwendung einer Belastung auf das Gemisch verwendet
werden kann, so lange eine ausreichende Belastung aufgetragen wird,
um eine stabile Suspension der Teilchen in dem filmbildenden Harz
zu ergeben.
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Die
Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können verwendet
werden, um eine Einzelbeschichtung, zum Beispiel eine Monobeschichtung,
einen klaren Decklack oder eine Basisbeschichtung in einem zweischichtigen
System oder beides zu ergeben; oder um eine oder mehrere Schichten eines
mehrschichtigen Systems zu ergeben, das eine klare Decklackzusammensetzung,
eine Farbschicht und/oder eine Basisbeschichtungszusammensetzung
und/oder eine Grundierschicht umfasst.
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Wie
es der Fachmann auf dem Gebiet verstehen würde, wird die Filmdicke der
Beschichtung und die Härtungstemperaturen
und -bedingungen von der Art der zu bildenden Beschichtungsschicht,
d. h. eine Grundierbeschichtung, eine Basisbeschichtung, ein klarer
Decklack, ein Monolack; sowie von der Beschichtungszusammensetzung
selbst abhängen,
d. h. ob wärmehärtend, thermoplastisch,
ob bei Umgebungsbedingungen oder durch Erhitzen härtbar, und
falls wärmehärtend, der
Art der erforderlichen Härtungsreaktion
abhängen.
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Die
Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung können durch jedes konventionelle
Verfahren wie Aufpinseln, Tauchen, Fliesbeschichten, Rollbeschichten,
konventionelles und elektrostatisches Sprühen aufgetragen werden. Die
Sprühtechniken
werden am Häufigsten
verwendet. Typischerweise ist die Filmdicke für flüssige Beschichtungen wenigstens
0,5 Mil und kann im Bereich zwischen 0,5 und 5 Mil liegen.
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Es
können
eine Reihe von Beschichtungszusammensetzungen bei Umgebungstemperatur
gehärtet werden,
wie solche mit einem Polyisocyanat- oder Polyanhydridhärtungsmittel,
oder sie können
bei minimal erhöhten
Temperaturen gehärtet
werden, um die Härtung
zu beschleunigen. Ein Beispiel wäre
Drucklufthärten in
einer Kabine mit einem Durchzug nach unten bei ungefähr 40°C bis 60°C, was in
der Automobillackindustrie üblich
ist. Die bei Umgebungstemperatur härtbaren Zusammensetzungen werden üblicherweise
als Zwei (2)-Packungssysteme („2K") hergestellt, bei
denen das bei Umgebungstemperatur härtbare Härtungsmittel („Vernetzungspackung") von dem filmbildenden
Harz („Harzpackung"), das die reaktive
funktionelle Gruppe enthält,
getrennt gehalten wird. Die Packungen werden kurz vor dem Auftragen
kombiniert.
-
Die
wärmehärtenden
Beschichtungszusammensetzungen wie solche, die blockierte Isocyanat-,
Aminoplast-, Phenoplast-, Polyepoxid- oder Polysäurehärtungsmittel verwenden, können als
Einpackungssystem („1K") hergestellt werden.
Diese Zusammensetzungen werden bei erhöhten Temperaturen typischerweise
für 1 bis
30 Minuten bei ungefähr
250°F bis
ungefähr
450°F (121°C bis 232°C) bei einer
Temperatur, die hauptsächlich
von der Art des verwendeten Substrats abhängig ist, gehärtet. Die
Verweilzeit, d. h. die Zeit, die das beschichtete Substrat zu Härtungszwecken
einer erhöhten
Temperatur ausgesetzt wird, hängt
von den verwendeten Härtungstemperaturen
sowie der Dicke des nassen Films der aufgetragenen Beschichtungszusammensetzung
ab. Zum Beispiel erfordern beschichtete elastische Automobilteile
eine lange Verweilzeit bei einer niedrigen Härtungstemperatur (z. B. 30
Minuten bei 250°F
(121°C)),
wohingegen beschichtete Getränkebehälter aus
Aluminium eine sehr kurze Verweilzeit bei einer sehr hohen Härtungstemperatur
(z. B. 1 Minute bei 375°F
(199°C))
erfordern.
-
1K-Systeme
können
auch durch Aussetzen an actinische Strahlung wie UV-Licht oder einen
Elektronenstrahl gehärtet
werden.
-
Die
Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können auf
eine Reihe von Substraten aufgetragen werden, zum Beispiel Automobilsubstrate
wie Kotflügel,
Hauben, Türen
und Stoßstangen sowie
industrielle Substrate wie Haushaltsgeräte einschließlich Klappen
und Deckel von Waschmaschinen und Trocknern, Gefrierschranktüren und
Seitenklappen, Belichtungsanlagen und metallische Büromöbel. Solche
Automobil- und Industriesubstrate können metallisch, zum Beispiel
Aluminium, galvanisierter Stahl und unbehandelter Stahl sein.
-
Die
Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung sind besonders als
Decklacke und/oder Basislacke in Farbe-plus-Klarlack-Zusammensetzungen
nützlich.
Die Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung in der pigmentierten
Form können
direkt auf ein Substrat zur Bildung einer Farbeschichtung (entweder eine
gefärbte
Basisbeschichtung oder ein gefärbter
Decklack) aufgetragen werden. Wenn sie als ein gefärbter Decklack
verwendet werden, sind Beschichtungsdicken von 12,7 bis 127 μm (0,5 bis
5,0 Mil) üblich.
Wenn sie als gefärbter
Basislack verwendet werden, sind Dicken von 2,54 bis 25,4 μm (0,1 bis
2,0 Mil) üblich.
-
Dem
entsprechend ist die vorliegende Erfindung zudem auf ein metallisches
Substrat wie unbehandelten Stahl gerichtet, das direkt mit einer
oder mehreren der vorliegenden Zusammensetzungen beschichtet ist.
Die Zusammensetzungen und die Art des Auftragens derselben werden
oben beschrieben.
-
In
einer Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Verbesserung
der Korrosionsbeständigkeit
eines Substrats gerichtet, das das Aufbringen der vorliegenden Zusammensetzungen
auf wenigstens einen Teil des Substrats umfasst. Das Aufbringen
kann durch alle Mittel, die auf dem Gebiet bekannt sind, bis zur
oben beschriebene Dicke erfolgen. Die gehärtete Beschichtung hat eine
um mindestens 10 Prozent größere oder
um mindestens 50 Prozent größere Korrosionsbeständigkeit
im Vergleich zu einer ähnlichen
Beschichtung ohne Teilchen, wenn sie direkt auf unbehandelten Stahl
aufgetragen wird.
-
In
einer anderen Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung auf eine gehärtete Beschichtung gerichtet,
die nicht mehr als 15 Prozent Änderung
im 20°-Glanz
und dem (DOI) im Vergleich zu einer ähnlichen Beschichtung ohne
Teilchen aufweist.
-
Das
Aussehen der gehärteten
Beschichtung wird durch den 20°-Glanz
und die Unterscheidbarkeit des Bildes („distinctness of image", DOI) charakterisiert.
Diese Tests sind auf dem Gebiet als Techniken zur Messung des Aussehens
einer gehärteten
Beschichtung bekannt. Eine gehärtete
Beschichtung, die große
Zahlen für
den 20°-Glanz
und die DOI-Messungen generiert, hat ein besseres Aussehen im Vergleich
zu einer gehärteten
Beschichtung, die niedrige Zahlen für die beiden Messungen generiert.
Das Aussehen wird nicht nachteilig beeinträchtigt, wenn der Unterschied
in dem 20 Grad-Glanz und des DOI zwischen zwei gehärteten Beschichtungen
nicht mehr als 15 Prozent beträgt.
Zum Beispiel bedeutet der Begriff „beeinträchtigt das Aussehen nicht nachteilig", dass der Verlust
an Glanz und DOI der gehärteten
Beschichtung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer ähnlichen
Beschichtung ohne Teilchen nicht mehr als 15 Prozent wäre.
-
Wie
er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Korrosion" auf ein allmähliches
Abnutzen oder Verändern
durch einen chemischen oder elektrochemischen oxidierenden Prozess.
Metallische Substrate korrodieren in der Gegenwart von Sauerstoff
und Wasser. Der Korrosionsprozess wird durch einen Fluss an Elektrizität von einem
Metall zu einem anderen Metall ausgelöst und das Vorhandensein eines
Elektrolyten wie Salz ist für
das Zustandekommen des Prozesses wesentlich. „Korrosionsbeständigkeit" ist die Messung
der Korrosionsverhinderung auf dem Metallsubstrat.
-
Ein
nützlicher
Test, der auf dem Gebiet bekannt ist, um die Korrosionsbeständigkeit
eines beschichteten Substrats zu messen, ist ASTM B117 (Salzsprühtest).
In diesem Test wird das beschichtete Substrat mit einem Messer angeritzt,
um das blanke Metallsubstrat freizulegen. Das angeritzte Substrat
wird in eine Testkammer platziert, in der eine wässrige Salzlösung kontinuierlich
als Nebel auf das Substrat aufgetragen wird. Die Kammer wird bei
einer konstanten Temperatur gehalten. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das be schichtete Substrat der Umgebung
mit Salzsprühung
für 250
Stunden ausgesetzt. Nach dem Aussetzen wird das beschichtete Substrat
aus der Testkammer entfernt und auf eine Korrosion entlang des Kratzers
ausgewertet. Korrosion wird durch „Ritzkriechen" gemessen, das als
die gesamte Strecke definiert wird, die die Korrosion quer zum Ritzes
fortschreitet, die in Millimetern gemessen wird.
-
Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildeten Beschichtungen können, wenn sie gehärtet sind, bessere
Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit
im Vergleich zu einer ähnlichen
Beschichtung ohne Teilchen aufweisen. „Größere Korrosionsbeständigkeit" ist als weniger
Ritzkriechen im Vergleich zu einer ähnlichen Beschichtung ohne
Teilchen definiert, wie es in Millimetern gemessen wird.
-
Wie
sie hierin verwendet werden, es sei denn, dies wird ausdrücklich anderweitig
spezifiziert, können alle
Zahlen wie solche, die Werte, Bereiche, Mengen oder Prozentangaben
ausdrücken,
so gelesen werden, als ob ihnen das Wort „ungefähr" vorsteht, sogar dann, wenn der Begriff
nicht ausdrücklich
erscheint. Es sind auch alle hierin genannten numerischen Bereiche
dazu vorgesehen, alle darin subsumierten Unterbereiche mit zu umfassen.
Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Polymer" auf Oligomere und
sowohl Homopolymere wie auch Copolymere und die Vorsilbe „Poly" bezieht sich auf
zwei oder mehr.
-
Die
folgenden Beispiele sind zur Erläuterung
der Erfindung vorgesehen, die nicht als beschränkend für die Erfindung in Bezug auf
deren Details anzusehen sind. Alle Teil- und Prozentangaben in den
Beispielen sowie in der gesamten Beschreibung sind nach Gewicht,
es sei denn, dies wir anderweitig angezeigt.
-
BEISPIELE
-
Die
folgenden Beispiele sind dazu vorgesehen, die Erfindung zu erläutern und
sollten nicht als die Erfindung in irgendeiner Weise beschränkend ausgelegt
werden.
-
Beispiel 1
-
Teilchen
wurden in den harzhaltigen Teil der flüssigen Beschichtungszusammensetzungen
als Zweipackungssysteme der Proben 2 bis 5 einformuliert, wobei
die Bestandteile in Tabelle 1 in Gramm aufgelistet sind. Für den Vergleich
mit den Proben 2 bis 5 wurde das Beispiel 1 ohne Teilchen durch
aufeinanderfolgendes Mischen von jeder Komponente unter Verwendung
einer Cowles-Klinge hergestellt.
-
Die
Teilchen in den Proben 2 bis 5 wurden durch zuerst das Mischen der
Teilchen mit Joncryl 500, Polyesterharz, Ircogel 906, DT870 und
Solsperse 32500 in den in Tabelle 1 gezeigten Mengen eingebaut.
Diese Mischung wurde in einem geschlossenen Acht (8)-Unzen Gefäß, das Mahlmedien
Zirkoniumoxid enthält,
für fünf (5) Stunden
auf ein Hochgeschwindigkeitsschüttler
gemahlen. Danach wurden zusätzliche
Bestandteile aus Chisorb 328, Tinuvin 292, Dibutylzinndilaurat,
Vanox ZMTI und n-Butylacetat zu der Mischung hinzu gegeben und in
einem Hochgeschwindigkeitsschüttler
für weitere
zwei (2) Stunden gemahlen. Nachdem das Mahlen vollständig war,
wurde das Material aus dem geschlossenen Becher entfernt und filtriert,
um die Mahlmedien zu entfernen. Es wurde dann Toner F3547 zu der
gemahlenen Mischung in der in Tabelle 1 gezeigten Menge hinzu gegeben.
Diese Mischung wird die „Harzpackung" genannt. Die "Vernetzungspackung" wurde durch das
Vermischen der Komponenten in den in Tabelle 1 gezeigten Mengen
hergestellt. Tabelle 1
| Probe
1x | Probe
2 | Probe
3 | Probe
4 | Probe
5 |
„Harzpackung" | | | | | |
Joncryl
5001 | 17,21 | 14,49 | 12,42 | 9,71 | 8,79 |
Polyesterharz2 | 13,02 | 10,96 | 9,40 | 7,34 | 6,65 |
UVT
Sunspheres 0,05 KAT 253 | - | 18,66 | 32,76 | 50,94 | 57,50 |
Ircogel
9064 | 1,50 | 1,26 | 1,08 | 0,85 | 0,77 |
DT8705 | - | 6,34 | 11,26 | 17,70 | 19,92 |
Solsperse
325006 | - | 0,27 | 0,49 | 0,75 | 0,85 |
Chisorb
3287 | 1,29 | 1,09 | 0,93 | 0,73 | 0,66 |
Tinuvin
2928 | 0,85 | 0,72 | 0,61 | 0,48 | 0,44 |
Dibutylzinndilaurat9 | 0,09 | 0,07 | 0,06 | 0,05 | 0,04 |
Vanox
ZMTI10 | 1,63 | 1,37 | 1,17 | 0,92 | 0,83 |
n-Butylacetat11 | 17,53 | 14,76 | 12,65 | 9,98 | 8,95 |
Toner
F354712 | 44,94 | 37,84 | 32,44 | 25,35 | 22,96 |
"Vernetzerpackung" | | | | | |
Tolonate
HDTLV13 | 16,79 | 14,14 | 12,12 | 9,47 | 8,58 |
Luxate
IT107314 | 16,96 | 14,28 | 12,24 | 9,56 | 8,68 |
Silquest
A-18715 | 6,02 | 5,07 | 4,34 | 3,39 | 3,07 |
DT870 | 22,18 | 18,67 | 16,01 | 12,51 | 11,33 |
- 1Joncryl 500, Polyesterharz
von SC Johnson & Sohn.
- 2Polyesterharz, gebildet aus Isostearinsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure und
Trimethylolpropan (Gewichtsverhältnis
von 39,2/23,8/37,0) mit 93% Feststoffen in Methyl-n-amylketon und
Xylol (Gewichtsverhältnis
von 56,8/43,2)
- 3UVT Sunspheres 0,05 KAT25, Teilchen
aus Borsilicatglas von der Suncolor Corp.
- 4Ircogel 906, Rheologiesteuerungsadditiv
von der Lubrizol Corporation.
- 5DT870, Lösungsmittelgemisch von PPG
Industries, Inc.
- 6Solsperse 32500, Dispersionsmittel
von Avecia.
- 7Chisorb 328, Arcylharz von der Chitec
Chemical Company.
- 8Tinuvin 292, flüssiger gehinderter Aminlichtstabilisator
von der CIBA Specialty Chemicals.
- 9Dibutylzinndilaurat, Zinnkatalysator
von Air Products & Chemicals,
Inc.
- 10Vanox ZMTI, Antioxidationsmittel von
RT Vanderbilt.
- 11n-Butylacetat, Lösungsmittel von der BASF Corporation.
- 12Toner F3547, Delfleet Evolution Carbon
Black Tinter von PPG Industries, Inc.
- 13Tolonate HDTLV, Hexamethylendiisocyanattrimer
von Rhodia.
- 14Luxate IT1073, Polyisocyanat von Lyondell.
- 15Silquest A-187, Silan von der Crompton
Corp.
- xVergleichsbeispiel
-
Die „Harzpackung" wurde mit der „Vernetzerpackung" direkt vor dem Auftragen
auf das Substrat mittels Handsprühen
unter Verwendung einer Sprühpistole
De-Vilbiss GTI HVLP
mit einer 1,4er Spitze vermischt. Proben 1 bis 5 wurden direkt auf
kaltgerollte Stahltestplatten APR10288, Testplatten APR18661 E60
EZG 60G und unpolierte Testplatten aus Aluminium APR21047 2024T3,
die von ACT Laboratories verfügbar
sind, sprühappliziert.
Es wurde ein Durchgang aufgebracht gefolgt durch Trocknen bei Umgebungstemperatur
für zehn (10)
Minuten und dann wurde ein zweiter Durchgang aufgebracht. Es wurde
eine Dicke für
den fertigen trockenen Film von 1,5 bis 2,8 Mil aufgetragen. Alle
beschichteten Substrate wurden bei Umgebungsbedingungen für sieben
(7) Tage vor den Test härten
gelassen.
-
Zusätzlich zu
den Beschichtungen von Tabelle 1 wurden die gleichen Substrate mit
einem Grundierungs- und Decklacksystem beschichtet, das üblicherweise
als ein Standard in der Industrie verwendet wird. Die Grundierung,
die käuflich
von PPG Industries, Inc. als DP40LF Non Sanding Epoxy Primer verfügbar ist, wurde
mit DP401LF Epoxy Primer Catalyst in einem Volumenverhältnis von
2:1 entsprechend den Instruktionen auf dem technischen Datenblatt
gemischt und unter Verwendung konventionellen Sprühzubehörs durch Sprühen aufgetragen.
Die aufgebrachte Beschichtung wurde bei Umgebungsbedingungen für 30 Minuten
vor dem Auftragen des Decklacks Delfleet Evolution, der auch käuflich von
PPG Industries, Inc. verfügbar
ist, durch Sprühen
härten
gelassen. Der Decklack wurde entsprechend den Instruktionen des
technischen Datenblattes durch Mischen von Delfleet Evolution F3547
Carbon Black Tinter mit F3115 HS High Build Binder in einem Gewichtsverhältnis von
1 zu 1 hergestellt. Diese gemischte Packung wurde dann mit Härter F3260
HS und F3330 Medium Compliant Thinner (Verdünner) in einem Volumenverhältnis von
3 zu 1 zu 1 gemischt. Der gemischte Decklack wurde unter Verwendung
einer Sprühpistole
DeVilbiss GTI HVLP mit einer 1,4er Spitze in einer Dicke des trockenen
Films von 1,0 bis 1,5 Mil durch Sprühen aufgetragen.
-
Die
beschichteten Substrate wurden auf 20°-Glanz, Unterscheidbarkeit (DOI)
und 250 Stunden Salzsprühbeständigkeit
getestet. Der 20°-Glanz
wurde unter Verwendung einer BYK Gardner-micro-TRI-Glanzmessvorrichtung
gemessen. Die Unterscheidbarkeit (DOI) wurde unter Verwendung einer „C-Box", Modell GB11-8 von
Instruments for Research and Industries (I2R)
of Cheltenham, PA gemessen.
-
Das
Verfahren zur Messung der DOI beinhaltet das Platzieren des beschichteten
Substrats auf eine flache Oberfläche
unterhalb der C-Box. Das Licht in der C-Box wurde so angestellt,
dass die Reflektion der beschichteten Oberfläche verwendet werden konnte,
um das Bild von Landoltringen („C's")
auf der Unterseite der C-Box
zu lesen. Die beschichtete Oberfläche wurde durch Sichten bei
ungefähr
15 bis 30 Grad von der Senkrechten in einem Abstand von 25 bis 30
Zentimetern (10 bis 12 Inch) untersucht. Jede Serie von Ringen hatte
einen entsprechenden Zahlenwert (10–100 in Inkrementen von 10),
wobei 100 die kleinste Ringgröße darstellt
und 10 die größte Ringgröße darstellt.
Dem beschichteten Substrat wurde eine DOI-Messung durch zuerst das
Bestimmen des höchsten
Wertes zugeordnet, wenn die gesamte Gruppe der „C's" in
der Reflektion der beschichteten Oberfläche erkennbar war. Als zweites
wurde das nächst
kleinere Größenmuster
angesehen. Wenn nur einige wenige Öffnungen der „C's" sichtbar waren, dann wurde eine Bewertung
des gesamten sichtbaren Musters festgehalten. Wenn wenigstens 50
Prozent der Öffnungen
der „Cs” in dem
Muster mit kleinerer Größe sichtbar
waren, dann wurde eine Bewertung mittig zwischen den zwei Mustern
aufgezeichnet.
-
Die
Salzsprühbeständigkeit
wurde getestet, wie es in ASTM B117 beschrieben wird. Platten, die
aus den Salzsprühtests
entfernt wurden, wurden auf die Ritzkriechkorrosion quer zur Ritze
vermessen. Die Ritzkriechwerte wurden als das Mittel von sechs (6)
Messungen berichtet. Die Ergebnisse der oben erwähnten Tests werden in der folgenden
Tabelle 2 berichtet. Tabelle 2
| Salzsprühbeständigkeit
Ritzkriechlänge
in Millimetern |
| 20°-Glanz | DOI | APR
10288 CRS | APR
18661 EZG 60G | APR
21047 Aluminium |
Grundierung/Decklack Standard | 86 | 80 | 10,4 | 4,3 | 0,7 |
Probe
1 (Vergleich) | 87,5 | 100 | 17 | 7,8 | 2,0 |
Probe
2 | 85,3 | 90 | 14,1 | 2,6 | 0,8 |
Probe
3 | 83,3 | 100 | 12 | 3,8 | 0,6 |
Probe
4 | 83,1 | 100 | 11 | 6,0 | 1,4 |
Probe
5 | 83,1 | 85 | 10,8 | 6,5 | 1,0 |
-
Wie
man in Tabelle 2 sehen kann, ergab die Verwendung der Glasteilchen
aus Borsilicat in den Beschichtungszusammensetzungen (Proben 2 bis
5) eine verbesserte Salzsprühbeständigkeit
im Vergleich zur Probe 1 ohne Glasteilchen aus Borsilicat. Zudem
war das Aussehen der gehärteten
Beschichtungen, wie es durch den 20°-Glanz und DOI gemessen wurde,
nicht nachteilig beeinträchtigt.
Es gab nicht mehr als 15 Prozent Unterschied in den Messungen zwischen
den ge härteten
Beschichtungen mit Teilchen (Proben 2 bis 5) und der gehärteten Beschichtung
ohne Teilchen (Probe 1).
-
Beispiel 2
-
Flüssige Beschichtungszusammensetzungen
aus Zweipackungssystemen wurden unter Verwendung der Komponenten
und Mengen (in Gramm) hergestellt, die in Tabelle 3 gezeigt werden.
Probe 6 war eine Beschichtungszusammensetzung zur Vergleichszwecken,
die keine Teilchen enthält.
Probe 6 wurde durch das aufeinanderfolgende Mischen von jeder der
Komponente unter Verwendung einer Cowls-Klinge hergestellt. Probe
7 wurde durch das Mahlen aller Komponenten in der „Harzpackung" außer dem
Toner F3547 in einem abgeschlossenen acht (8) Unzen-Becher, der
Mahlmedien aus Zirkoniumoxid enthält, für fünf (5) Stunden in einem Hochgeschwindigkeitsschüttler hergestellt.
Die gemahlene Mischung wurde aus dem geschlossenen Becher entfernt
und filtriert, um die Mahlmedien zu entfernen. Der Toner F3547 wurde
dann zu der gemahlenen Mischung in den in Tabelle 3 gezeigten Mengen
hinzu gegeben. Diese Mischung wird „Harzpackung" genannt. Die „Harzpackung" wurde mit der „Vernetzerpackung" direkt vor dem Aufbringen
des Substrats gemischt. Tabelle 3
| Probe
6x | Probe
7 |
"Harzpackung" | | |
Joncryl
500 | 20,58 | 11,27 |
Polyesterharz | 13,90 | 7,61 |
Aluminiumsilicat
# BPT0104-21 | - | 48,78 |
DT870 | - | 14,76 |
Tinuvin
292 | 1,03 | 0,56 |
Tinuvin
3282 | 1,54 | 0,84 |
Dibutylzinndilaurat | 0,10 | 0,06 |
n-Butylacetat | 53,75 | 14,47 |
Byk
3003 | 0,03 | 0,02 |
Vansil
W-104 | 4,51 | - |
Shieldex
AC-55 | 4,52 | - |
Toner
F3547 | 25,35 | 29,42 |
„Vernetzerpackung" | | |
Tolonate
HDTLV | 20,08 | 10,89 |
Luxate
IT1073 | 20,28 | 11,10 |
Silquest
A-187 | 3,28 | 1,80 |
DT870 | 42,42 | 10,13 |
- 1Aluminiumsilicat
#BPT0104-2 von der Nanomaterials Research Corporation.
- 2Tinuvin 328, UV-Absorbtionsmittel von
Ciba Specialty Chemicals.
- 3Byk 300, Fliesmitteladditiv von Byk
Chemie.
- 4Vansil W-10, Streckmittel von RT Vanderbilt.
- 5Shieldex AC-5, Calciumkieselgelpigment
von der Grace Division.
- xVergleichsbeispiel.
-
Die
Proben 6 und 7 wurden auf die Substrate von Beispiel 1 in der beschriebenen
Weise aufgetragen. Die beschichteten Substrate wurden wie in Beispiel
1 beschrieben getestet und die Ergebnisse dieser Tests werden in
der folgenden Tabelle 4 berichtet. Tabelle 4
| Salzsprühbeständigkeit
Ritzkriechlänge
in Millimetern |
| 20°-Glanz | DOI | APR
10288 CRS | APR
18661 EZG 60G | APR
21047 Aluminium |
Probe
6 (Vergleich) | 82 | 90 | 34,5 | Vollständiges Ablösen | 29,0 |
Probe
7 | 77 | 80 | 21,2 | 28,5 | 0,5 |
-
Wie
man in der Tabelle 4 sehen kann, verbesserte die Zugabe von Teilchen
aus Aluminiumsilicat zu Probe 7 die Salzsprühbeständigkeit im Vergleich zur Probe
6 ohne Teilchen aus Aluminiumsilicat. Auch wurde das Aussehen, wie
es sich durch den 20°-Glanz
und die DOI definiert, nicht nachteilig beeinträchtigt. Es gab auch nicht mehr
als 15 Prozent Unterschied in jeder dieser Messungen zwischen den
zwei gehärteten
Beschichtungen.
-
Beispiel 3
-
Flüssige Beschichtungszusammensetzungen
als Zweipackungssysteme wurden unter Verwendung der Komponenten
und Mengen (in Gramm) hergestellt, die in Tabelle 5 gezeigt werden.
Probe 8 war eine Beschichtungszusammensetzung zu Vergleichszwecken,
die keine Teilchen enthält.
Probe 8 wurde durch aufeinanderfolgendes Mischen von jeder Komponente
unter Verwendung einer Cowls-Klinge hergestellt. Probe 9 wurde in
der gleichen Weise wie Probe 7 in Beispiel 2 hergestellt. Tabelle 5
| Probe
8x | Probe
9 |
"Harzpackung" | | |
Joncryl
500 | 20,58 | 14,24 |
Polyesterharz | 13,9 | 9,62 |
Aluminiumsilicat
# BPT0104-2 | - | 48,51 |
DT870 | - | 18,66 |
Tinuvin
292 | 1,03 | 0,71 |
Tinuvin
328 | 1,54 | 1,07 |
Dibutylzinndilaurat | 0,10 | 0,07 |
n-Butylacetat | 3,97 | 18,42 |
Byk
300 | 0,03 | 0,02 |
Vansil
W-10 | 4,51 | 3,12 |
Shieldex
AC-5 | 4,52 | 3,13 |
Toner
F3547 | 53,75 | 37,20 |
„Vernetzerpackung" | | |
Tolonate
HDTLV | 20,08 | 13,90 |
Luxate
IT1073 | 20,28 | 14,03 |
Silquest
A-187 | 3,28 | 2,27 |
DT870 | 42,42 | 10,69 |
-
Die
Proben 8 und 9 wurden auf die Substrate aus Beispiel 1 in der beschriebenen
Weise aufgetragen. Die beschichteten Substrate wurden wie in Beispiel
1 be schrieben getestet und die Ergebnisse dieser Tests werden in
der folgenden Tabelle 6 berichtet. Tabelle 6
| Salzsprühschutz
Ritzkriechlänge
in Millimetern |
| 20°-Glanz | DOI | APR
10288 CRS | APR
18661 EZG 60G | APR
21047 Aluminium |
Probe
8 (Vergleich) | 78,7 | 90 | 27,7 | 23,2 | Vollständiges Ablösen |
Probe
9 | 81,3 | 80 | 11,4 | 10,9 | 9,7 |
-
Wie
man in Tabelle 6 sehen kann, verbesserte die Zugabe von Teilchen
aus Aluminiumsilicat zu Probe 9 die Salzsprühbeständigkeit im Vergleich zu Probe
8 ohne Teilchen aus Aluminiumsilicat. Auch war das Aussehen, wie
es sich durch den 20°-Glanz
und die DOI definiert, nicht nachteilig beeinträchtigt. Es gab nicht mehr als
15 Prozent Unterschied in jeder dieser Messungen zwischen den zwei
gehärteten
Beschichtungen.
-
Beispiel 4
-
Es
wurden flüssige
Beschichtungszusammensetzungen als Zweipackungssysteme unter Verwendung der
Komponenten und Mengen (in Gramm) hergestellt, die in Tabelle 7
gezeigt werden. Probe 10 war eine Beschichtungszusammensetzung zu
Vergleichszwecken, die keine Teilchen enthält. Probe 10 wurde durch aufeinanderfolgendes
Mischen von jeder Komponente unter Verwendung einer Cowls-Klinge hergestellt.
Probe 11 wurde in der gleichen Weise wie Probe 7 in Beispiel 2 hergestellt. Tabelle 7
| Probe
10x | Probe
11 |
"Harzpackung" | | |
Joncryl
500 | 18,74 | 11,22 |
Polyesterharz | 12,66 | 7,59 |
UVT
Sunspheres 0,05 KAT 25 | - | - |
UVT
Sunspheres 0,051 | - | 52,94 |
DT870 | - | 14,71 |
Solsperse
32500 | - | 0,47 |
Tinuvin
292 | 0,94 | 0,56 |
Tinuvin
328 | 1,40 | 0,84 |
Dibutylzinndilaurat | 0,09 | 0,06 |
Vanox
ZMTI | 1,49 | 1,47 |
n-Butylacetat | 3,61 | 10,59 |
Byk
300 | 0,03 | 0,02 |
Vansil
W-10 | 4,12 | - |
Shieldex
AC-5 | 4,11 | 1,65 |
Toner
F3547 | 48,64 | 23,91 |
„Vernetzerpackung" | | |
Tolonate
HDTLV | 18,28 | 10,95 |
Luxate
IT1073 | 18,47 | 11,06 |
Silquest
A-187 | 2,99 | 2,03 |
DT870 | 39,13 | 19,54 |
- 1UVT Sunspheres
0,05, Teilchen aus Borsilicatglas von der Suncolor Corporation.
- xVergleichsbeispiel
-
Die
Proben 10 und 11 sowie der Grundierungs- und Decklackstandard, der
in Beispiel 1 beschrieben wird, wurden auf die Substrate von Beispiel
1 in der beschriebenen Weise aufgetragen. Die beschichteten Substrate
wurden wie es in Beispiel 1 beschrieben wird getestet und die Ergebnisse
dieser Tests werden in der folgenden Tabelle 8 berichtet. Tabelle 8
| Salzsprühbeständigkeit
Ritzkriechlänge
in Millimetern |
| 20°-Glanz | DOI | APR
10288 CRS | APR
18661 EZG 60G | APR
21047 Aluminium |
Grundierung/Decklack Standard | 83,3 | 40 | 8,6 | 8,5 | 0,5 |
Probe
10 (Vergleich) | 78,5 | 95 | 23,5 | 16,2 | 1,7 |
Probe
11 | 84,9 | 100 | 17,9 | 6,3 | 2,3 |
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Wie
man in Tabelle 8 sehen kann, verbesserte die Zugabe von Teilchen
aus Borsilicatglas zu Probe 11 die Salzsprühbeständigkeit im Vergleich zu Probe
10 ohne Teilchen aus Borsilicatglas. Auch war das Aussehen, wie
es sich durch den 20°-Glanz und die DOI
definiert, nicht nachteilig beeinträchtigt. Es gab nicht mehr als
15 Prozent Unterschied in jeder dieser Messungen zwischen den zwei
gehärteten
Beschichtungen.
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Obwohl
bestimmte Ausführungsformen
dieser Erfindung oben zum Zwecke der Erläuterung beschrieben wurden,
werden die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass viele Variationen
der Details der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von der Erfindung,
wie sie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert wird, gemacht werden können.