DE60205039T2

DE60205039T2 - Basislackzusammensetzung die niedrige werte für organische flüchtige verbindungen hat und mehrschichtlack

Info

Publication number: DE60205039T2
Application number: DE60205039T
Authority: DE
Inventors: Valerie Crumley; Patricia O'callaghan; Timothy Kandow
Original assignee: CALLAGHAN PATRICIA O; Crumley Valerie Monroe; O'Callaghan Patricia Northville; BASF Corp
Current assignee: CALLAGHAN PATRICIA O; Crumley Valerie Monroe; O'Callaghan Patricia Northville; BASF Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: DE60205039D1; ATE299519T1; EP1472320A1; MXPA04005199A; ES2248636T3; WO2003062335A1; US20030134970A1; CA2468620A1; EP1472320B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft wäßrige vernetzbare Decklackzusammensetzungen mit geringem Gehalt an leichtflüchtigen organischen Verbindungen und insbesondere Automobildecklackzusammensetzungen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Verbundlackierungen mit einer oder mehreren Grundierungsschichten und einer oder mehreren Decklackschichten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Härtbare bzw. warmhärtbare Beschichtungszusammensetzungen sind auf dem Gebiet der Beschichtungen weit verbreitet, insbesondere für Decklacke im Bereich der Autolackierung und der technischen Lackierung. Basislack-Klarlack-Verbundbeschichtungen eignen sich besonders gut als Decklacke, für die außergewöhnliche Glanz-, Farbtiefe- und Abbildungsschärfewerte oder Metallic-Spezialeffekte gefragt sind. In der Automobilindustrie wird von diesen Lacken für Autokarosseriebleche ausgiebig Gebrauch gemacht.
Zur Erfüllung der gesetzlichen Beschränkungen bezüglich der Emissionen organischer Lösungsmittel wird mehr und mehr von wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen und Pulverlackzusammensetzungen Gebrauch gemacht. In letzter Zeit sind insbesondere wäßrige Basislackzusammensetzungen in den Vordergrund gerückt. Wäßrige Basislackzusammensetzungen sind nach verschiedenen Verfahren hergestellt worden. Bei einem Verfahren erfolgt die Herstellung des Basislacks durch Polymerisation eines Acrylpolymers und Vereinigen des Emulsionspolymers mit anderen Substanzen, wie Pigmenten und Vernetzern. Die Emulsionspolymerisation ergibt zwar Vorteile, jedoch ist es für Metallic-Basislackfarben wichtig, die zur Erzielung des gewünschten glänzenden Farbeffekts notwendige Orientierung des Metall plättchenpigments und/oder Perlganz-Plättchenpigments zu erzielen. Die Güte des Metalleffekts in einem Lack steigt mit zunehmender Helligkeit bei Betrachtung des Lacks in einem Winkel von 90 Grad zur Oberflächenebene (Aufsicht) und mit zunehmender Dunkelheit bei Betrachtung in spitzen Winkeln (Schrägsicht). Es ist wünschenswert, die Differenz zwischen der Helligkeit bei Aufsicht und der Dunkelheit bei Schrägsicht zu maximieren. Der Unterschied wird als Flop des Metalliclacks bezeichnet. Der Lack sollte auch einen einheitlichen Metalleffekt haben (d.h. keine Wolkenbildung). Für Metallicfarben und alle Farben ist es auch wichtig, eine glatte, gleichmäßige Lackierung zu erzielen.
Als integrale Schicht einer Verbundbeschichtung auf einem Substrat muß der Basislack auch einen Beitrag zur Bereitstellung der von Autolacken verlangten hervorragenden Steinschlagbeständigkeit leisten. Des weiteren muß der Basislack eine hervorragende Haftung gegenüber jeglicher darunterliegenden Grundierungsschicht und gegenüber dem über dem Basislack aufgebrachten Klarlack aufweisen, so daß sich eine feste Verbundbeschichtung ergibt. Außerdem dürfen die aufgebrachten Basislackzusammensetzungen keine Nadelstich- oder Kocherbildung im Klarlack verursachen, da derartige Mängel schlechte lacktechnische und optische Eigenschaften verursachen. In jüngster Zeit hat das Interesse an wäßrigen Pulverslurry-Klarlacken zu einer neuen Kompatibilitätsanforderung für Basislackzusammensetzungen geführt. Bekannte Basislackzusammensetzungen haben bei Verwendung mit wäßrigen Pulverslurry-Klarlacken zu einem Erscheinungsbild mit Rissen („mud cracking") geführt.
Zur Lösung dieser verschiedenen Probleme von Basislackzusammensetzungen bestand daher Bedarf an einer verbesserten wäßrigen Beschichtungszusammensetzung.
Mitsuji et al. beschreiben in den US-Patentschriften 5,281,655, 5,227,422 und 4,948,829, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, Automobilbasislackzusammensetzungen, die eine Polyurethanharzemulsion, eine zweite Harzemulsion, bei der es sich um ein Acrylharz handeln kann, und einen Vernetzer enthalten. In der US-PS 4,948,829 von Mitsuji wird das Polyurethanharz durch Dispergieren eines isocyanatfunktionellen Prepolymers und Umsetzung des Wassers mit den Isocyanatgruppen zur Kettenverlängerung des Prepolymers hergestellt. Zur Herstellung des Prepolymers werden ein aliphatisches Diisocyanat, ein Polyether- oder Polyesterdiol, ein niedermolekulares Polyol und eine Dimethylolalkansäure verwendet. In den US-Patentschriften 5,281,655 und 5,227,422 von Mitsuji wird das Polyurethanharz durch Umsetzung eines aliphatischen Polyisocyanats, eines hochmolekularen Polyols, einer Dimethylolalkansäure und gegebenenfalls eines Kettenverlängerungsmittels oder Kettenabbruchmittels hergestellt. In den Patentschriften von Mitsuji wird jedoch nicht beschrieben, wie man die gewünschte Steinschlagbeständigkeit für die Verbundbeschichtung erhält oder wie man die für Autoserienlacke geforderte Qualität des Erscheinungsbilds unter Verwendung von wenig oder gar keinen organischen Lösungsmitteln zur Unterstützung der Koaleszenz erhält.
Hatch et al. beschreiben in der US-PS 5,817,735 , auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, eine wäßrige Grundierungszusammensetzung für Golfbälle, die eine Polyurethandispersion und eine Acryldispersion enthält. Die Grundierung hat einen sehr geringen Gehalt an leichtflüchtigem organischem Lösungsmittel, was für die Minimierung von gesetzlichen Vorschriften unterliegenden Emissionen des Lackierverfahrens wichtig ist. In dieser Patentschrift von Hatch wird jedoch keine härtbare (warmhärtende) Zusammensetzung beschrieben. Noch wichtiger ist, daß die Golfballgrundierungen aus der Patentschrift von Hatch nicht die für einen Autolack geforderten Eigenschaften, wie z.B. gutes metallisches Aussehen und Steinschlagbeständigkeit, liefern.
In der Patentschrift von Hatch werden keine Basislackzusammensetzungen offenbart oder beschrieben, und es wird auch nicht nahegelegt, wie man das metallische Aussehen in Metallic-Basislacken optimiert.
Es wäre daher wünschenswert, über eine Basislackzusammensetzung zu verfügen, die einen verbesserten Flop für Metallicfarben und andere Eigenschaften, die für einen Automobilbasislack wichtig sind, liefert und außerdem mit einem sehr geringen Gehalt an leichtflüchtigem organischem Lösungsmittel formuliert werden kann.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine warmhärtende Basislackzusammensetzung, die ein Polyurethanpolymer, ein Acrylpolymer und eine Vernetzungskomponente, die gegenüber dem Polyurethanpolymer und/oder dem Acrylpolymer reaktiv ist, enthält. Das Polyurethanpolymer weist eine Glasübergangstemperatur von 0°C oder weniger auf. Das Acrylpolymer weist eine Glasübergangstemperatur auf, die mindestens etwa 20°C über der Glasübergangstemperatur des Polyurethanharzes liegt. Das Polyurethanpolymer und das Acrylpolymer sind vorzugsweise in einem wäßrigen Medium dispergiert oder emulgiert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich „Emulsion" oder „Dispersion" jeweils sowohl auf Dispersionen als auch auf Emulsionen. Des weiteren weist die Basislackzusammensetzung ein Pigment-Bindemittel-Verhältnis von mindestens etwa 0,5 auf.
Die erfindungsgemäße Basislackzusammensetzung liefert Basislacke mit hervorragender Glätte und hervorragendem Metalleffekt, ohne daß der Zusatz von koaleszierenden Lösungsmitteln erforderlich ist.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Verbundbeschichtung, die als Basislackschicht eine gehärtete Schicht der erfindungsgemäßen Basislackzusammensetzung sowie mindestens eine darüber aufgebrachte Klarlackschicht enthält. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbundbeschichtung eine dritte, darunterliegende Schicht auf, die durch Aufbringen und Härten einer wäßrigen Grundierungszusammensetzung, die ein dispergiertes Polyurethanpolymer mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 0°C oder weniger; ein dispergiertes Acrylpolymer mit einer Glasübergangstemperatur, die mindestens etwa 20°C über der Glasübergangstemperatur des Polyurethanpolymers liegt; und eine Vernetzungskomponente, die gegenüber dem Polyurethanpolymer und/oder dem Acrylpolymer reaktiv ist, enthält, erhältlich ist.
Die erfindungsgemäße Verbundbeschichtung weist auch ohne Verwendung von organischem Cosolvens eine hervorragende Glätte auf.
Nähere Beschreibung der Erfindung
Die Basislackzusammensetzung enthält vorzugsweise ein Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers, des Acrylpolymers und der Vernetzungskomponente. Das erfindungsgemäße Polyurethanpolymer weist eine Glasübergangstemperatur von etwa 0°C oder weniger, vorzugsweise etwa –20°C oder weniger und besonders bevorzugt etwa –30°C oder weniger auf. Die Glasübergangstemperatur des erfindungsgemäßen Polyurethans liegt vorzugsweise im Bereich von etwa –80°C bis etwa 0°C, weiter bevorzugt von etwa –65°C bis etwa –10°C, besonders bevorzugt von etwa –65°C bis etwa –30°C und noch weiter bevorzugt von etwa –60°C bis etwa –35°C.
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polyurethans beträgt vorzugsweise etwa 15.000 bis etwa 60.000, besonders bevorzugt etwa 15.000 bis etwa 40.000 und noch weiter bevorzugt etwa 20.000 bis etwa 35.000.
Polyurethane werden durch Umsetzung mindestens eines Polyisocyanats mit mindestens einem Polyol hergestellt. Die zur Herstellung des Polyurethans verwendeten Reaktanten werden so ausgewählt und bemessen, daß sich die gewünschte Glasübergangstemperatur ergibt. Geeignete Polyisocyanate sind u.a. aliphatische lineare und cyclische Polyisocyanate, die vorzugsweise bis zu 18 Kohlenstoffatome aufweisen, und substituierte und unsubstituierte aromatische Polyisocyanate. Als Beispiele seien im einzelnen, ohne Begrenzung, Ethylen-diisocyanat, 1,2-Diisocyanatopropan, 1,3-Diisocyanatopropan, 1,4-Butylendiisocyanat, Lysindiisocyanat, 1,4-Methylen-bis(cyclohexylisocyanat), Isophorondiisocyanat, Toluoldiisocyanate (z.B. 2,4-Toluoldiisocyanat und 2,6-Toluoldiisocyanat), Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Methylenbis-4,4'-isocyanatocyclohexan, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat, Tetramethylxyloldiisocyanat, meta-Xyloldiisocyanat, 2,2,4-Trimethyl-1,6-hexamethylendiisocyanat, 1,12-Dodecamethylendiisocyanat, Cyclohexan-1,3- und Cyclohexan-1,4-diisocyanat, 1-Isocyanato-2-isocyanatomethylcyclopentan und Kombinationen von zwei oder mehr davon genannt. Als Polyisocyanate können auch Biurete, Allophanate, Isocyanurate, Carbodiimide und andere derartige modifizierte Formen dieser Isocyanate verwendet werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform gehören zu den Polyisocyanaten Methylenbis-4,4'-isocyanatocyclohexan, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,12-Dodecamethylendiisocyanat und Kombinationen davon. Besonders bevorzugt verwendet man mindestens ein α,ω-Alkylendiisocyanat mit vier oder mehr Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 6 oder mehr Kohlenstoffatomen, in der Alkylengruppe. Insbesondere bevorzugt sind Kombinationen aus zwei oder mehr Polyisocyanaten, bei denen es sich bei einem der Polyisocyanate um 1,6-Hexamethylendiisocyanat handelt.
Das Polyol bzw. die Polyole für die Herstellung des Polyurethanpolymers können unter allen bekanntlich für die Herstellung von Polyurethanen verwendbaren Polyolen ausgewählt werden, einschließlich u.a. 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol, 2,3-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglykol, 1,3-Propandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,9-Nonandiol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol und Tetraethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Glycerol, Cyclohexandimethanolen, 2-Methyl-2-ethyl-1,3-propandiol, 2-Ethyl-1,3-hexandiol, Thiodiglykol, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol, Cyclohexandiolen, Trimethylolpropan, Trimethylolethan und Glycerin; Polyesterpolyolen, wie den Umsetzungsprodukten aus einem beliebigen der obigen Alkohole und Kombinationen davon und einer oder mehreren, unter Malonsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Azelainsäure ausgewählten Polycarbonsäuren, Anhydriden davon und Kombinationen davon; Polyetherpolyolen, wie Polyethylenglykolen und Polypropylenglykolen und Kombinationen derartiger Polyole. Polyole mit zwei Hydroxylgruppen sind bevorzugt. Das Polyurethan wird vorzugsweise unter Verwendung eines oder mehrerer Polyesterpolyole hergestellt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Polyesterpolyol um das Umsetzungsprodukt eines Gemischs, das Neopentylglykol und Adipinsäure enthält.
Wenngleich man eine nichtionische Dispersion des Polyurethans herstellen kann, ist die Polyurethandispersion vorzugsweise anionisch. Zur Synthese von säurefunktionellen Polyurethanen, die zur Bildung von anionischen Dispersionen oder Emulsionen in die Salzform überführt werden können, kann man ein Monomer mit Säurefunktionalität mitverwenden, wie z.B. Dialkylpropionsäuren einschließlich Dimethylolpropionsäure, und Alkalimetallsalze von Aminosäuren, wie Taurin, Methyltaurin, 6-Aminocapronsäure, Glycin, Sulfanilsäure, Diaminobenzoesäure, Ornithin, Lysin und 1:1-Addukte von Sultonen, wie Propansulton oder Butansulton, mit Diaminen, wie Ethylendiamin, Hydrazin oder 1,6-Hexamethylendiamin. Die Hydroxylgruppen reagieren unter Ausbildung der Urethanbindungen, während die Säuregruppe bei der Polyurethanpolymerisation nicht abreagiert.
Geeignete Polyurethanpolymere können nach beliebigen der bekannten Verfahren hergestellt werden. Bei einem Verfahren zur Herstellung von Polyurethanpolymeren wird die Polyisocyanatkomponente mit einem Äquivalentüberschuß der Polyolkomponente zu einem hydroxyfunktionellen Polyurethanpolymer umgesetzt. Alternativ dazu kann man einen Äquivalentüberschuß der Polyisocyanatkomponente mit der Polyolkomponente zu einem isocyanatfunktionellen Prepolymer umsetzen. Das Prepolymer kann dann auf verschiedene Art und Weise weiter umgesetzt werden. Erstens kann man das Prepolymer mit einem monofunktionellen Alkohol oder Amin zu einem nichtfunktionellen Polyurethanpolymer umsetzen. Beispiele für monofunktionelle Alkohole und Amine, die verwendet werden können, sind Polyethylenoxidverbindungen mit einer endständigen Hydroxylgruppe, niedere monofunktionelle Alkohole mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, Aminoalkohole, wie Dimethylethanolamin, und sekundäre Amine, wie Diethylamin und Dimethylamin. Zweitens kann man das Prepolymer mit einer polyfunktionellen Polyol-, Polyamin- oder Aminoalkoholverbindung umsetzen und so eine reaktiven Wasserstoff enthaltende Funktionalität bereitstellen. Beispiele für derartige polyfunktionelle Verbindungen sind u.a. die oben bereits aufgeführten Polyole einschließlich Triolen, wie Trimethylolpropan, Polyaminen, wie Ethylendiamin, Butylamin und Propylamin, und Aminoalkoholen, wie Diethanolamin. Schließlich kann das Prepolymer beim Emulgieren oder Dispergieren des Prepolymers in dem wäßrigen Medium durch das Wasser kettenverlängert werden. Das Prepolymer wird nach oder während der Neutralisation mit dem Wasser vermischt.
Das Polyurethan kann ohne Lösungsmittel polymerisiert werden. Man kann aber nötigenfalls ein Lösungsmittel verwenden, wenn das Polyurethan- oder Prepolymerprodukt eine hohe Viskosität aufweist. Wird Lösungsmittel verwendet, so kann es teilweise oder vollständig abdestilliert werden, vorzugsweise nach dem Dispergieren des Polyurethans in dem Wasser. Das Polyurethan kann nichtionische hydrophile Gruppen, wie Polyethylenoxidgruppen aufweisen, die zur Stabilisierung des dispergierten Polyurethanpolymers dienen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Polyurethanpolymer jedoch mit seitenständigen Säuregruppen wie oben beschrieben hergestellt, und die Säuregruppen werden vor dem Dispergieren oder während des Dispergierens des Polyurethanpolymers oder Prepolymers in Wasser mit einem Alkali, wie Natrium oder Kalium, oder mit einer Base, wie einem Amin, teilweise oder vollständig in die Salzform überführt.
Die Basislackzusammensetzung enthält ferner ein Acrylpolymer. Die Basislackzusammensetzung enthält vorzugsweise ein Festkörpergewicht des Acrylpolymers von etwa 25 bis etwa 75 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers, des Acrylpolymers und der Vernetzungskomponente. Das Acrylpolymer wird nach üblichen Verfahren hergestellt, wie durch Masse- oder Lösungspolymerisation und nachfolgendes Dispergieren in einem wäßrigen Medium oder vorzugsweise durch Emulsionspolymerisation in einem wäßrigen Medium. Das Acrylpolymer wird aus einer Monomerenmischung polymerisiert, die vorzugsweise ein aktiven Wasserstoff enthaltende funktionelle Gruppen aufweisendes Monomer und ein säurefunktionelles Monomer enthält. Beispiele für aktiven Wasserstoff enthaltende funktionelle Gruppen aufweisende Monomere sind u.a. hydroxyfunktionelle Monomere, wie Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylacrylate und Hydroxybutylmethacrylate, und carbamat- und harnstoffunktionelle Monomere oder Monomere mit funktionellen Gruppen, die nach der Polymerisation in Carbamat- oder Harnstoffgruppen umgewandelt werden. Vorzugsweise wird eine so große Menge an aktiven Wasserstoff enthaltende funktionelle Gruppen aufweisendem Monomer verwendet, daß sich ein Äquivalentgewicht von höchstens 1000 Gramm pro Äquivalent, besonders bevorzugt höchstens 800 Gramm pro Äquivalent und noch weiter bevorzugt höchstens 600 Gramm pro Äquivalent ergibt.
Vorzugsweise ist das Acrylpolymer in Form einer anionischen Dispersion dispergiert. Beispiele für geeignete säurefunktionelle Monomere sind u.a. α,β-ethylenisch ungesättigte Monocarbonsäuren mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, α,β-ethylenisch ungesättigte Dicarbonsäuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen und deren Anhydride und Halbester. Beispiele sind u.a. Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure oder Itaconsäureanhydrid usw. Es wird eine so große Menge an säurefunktionellem Monomer verwendet, daß sich ein Acrylpolymer mit einer Säurezahl von mindestens etwa 1 ergibt, und vorzugsweise weist das Acrylpolymer eine Säurezahl von etwa 1 bis etwa 10 auf.
Neben dem ethylenisch ungesättigten Monomer, das Säurefunktionalität aufweist oder zur Erzeugung von Säurefunktionalität im fertigen Polymer verwendet wird, werden bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Acrylharze ein oder mehrere ethylenisch ungesättigte Monomere als Comonomere eingesetzt. Beispiele für derartige copolymerisierbare Monomere sind u.a. Derivate von α,β-ethylenisch ungesättigten Monocarbonsäuren mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, einschließlich Estern, Nitrilen oder Amiden dieser Säuren; Diester von α,β-ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen; Vinylester, Vinylether, Vinylketone, Vinylamide und aromatische oder heterocyclische aliphatische Vinylverbindungen. Repräsentative Beispiele für Acryl- und Methacrylsäuren, Amide und Aminoalkylamide sind u.a. Verbindungen wie Acrylamid, N-(1,1-Dimethyl-3-oxobutyl)-acrylamid, N-Alkoxyamide, wie Methylolamide; N-Alkoxyacrylamide wie n-Butoxyacrylamid; N-Aminoalkylacrylamide oder -methacrylamide, wie Aminomethylacrylamid, 1-Aminoethyl-2-acrylamid, 1-Aminopropyl-2-acrylamid, 1-Aminopropyl-2-methacrylamid, N-1-(N-Butylamino)propyl-(3)-acrylamid und 1-Aminohexyl-(6)-acrylamid und 1-(N,N-Dimethylamino)ethyl-(2)-methacrylamid, 1-(N,N,-Dimethylamino)propyl-(3)-acrylamid und 1-(N,N-Dimethylamino)hexyl-(6)-methacrylamid.
Repräsentative Beispiele für Ester von Acrylsäure, Methacrylsäure und Crotonsäure sind u.a. Ester aus der Umsetzung mit gesättigten aliphatischen und cycloaliphatischen Alkoholen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, Isobutyl-, tert.-Butyl, 2-Ethylhexyl-, Lauryl-, Stearyl-, Cyclohexyl-, Trimethylcyclohexyl-, Tetrahydrofurfuryl-, Stearyl-, Sulfoethyl- und Isobornylacrylat, -methacrylat und -crotonat; und Polyalkylenglykolacrylate und -methacrylate.
Repräsentative Beispiele für andere ethylenisch ungesättigte polymerisierbare Monomere sind u.a. solche Verbindungen wie Fumarsäure-, Maleinsäure- und Itaconsäureanhydrid, -halbester und -diester. Es können auch polyfunktionelle Monomere mitverwendet werden, um eine teilvernetzte Acryldispersion bereitzustellen. Beispiele für polyfunktionelle Verbindungen sind u.a. Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Triethylenglykoldiacrylat, Tetraethylenglykoldimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, Divinylbenzol, Trimethylolpropantriacrylat usw.
Repräsentative Beispiele für Vinylmonomere, die copolymerisiert werden können, sind u.a. solche Verbindungen wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylether, wie Vinylethylether, Vinyl- und Vinylidenhalogenide und Vinylethylketon. Repräsentative Beispiele für aromatische oder heterocyclische aliphatische Vinylverbindungen sind u.a. Verbindungen wie Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluol, tert.-Butylstyrol und 2-Vinylpyrrolidon.
Nach der Polymerisation wird die Säurefunktionalität in die Salzform überführt, vorzugsweise mit Alkali oder Base, vorzugsweise einem Amin und noch weiter bevorzugt mit einem tertiären Amin. Beispiele für geeignete Substanzen zur Überführung in die Salzform sind u.a. Ammoniak, Monoethanolamin, Ethylamin, Dimethylamin, Diethylamin, Triethylamin, Propylamin, Dipropylamin, Isopropylamin, Diisopropylamin, Triethanolamin, Butylamin, Dibutylamin, 2-Ethylhexylamin, Ethylendiamin, Propylendiamin, Ethylethanolamin, Dimethylethanolamin, Diethylethanolamin, 2-Amino-2-methylpropanol und Morpholin. Bevorzugte Substanzen zur Überführung in die Salzform sind u.a. 2-Amino-2-methylpropanol und Dimethylethanolamin.
Die Acrylpolymere können als Lösungen in einem organischen Lösungsmittelmedium, das vorzugsweise unter wasserlöslichen oder wassermischbaren organischen Lösungsmitteln ausgewählt wird, hergestellt und dann in Wasser dispergiert werden. Nach dem Dispergieren in Wasser kann das organische Lösungsmittel aus der wäßrigen Dispersion oder Emulsion abdestilliert werden.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird das Acrylpolymer durch Emulsionspolymerisation bereitgestellt. Für die Emulsionspolymerisation verwendet man vorzugsweise ein nichtionisches oder anionisches Tensid. Geeignete Tenside sind u.a. Polyoxyethylennonylphenylether, Polyoxyethylenalkylallyletherschwefelsäureester, Amino- und Alkalisalze von Dodecylbenzolsulfonsäure, wie das Dimethylethanolaminsalz von Dodecylbenzolsulfonsäure und Natriumdodecylbenzolsulfonsäure, und Natriumdioctylsulfosuccinat.
Die Polymerisation kann radikalisch durchgeführt werden. Die Radikalquelle wird in der Regel von einem Redoxinitiator oder einer organischen Peroxid- oder Azoverbindung geliefert. Beispiele für verwendbare Initiatoren sind u.a. Ammoniumperoxodisulfat, Kaliumperoxodisulfat, Natriummetabisulfit, Wasserstoffperoxid, t-Butylhydroperoxid, Dilaurylperoxid, t-Butylperoxybenzoat, 2,2'-Azobis(isobutyronitril) und Redoxinitiatoren wie Ammoniumperoxodisulfat und Natriummetabisulfit mit Ammoniumeisen(II)-sulfat. Gegebenenfalls kann man ein Kettenübertragungsmittel verwenden. Typische Kettenübertragungsmittel sind u.a. Mercaptane, wie Octylmercaptan, n- oder tert.-Dodecylmercaptan, Thiosalicylsäure, Mercaptoessigsäure und Mercaptoethanol, halogenierte Verbindungen und dimeres α-Methylstyrol.
Durch Emulsionspolymerisation hergestellte Acrylpolymere können ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von einer Million oder mehr aufweisen. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht der Acryldispersion beträgt vorzugsweise etwa 5000 bis etwa 5.000.000, besonders bevorzugt etwa 10.000 bis etwa 1.000.000, und noch weiter bevorzugt von etwa 100.000 bis etwa 500.000. Bei Herstellung durch Lösungspolymerisation und nachfolgendem Dispergieren in Wasser weist das Acrylpolymer im allgemeinen ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 5000 bis etwa 60.000 auf. Das Molekulargewicht kann mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung eines Polystyrol-Standards oder anderer bekannter Verfahren bestimmt werden.
Die theoretische Glasübergangstemperatur des Acrylpolymers kann nach an sich gut bekannten Verfahren durch Auswahl und Bemessung der Comonomere eingestellt werden. Das Acrylpolymer weist eine Glasübergangstemperatur auf, die mindestens etwa 20°C über der Glasübergangstemperatur des Polyurethanharzes liegt. Vorzugsweise weist das Acrylpolymer eine Glasübergangstemperatur auf, die mindestens etwa 40°C und besonders bevorzugt etwa 50°C über der Glasübergangstemperatur des Polyurethanharzes liegt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt die theoretische T_g des Acrylpolymers zwischen etwa –30°C und etwa 80°C, besonders bevorzugt zwischen etwa –20°C und etwa 40°C.
Das Polyurethanpolymer kann in die Basislackzusammensetzung in einer Menge von mindestens etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise mindestens etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers und des Acrylpolymers, eingearbeitet sein. Das Polyurethanpolymer kann in die Basislackzusammensetzung in einer Menge von bis zu etwa 98 Gew.-%, vorzugsweise bis zu etwa 80 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers und des Acrylpolymers, eingearbeitet sein. Vorzugsweise werden etwa 50 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% und noch weiter bevorzugt etwa 65 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% des Polyurethanpolymers, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers und des Acrylpolymers, eingearbeitet.
Die erfindungsgemäßen Basislackzusammensetzungen enthalten außerdem eine Vernetzerkomponente. Die Vernetzerkomponente enthält einen oder mehrere Vernetzer, die gegenüber aktiven Wasserstoff enthaltender Funktionalität reaktiv sind. Beispiele für Vernetzer, die gegenüber aktiven Wasserstoff enthaltender Funktionalität reaktiv sind, sind u.a. Substanzen mit aktiven Methylol- oder Methylalkoxygruppen, einschließlich Aminoplastharzen oder Phenol-Formaldehyd-Addukten; blockierte Polyisocyanathärter; Tris(alkoxycarbonylamino)triazine (die von Cytec Industries unter dem Handelsnamen TACT erhältlich sind) und Kombinationen davon. Als Aminoplastharze eignen sich Amin-Aldehyd-Kondensate, die vorzugsweise zumindest teilverethert und ganz besonders bevorzugt vollverethert sind. Bevorzugte Amine sind Melamin und Harnstoff, aber man kann zur Herstellung der alkylierten Amin-Aldehyd-Aminoplastharz-Vernetzer auch andere Triazine, Triazole, Diazine, Guanidine oder Guanamine verwenden. Bevorzugte Aminoplastharze sind Amin-Formaldehyd-Kondensate, wenngleich auch andere Aldehyde, wie Acetaldehyd, Crotonaldehyd und Benzaldehyd, in Betracht kommen. Beispiele für bevorzugte Aminoplastharze sind u.a. monomere oder polymere Melamin-Formaldehyd-Harze einschließlich mit Alkoholen mit vorzugsweise eins bis sechs Kohlenstoffatomen und besonders bevorzugt eins bis vier Kohlenstoffatomen teil- oder vollalkylierten Melaminharzen, wie z.B. hexamethoxymethyliertem Melamin; Harnstoff-Formaldehyd-Harze einschließlich Methylolharnstoffen und Siloxyharnstoffen, wie butyliertem Harnstoff-Formaldehyd-Harz, alkylierten Benzoguaniminen, Guanylharnstoffen, Guanidinen, Biguanidinen, Polyguanidinen und dergleichen. Besonders bevorzugt sind monomere Melamin-Formaldehyd-Harze. Die bevorzugten alkylierten Melamin-Formaldehyd-Harze sind wassermischbar oder wasserlöslich. Beispiele für blockierte Polyisocyanate sind Isocyanurate von Toluoldiisocyanat, Isophorondiisocyanat und Hexamethylendiisocyanat, die mit einem Blockierungsmittel, wie einem Alkohol, einem Oxim oder einem sekundären Amin, wie Pyrazol oder substituiertem Pyrazol, blockiert sind.
Die Vernetzerkomponente macht vorzugsweise etwa 2 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, weiter bevorzugt etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% und besonders bevorzugt etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% des kombinierten Festkörpergewichts des Polyurethanpolymers, des Acrylpolymers und der Vernetzungskomponente aus.
Die Basislackzusammensetzungen können einen oder mehrere Katalysatoren enthalten. Die Art des Katalysators hängt von der speziellen Zusammensetzung der verwendeten Vernetzerkomponente ab. Verwendbare Katalysatoren sind u.a. blockierte Säurekatalysatoren, wie mit Aminen blockierte para-Toluolsulfonsäure, Dodecylbenzolsulfonsäure und Dinonylnaphthylendisulfonsäure; saures Phenylphosphat; Monobutylmaleat und Butylphosphat, Hydroxyphosphatester; Lewis-Säuren, Zinksalze und Zinnsalze, einschließlich Dibutylzinndilaurat und Dibutylzinnoxid.
Die erfindungsgemäßen Basislackzusammensetzungen können ferner ein Pigment enthalten, das unter beliebigen organischen oder anorganischen Verbindungen oder farbigen Materialien, Füllstoffen, metallischen oder anderen anorganischen plättchenförmigen Materialien, wie Perlglanzglimmerplättchenpigmenten oder Metallplättchenpigmenten, wie Aluminiumplättchen, ausgewählt sein. Beispiele für geeignete Klassen organischer Pigmente, die verwendet werden können, sind u.a. metallisierte und nicht metallisierte Azopigmente, Azomethinpigmente, Methinpigmente, Anthrachinonpigmente, Phthalocyaninpigmente, Perinonpigmente, Perylenpigmente, Diketopyrrolopyrrolpigmente, Thioindigopigmente, Iminoisoindolinpigmente, Iminoisoindolinonpigmente, Chinacridonpigmente, wie Chinacridonrot- und Chinacridonviolettpigmente, Flavanthronpigmente, Indanthronpigmente, Anthrapyrimidinpigmente, Carbazolpigmente, Monoarylid- und Diarylidgelbpigmente, Benzimidazolongelbpigmente, Tolylorange, Naphtholorange und Chinophthalonpigmente. Beispiele für geeignete anorganische Pigmente sind u.a. Metalloxidpigmente, wie Titandioxid, Eisenoxide einschließlich Eisenoxidrot, Eisenoxidschwarz und Eisenoxidbraun, und Chromoxidgrün; Ruß; Eisen(III)-hexacyanoferrat(II) (Berliner Blau); Ultramarin; Bleichromat usw.
Das Farbpigment bzw. die Farbpigmente und jegliche Füllstoffe werden vorzugsweise nach an sich bekannten Methoden in der Polyurethandispersion dispergiert. Im allgemeinen bringt man trockenes Pigment und die Polyurethandispersion unter so hoher Scherung miteinander in Berührung, daß die Pigmentagglomerate bis zu den primären Pigmentteilchen aufgebrochen werden und die Oberfläche der Pigmentteilchen benetzt wird. Es können zusätzliche Dispergierhilfsmittel eingearbeitet werden. Das Aufbrechen der Agglomerate und die Benetzung der primären Pigmentteilchen sind für die Pigmentstabilität und die Farbentwicklung von Bedeutung. Die Pigmentdispersionen werden in der Basislackzusammensetzung vereinigt.
Metallic-Basislackfarben werden unter Verwendung eines oder mehrerer spezieller Plättchenpigmente hergestellt. Metallicfarben werden im allgemeinen als Farben mit winkelabhängigen visuellen Effekten definiert. So wird Metallic beispielsweise in der Druckschrift F284 der American Society of Testing Methods (ASTM) als „das Aussehen eines Metallplättchen enthaltenden Materials mit winkelabhängigen visuellen Effekten betreffend" definiert. Metallic-Basislackfarben können unter Verwendung von Metallplättchenpigmenten, wie Aluminiumplättchenpigmenten, Kupferplättchenpigmenten, Zinkplättchenpigmenten, Plättchenpigmenten aus nichtrostendem Stahl und Bronzeplättchenpigmenten, und/oder unter Verwendung von Perlganz-Plättchenpigmenten einschließlich behandelten Glimmern wie titandioxidbeschichteten Glimmerpigmenten oder eisenoxidbeschichteten Glimmerpigmenten, hergestellt werden, damit die Lacke bei Betrachtung unter verschiedenen Winkeln unterschiedlich aussehen. Im Gegensatz zu den Uni-Farbpigmenten agglomerieren die Plättchenpigmente nicht und werden nicht unter hoher Scherbelastung zerkleinert, da die Plättchen oder ihre kristalline Morphologie dadurch gebrochen oder verbogen würden, was die winkelabhängigen visuellen Effekte vermindert oder zerstört. Die Plättchenpigmente werden durch Rühren unter geringer Scherbelastung zufriedenstellend dispergiert, vorzugsweise mit einem der Harze oder Polymere der Basislackzusammensetzung, wie dem Polyurethan, dem Acrylpolymer oder dem Vernetzer. Ein Farbpigment oder mehrere Farbpigmente, die wie beschrieben dispergiert sind, können in der Metallic-Basislackzusammensetzung mitverwendet werden, um eine farbige Metallic-Basislackzusammensetzung bereitzustellen.
Die Basislackzusammensetzung weist ein Pigment-Bindemittel-Gewichtsverhältnis von mindestens etwa 0,5 auf. Das zur Bestimmung des Verhältnisses verwendete Pigmentgesamtgewicht schließt alle Farbpigmente, Plättchenpigmente und Füllstoffpigmente in der Zusammensetzung ein.
Den Zusammensetzungen kann man auch andere herkömmliche Substanzen, wie Farbstoffe, Verlaufsmittel oder rheologiesteuernde Mittel usw. zusetzen.
Die Basislackzusammensetzung hat einen sehr geringen Gehalt an leichtflüchtigem organischem Lösungsmittel. Die Polyurethandispersion wird vorzugsweise als lösungsmittelfreie oder weitgehend lösungsmittelfreie Dispersion hergestellt. Unter „weitgehend lösungsmittelfrei" ist zu verstehen, daß die Dispersion einen Gehalt an leichtflüchtigen organischen Verbindungen von weniger als etwa 5 Gew.-% der Basislackzusammensetzung aufweist. Die Acryldispersion ist ebenfalls vorzugsweise lösungsmittelfrei oder weitgehend lösungsmittelfrei. Die Basislackzusammensetzung weist vorzugsweise einen Gehalt an leichtflüchtigen organischen Verbindungen von weniger als etwa 1,5, besonders bevorzugt weniger als etwa 1,3 und noch weiter bevorzugt weniger als etwa 0,7 auf. Die Bestimmung des Gehalts einer Beschichtungszusammensetzung an leichtflüchtigen organischen Verbindungen erfolgt in der Regel gemäß ASTM D3960.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen werden als Basislacke auf Automobilartikel, wie Autokarosserien aus Metall oder Kunststoff oder elastomere Verkleidungen, aufgebracht. Vorzugsweise liegt vor dem Aufbringen der erfindungsgemäßen Basislackzusammensetzung eine Grundierfüllerschicht vor. Über der Basislackzusammensetzung wird vorzugsweise eine Klarlackzusammensetzung aufgebracht.
Die erfindungsgemäße Verbundbeschichtung weist als eine Schicht eine Basislackschicht auf, die aus der erfindungsgemäßen wäßrigen Basislackzusammensetzung erhältlich ist. Die Verbundbeschichtung weist eine über der Basislackschicht aufgebrachte Klarlackschicht auf. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbundbeschichtung eine dritte, darunterliegende Schicht auf, die durch Aufbringen und Härten einer wäßrigen Grundierungszusammensetzung, die ein dispergiertes Polyurethanpolymer mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 0°C oder weniger; ein dispergiertes Acrylpolymer mit einer Glasübergangstemperatur, die mindestens etwa 20°C über der Glasübergangstemperatur des Polyurethanpolymers liegt; und eine Vernetzungskomponente, die gegenüber dem Polyurethanpolymer und/oder dem Acrylpolymer reaktiv ist, enthält, erhältlich ist.
Das Polyurethanpolymer der Grundierungszusammensetzung weist eine Glasübergangstemperatur von vorzugsweise etwa –20°C oder weniger und besonders bevorzugt etwa –30°C oder weniger auf. Die Glasübergangstemperatur des erfindungsgemäßen Polyurethans liegt vorzugsweise im Bereich von etwa –80°C bis etwa 0°C, besonders bevorzugt von etwa –65°C bis etwa –10°C, noch weiter bevorzugt von etwa –65°C bis etwa –30°C und noch weiter bevorzugt von etwa –60°C bis etwa –35°C. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polyurethans der Grundierungszusammensetzung beträgt vorzugsweise etwa 15.000 bis etwa 60.000 und besonders bevorzugt etwa 20.000 bis etwa 35.000.
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht der Acryldispersion der Grundierungszusammensetzung beträgt vorzugsweise etwa 5000 bis etwa 5.000.000, besonders bevorzugt etwa 10.000 bis etwa 1.000.000 und noch weiter bevorzugt etwa 100.000 bis etwa 500.000. Vorzugsweise weist das Acrylpolymer der Grundierungszusammensetzung eine Glasübergangstemperatur auf, die mindestens etwa 40°C und besonders bevorzugt etwa 50°C über der Glasübergangstemperatur des Polyurethanharzes liegt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt die theoretische T_g des Acrylpolymers zwischen etwa –30°C und 80°C, besonders bevorzugt zwischen etwa –20°C und etwa 40°C.
Das Polyurethanpolymer kann in die Grundierung in einer Menge von mindestens etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise mindestens etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers und des Acrylpolymers, eingearbeitet sein. Das Polyurethanpolymer kann in die Grundierung in einer Menge von bis zu etwa 98 Gew.-%, vorzugsweise bis zu etwa 80 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers und des Acrylpolymers, eingearbeitet sein. Vorzugsweise werden etwa 50 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% und noch weiter bevorzugt etwa 65 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% des Polyurethanpolymers, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers und des Acrylpolymers, eingearbeitet. Die Vernetzerkomponente macht vorzugsweise etwa 2 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, weiter bevorzugt etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% und besonders bevorzugt etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% des kombinierten Festkörpergewichts des Polyurethanpolymers, des Acrylpolymers und der Vernetzungskomponente der Grundierungszusammensetzung aus.
Zur Bildung der Decklackschicht sind vernetzende Zusammensetzungen bevorzugt. Beschichtungen dieser Art sind an sich gut bekannt und umfassen wäßrige sowie lösungsmittelhaltige Zusammensetzungen. So kann beispielsweise der Klarlack gemäß der US-PS 5,474,811 naß-in-naß über einer Schicht aus der Basislackzusammensetzung aufgebracht werden. Beispiele für Polymere, die bekanntlich zur Verwendung in Klarlackzusammensetzungen geeignet sind, sind u.a. Acrylverbindungen, Vinylverbindungen, Polyurethane, Polycarbonate, Polyester, Alkyde und Polysiloxane. Acrylverbindungen und Polyurethane sind bevorzugt. Bevorzugt sind auch warmgehärtete Klarlackzusammensetzungen, und hierzu enthalten bevorzugte Polymere eine oder mehrere Arten vernetzbarer funktioneller Gruppen, wie Carbamat, Hydroxyl, Isocyanat, Amin, Epoxid, Acrylat, Vinyl, Silan, Acetoacetat usw. Das Polymer kann selbstvernetzend sein, oder die Zusammensetzung kann vorzugsweise einen Vernetzer, wie ein Polyisocyanat oder ein Aminoplastharz der oben beschriebenen Art, enthalten. Nach einer Ausführungsform verwendet man wäßrige Klarlackzusammensetzungen mit geringem Gehalt an leichtflüchtigen organischen Verbindungen. Die wäßrigen Klarlackzusammensetzungen weisen vorzugsweise einen Gehalt an leichtflüchtigen organischen Verbindungen von weniger als etwa 1,5, besonders bevorzugt weniger als etwa 1,3 und noch weiter bevorzugt weniger als etwa 0,7 auf.
Jede Schicht der erfindungsgemäßen Verbundbeschichtungen kann nach einer beliebigen einer Reihe von an sich gut bekannten Methoden auf einen Artikel aufgebracht werden. Dazu gehören u.a. Spritz-, Tauch-, Walzen-, Vorhangbeschichtung und dergleichen. Wird eine erste Elektrotauchgrundierungsschicht auf ein Metallsubstrat aufgebracht, so wird die Elektrotauch grundierung durch Elektrotauchlackierung aufgebracht. Für Automobilanwendungen erfolgt die Aufbringung der Grundierfüllerbeschichtungszusammensetzung, der erfindungsgemäßen Klarlackschicht und der Decklackschicht bzw. -schichten vorzugsweise durch Spritzbeschichtung, insbesondere elektrostatische Spritzverfahren. Lackschichten mit einer Dicke von einem Millizoll oder mehr werden in der Regel in zwei oder mehr Lackiergängen aufgebracht, die durch eine Wartezeit getrennt sind, die lang genug ist, damit ein Teil des Lösungsmittels oder des wäßrigen Mediums von der aufgebrachten Schicht abdampfen kann ("Ablüften"). Das Ablüften kann bei Umgebungstemperatur oder erhöhter Temperatur erfolgen, beispielsweise unter Verwendung von Strahlungswärme. Die Trockenschichtdicke pro Lackiergang kann 0,5 bis 3 Millizoll betragen, und es werden so viele Lackiergänge durchgeführt, wie für die Erzielung der gewünschten Beschichtungsenddicke erforderlich sind.
Basislack/Klarlack-Decklacke werden in der Regel naß-in-naß aufgebracht. Die Zusammensetzungen werden in Lackiergängen aufgebracht, die durch eine Ablüftzeit getrennt sind, wie oben beschrieben, wobei auch zwischen dem letzten Lackiergang der Basislackzusammensetzung und dem ersten Lackiergang der Klarlackzusammensetzung abgelüftet wird. Dann werden die beiden Lackschichten gleichzeitig gehärtet. Die gehärtete Basislackschicht hat vorzugsweise eine Dicke von 0,5 bis 1,5 Millizoll, vorzugsweise eine Dicke bis zumindest zur Deckung, und die gehärtete Klarlackschicht hat eine Dicke von 1 bis 3 Millizoll und vorzugsweise 1,6 bis 2,2 Millizoll.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen werden vorzugsweise durch Wärme gehärtet. Die Härtungstemperaturen liegen vorzugsweise bei etwa 70°C bis etwa 180°C, besonders bevorzugt bei etwa 170°F bis etwa 200°F, für eine Zusammensetzung mit einem unblockierten Säurekatalysator bzw. bei etwa 240°F bis etwa 275°F für eine Zusammensetzung mit einem blockierten Säurekatalysator. Typische Härtungszeiten bei diesen Temperaturen liegen im Bereich von 15 bis 60 Minuten, und vorzugsweise wird die Temperatur so gewählt, daß sich eine Härtungszeit von etwa 15 bis etwa 30 Minuten ergibt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem lackierten Artikel um eine Automobilkarosserie oder ein Automobilteil.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Die Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung und sollen den Schutzbereich der Erfindung, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen dargelegt wird, in keiner Weise einschränken.
Beispiele
Beispiel 1. Uni-Basislackzusammensetzung
Zur Herstellung einer Basislackzusammensetzung wurden zunächst 10,95 Gewichtsteile Polyurethandispersion BAYHYDROL 140 AQ (etwa 40% Festkörper, 59% Wasser und 1% Toluol, Glasübergangstemperatur etwa –45°C, pH etwa 6,0 bis etwa 7,5, gewichtsmittleres Molekulargewicht etwa 25.000, anionisches Polyurethan auf Basis von Desmodur W/1,6-Hexamethylendiisocyanat/Polyesterpolyol von Bayer Corporation, Pittsburgh, PA, USA), 14,13 Gewichtsteile einer Acrylpolymerdispersion (Glasübergangstemperatur 20°C, Festkörpergehalt etwa 41% in Wasser, Säurezahl etwa 8 mg KOH/g Festkörper, Hydroxyläquivalent 510, in die Salzform überführt mit 2-Amino-2-methylpropanol bis zu einem pH-Wert von etwa 6 bis 7), 22,66 Teile entionisiertes Wasser, 40,89 Gewichtsteile einer vorher hergestellten Pigmentpaste auf Polyurethanbasis (63 Gew.-% Festkörper in Wasser; Festkörper bestehend aus 27 Gew.-% Polyurethanharz BAYHYDROL 140 AQ, 6,8 Gew.-% hexamethoxymethyliertem Melamin-Formaldehyd-Harz, 33,1 Gew.-% Titandioxid, 33,1 Gew.-% Bariumsulfat-Streckmittel, auf einer Horizontal mühle bis zu einer Feinheit von 6 Mikron gemahlen) und 9,67 Teile einer blauen Pigmentpaste (35,5 Gew.-% Festkörper in Wasser; Festkörper bestehend aus 24 Gew.-% eines Acrylreibharzes, 76 Gew.-% Kupferphthalocyanin-Blaupigment, auf einer Horizontalmühle bis zu einer Feinheit von 7+ Mikron gemahlen) zusammengemischt. Diese Mischung wurde mit 0,27 Gewichtsteilen ABEX EP 110 (anionisches Tensid von Rhodia) und insgesamt 1,39 Gewichtsteilen eines Additivpakets (Entschäumer, Netzmittel und rheologiesteuerndes Mittel) versetzt. Schließlich wurde der pH-Wert der Basislackzusammensetzung mit 2-Amino-2-methylpropanol auf etwa 8,0 eingestellt.
Der Gehalt der Basislackzusammensetzung an leichtflüchtigen organischen Verbindungen betrug 0,12 Pounds pro Gallone. Die Basislackzusammensetzung besaß einen Festkörpergehalt von 40,9 Gew.-% und eine Viskosität von 75 Centipoise, gemessen bei 385 s^–1.
Diese Basislackzusammensetzung wurde auf ein grundiertes Stahlblech aufgebracht. Über der Basislackschicht wurde eine Schicht aus einer wäßrigen Klarlackzusammensetzung aufgebracht, wonach die beiden Schichten gemeinsam 30 Minuten bei 250°F gehärtet wurden. Der erhaltene Lack wies ein glattes, gleichmäßiges Basislackaussehen auf.
Beispiel 2. Uni-Basislackzusammensetzung
Eine Basislackzusammensetzung wurde analog Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die auf Polyurethan basierende Pigmentpaste aus Beispiel 1 durch eine zweite auf Polyurethan basierende Pigmentpaste mit 63 Gew.-% Festkörper in Wasser, Festkörper bestehend aus 27 Gew.-% Polyurethanharz BAYHYDROL 140 AQ, 6,8 Gew.-% hexamethoxymethyliertem Melamin-Formaldehyd-Harz, 66,2 Gew.-% Bariumsulfat-Streckmittel, auf einer Horizontalmühle bis zu einer Feinheit von 6 Mikron gemahlen, ersetzt wurde. Die Basislackzusammensetzung wurde auf ein grundiertes Stahlblech aufgebracht, mit der wäßrigen Klarlackzusammensetzung überlackiert und wie oben gehärtet. Der erhaltene Lack wies wiederum ein glattes, gleichmäßiges Basislackaussehen auf, aber die blaue Farbe war intensiver als bei dem Lack gemäß Beispiel 1.
Vergleichsbeispiel A. Uni-Basislackzusammensetzung
Eine Basislackzusammensetzung wurde analog Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die auf Polyurethan basierende Pigmentpaste aus Beispiel 1 durch eine dritte auf Polyurethan basierende Pigmentpaste mit 42 Gew.-% Festkörper in Wasser, Festkörper bestehend aus 40 Gew.-% Polyurethanharz BAYHYDROL 140 AQ, 10 Gew.-% hexamethoxymethyliertem Melamin-Formaldehyd-Harz, 50 Gew.-% Bariumsulfat-Streckmittel, auf einer Horizontalmühle bis zu einer Feinheit von 6 Mikron gemahlen, ersetzt wurde. Das Pigment-Bindemittel-Verhältnis des Basislacks lag unter 0,5. Die Basislackzusammensetzung wurde auf ein grundiertes Stahlblech aufgebracht, mit der wäßrigen Klarlackzusammensetzung überlackiert und wie oben gehärtet. Der erhaltene Lack wies eine intensivere blaue Farbe auf als Beispiel 1, aber der Basislackfilm besaß ein schlechtes Aussehen, da er Nadelstiche aufwies und schlecht koalesziert war.
Vergleichsbeispiel B. Metallic-Basislackzusammensetzung
Zur Herstellung einer Silbermetallic-Basislackzusammensetzung wurden eine Portion von 325 Gewichtsteilen einer vorher hergestellten Mischung von Beschichtungskomponenten [88 Gewichtsteile des Emulsionsacrylpolymers aus Beispiel 1, 222 Gewichtsteile Polyurethandispersion BAYHYDROL 140 AQ und 13,6 Gew.-% hexamethoxymethyliertes Melamin in Abmischung mit 1,4 Gewichtsteilen ABEX EP 110] mit einer Mischung aus 17 Gewichtsteilen Aluminiumplättchenpigment (65 Gew.-% Festkörper in geruchlosem Testbenzin) und 27 Gewichtsteilen Propylenglykolmonomethylether zusammengemischt. Nach Zugabe einer Portion von 2,6 Gewichtsteilen eines rheologiesteuernden Mittels wurde die Viskosität durch Zusatz von 81 Teilen entionisiertem Wasser eingestellt.
Der Gehalt der Basislackzusammensetzung an leichtflüchtigen organischen Verbindungen betrug 2,24 Pounds pro Gallone. Die Basislackzusammensetzung besaß einen Festkörpergehalt von 33,5 Gew.-% und eine Viskosität von 70 Centipoise. Das Pigment-Bindemittel-Verhältnis betrug 0,08.
Diese Basislackzusammensetzung wurde auf ein grundiertes Stahlblech aufgebracht. Über der Basislackschicht wurde eine Schicht aus einer wäßrigen Klarlackzusammensetzung aufgebracht, wonach die beiden Schichten gemeinsam 30 Minuten bei 250°F gehärtet wurden. Das Aussehen war aufgrund von Nadelstichen, schlechter Koaleszenz und schlechter Metallorientierung unannehmbar.
Beispiel 3. Metallic-Basislackzusammensetzung
Vergleichsbeispiel B wurde wiederholt, aber unter Zusatz von Bariumsulfat-Streckpigment zur Erhöhung des Pigment-Bindemittel-Verhältnisses.
Zur Herstellung der Zusammensetzung wurde eine Portion von 260 Gewichtsteilen einer vorher hergestellten Mischung von Beschichtungskomponenten [88 Gewichtsteile des Emulsionsacrylpolymers aus Beispiel 1, 163 Gewichtsteile Polyurethandispersion BAYHYDROL 140 AQ und 7,6 Gew.-% hexamethoxymethyliertes Melamin in Abmischung mit 0,8 Gewichtsteilen ABEX EP 110] mit einer Mischung aus 17 Gewichtsteilen Aluminiumplättchenpigment (65 Gew.-% Festkörper in geruchlosem Testbenzin), 27 Gewichtsteilen Propylenglykolmonomethyl ether und 138 Gewichtsteilen der auf Polyurethan basierenden Bariumsulfatpaste aus Beispiel 2 zusammengemischt. Nach Zugabe einer Portion von 2,6 Gewichtsteilen eines rheologiesteuernden Mittels wurde die Viskosität durch Zusatz von 60 Teilen entionisiertem Wasser eingestellt.
Die Basislackzusammensetzung wurde auf ein grundiertes Stahlblech aufgebracht. Über der Basislackschicht wurde eine Schicht aus einer wäßrigen Klarlackzusammensetzung aufgebracht, wonach die beiden Schichten wie zuvor gemeinsam 30 Minuten bei 250°F gehärtet wurden. Das Aussehen war mit glattem Basislackaussehen und guter Metallorientierung gut.
Die Erfindung wurde anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Es versteht sich jedoch, daß im Rahmen des Grundgedankens und des Schutzbereichs der Erfindung Variationen und Modifikationen möglich sind.

Claims

Wäßrige Basislackzusammensetzung, enthaltend: (a) ein dispergiertes Polyurethanpolymer mit einer Glasübergangstemperatur von 0°C oder weniger; (b) ein dispergiertes Acrylpolymer mit einer Glasübergangstemperatur, die mindestens 20°C über der Glasübergangstemperatur des Polyurethanpolymers liegt; (c) eine Vernetzungskomponente, die gegenüber dem Polyurethanpolymer und/oder dem Acrylpolymer reaktiv ist; und (d) ein Pigment, bei der das Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers, des Acrylpolymers und der Vernetzungskomponente, beträgt und ferner die Basislackzusammensetzung ein Pigment-Bindemittel-Verhältnis von mindestens 0,5 aufweist.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Polyurethanpolymer eine Glasübergangstemperatur von –80°C bis 0°C aufweist.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Polyurethanpolymer ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 15.000 bis 60.000 aufweist.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Polyurethanpolymer durch Umsetzung mindestens eines α,ω-Alkylendiisocyanats mit vier oder mehr Kohlenstoffatomen hergestellt wird.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Polyurethanpolymer durch Umsetzung mindestens eines Polyesterpolyols hergestellt wird.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Polyurethanpolymer durch Umsetzung eines Polyesterdiols, bei dem es sich um das Umsetzungsprodukt eines Neopentylglykol und Adipinsäure enthaltenden Gemischs handelt, hergestellt wird.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Polyurethanpolymer anionisch ist.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Festkörpergewicht des Acrylpolymers 25 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Festkörpergewicht des Polyurethanpolymers, des Acrylpolymers und der Vernetzungskomponente, beträgt.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das Acrylpolymer ein Äquivalentgewicht in Bezug auf aktiven Wasserstoff enthaltende Funktionalität von höchstens 1000 aufweist.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Acrylpolymer anionisch ist.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Acrylpolymer eine Säurezahl von 1 bis 10 mg KOH/g aufweist.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner enthaltend ein Mitglied der Gruppe bestehend aus 2-Amino-2-methylpropanol und Dimethylethanolamin.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das Acrylpolymer eine Glasübergangstemperatur von –30°C bis 80°C aufweist.
Wäßrige Basislackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Basislack einen Gehalt an leichtflüchtigen organischen Verbindungen von weniger als 0,7 Pounds pro Gallone aufweist.
Verbundbeschichtung, enthaltend eine Basislackschicht und eine darüber aufgebrachte Klarlackschicht, bei der die Basislackschicht durch Aufbringen einer Schicht einer wäßrigen Basislackzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 erhältlich ist.
Verbundbeschichtung nach Anspruch 15, bei der die Basislackschicht über einer Grundierungsschicht, welche durch Aufbringen und Härten einer wäßrigen Grundierungszusammensetzung, enthaltend: (a) ein dispergiertes Polyurethanpolymer mit einer Glasübergangstemperatur von 0°C oder weniger; (b) ein dispergiertes Acrylpolymer mit einer Glasübergangstemperatur, die mindestens 20°C über der Glasübergangstemperatur des Polyurethanpolymers liegt; und (c) eine Vernetzungskomponente, die gegenüber dem Polyurethanpolymer und/oder dem Acrylpolymer reaktiv ist; erhältlich ist, aufgetragen ist.
Verbundbeschichtung nach Anspruch 16, bei der das Polyurethanpolymer der Grundierungszusammensetzung eine Glasübergangstemperatur von –80°C bis 0°C aufweist.
Verbundbeschichtung nach Anspruch 16 oder 17, bei der das Polyurethanpolymer der Grundierungszusammensetzung ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 15.000 bis 60.000 aufweist.
Verbundbeschichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei der das Acrylpolymer der Grundierungszusammensetzung eine. Glasübergangstemperatur von –30°C bis 80°C aufweist.