-
[Technisches Gebiet]
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluorenthaltendes Copolymer, ein Verfahren zu dessen
Herstellung und dessen Verwendung.
-
[Hintergrund und Stand der Technik]
-
Die Autoren der vorliegenden Erfindung fanden bereits, daß Copolymere von Fluorolefin,
Cyclohexylvinylether, Alkylvinylether und Hydroxyalkylvinylether bei Raumtemperatur gehärtet werden können und
mit Hilfe eines Härters, wie Melamin oder mehrwertiges Isocyanat, wärmegehärtet werden können und
einen wetterfesten Beschichtungsfilm bereitstellen, der einen hohen Glanz aufweist und in der
Lösungsmittelbestandigkeit ausgezeichnet ist, wie offenbart in US-A-4 345 057 und der Japanischen Ungeprüften
Patentanmeldung Nr. 34107/1982 und 136662/1983. Bei der weiteren Anwendung der vorstehend genannten
Copolymere als Beschichtung auf Lösungsmittelbasis fand man jedoch die Probleme, daß 1) wenn sie für eine
Beschichtung mit hohem Feststoffgehalt Anwendung fanden, was in den letzten Jahren in starkem Maße
gefordert wird, die Viskosität zu hoch wurde und es schwierig war, eine gute Beschichtung auszuführen
und 2) eine ausreichende Durchsichtigkeit der beschichteten Oberfläche nicht erhalten werden konnte.
-
EP-A-0 212 508 beschreibt ein fluorenthaltendes Copolymer, das als Anstrichstoff auf Wassergrundlage
geeignet ist. Einige der Produkte haben eine geringe Viskosität.
-
US-A-4 640 966 und JP-A-62 174 213 offenbaren Fluorolefincopolymere mit einer Eigenviskosität von
0,05 bis 2,0 dl/g.
-
[Offenbarung der Erfindung]
-
Die vorliegende Erfindung wurde ausgefuhrt, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen und
liefert das nachstehend genannte fluorenthaltende Copolymer.
-
Ein fluorenthaltendes Copolymer, umfassend Polymereinheiten, wiedergegeben durch die Formeln a),
b) und c), in Mengen von 40 bis 60 Mol-%, 25 bis 55 Mol-% bzw. 5 bis 25 Mol-% mit einer intrinsischen
Viskosität von 0,01 bis 0,05 dl/g, gemessen in ungehärtetem Zustand bei 30ºC in Tetrahydrofuran, wobei
das Verhältnis des gewichtsmittleren Molekulargewichts und des zahlenmittleren Molekulargewichts,
gemessen durch Gelpermeationschromatographie, nicht mehr als 2,0 ist:
-
a) (CF&sub2; - CFX)
-
X ist Fluor, Chlor oder eine Perfluoralkyl- oder Perfluoralkoxygruppe mit 1
bis 3 Kohlenstoffatomen,
-
R¹ ist Wasserstoff oder eine Methylgruppe, R² ist eine nichtsubstituierte oder
fluorsubstituierte, geradkettige, verzweigtkettige oder alicyclische Alkylgruppe
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen und 1 ist 0 oder 1 und
-
R³ ist Wasserstoff oder eine Methylgruppe, R&sup4; ist eine
hydroxylgruppenenthaltende, nichtsubstituierte oder fluorsubstituierte, geradkettige,
verzweigtkettige oder alicyclische Alkylgruppe.
-
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung des fluorenthaltenden Copolymers
und eine Beschichtungszusammensetzung, vorzugsweise als Decklack für ein Kraftfahrzeug, die aus einer
Kombination von fluorenthaltendem Copolymer und Härter zusammengesetzt ist, bereit.
-
Das erfindungsgemäße, fluorenthaltende Copolymer besteht aus Polymereinheiten, wiedergegeben
durch die Formeln a), b) und c):
-
a) (CF&sub2; - CFX)
-
X ist Fluor, Chlor oder eine Perfluoralkyl- oder Perfluoralkoxygruppe mit 1
bis 3 Kohlenstoffatomen,
-
R¹ ist Wasserstoff oder eine Methylgruppe, R² ist eine nichtsubstituierte oder
fluorsubstituierte, geradkettige, verzweigtkettige oder alicyclische Alkylgruppe
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen und 1 ist 0 oder 1 und
-
R³ ist Wasserstoff oder eine Methylgruppe, R&sup4; ist eine
hydroxylgruppenenthaltende, nichtsubstituierte oder fluorsubstituierte, geradkettige,
verzweigtkettige oder alicyclische Alkylgruppe.
-
Die Polymereinheiten können durch Copolymerisation der durch die Formeln a'), b') bzw. c')
wiedergebenen Monomere hergestellt werden:
-
a') CF&sub2; = CFX,
-
X weist die gleiche wie vorstehend definierte Bedeutung auf,
-
R¹, R² und l weisen die gleiche wie vorstehend definierte Bedeutung auf und
-
R³ und R&sup4; weisen die gleiche wie vorstehend definierte Bedeutung auf.
-
Als das durch die Formel a') wiedergegebene Monomer können beispielhaft angeführt werden
Tetrafluorethylen, Chlortrifluorethylen, Hexafluorpropylen, Perfluormethylvinylether, Perfluorethylvinylether
und Perfluorpropylvinylether. Bevorzugte Monomere sind Tetrafluorethylen und Chlortrifluorethylen. Als
Monomer, wiedergegeben durch die Formel b'), können beispielsweise angeführt werden ein
Alkylvinylether, wie Ethylvinylether, n-Butylvinylether, Ethylisopropenylether oder n-Butylisopropenylether, ein
Cycloalkylvinylether, wie Cyclohexylvinylether, ein Fluoralkylvinylether, wie
2,2,3,3-Tetrafluorpropylvinylether
und ein Vinylcarboxylat, wie Vinylacetat, Isopropenylacetat, n-Vinylbutyrat,
n-Isopropenylbutyrat, Vinylvalerat, Isovinylvalerat, Vinylpivalat oder Vinyllaurat. Bevorzugte Monomere sind
Alkylvinylether und Cycloalkylvinylether, die vorstehend angeführt wurden und es ist bevorzugter, beide von
ihnen in Kombination zu verwenden. Als Monomer, wiedergegeben durch die Formel c'), kann beispielhaft
ein Hydroxyalkylvinylether, wie ω-Hydroxybutylvinylether oder ω-Hydroxyethylvinylether, ein
Hydroxycycloalkylvinylether, wie Monovinylether von Cyclohexandiol oder ein Monovinylether von
Cyclohexandimethanol und ω-Hydroxybutylisopropenylether angeführt werden. Ein bevorzugtes Monomer ist der
vorstehend genannte Hydroxyalkylvinylether. Die durch die Formeln a), b) und c) wiedergegebenen
Polymereinheiten können von einer Art sein oder können ein Gemisch von zwei oder mehreren Arten darstellen.
-
Das erfindungsgemäße, fluorenthaltende Copolymer umfaßt die Polymereinheiten, wiedergegeben
durch die Formeln a), b) und c), in Mengen von 40 bis 60 Mol-%, 25 bis 55 Mol-% bzw. 5 bis 25 Mol-
%. Wenn die Menge der Polymereinheit, wiedergegeben durch die Formel a), zu klein ist, wird die
Wetterbeständigkeit zu schlecht. In derartigen Fällen, wenn die Menge an Polymereinheit, wiedergegeben
durch die Formel a), zu klein oder zu groß ist, entstehen Probleme hinsichtlich der Herstellung. Wenn die
Menge der Polymereinheit, wiedergegeben durch die Formel b), zu hoch ist, wird die Wetterbeständigkeit
schlecht und wenn die Menge zu gering ist, wird die Löslichkeit für ein Lösungsmittel verringert und das
Copolymer wird als Grundlage für eine Beschichtung auf der Basis von Lösungsmitteln ungünstig und
ungeeignet. Es ist besonders wichtig, daß die Polymereinheit, wiedergegeben durch die Formel c), in einem
Anteil innerhalb des vorstehend genannten Bereiches enthalten ist, aus dem Blickwinkel der Verbesserung
der Härtbarkeit, ohne verschiedene, für eine Grundlage für ein Beschichtungsmaterial brauchbare
Eigenschaften zu verschlechtern. Das heißt, wenn der Anteil an der durch die Formel c) wiedergegebenen
Polymereinheit zu hoch ist, wird, da die Löslichkeit des Copolymers geändert ist und das Copolymer in
Lösungsmitteln, ausgenommen einem spezifischen Lösungsmittel, wie Alkohol, unlöslich wird, nicht nur die
Anpaßbarkeit als Grundlage für eine Beschichtung auf Lösungsmittelbasis begrenzt, sondern auch die
Biegsamkeit des gehärteten Beschichtungsfilms vermindert und die Gelzeit (Standzeit) in Gegenwart eines
Härtungsmittels vermindert, wodurch die Anwendbarkeit einer Beschichtung in großem Maße ungünstig
beeinflußt wird. Wenn der vorstehend genannte Anteil zu gering ist, werden verschiedene Nachteile
hervorgerufen, wobei die Wirkung für eine Verbesserung der Härtbarkeit verloren geht, die Härtungszeit steigt und
die Lösungsmittelbeständigkeit des gehärteten Beschichtungsfilms und die Schmutzbeständigkeit
vermindert werden und außerdem die Hafteigenschaften auf einer Grundlage oder einer Grundbeschichtung
verschlechtert werden.
-
Es ist wichtig, daß das erfindungsgemäße Copolymer eine intrinsische Viskosität von 0,01 bis 0,05 dl/g
aufweist, vorzugsweise von 0,02 bis 0,05 dl/g, gemessen in ungehärtetem Zustand bei 30ºC in
Tetrahydrofuran. Wenn die Viskosität zu gering ist, kann die mechanische Festigkeit zu gering werden und somit
wird die Bildung des Beschichtungsfilms im wesentlichen schwierig. Wenn andererseits die Viskosität zu
hoch ist, gibt es im Falle, wenn das Copolymer für eine Beschichtung auf Lösungsmittelbasis verwendet
wird, die Tendenz, daß die Konzentration einer Lösung im Hinblick auf die Viskosität zu verringern ist
und somit die Anwendbarkeit verschlechtert wird. In beiden Fällen wird die Durchsichtigkeit auch
ungünstig erniedrigt.
-
Das fluorenthaltende Copolymer hat ein Verhältnis (Mw/Mn) eines gewichtsmittleren
Molekulargewichts (forthin als Mw bezeichnet) und eines zahlenmittleren Molekulargewichts (forthin als Mn
bezeichnet) im Hinblick auf ein Polystyrol, gemessen durch Gelpermeationschromatographie, im Bereich von
nicht mehr als 2,0. Wenn das Mw/Mn-Verhältnis größer als 2,0 ist, steigt die Viskosität des
Beschichtungsmaterials und somit wird die Bildung einer hochdichten Beschichtung schwierig. Außerdem wird der
Nachteil hervorgerufen, daß die Durchsichtigkeit des Beschichtungsfilms vermindert ist. Wenn das
Mw/Mn-Verhältnis größer als 2,0 ist, wird der Nachteil hervorgerufen, daß die
Beschichtungseigenschaften, insbesondere die Lösungsmittelbeständigkeit, schlecht werden.
-
Ein derartiges, fluorenthaltendes Copolymer kann durch Copolymerisation, durch Umsetzung eines
Gemisches von Monomeren in vorbestimmten Anteilen, unter Verwendung einer
Polymerisationsstartquelle, wie ein Polymerisationsstarter oder eine ionisierende Strahlung in Gegenwart oder Abwesenheit
eines Polymerisationsmediums hergestellt werden. Das am meisten bevorzugte Verfahren besteht hierin in
Ausführung der Polymerisation während die Monomere zu dem Polymerisationssystem zugeführt werden.
Bei einem Verfahren, bei dem die betreffenden Monomere auf einmal in einer anfänglichen Stufe der
Polymerisation zugegeben werden, wird die Konzentration an Monomeren im Verlaufe der Polymerisation
gering. Dadurch werden die in der anfänglichen Stufe hergestellten Polymere und die Polymere, die in der
späteren Stufe der Polymerisation hergestellt werden, im Molekulargewicht unterschiedlich. Folglich kann
das Copolymer ein großes Mw/Mn-Verhältnis aufweisen, das heißt, eine hohe
Molekulargewichtsverteilung. Wenn die Monomere außerdem auf einmal zugegeben werden, wird die Monomerkonzentration im
späten Stadium der Reaktion gering und die Reaktionsgeschwindigkeit wird beträchtlich herabgesetzt und
somit ist dieses Verfahren aus industrieller Sicht ungünstig. Bei einem Verfahren, bei dem andererseits die
Polymerisation ausgeführt wird, während die Monomere zu dem Polymerisationssystem zugeführt werden,
ist es, da die Flüktuationen der Monomerkonzentration gering sind, möglich, die
Molekulargewichtsverteilung klein zu gestalten. Bei dem Verfahren, bei dem die Monomere auf einmal zugeführt werden, ist es
außerdem erforderlich, die Monomerkonzentration für die Herstellung eines Polymers niederen
Molekulargewichts klein zu halten. Es wird somit ein Nachteil hervorgerufen, daß die Polymerausbeute pro Charge
gering wird. Bei einem Verfahren, bei dem die Polymerisation ausgeführt wird, während die Monomere
zugeführt werden, wird die Ausbeute, obwohl die zugegebene Monomerkonzentration in der anfänglichen
Stufe gering ist, an Polymer pro Charge hoch, verglichen mit dem Verfahren, bei dem alles auf einmal
zugegeben wurde. Die Umwandlung des Monomers zu dem Polymer wird außerdem hoch, verglichen mit
dem Verfahren, bei dem alles auf einmal zugegeben wird. Das heißt, das Verfahren, bei dem die
Polymerisation ausgeführt wird während die Monomere zugeführt werden, kann als Verfahren zur Herstellung mit
äußerst überlegener Polymerisationseffizienz bezeichnet werden. Obwohl das Verfahren zur Zuführung von
Monomeren sowohl ein kontinuierliches Verfahren, als auch ein schubweises Verfahren sein kann, kann
ein Polymer mit einer Molekulargewichtsverteilung leicht erhalten werden, wenn die Zuführung so
kontinuierlich wie möglich ausgeführt wird. Wenn die Monomere kontinuierlich zugeführt werden, so daß die
Monomerkonzentration konstant wird, wird die Molekulargewichtsverteilung besonders klein. Als
Verfahren zur Zuführung der Monomere, so daß die Monomerkonzentration konstant bleibt, wenn die
Monomere ein gasförmiges Monomer enthalten, gibt es beispielsweise ein Verfahren, bei dem das
gasförmige
Monomer in einer Weise zugeführt wird, daß der Innendruck des Polymerisationssystems konstant
wird und gleichzeitig andere Monomere in einer Menge, entsprechend der zuzuführenden Menge des
gasförmigen Monomers, zugeführt werden und ein Verfahren, bei dem die Monomere zugeführt werden,
während die Monomerkonzentration in dem Polymerisationssystem beispielsweise durch Gaschromatographie
bestätigt wird. Die Monomere können auch in einer Weise zugeführt werden, daß die Konzentrationen der
betreffenden Monomere konstant werden und die Monomere können in einer Weise zugeführt werden, daß
die Gesamtkonzentration der Monomere konstant wird. Wenn die Monomere in einer Weise zugeführt
werden, daß die Konzentrationen der betreffenden Monomere konstant werden, kann ein homogenes
Polymer erhalten werden. Wenn die Monomere in einer Weise zugeführt werden, daß die Gesamtkonzentration
der Monomere konstant gestaltet wird und die Konzentrationen der betreffenden Monomere geändert
werden, können funktionelle Polymere manchmal erhalten werden. Bei einem Verfahren, bei dem die
Polymerisation auch ausgeführt wird, während die Monomere zugeführt werden, kann ein Polymerisationsstarter
bei der Zuführung der Monomere eingespeist werden. Wenn die Polymerisation ausgeführt wird, während
der Polymerisationsstarter zugeführt wird, ist es, da die Polymerisationswärme leicht gesteuert werden
kann, möglich, das Polymer bei gleicher Ausbeute in sehr kurzer Zeit zu erhalten. Die Polymerisation
kann entweder durch spontane Beendigung oder durch erzwungene Beendigung beendet werden. Es ist
bevorzugt, ein Beendigungsverfahren auszuwählen, das in geeigneter Weise die gewünschten Eigenschaften
und dergleichen in Betracht zieht, obwohl die Molekulargewichtsverteilung im Fall der erzwungenen
Beendigung kleiner ist. Als Verfahren zur Steuerung des Molekulargewichts des Polymers gibt es
beispielsweise ein Verfahren, bei dem die Steuerung durch Einstellen der Menge an Polymerisationsstarter
und/oder der Konzentration der Monomere geregelt wird und ein Verfahren, bei dem ein
Molekulargewichtsmodifizierungsmittel, wie ein Kettenübertragungsmittel, verwendet wird. Das Verfahren kann
zwanglos in Abhängigkeit von den Zielen, den Bedingungen und dergleichen, ausgewählt werden.
-
Bei dem vorstehend genannten Verfahren zur Herstellung des fluorenthaltenden Copolymers als
Polymerisationsstarter kann ein wasserlöslicher oder öllöslicher in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der
Polymerisationsweise oder dem Polymerisationsmedium, verwendet werden. Als wasserlöslicher Starter
kann beispielhaft insbesondere ein anorganischer Starter angeführt werden, z.B. ein Persulfat, wie
Kaliumpersulfat, ein Wasserstoffperoxid- oder Redoxstarter, zusammengesetzt aus einer Kombination dieser und
ein Reduktionsmittel, beispielsweise Natriumhydrosulfit oder Natriumthiosulfat und ebenfalls ein System,
bei dem eine kleine Menge an Eisen, Eisen-(II)-Salz, Silbernitrat oder dergleichen damit gleichzeitig
vorliegt, usw., ein organischer Starter, wie das Peroxid einer zweibasigen Säure, z.B. ein Peroxid von
Dibernsteinsäure, ein Peroxid von Diglutarsäure oder ein Peroxid von Monobernsteinsäure und ein
Dihydrochlorid von Azobisisobutylamidin. Als öllöslicher Starter können ein Peroxid vom Peroxyestertyp, wie t-
Butylperoxyisobutyrat oder t-Butylperoxyacetat, ein Dialkylperoxydicarbonat, wie
Diisopropylperoxydicarbonat, Benzoylperoxid und Azobisisobutyronitril, beispielhaft angeführt werden. Die Menge an
verwendetem Polymerisationsstarter kann geeigneterweise in Abhängigkeit von der Art, den
Reaktionsbedingungen und der Polymerisation, und dergleichen, geandert werden, beträgt jedoch gewohnlich etwa 0,005 bis
5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die zu copolymerisierenden Monomere.
-
Bei der Ausführung der Copolymerisation ist das Reaktionssystem nicht besonders eingeschränkt und
eine Suspensionspolymerisation, eine Emulsionspolymerisation, eine Lösungspolymerisation und
dergleichen kann ausgeführt werden. Im Hinblick auf die Stabilität der Ausführung der Polymerisation, der
Einfachheit der Abtrennung des hergestellten Copolymers und dergleichen werden jedoch vorzugsweise
Emulsionspolymerisation in einem wässerigen Medium, Lösungspolymerisation unter Verwendung von
Alkohol, wie t-Butanol, Ester, einer aromatischen Verbindung, wie Xylol oder einem gesättigten
Kohlenwasserstoffhalogenid mit einem oder mehreren Fluoratomen als organisches Lösungsmittel und dergleichen
ausgeführt werden. Wenn die Copolymerisation in einem wässerigen Medium ausgeführt wird, ist es bevorzugt,
ein basisches, pufferndes Mittel zuzugeben, so daß der pH-Wert der Flüssigkeit während der
Polymerisation mehr als 4, vorzugsweise 6, wird. Im Falle der Lösungspolymerisation ist die Zugabe eines basischen
Stoffes ebenfalls wirksam.
-
Bei einer Copolymerisation kann die Copolymerisationstemperatur im Bereich von -30ºC bis + 150ºC
in Abhängigkeit von der Polymerisationsstartquelle, der Art des Polymerisationsmediums und dergleichen,
unter Auswähl des geeigneten, optimalen Wertes ausgewählt werden. Wenn jedoch die Copolymerisation
in einem wässerigen Medium ausgeführt wird, beträgt die anzuwendende Temperatur etwa 0ºC bis
+100ºC, vorzugsweise 10ºC bis 90ºC. Obwohl auch der Reaktionsdruck geeigneterweise ausgewählt
werden kann, ist es erwünscht, den Druck gewöhnlich im Bereich von etwa 1 bis 100 kg/cm²,
vorzugsweise 2 bis 50 kg/cm², zu verwenden. Es ist möglich, die Copolymerisation in geeigneter Weise in
gleichzeitiger Anwesenheit eines Kettenübertragungsmittels auszuführen, um die intrinsische Viskosität des
hergestellten Copolymers innerhalb des vorstehend genannten Bereiches herabzudrücken.
-
Das erfindungsgemäße Copolymer enthält als härtende Stelle die Hydroxylgruppe, basierend auf der
Polymereinheit, wiedergegeben durch die Formel c) und kann unter Verwendung eines Härters, wie eines
Härters vom Melamintyp, eines Härters vom Harnstofftyp, eines Härters vom mehrbasigen Säuretyp oder
eines Härters vom blockierten, mehrwertigen Isocyanattyp, die üblicherweise für wärmehärtbare
Acrylbeschichtungen verwendet werden, wärmegehärtet werden. Als Härter vom Melamintyp können butyliertes
Melamin, ein methyliertes Melamin, ein mit Epoxid modifiziertes Melamin und dergleichen beispielhaft
angegeben werden. Der Härter vom Melamintyp kann von jenen ausgewählt werden, die verschiedene
Modifizierungsgrade im Bereich von 0 bis 6 in Abhängigkeit von der Verwendung davon aufweisen und der
Selbstkondensationsgrad davon kann geeigneterweise ausgewählt werden. Als Härter vom Harnstofftyp
können beispielhaft ein methylierter Harnstoff, ein butylierter Harnstoff und dergleichen erwähnt werden.
Als Härter vom mehrbasigen Säuretyp können beispielhaft eine langkettige, aliphatische Dicarbonsäure,
eine aromatische, mehrwertige Carbonsäure oder deren Anhydrid und dergleichen erwähnt werden. Als
Härter vom blockierten, mehrwertigen Isocyanattyp wird ein mehrwertiges Isocyanat, das nachstehend
genannt wird, verwendet, dessen Isocyanatgruppe mit einem Blockierungsmittel maskiert ist. Bei der Ver
wendung des Härters vom Melamin- oder Harnstofftyp kann die Härtung durch Zugabe eines sauren
Katalysators beschleunigt werden.
-
Das Copolymer der vorliegenden Erfindung kann bei gewöhnlicher Temperatur unter Verwendung
eines mehrwertigen Isocyanats gehärtet werden. Als mehrwertiges Isocyanat sind besonders nicht gilbendes
Diisocyanat, wie Hexamethylendiisocyanat oder Isophorondiisocyanat, und deren modifiziertes Produkt,
wie ein Polyol modifiziertes Prodükt, geeignet. Wenn die Härtung bei einer gewöhnlichen Temperatur
unter Verwendung eines mehrwertigen Isocyanats ausgeführt wird, ist es möglich, die Härtung durch Zugabe
eines üblichen Katalysators, wie Dibutylzinndilaurat, auszuführen.
-
Bei der Herstellung der Zusammensetzung für die Beschichtung auf Lösungsmittelbasis aus dem
erfindungsgemäßen Copolymer können verschiedene Lösungsmittel verwendet werden; beispielsweise ein
aromatischer Kohlenwasserstoff, wie Xylol oder Toluol, ein Alkohol, wie n-Butanol, ein Ester, wie
Butylacetat, ein Keton, wie Methylisobutylketon, ein Glycolether, wie Ethylcellosolv und auch verschiedene
handelsübliche Verdünnungsmittel.
-
Die Vermischung eines derartigen Copolymers und Lösungsmittels kann unter Verwendung
verschiedener Vorrichtungen, wie einer Kugelmühle, einem Farbschüttler, einer Sandmühle, einer Strahlmühle, einer
Dreiwalzenmühle oder eines Kneters, ausgeführt werden, die gewöhnlich zur Herstellung von
Beschichtungsmaterialien verwendet werden. Zu diesem Zeitpunkt können ein Pigment, ein Dispersionsstabilisator,
ein Viskositätsmodifizierungsmittel, ein Abstoßungsmittel, ein Gelbildungsinhibitor, ein
Ultraviolettlichtabsorptionsmittel oder dergleichen, zugefügt werden.
-
Wenn das erfindungsgemaße Copolymer zur Herstellung einer wärmehärtbaren Masse zur Beschichtung
verwendet wird, das heißt, für eine Einbrennbeschichtung, wird ein Härter, wie ein Härter vom
Melamintyp, ein Härter vom Harnstofftyp, ein Härter vom mehrbasigen Säuretyp, ein Härter vom blockierten,
mehrwertigen Isocyanattyp oder dergleichen, gleichzeitig in dem vorstehend genannten Mischschritt unter
Herstellung einer Beschichtung vom Einkomponententyp vermischt.
-
Wenn die Zusammensetzung andererseits eine Beschichtung ist, die bei normaler Temperatur aushärtet,
bei der ein nichtblockiertes, mehrwertiges Isocyanat verwendet wird, wird die Härterkomponente getrennt
hergestellt unter Bereitstellung einer Beschichtung vom Zweikomponententyp. In diesem Fall kann die
Beschichtung einen Beschichtungsfilm bereitstellen, der eine nutzbare Zeit von etwa 1 bis 10 h aufweist, bei
Raumtemperatur für einige Stunden bis einige Tage härtet und gute Eigenschaften durch Steuerung der Art
des Isocyanats und des Katalysators und deren zuzugebenden Mengen, der Konzentration des Copolymers,
der Anteile an Einheiten, die auf Hydroxyalkylvinylether in dem Copolymer basieren, und dergleichen,
aufweisen.
-
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
-
Figur 1 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen den Konzentrationen von Feststoffanteilen der
Beschichtungsmaterialien, bei denen die fluorenthaltenden Copolymere in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel
1 verwendet werden und der Viskosität ihrer Lösungen zeigt.
-
[Beste Ausführungsform der Erfindung]
Beispiel 1
-
In einen Autoklaven aus rostfreiem Stahl mit einem inneren Fassungsvermögen von 2,5 l und
ausgestattet mit einem Rührer (Druckbestandigkeit: 30 kg/cm²) wurden 651 g Xylol, 184 g Ethanol, 19,1 g
Cyclohexylvinylether (forthin CHVE genannt), 10,9 g Ethylvinylether (forthin EVE genannt), 23,5 g ω-
Hydroxybutylvinylether (forthin HBVE genannt) und 11,6 g Kaliumcarbonat gegeben und
Kühlungsentluftung und Unterdrucksetzen mit Stickstoffgas wurden wiederholt angewendet, um gelöste Luft zu
entfernen. Anschließend wurden 58,9 g Chlortrifluorethylen (forthin CTFE genannt) in den Autoklaven gegeben
und das Gemisch erwärmt. Wenn die Temperatur in dem Autoklaven auf 65ºC angestiegen war, betrug der
Druck 1,0 kg/cm²G. Danach wurden 9 ml Xylollösung von 50 % t-Butylperoxypivalat (forthin PBPV
genannt) zugegeben, um die Reaktion zu starten. Unter Verminderung des Drucks wurden 470 g CTFE, 153
g CHVE, 87 g EVE und 188 g HBVE kontinuierlich zugegeben, um die Reaktion fortzusetzen, während
der Druck beibehalten wird. Bei Fortschritt der Reaktion wurden 23 ml einer Xylollösung von 50 % PBPV
kontinuierlich zugegeben. Nach 14 h wurde die Zufuhr der betreffenden Monomere gestoppt und die
Reaktion wurde bis 0,5 kg/cm²G fortgesetzt und anschließend wurde der Autoklav mit Wasser gekühlt, um
die Reaktion zu beenden. Nachdem die Temperatur auf Raumtemperatur gesunken war, wurde
nichtumgesetztes Monomer ausgespült und der Autoklav geöffnet. Das so erhaltene Polymer wurde durch Trocknen
unter vermindertem Druck isoliert.
-
Die Ausbeute an Polymer betrug 991 g, die Konzentration des Polymers betrug 49,9 % und der Grad
der Umsetzung der Monomere betrug 96,8 %. Das erhaltene Polymer hatte eine intrinsische Viskosität (in
THF, bei 30ºC) ([η]) von 0,040 dl/g. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht und das zähienmittlere
Molekulargewicht in bezug auf Polystyrol, gemessen durch GPC, und deren Verhältnis betrugen 3500, 6500
bzw. 1,86. Die Polymerzusammensetzung des Copolymers, quantifiziert durch Identifizierung unter
Verwendung von ¹³C-NMR-Spektroskopie betrug 51,0/14,9/15,1/19,0 hinsichtlich CTFE/CHVE/EVE/
HBVE (Mol-%).
Beispiele 2 bis 4
-
Copolymere wurden unter den wie in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen hergestellt. Die Werte von [η],
Mw, Mn, Mw/Mn und der Anteil an HBVE der erhaltenen Copolymere sind ebenfalls ausgewiesen.
-
Die Polymerisationsbedingungen, die in der Tabelle nicht ausgewiesen sind, waren dieselben wie in
Beispiel 1.
Tabelle 1
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Vergleichsbeispiel 1
-
In einen Autoklaven aus rostfreiem Stahl mit einem inneren Fassungsvermögen von 2,5 l und
ausgestattet mit einem Rührer (Druckbeständigkeit: 30 kg/cm²) wurden 1098 g Xylol, 310 g Ethanol, 64,6 g
Cyclohexylvinylether, 36,9 g Ethylvinylether, 79,3 g ω-Hydroxybutylvinylether und 4,3 g
Kaliumcarbonat gegeben und anschließend die Luft durch wiederholtes kühlendes Entlüften und Unterdrucksetzen mit
Stickstoffgas entfernt. Anschließend wurden 198,7 g Chlortrifluorethylen in den Autoklaven eingeführt
und erwärmt. Als die Temperatur in dem Autoklaven auf 65ºC angestiegen war, betrug der Druck 2,6
kg/cm²G. Danach wurden 7 ml Xylollösung von 50 % t-Butylperoxypivalat dazugegeben, um die Reaktion
auszulösen. Die Reaktion wurde unter Rühren für 10 h fortgesetzt und anschließend der Druck auf 0,4
kg/cm²G gesenkt, der Autoklav wurde mit Wasser gekühlt, um die Reaktion zu beenden. Nachdem die
Temperatur auf Raumtemperatur abgesunken war, wurden nichtumgesetzte Monomere ausgespült und der
Autoklav geöffnet. Das erhaltene Polymer wurde durch Trocknen unter vermindertem Druck isoliert.
-
Die Zusammensetzung des Polymers betrug 50,4/15,2/14,9/19,5 im Molverhältnis in bezug auf
CTFE/CHVE/EVE/HBVE.
-
Werte [η], Mw, Mn und Mw/Mn des Copolymers sind in Tabelle 1 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 2
-
Die Reaktion von Vergleichsbeispiel 1 wurde in gleicher Weise wiederholt wie in Vergleichsbeispiel 1,
mit der Abweichung der Polymerisationsbedingungen, die nicht in Tabelle 1 ausgewiesen sind. Werte [η],
Mw und Mn des Copolymers sind ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt.
Testbeispiele
-
Die Copolymere von Beispielen 1 bis 5 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden verwendet, um
Überzugsmaterialien herzustellen und durch Auftragen unter den wie in Tabelle 2 ausgewiesenen Bedingungen
anzuwenden.
-
Figur 1 zeigt die Beziehung zwischen den Konzentrationen der Feststoffanteile der
Beschichtungsmaterialien und der Viskosität von deren Lösungen bei 25ºC. Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften des
aufgetragenen Films.
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 3 (Fortsetzung)
-
[Industrielle Anwendbarkeit]
-
Das erfindungsgemäße Copolymer ist ausgezeichnet im Hinblick auf die Oberflächenhärte und den
Glanz, wenn es als Grundlage für eine Beschichtung verwendet wird und kann unter milden Bedingungen
einen Beschichtungsfilm bereitstellen, der durchsichtig und in der Lösungsmittelbeständigkeit,
Schmutzbeständigkeit und Wetterbeständigkeit ausgezeichnet ist. Das Copolymer ist nicht nur für
Einbrennbeschichtungen geeignet, die auf Stahlblech, gefärbte Aluminiumbleche, Aluminiumfensterrahmen und dergleichen
angewendet werden, sondern ist auch für Beschichtungen vom Trockentyp geeignet, die am Arbeitsplatz
ausgeführt werden können. Das Material des Substrats ist nicht auf Metall beschränkt und das Copolymer
ist äußerst nützlich als Beschichtung für anorganische Materialien, wie Glas, Zement oder Beton und ein
organisches Material, wie Kunststoff, beispielsweise FRP, Polyethylen, Polypropylen,
Ethylen-Vinylacetatcopoiymer, Nylon, Acryl, Polyester, Ethylen-Polyvinylalkoholcopolymer, Vinylchlorid oder
Vinylidenchlorid oder Holz. Das erfindungsgemäße Copoiymer ist besonders geeignet als Ausgangsmaterial für
Beschichtungen mit hohem Feststoffanteil, die einen Beitrag zur Verhinderung von Umweltverschmutzung
liefern und als Ausgangsstoff von hochdurchsichtigen Beschichtungen für Kraftfährzeuge.
-
1. Fluorenthaltendes Copolymer, umfassend Poiymereinheiten, wiedergegeben durch die Formeln a), b)
und c), in Mengen von 40 bis 60 Mol-%, 25 bis 55 Mol-% bzw. 5 bis 25 Mol-%:
-
a) (CF&sub2; - CFX)
-
X ist Fluor, Chlor oder eine Perfluoralkyl- oder Perfluoralkoxygruppe mit 1
bis 3 Kohlenstoffatomen,
-
R¹ ist Wasserstoff oder eine Methylgruppe, R² ist eine nichtsubstituierte oder
fluorsubstituierte, geradkettige, verzweigtkettige oder alicyclische Alkylgruppe
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen und 1 ist 0 oder 1 und
-
R³ ist Wasserstoff oder eine Methylgruppe, R&sup4; ist eine
hydroxylgruppenenthaltende, nichtsubstituierte oder fluorsubstituierte, geradkettige,
verzweigtkettige oder alicyclische Alkylgruppe,
-
gekennzeichnet durch eine intrinsische Viskosität von 0,01 bis 0,05 dl/g, gemessen in ungehärtetem
Zustand bei 30ºC in Tetrahydrofuran, wobei das Verhältnis des gewichtsmittleren Molekulargewichts und
des zählenmittleren Molekulargewichts, gemessen durch Gelpermeationschromatographie, nicht mehr als
2,0 ist.
-
2. Fluorenthaltendes Copolymer nach Anspruch 1, wobei die Polymereinheit, wiedergegeben durch die
Formel a), eine Einheit ist, abgeleitet von mindestens einem Monomer, ausgewählt aus Tetrafluorethylen
und Chlortrifluorethylen, die Polymereinheit, wiedergegeben durch die Formel b), eine Einheit ist,
abgeleitet von mindestens einem Monomer, ausgewählt aus Alkylvinylether, Cycloalkylvinylether und
Vinylcarboxylat und die Polymereinheit, wiedergegeben durch die Formel c), eine Einheit ist, abgeleitet von
mindestens einem Monomer, ausgewählt aus Hydroxyalkylvinylether und Hydroxycycloalkylvinylether.
-
3. Fluorenthaltendes Copolymer nach Anspruch 2, wobei das Copolymer als Polymereinheit,
wiedergegeben durch die Formel b), mindestens eine Einheit, abgeleitet von Alkylvinylether und mindestens eine
Einheit, abgeleitet von Cycloalkylvinylether, umfaßt.
-
4. Verfahren zur Herstellung eines fluorenthaltenden Copolymers nach Anspruch 1, umfassend
Polymerisation von Monomeren, wiedergegeben durch die Formeln a'), b') bzw. c'), in Gegenwart eines
Polymerisationsstarters, wobei die Polymerisation ausgeführt wird während die Monomere zu einem
Polymerisationssystem gegeben werden:
-
a ) CF&sub2; = CFX,
-
X ist Fluor, Chlor oder eine Perfluoralkyl- oder Perfluoralkoxygruppe mit 1
bis 3 Kohlenstoffatomen,
-
R¹ ist Wasserstoff oder eine Methylgruppe, R² ist eine nichtsubstituierte oder
fluorsubstituierte, geradkettige, verzweigtkettige oder alicyclische Alkylgruppe
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen und 1 ist 0 oder 1 und
-
R³ ist Wasserstoff oder eine Methylgruppe, R&sup4; ist eine
hydroxylgruppenenthaltende, unsubstituierte oder fluorsubstituierte, geradkettige, verzweigtkettige
oder alicyciische Alkylgruppe.
-
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Polymerisation ausgeführt wird während der
Polymerisationsstarter dem Poiymerisationssystem zugeführt wird.
-
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das durch Formel a') wiedergegebene Monomer mindestens ein
Monomer ist, ausgewählt aus Tetrafluorethylen und Chlortrifluorethylen, das durch Formel b')
wiedergegebene Monomer mindestens ein Monomer ist, ausgewählt aus Alkylvinylether, Cycloalkylvinylether und
Vinylcarboxylat und das durch Formel c') wiedergegebene Monomer mindestens ein Monomer ist,
ausgewählt aus Hydroxyalkylvinylether und Hydroxycycloalkylvinylether.
-
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei mindestens ein Alkylvinylether und mindestens ein
Cycloalkylvinylether als Monomer, wiedergegeben durch die Formel b'), verwendet werden.
-
8. Beschichtungsmasse, umfassend das fluorenthaltende Copolymer nach Anspruch 1 und einen Härter.
-
9. Beschichtungsmasse nach Anspruch 8, wobei der Härter mindestens ausgewählt ist aus einem Härter
vom Melamintyp, einem Härter vom Harnstofftyp, einem Härter vom mehrbasigen Säuretyp, einem Härter
vom blockierten, mehrwertigen Isocyanattyp und einem Härter vom mehrwertigen Isocyanattyp.
-
10. Masse als Decklack für Kraftfahrzeuge, umfassend das fluorenthaltende Copolymer nach Anspruch
1 und einen Härter.