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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auftragen
von wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen, insbesondere bezieht
sie sich auf wässrige
Zweikomponentenbeschichtungszusammensetzungen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
typischer Weise werden die wässrigen
auf mehreren Komponenten basierenden Beschichtungszusammensetzungen
unmittelbar vor ihrem Auftragen dadurch zubereitet, dass man Komponenten
miteinander mischt, welche vorher getrennt die einen von den anderen
gelagert worden sind. Allgemein gesprochen können die Komponenten von wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen nur unter einem erheblichen
Ausmaß an
Schwierigkeiten miteinander vermischt werden, wobei die Verwendung
einer Vorrichtung benötigt wird,
welche eine hohe Energiezufuhr erfordert. Die vollständig gemischten,
für ein
Auftragen fertigen, wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen, bestehen aus wässrigen
Dispersionen in welchen Bindemittel und/oder Härtungsmittel eine oder mehrere
dispergierte Phasen in einer kontinuierlichen, wässrigen Phase bilden.
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Die
Qualität
einer Beschichtung ist, in dem Fall wo es sich um das Auftragen
einer wässrigen Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung
handelt und wo die technologischen und/oder die optischen Eigenschaften
betroffen sind, abhängig von
dem Grad des Vermischens der Komponenten vor dem Auftragen. Es ist
allgemein bekannt, dass eine größere Homogenität einer
solchen Mischung, zum Beispiel bei einer feineren Dispersion, einem Anstieg
der Qualität
der Beschichtung entspricht wenn es um die Eigenschaften wie etwa
um das Aussehen, das Egalisierung und den Glanz geht. Um gute Mischungseigenschaften
zu erzielen, mussten Maßnahmen
getroffen werden im Hinblick auf die Formulierung wie zum Beispiel,
dass von hydrophilisierten Komponenten Gebrauch gemacht wird; jedoch
beschränken
diese Maßnahmen
die Entwickler von wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen in ihrer Freiheit
wenn es bei einer Formulierung um die Komponenten geht, die verwendet
werden können.
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Eine
Mischvorrichtung für
Zweikomponentenbeschichtungen, wie sie in typischer Weise in Beschichtungsanlagen
in dem OEM Automobilbereich (OEM = Original Equipment Manufacturirg
= Originalersatzteilefertigung) vorhanden ist (z.B. statische Mischer
wie etwa Kenics Mischer), liefert die notwendige Mischqualität für das Auftragen
von wässrigen Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen
nicht auf routinemäßige Weise.
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EP-A-0
685 544 und WO 01/05860 offenbaren Verfahren, die nach dem Prinzip
der Strahldispersion arbeiten und zur Herstellung von wässrigen Zweikomponenten
umfassenden und aus Polyurethan bestehenden Beschichtungsstoffen.
Beide Komponenten des wässrigen
Zweikomponentenpolyurethanbeschichtungsmittels werden unter einem hohen
Druck durch feine Düsen
gepresst und dann werden sie vom Druck entlastet, wobei das Mischverfahren
gekennzeichnet ist durch die Verwendung eines dynamischen Mischers,
der ein erhebliches Maß an
Energiezufuhr während
des Mischens erfordert. Diese Verfahren weisen jedoch mehrere Nachteile auf,
zum Beispiel die Verwendung einer ausgefeilten Mischtechnologie,
welche einen großen
Raumbedarf nach sich zieht, eine allgemeine Betriebsvorbereitung
für die
Strahldispersionsvorrichtungen und beträchtliche Mengen an Energie
und Unterhaltungs-/Instandsetzungsarbeit, um die Strahldispersionsvorrichtungen
zu betreiben.
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Es
ist ein Wunsch der Industrie, ein Verfahren verwenden zu können, welches
die einfache und herkömmliche
Technologie von statischen Mischern umfasst anstatt der ausgefeilten
Mischtechnologie von dynamischen Mischern. Daher ist es ein Ziel
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Auftragen von Beschichtungen
zu liefern, welche wässrige Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen
mit umfassen, wobei das Verfahren einen hohen Grad an Beschichtungsqualität ermöglicht,
ohne die Verwendung einer ausgefeilten Mischtechnologie wie etwa
den Einsatz von dynamischen Mischern (d.h. Düsenstrahldispergatoren), wenn
die Komponenten gemischt werden, so dass die herkömmlichen
Mehrkomponentenmischinstallationen verwendet werden können, die
in den Beschichtungsanlagen einer auf industriellem Maßstab arbeitenden
Produktionsbeschichtungsstraße
vorhanden sind, zum Beispiel für die
Beschichtung auf einer Automobilproduktionsstraße.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auftragen
von wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen, die mindestens zwei
Komponenten enthalten, auf ein Substrat. Spezifischer betrachtet
umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte:
- (a) ein Zubereiten einer Vormischung einer wässrigen Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung,
welche mindestens zwei Komponenten umfasst, vorzugsweise zwei Komponenten,
und wahlweise Wasser;
- (b) ein Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuben der Vormischung unter
Verwendung von mindestens einem Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber, wobei
ein jeder derselben eine Sprühkante
aufweist, wobei eine jede Sprühkante
eine Umfangsgeschwindigkeit in dem Bereich von 10.000 bis 25.000
m/min aufweist; und
- (c) ein Auftragen der zerstäubten
Vormischung auf ein Substrat.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGEN
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das Auftragen
von wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen und insbesondere von
wässrigen
Zweikomponentenbeschichtungszusammensetzungen auf ein Substrat. Diese
Beschichtungszusammensetzungen werden unmittelbar vor dem Auftragen
derselben hergestellt indem ein besonderes Verhältnis aus mindestens zwei Komponenten
vorab vermischt wird, Komponenten welche anfänglich getrennt voneinander
gelagert worden sind. Die Komponenten können vorab in einem Verhältnis vermischt
werden, welches durch die Stöchiometrie
der Vernetzungsreaktion bestimmt wird, um eine geeignete wässrige Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung
zu erzielen. Diese Komponenten, nämlich ein Bindemittel und ein Vernetzungsmittel,
werden getrennt voneinander aufbewahrt, um eine zu frühe Vernetzungsreaktion
zu verhindern.
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Spezifischer
betrachtet umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte:
- (a) ein Zubereiten einer Vormischung einer
wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung, welche mindestens zwei
Komponenten umfasst, vorzugsweise zwei Komponenten, und wahlweise
Wasser;
- (b) ein Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuben der Vormischung unter
Verwendung von mindestens einem Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber, von
denen ein jeder eine Sprühkante
aufweist, wobei eine jede Sprühkante
eine Umfangsgeschwindigkeit in dem Bereich von 10.000 bis 25.000
m/min aufweist; und
- (c) ein Auftragen der zerstäubten
Vormischung auf ein Substrat.
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Der
Ausdruck "Vormischung", so wie er hierin
verwendet wird, bezieht sich auf eine für das Auftragen fertige Mischung
aus den Komponenten einer wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung mit deren relativ niedrigem
Homogenitätsgrad,
wenn dieselbe in den (die) Rotationszerstäuber eingeführt wird. Der Ausdruck soll
sich nur auf solch eine Mischung beziehen, welche in den (die) Rotationszerstäuber hinein
gebracht werden soll, und er soll nicht dieselbe Mischung betreffen, nachdem
diese in die Sprühschale
des Rotationszerstäubers
eingeführt
worden ist.
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Die
Auftragung der Vormischung auf ein Substrat wird durchgeführt unter
Verwendung einer Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäubung, vorzugsweise
einer elektrostatisch unterstützten
Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäubung. In dem Fall einer elektrostatischen
Unterstützung
kann die wässrige
Mehrkomponenten-beschichtungszusammensetzung unmittelbar mit Hilfe
des Hochgeschwindigkeits-rotationssprühers geladen werden oder sie kann
durch ein externes Laden geladen werden. Die vorgemischten, wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungs-zusammensetzungen können in einem oder in mehreren
Sprühschritten
auf irgendein Substrat aufgebracht werden wie zum Beispiel auf Automobilkarosserien
oder auf Teile von Karosserien. Der (die) Hochgeschwindigkeitsrotationssprüher kann (können) mittels
einer automatisch gesteuerten Maschine oder eines Beschichtungsroboters über die Substratoberflächen, die
zu beschichten sind, hinweggeführt
werden.
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Beispiele
von Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäubern erfassen herkömmliche
Rotationssprüher,
welche für
die Auftragung von flüssigen
Beschichtungen geeignet sind und welche aus Metall hergestellt sind,
zum Beispiel aus Aluminium, Titan oder aus reinem Stahl, wobei die
runden Sprühkanten
der Zerstäuber
einen Durchmesser von zum Beispiel 5 cm bis 12 cm aufweisen. Beispiele
von solchen Rotationssprühern
erstrecken sich auf den ECO-M Sprüher (hergestellt von DÜRR GmbH,
Bietigheim Bissingen, Deutschland) oder auf den G1 Zerstäuber (hergestellt
von ABB Flexible Automation, Friedberg, Deutschland). Die Sprühkanten
der Rotationssprüher
können
ungezahnt sein, aber vorzugsweise sind sie gezahnt und noch stärker bevorzugt sind
sie gerade, quer oder diagonal gezahnt.
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Die
Umfangsgeschwindigkeit der Sprühkanten
liegt in dem Bereich von 10.000 bis 25.000 m/min. Dies bedeutet
demnach dass zum Beispiel dort, wo die Sprühkante einen Durchmesser von
6,5 cm aufweist, die Drehgeschwindigkeit (gemessen als Umdrehungen
pro Minute) in dem Bereich von 50.000 bis 120.000 min–1 liegen
wird. In den Fällen,
wo der Durchmesser der Sprühkante
in dem unteren Wertebereich liegt, neigt die Drehgeschwindigkeit
dazu, in dem oberen Wertebereich zu liegen und umgekehrt, so wird
zum Beispiel die Drehgeschwindigkeit in dem Fall, wo die Sprühkante einen
Durchmesser von 5 cm aufweist, in dem Bereich von 65.000 bis 156.000 min–1 liegen.
In jedem Fall liegt der 10.000 bis 25.000 m/min Bereich für die Umfangsgeschwindigkeit
der Sprühkanten
10% bis 150% höher
als derjenige, der nach dem Stand der Technik für das Auftragen durch das Rotationszerstäuben von
wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen verwendet wird. Bei
der vorliegenden Erfindung liefert die größere Umfangsgeschwindigkeit
der Sprühkante
eine Beschichtung mit einem zufrieden stellenden Aussehen, mit zufrieden
stellenden Egalisierungseigenschaften und mit einem hohen Grad an
Glanz, dies trotz der Tatsache, dass die wässrigen Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen vorab
vermischt worden sind, ohne dass dabei aber von einer ausgefeilten,
komplizierten Mischtechnologie Gebrauch gemacht worden ist, wie
zum Beispiel von dynamischen Mischern von der Art wie sie in den Beispielen
illustriert worden sind.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt die Ausflussgeschwindigkeit
für die
Beschichtungszusammensetzung in dem herkömmlichen Bereich von 50 bis
zu 500 ml/min der wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung pro Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber.
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Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, wenn bei der normalerweise für die Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäubung verwendeten
Luft für
die Formgebung, große
Mengen an Luft eingesetzt werden, zum Beispiel von 100 bis zu 350
l/min pro Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber.
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Ohne
dass es unser Wunsch wäre
an eine Theorie gebunden zu sein, so unterliegt die Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung,
welche ohne eine ausgefeilte, komplizierte Ausrüstung vor dem Auftragen vorab
einem Vermischen unterzogen worden ist, insbesondere unter der Form
eines wässrigen,
dispergierten Systems, und welche zu dem (den) Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber(n)
zugeführt
worden ist, einer in hohem Maße wirksamen
Homogenisierung auf der Sprühschale und/oder
an der Sprühkante
während
des tatsächlichen
Zerstäubungsvorganges
und/oder im Verlauf der Wegstrecke zu der Substratoberfläche, die
beschichtet werden soll, und/oder wenn es zu dem Kontakt mit der
Substratoberfläche
kommt, zum Beispiel durch ein Verfahren bei welchem eine, mehrere
oder auch alle dispergierten Formkomponenten der bereits vermischten,
wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung sogar noch feiner dispergiert
werden. Man glaubt, dass dies der Grund für die guten Beschichtungsergebnisse
ist, welche mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erzielt werden
können,
dies in Bezug auf sowohl die technologische als auch insbesondere
auf die optische Oberflächenqualität der erzielten
Beschichtung.
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Das
Auftragungsverfahren gemäß der Erfindung
ist besonders geeignet zur Herstellung von Beschichtungen auf dem
OEM Automobilbeschichtungsbereich, zum Beispiel bei der Herstellung
von Schichten der eine Farbe und/oder einen Spezialeffekt verleihenden
und auf Wasser basierenden Grundbeschichtungen durch Hydrooberflächenbehandlung
oder insbesondere von auf Wasser basierenden Deckschichten oder
von auf Wasser basierenden Klarlackbeschichtungen.
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Die
wässrigen
Mehrkomponentengrundbeschichtungszusammensetzungen werden als eine trockene
Lagen- bzw. Schichtdicke von etwa 10 bis 50 μm aufgetragen, wobei die Dicke
abhängig
ist von der gewünschten
Schattierung (d.h. Farbschattierungen mit einer geringen deckenden
Kraft benötigen eine
stärkere
Dicke und umgekehrt), so wie dies nach dem Stand der Technik gut
bekannt ist, wohingegen die wässrigen
Mehrkomponentenklar- oder Deckbeschichtungszusammensetzungen als
eine trockene Lagendicke von etwa 30 bis 60 μm aufgetragen werden. Die ausgehend
von den wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen aufgetragenen Beschichtungslagen
können
bei Temperaturen von bis zu 160°C
getrocknet oder gebacken werden, und vorzugsweise werden sie bei
Temperaturen in einem Bereich von 60°C bis zu 160°C gebacken.
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In
dem Fall der Beschichtung in z. Bsp. einer Automobilproduktionsstraße kann
eine wässrige Mehrkomponentengrundbeschichtungslage,
welche die wässrige
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung enthält, welche aufgebracht wird auf
eine vorab beschichtete, mit einer durch Elektroablagerung erstellten
Primerbeschichtung und wahlweise mit einer Oberflächenlage
versehenen Automobilkarosserie, nach der Auftragung getrocknet oder
gebacken werden, bevor sie mit einer Klarbeschichtung überzogen
wird. Die Auftragung findet vorzugsweise jedoch nach der bekannten
Verfahrensweise Nass-in-Nass statt (d.h. nach einer Phase des Schnelltrocknens
bei 20°C
bis 80°C),
die auf Wasser basierende Grundbeschichtungslage wird mit einer
Klarbeschichtung mit einer trockenen Lagendicke von zum Beispiel
30 bis 60 μm überzogen und
sie wird zusammen mit der Klarbeschichtung bei Temperaturen von
zum Beispiel 60°C
bis zu 160°C gebacken.
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Die
wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen werden vorzugsweise
für die
Herstellung der äußeren Klarbeschichtungslage einer
Mehrlagenbeschichtung verwendet. Eine auf Wasser basierende Klarbeschichtungslage,
welche die wässrige
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung enthält, wird auf ein Substrat aufgetragen,
welches mit einer eine Farbe und/oder einen Spezialeffekt verleihenden
einlagigen oder mehrlagigen Vorbeschichtung versehen ist, und dann
wird dasselbe gebacken. Zum Beispiel wird die auf Wasser basierende
Klarbeschichtungslage aus einer wässrigen Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung
nach der Verfahrensweise Nass-in-Nass aufgetragen, vorzugsweise
auf eine auf Wasser basierende Grundbeschichtungslage, welche zum
Beispiel bei 20°C
bis 80°C
schnell getrocknet worden ist, und die zwei Beschichtungsebenen
werden dann zusammen gebacken. Das kombinierte Backen der zwei Beschichtungsebenen
kann bei Temperaturen von 60°C
bis 160°C
stattfinden und vorzugsweise von 80°C bis 160°C, wenn dasselbe zum Beispiel
als ein Backsystem bei der Beschichtung auf einer Produktionsstraße von Automobilen eingesetzt
wird.
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Die
wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen, welche gekennzeichnet sind
durch eine anfängliche
getrennte Lagerung der Komponenten, können aus einem aus einer Vielfalt von
Systemen ausgewählten
System bestehen, einschließlich
aus: (a) mindestens einer wässrigen
Komponente und mindestens einer nicht wässrigen Komponente, (b) mindestens
zwei wässrigen
Komponenten und ohne nicht wässrige
Komponenten oder (c) mindestens zwei nicht wässrigen Komponenten, Wasser
und ohne wässrige
Komponenten, jedoch wird das System (a) vorgezogen. Während der
Herstellung der wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungs-zusammensetzung nach den Fällen (a)
und (b) kann, wenn dies erwünscht
ist, Wasser hinzu gegeben werden, zum Beispiel, um einen besonderen Feststoffgehalt
oder eine besondere Viskosität
zu erzielen. In den Fällen
(a) und (b) sollte das hinzu gegebene Wasser jedoch nicht als eine
der Komponenten der wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzung betrachtet werden. In
allen drei Fällen
(a), (b) und (c) sollte das hinzu gegebene Wasser nicht mit einer
wässrigen
Komponente verwechselt werden.
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Bei
den wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen, welche aus den durch
(a) und (b) beschriebenen Komponenten bestehen, können die
wässrigen
Komponenten wasserlöslich
und/oder von außen
her dispergiert sein mit Hilfe von Emulgatoren und/oder einer Selbstdispersion
als ein Ergebnis eines geeigneten Gehalts an einer hydrophilen Gruppe.
Beispiele von solchen hydrophilen Gruppe sind nicht ionische hydrophile Gruppen
wie etwa Polyoxyalkylengruppen (z.B. Polyethylenoxid- und/oder Polypropylenoxidgruppen) oder
ionische hydrophile Gruppen wie etwa kationische oder anionische
Gruppen, dabei werden jedoch anionische Gruppen bevorzugt. Beispiele
von kationischen Gruppen sind quartäre Ammoniumgruppen oder basische
Gruppen, zum Beispiel Aminogruppen, welche durch die Zugabe von
Säuren
neutralisiert werden wie etwa Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure. Beispiele von anionischen
Gruppen sind Säuregruppen
wie zum Beispiel Carboxylgruppen, welche durch die Zugabe von Basen
neutralisiert werden, insbesondere Amine oder Aminoalkohole.
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Die
wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen enthalten Bindemittel (z.B.
kationisch stabilisierte Bindemittel und/oder anionisch stabilisierte
Bindemittel), welche in Wasser oder in einer wässrigen Dispersionsform (entsprechend
den Grundsätzen
dispergiert, welche in dem obigen Abschnitt zitiert worden sind)
aufgelöst
sind. Geeignete kationisch stabilisierte Bindemittel enthalten zum
Beispiel von 8 bis 450 Milliäquivalent
an kationischen Gruppen oder an Gruppen, welche in kationische Gruppen
umgewandelt werden können,
pro 100 g Feststoffharz. Geeignete anionisch stabilisierte Bindemittel
enthalten zum Beispiel von 5 bis 400 Milliäquivalent an anionischen Gruppen
oder an Gruppen, welche in anionische Gruppen umgewandelt werden
können,
pro 100 g Feststoffharz, zum Beispiel entsprechend einem Säurewert,
welcher von den Carboxylgruppen herstammt, von 5 bis 200 mg KOH/g.
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Die
wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen können zusätzlich zu den Bindemitteln,
die reaktive Gruppen aufweisen, auch Vernetzungsmittel enthalten,
die reaktive Gruppen aufweisen, welche komplementär zu den
reaktiven Gruppen der Bindemittel vorliegen. Beispiele von Kombinationen
von solchen Bindemittel- und Vernetzungsmittelkomponenten umfassen
Kombinationen von epoxy-funktionalen Komponenten und von Komponenten,
welche primäre
und/oder sekundäre
Aminogruppen enthalten, Kombinationen von epoxy-funktionalen Komponenten
und von Komponenten, welche Carboxylgruppen enthalten, und Kombinationen
von hydroxy-funktionalen Komponenten und Polyisocyanatkomponenten.
Es werden wässrige
Zweikomponentenbeschichtungszusammensetzungen aus Polyurethan bevorzugt,
welche hergestellt werden durch Mischen einer hydroxy-funktionalen
Bindemittelkomponente, vorzugsweise einer wässrigen, hydroxy-funktionalen,
ein Bindemittel enthaltenden basischen Komponente, und einer Vernetzungsmittelkomponente
aus Polyisocyanat, vorzugsweise einer nicht wässrigen Härtungskomponente aus Polyisocyanat.
Natürlich
ist es eine reine Definitionsfrage, welche der Komponenten in einem
jeden Fall als die Bindemittelkomponente angesehen wird und welche
angesehen wird als die Vernetzungsmittelkomponente. Im Allgemeinen
betrachtet man die Komponente mit der größeren Menge als das Bindemittel
und die Komponente mit der kleineren Menge als das Vernetzungsmittel.
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Geeignete
Vernetzungsmittelkomponenten enthalten bevorzugt diejenigen, welche
hydrophob sind, jedoch kann irgendein herkömmliches Vernetzungsmittel
verwendet werden. Die Vernetzungsmittelkomponente, welche freie
Isocyanatgruppen enthält,
kann hydrophil gemacht werden zum Beispiel durch eine Einbindung
von ionischen Gruppen oder durch eine Einbindung von Polyethylenoxideinheiten in
das Polyisocyanatmolekül.
Die Vernetzungsmittelkomponente aus Polyisocyanat besteht jedoch
vorzugsweise aus einem hydrophoben Vernetzungsmittel aus Polyisocyanat.
Es ist vorteilhaft, in den wässrigen
Zweikomponentenbeschichtungszusammensetzungen aus Polyurethan, hydrophobe
Polyisocyanate als das Härtungsmittel
zu verwenden für
das Auftragen unter besonders strengen Anforderungen hinsichtlich
der Kriterien für
die herzustellende Beschichtung, zum Beispiel bei OEM Automobilbeschichtungen.
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Die
Bindemittelfeststoffe der wässrigen Zweikomponentenbeschichtungszusammensetzungen
aus Polyurethan weisen einen Hydroxylwert in dem Bereich von zum
Beispiel 10 bis 300 mg KOH/g auf, vorzugsweise von 20 bis 250 mg
KOH/g und stärker
bevorzugt von 50 bis 200 mg KOH/g. Freies Polyisocyanat ist in den
wässrigen
Zweikomponentenbeschichtungszusammensetzungen in solch einer Menge
enthalten, dass das Verhältnis
der Anzahl der freien Isocyanatgruppen zu der Anzahl der Hydroxylgruppen,
welche von den Bindemittelfeststoffen herstammen, mehr als 0,5:1
und weniger als 5:1 beträgt, vorzugsweise
0,7:1 bis 2,5:1 und stärker
bevorzugt 0,8:1 bis 2,0:1. Die Harzbasis der Bindemittelfeststoffe
ist im Prinzip nicht Gegenstand irgendeiner Beschränkung. Dieselben
weisen bevorzugt ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) in
dem Bereich von 500 bis 500.000 auf.
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Beispiele
geeigneter Bindemittelstoffe enthalten (Meth)acrylcopolymere, Polyesterharze,
urethanisierte Polyester, Polyurethane, Polyharnstoffe und/oder
Polyurethanharnstoffe. Ein Bindemittel oder eine Kombination von
Bindemitteln kann verwendet werden. Es ist auch möglich, Hybridbindemittel
zu verwenden, welche aus den besagten Klassen von Bindemitteln abgeleitet
sind. Diese sind Polymerhybride, bei welchen zwei oder mehr Bindemitteltypen, welche
durch kovalente Bindungen gebunden sind oder welche in der Form
von sich gegenseitig durchdringenden Harzmolekülen vorliegen, vorhanden sein
können.
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Beispiele
geeigneter, hydrophober, freier Polyisocyanate sind irgendwelche
organischen Di- und/oder
Polyisocyanate mit aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch
und/oder aromatisch gebundenen Isocyanatgruppen, welche bei Umgebungstemperatur
ein Flüssigkeit
sind oder durch die Zugabe von organischen Lösungsmitteln verflüssigt werden
oder in aufgelöster
Form vorhanden sind und im Allgemeinen eine Viskosität in dem
Bereich von 0,5 bis 2000 mPas aufweisen, vorzugsweise in dem Bereich
von 1 bis 1000 mPas und stärker
bevorzugt kleiner als 200 mPas bei 23°C. Beispiele bevorzugter Polyisocyanate
sind Nonantriisocyanat und Diisocyanate wie etwa Hexamethylendiisocyanat,
Tetramethylxyloldiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dicyclohexylmethandiisocyanat,
Cyclohexandiisocyanat und Kombinationen derselben. Hydrophobe, freie
Polyisocyanate können auch
solche umfassen, welche Heteroatome in dem Radikal enthalten, welches
die Isocyanatgruppen verbindet. Beispiele umfassen Polyisocyanate,
welche Carbodiimidgruppen, Allophanatgruppen, Isocyanwatgruppen,
Urethangruppen und/oder Biuretgruppen enthalten. Die Polyisocyanate
weisen vorzugsweise eine Isocyanatfunktionalität von höher als 2 auf, zum Beispiel
Polyisocyanate von dem Typ des Uretidions oder von dem Isocyanuratyp,
welche durch eine Dimerisation und/oder eine Trimerisation der oben
erwähnten
Diisocyanate hergestellt werden. Weitere Beispiele sind Polyisocyanate,
die Biuretgruppen enthalten, welche durch eine Reaktion der oben
erwähnten
Diisocyanate mit Wasser hergestellt werden, oder Polyisocyanate,
die Urethangruppen enthalten, welche durch eine Reaktion mit Polyolen
hergestellt werden. Herkömmliche
Farbpolyisocyanate, welche abgeleitet sind von Hexamethylendiisocyanat,
Isophorondiisocyanat und/oder Dicyclohexylmethandiisocyanat, insbesondere
solche, welche ausschließlich abgeleitet
sind von Hexamethylendiisocyanat, sind ganz besonders geeignet.
Der Ausdruck "herkömmliche
Farbpolyisocyanate, welche von den Diisocyanaten abgeleitet sind", sollte in seiner
Bedeutung so verstanden und gehandhabt werden, dass er die bekannten
Derivate der Diisocyanate bezeichnet, welche Biuret, Urethan, Uretidion und/oder
Isocyanuratgruppen enthalten.
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Die
hydrophoben, freien Polyisocyanate können als solche während der
Herstellung der wässrigen
Beschichtungszusammensetzungen hinzugefügt werden. Es kann vorteilhaft
sein, wenn die hydrophoben, freien Polyisocyanate mit einem organischen
Lösungsmittel
oder mit einer Lösungsmittelmischung
vorgemischt werden.
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Zusätzlich zu
Wasser und Bindemitteln und vorzugsweise auch den Vernetzungsmitteln
können die
wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungs-zusammensetzungen wahlweise ebenfalls
reaktive Verdünnungsmittel,
Pastenharze, organische Lösungsmittel,
Farbe und/oder Spezialeffekte verleihende Pigmente, Füllmittel
und/oder herkömmliche
Farbzusatzstoffe enthalten.
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Beispiele
geeigneter, organischer Lösungsmittel
können
nicht mit Wasser mischbare oder teilweise und/oder vollständig wassermischbare,
organische Lösungsmittel
sein, in einer Menge von etwa 0 bis zu weniger als 20 Gewichtsprozent,
bezogen auf die vollständig
gemischte Beschichtungszusammensetzung, welche bereit und fertig
für die
Auftragung ist. Beispiele bevorzugter Lösungsmittel sind monohydride
oder polyhydride Alkohole, zum Beispiel Propanol, Butanol, Hexanol;
Glycolether oder -ester wie zum Beispiel Diethylenglycoldialkylether,
Dipropylenglycoldialkylether, in einem jeden Fall mit C1- bis C6-Alkyl,
Ethoxypropanol, Butylglycol; Glycole zum Beispiel Propylenglycol
oder Oligomere derselben; Glycoletherester wie zum Beispiel Ethylglycolacetat, Butylglycolacetat,
3-Methoxy-n-butylacetat, Butyldiglycolacetat, Methoxypropylacetat;
N-Methylpyrrolidon und Ketone wie etwa Methylethylketon, Aceton, Cyclohexanon;
Ester wie etwa Butylacetat, Isobutylacetat, Amylacetat; aromatische
oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Toluol, Xylol
oder lineare oder verzweigte, aliphatische C6- bis C12-Kohlenwasserstoffe.
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Beispiele
geeigneter, Farbe und/oder Spezialeffekte verleihender Pigmente,
Farbe verleihender Absorptionspigmente und/oder Füllstoffe
umfassen Ruß (Carbon
Black), Titandioxid, Eisenoxidpigmente, Azopigmente, Perylenpigmente,
Phthalocyaninpigmente, Aluminiumpigmente, Micapigmente, Talk, Kaolin.
Die Pigmente werden vorzugsweise als ein Stoffbestandteil einer
wässrigen,
basischen Komponente in die wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen eingeführt.
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Die
herkömmlichen
Farbzusatzstoffe können in
Mengen von zum Beispiel bis zu 5 Gewichtsprozenten vorhanden sein.
Geeignete Farbzusatzstoffe sind durchsichtige Pigmente, Neutralisationsmittel, Egalisierungsmittel,
Farb-/Färbungsstoffe,
Lichtstabilisatoren, Antioxidation, Stoffe für die rheologische Steuerung,
Antiabsetzmittel, Schaumdämpfungsmittel,
die Adhäsion
fördernde
Substanzen, Katalysatoren, Aminsalze von organischen Sulfonsäuren und Kombinationen
derselben. Die Zusatzstoffe können in
die wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusatzstoffe mit Hilfe einer jeden der
Komponenten eingeführt
werden und insbesondere als ein Stoffbestandteil einer wässrigen,
basischen Komponente.
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Wenn
die wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen verwendet werden,
zum Beispiel als wasserlösliche
Grundbeschichtungen für
die Herstellung von den eine Farbe und/oder einen Spezialeffekt
verleihenden Beschichtungslagen, dann weisen sie bevorzugt einen
Feststoffgehalt von 10 Gewichtsprozent bis zu 50 Gewichtsprozent
auf, stärker
bevorzugt von 15 Gewichtsprozent bis zu 40 Gewichtsprozent, dabei
mit einem bevorzugten Verhältnis
von Pigment zu Feststoffharz von 0,03:1 bis 2,5:1 und stärker bevorzugt von
0,06:1 bis 2:1, in einem jeden Fall bezogen auf das Feststoffgewicht.
In dem Fall einer Verwendung als wasserlösliche Klarbeschichtung beträgt der Feststoffgehalt
vorzugsweise 40 Gewichtsprozent bis zu 60 Gewichtsprozenten.
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Die
Komponenten werden vorzugsweise erst kurz vor der Auftragung zusammengemischt.
Die Vormischung kann entweder in einer kontinuierlichen oder in
einer diskontinuierlichen Art und Weise erfolgen, jedoch wird im
Hinblick auf eine Beschichtung auf einer Produktionsstraße im großen industriellen Maßstab ein
kontinuierliches Vormischen bevorzugt. Das Vormischen kann auf eine
herkömmliche
Art und Weise erfolgen, zum Beispiel unter Zuhilfenahme von einer
Mehrkomponentenbeschichtungseinrichtung, insbesondere unter Zuhilfenahme
von einer Zweikomponentenbeschichtungseinrichtung, zum Beispiel
mit einem herkömmlichen
statischen Mischer wie etwa mit einem Kenics Mischer, welcher typischerweise
bei der Beschichtung auf einer Automobilproduktionsstraße verwendet
wird. Nach dem Vormischen werden die wässrigen Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen
im Allgemeinen in der Form von wässrigen
Dispersionen erhalten, in denen Bindemittel und/oder Härtungsmittel
eine oder mehrere dispergierte Phasen in einer kontinuierlichen,
wässrigen
Phase bilden.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
erlaubt die Herstellung von optisch und technologisch qualitativ
hochwertigen Beschichtungen unter Verwendung wässriger Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen,
obwohl man dabei ohne den Einsatz einer ausgefeilten und komplizierten
Mischungstechnologie während
der Herstellung der wässrigen Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen
auskommt. Hingegen verwendet das Verfahren eher herkömmliche,
einfache und wahlweise schon vorhandene Mehrkomponentenbeschichtungseinrichtungen
für die
Herstellung von wässrigen
Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen. Wenn die vorliegende
Erfindung identische, wässrige Mehrkomponentenbeschichtungszusammensetzungen
verwendet, welche identische Komponentenverhältnisse aufweisen wie diejenigen,
die man typischerweise nach dem Stand der Technik bei der Verwendung
der Strahldispersion findet, dann verfügen die Beschichtungsebenen,
die sich aus dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ergeben, über eine äquivalente
oder über
eine bessere Qualität
im Vergleich zu den Beschichtungsebenen, die sich aus den bisherigen
Verfahren nach dem Stand der Technik ergeben. Zum Beispiel liefert
die vorliegende Erfindung dort, wo die Sprühkante des mindestens einen
Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäubers eine Umfangsgeschwindigkeit
aufweist, die in dem Bereich von 10.000 bis 25.000 m/min liegt,
eine Beschichtung von einer überlegenen
Qualität,
wenn man sie mit denjenigen Beschichtungen vergleicht, die aus denjenigen
Verfahren resultieren, die eine Umfangsgeschwindigkeit von weniger
als 10.000 m/min verwenden.
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Die
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden Beispielen noch
weiterreichender definiert. Es sollte verständlich sein, dass diese Beispiele,
obwohl sie bevorzugte und die am stärksten bevorzugten Ausführungen
der vorliegenden Erfindung betreffen, nur der Illustration halber
gegeben werden. Aus den obigen Diskussionen und aus diesen Beispielen
kann ein Experte auf diesem Gebiet die wesentlichen Merkmale dieser
Erfindung feststellen und er kann, ohne dass er dabei von dem Umfang
und von dem Geist der Erfindung abweicht, verschiedene Veränderungen
und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie an verschiedene
Verwendungen und Bedingungen anzupassen. Somit werden verschiedene
Modifikationen der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu denjenigen, die hierin
gezeigt und beschrieben worden sind, den Experten auf diesem Gebiet
aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich sein. Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf Materialien und Ausführungen
beschrieben worden ist, so sollte es doch verständlich sein, dass die Erfindung
nicht auf diese offenbarten Besonderheiten beschränkt ist,
sondern dass sie sich auf alle Äquivalente
innerhalb des Umfangs der Ansprüche
erstreckt.
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BEISPIELE
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Die
sich aus den Beispielen ergebenden Ergebnisse werden durch Interpretation
geliefert, wobei das menschliche Auge eingesetzt wird, um die beschichtete
Oberfläche
zu beobachten. Die Qualität der
beschichteten Oberfläche
wird bewertet auf der Grundlage ihrer Fähigkeit, ein Spiegelbild der
umgebenden Umwelt zu liefern, in dem der Beobachter das Ausmaß der Störungen unter
den Spiegelbildern vergleicht, welche von den beschichteten Oberflächen der
Beispiele und der vergleichenden Beispiele geliefert worden sind.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL
1
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Einen
Kenics Mischer verwendend wird eine wässrige Zweikomponenten-klarbeschichtung
aus Polyurethan hergestellt ausgehend von einer wässrigen
Base und einem nicht wässrigen
Härtungsmittel aus
Polyisocyanat in dem Volumenverhältnis
100:45 (Herberts Aqua Clear 2K, Base R 40821 und Härtungsmittel
R 40906, in einem jeden der Fälle
herstammend von DuPont Performance Coatings GmbH & Co. KG, Wuppertal).
Die vorgemischte, wässrige Zweikomponentenklarbeschichtung
aus Polyurethan, welche den Kenics Mischer verlässt, wird direkt zu einem Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber geführt (Zerstäuber: N
16010033 ECO-Schale von DÜRR).
Während
des Auftragens weist die Sprühkante
mit einem Durchmesser von 5,5 cm eine Umdrehungsgeschwindigkeit
von 45.000 min–1 auf, was sich auf
eine Umfangsgeschwindigkeit von 7772 m/min bezieht. Die Klarbeschichtung
wird auf ein Testpaneel aufgetragen, welches mit einer schnell getrockneten,
silberfarbenen, auf Wasser basierenden Grundbeschichtung als einer
Fütterung
beschichtet ist, bis zu einer Dicke des trockenen Films in dem Bereich
von 10 bis 60 μm,
dann schnell getrocknet während
einer Zeitdauer von 10 Minuten bei 40°C und gebacken während einer
Zeitdauer von 20 Minuten bei 140°C.
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Die
erhaltene Beschichtung wird visuell in dem Bereich einer Klarbeschichtungslage
von 30 bis 40 μm
Dicke beurteilt: Erscheinungsbild der Deckbeschichtung: nicht zufrieden
stellend; schlechte Egalisierung; Mikrostruktur.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL
2
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Dieselbe
wässrige
Zweikomponentenklarbeschichtung aus Polyurethan wird hergestellt
wie in dem vergleichenden Beispiel 1, dabei wird jedoch ein verschiedener
Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber verwendet, nämlich die
ECO-M-Schale von DÜRR.
In diesem vergleichenden Beispiel weist die Sprühkante einen Durchmesser von
6,5 cm auf und die Umdrehungsgeschwindigkeit während der Auftragung beträgt 45.000
min–1,
wobei die Umfangsgeschwindigkeit 9185 m/min beträgt. Ergebnis: Erscheinungsbild
der Deckbeschichtung: nicht zufrieden stellend; Egalisierung etwas
besser als in dem vergleichenden Beispiel 1; Mikrostruktur.
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BEISPIEL 3 (GEMÄß DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG)
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Dieselbe
wässrige
Zweikomponentenklarbeschichtung aus Polyurethan wird hergestellt
und derselbe Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber wird verwendet wie in
dem vergleichenden Beispiel 2. Dabei wird jedoch in diesem Fall
der Hochgeschwindigkeitsrotationszerstäuber mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit
von 70.000 min–1 (anstelle einer Umdrehungsgeschwindigkeit
von 45.000 min–1, wie sie in dem vergleichenden
Beispiel 2 verwendet worden ist) betrieben. Dementsprechend beträgt die Umfangsgeschwindigkeit
der Sprühkante
14.287 m/min. Ergebnis: Erscheinungsbild der Deckbeschichtung zufrieden
stellend; Egalisierung zufrieden stellend; hoher Glanz.