DE69324449T2

DE69324449T2 - Bindemittelzusammensetzung für Pulverlacke

Info

Publication number: DE69324449T2
Application number: DE69324449T
Authority: DE
Inventors: Marten Houweling; Tosko Alexander Misev; Leendert Jan Molhoek; Dirk Armand Wim Stanssens; Adrianus Johannes Van De Werff; Robert Van Den Berg Jeths; Robert Van Der Linde
Original assignee: DSM NV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 1992-12-01
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2013-11-27
Also published as: KR940014697A; CN1195680A; HUT67429A; FI935344A0; EP0600546B1; NO934352L; BE1007804A4; JP2798592B2; CN1040652C; HU9303394D0; PL173133B1; TW312701B; DE69324449D1; CN1089290A; AU5206493A; NO309822B1; SK134593A3; CZ258793A3; BR9304893A; BG98252A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Bindemittelzusammensetzung für wärmehärtbare Pulverlacke, die ein Polymer, das mit Epoxidgruppen reagieren kann und ein Vernetzungsmittel, das Epoxidgruppen enthält, umfaßt und betrifft wärmehärtbare Pulverlacke, die diese Bindemittelzusammensetzung enthalten.

Hintergrund der Erfindung

Wärmehärtbare Pulverbeschichtungen besitzen eine bessere Festigkeit als thermoplastische Pulverbeschichtungen. Folglich bestand schon von früher her eine intensive Bemühung, Vernetzungsmittel und Polymere zur Anwendung in wärmehärtbaren Pulverbeschichtungen zu· entwickeln. Diese Bemühung setzt sich unvermindert fort. Tatsächlich werden weiter Polymere gesucht, die mit Vernetzungsmitteln reagieren, um Bindemittelzusammensetzungen für wärmehärtbare Pulverlacke herzustellen, die gute Verlaufseigenschaften, gute Lagerungsstabilität und gute Reaktivität aufweisen, wie es aus Merck, Powder Paints, Paintindia 47-52 (Februar 1992) offensichtlich ist. Die Suche wird weiter kompliziert, weil die aus dem Pulverlack schließlich erhaltene Beschichtung viele und sich ändernde Erfordernisse erfüllen muß, und zwar abhängig von der Anwendung. Verschiedene frühere Systeme sind bekannt. Solche Systeme setzen während des Aushärtens flüchtige Komponenten frei. Diese Systeme leiden an den Nachteilen, daß sie Beschichtungen mit Bläschen bilden und/oder unerwünschte Emissionen freisetzen. In letzterer Hinsicht können die flüchtigen Komponenten, die organischen Ursprungs sind, unerwünschte umwelt- oder gesundheitliche Nachteile verursachen. Zusätzlich wurde festgestellt, daß nicht alle wünschenswerten Pulverlack- oder Beschichtungseigenschaften erreicht werden. Andere Systeme verwenden Polyester und gewöhnliche Vernetzungsmittel, die eine Epoxidgruppe enthalten. Im allgemeinen werden in diesen Syste men keine flüchtigen Komponenten freigesetzt. Jedoch führt die Verwendung von Bisphenol-A-Epoxidharzen in sogenannten Hybridsystemen zu Beschichtungen, die durch UV-Bestrahlung gelb werden und relativ stark auskreiden, während die weitverbreitet verwendeten Triglycidylisocyanurat (TGIC)-Vernetzungsmittel toxikologisch bedenklich sind.

Zusammenfassung und Aufgabe der vorliegenden Erfindung

Die erfindungsgemäße Bindemittelzusammensetzung für wärmehärtbare Pulverlacke, umfaßt: (1) ein Polymer mit funktionellen Gruppen, die mit Epoxidgruppen reagieren können, und (ii) ein Vernetzungsmittel, das mindestens eine verzweigte oder lineare aliphatische C&sub5;-C&sub2;&sub6;-Kette mit Epoxidgruppen enthält. Das Vernetzungsmittel kann eine Vielzahl von C&sub5;-C&sub2;&sub6; aliphatischen Ketten enthalten. Das Vernetzungsmittel hat eine Epoxid-Funktionalität größer als 1. Um als Vernetzungsmittel zu wirken, ist die Menge an Oxiran-Sauerstoff, die aus dem Vernetzungsmittel in der Bindemittelzusammensetzung entsteht, höher als 0,1 meq/g. Das Vernetzungsmittel ist geeignet zur Verwendung mit vielen Polymersystemen.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung basiert auf einem Vernetzungsmittel, das weder toxisch noch mutagen ist. Die Pulverlacke, die die Bindemittelzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, haben gute Lagerungsstabilität und gute Reaktivität. Beschichtungen, die aus diesen Pulverlacken erhalten werden, haben eine Kombination von sehr wünschenswerten Eigenschaften.

Stand der Technik

Verbindungen, die mindestens eine verzweigte oder lineare C&sub5;-C&sub2;&sub6;-Kette mit Epoxidgruppen enthalten, sind als solche gut bekannt. Beispiele davon schließen epoxidierte natürliche Öle, wie epoxidiertes Sojabohnenöl oder epoxidiertes Leinsamenöl, ein.
Epoxidierte Öle werden in Zweikomponenten-Lösungsmittel enthaltenden Beschichtungssystemen verwendet. Gemäß z. B. US-A-3218274 und US-A- 3493414 werden Alkyde (Polyester) mit Carbonsäuregruppen zusammen mit einem epoxidierten Öl als Vernetzungsmittel verwendet. Andere Systeme, die auf Lösungsmittel oder Wasser basieren, sind z. B. in DE-A-33 01 729 (EP-A-1 16852) und EP-A-329027 beschrieben. Diese Beschichtungen, die auf Lösungsmittel oder Wasser basieren, sind mit wärmehärtbaren Pulverlacken nicht verwandt, weil Pulverlacke u. a. Erfordernisse zu erfüllen haben, die sich auf den Schmelzpunkt des Bindemittels, rheologische Eigenschaften, Reaktivität und Stabilität beziehen, die nicht auf Naßbeschichtungen anwendbar sind.
Epoxidierte Öle werden in thermoplastischen Pulverbeschichtungen, die auf Polyvinylchloridpolymeren basieren, als Stabilisierer und Plastifizierungsmittel bzw. Weichmacher verwendet. Die epoxidierten Öle sind in der Endbeschichtung in im wesentlichen unreagierter Form anwesend, um mit dem Wasserstoffchlorid (Salzsäure) zu reagieren, das mit der Zeit freigesetzt wird. Ein Beispiel einer Veröffentlichung, die eine mehr komplizierte Beschichtung beschreibt, ist US-A- 3943082. US-A-3943082 beschreibt einen wärmehärtbaren Typ von Pulverbeschichtung, die auf einem Polymer aus Vinylchlorid, Glycidyl(meth)acrylat und Vinylacetat kombiniert mit verschiedenen Typen von Epoxid-enthaltenden Verbindungen basiert. Die epoxidierten Öle werden während der Aushärtung unreagiert verbleiben, weil die Epoxidgruppen des epoxidierten Öls die am wenigsten reaktive Verbindung in dem Pulverlack sind. Ein gleicher Typ von Pulverbeschichtung ist in JP-A-1229078 beschrieben.
Eine Serie von Shell Öl-Patenten (US-A-3102823, US-A-3336251, US-A- 3344096, US-A-3362922, US-A-3374193 und GB-A-1165647) beschreibt wärmehärtbare Pulverlackzusammensetzungen zur Verwendung in Fließbett- Anwendungen. Diese Zusammensetzungen basieren auf einem Epoxidharz als Hauptbestandteil. Insbesondere beschreiben diese Patente Härtungsmittel für Epoxidharze, die auf Bisphenol-A basieren, wie z. B. Epikote®-Harze. Epoxidierte Öle werden zur Verwendung als Epoxidharz erwähnt. Da jedoch epoxidierte Öle gering viskose Flüssigkeiten bei Raumtemperatur sind, ist es klar, daß diese Patente keine befähigende Beschreibung von Pulverbeschichtungen mit epoxidiertem Öl enthalten, weil diese flüssigen Materialien (epoxidiertes Öl) zwangsläufig nicht als Hauptbestandteile eines Pulvers verwendet werden können.
Geringere Mengen an epoxidierten Öfen werden als Plastifizierungsmittel oder Verlaufmittel bzw. Egalisierungsmittel in einer wärmehärtbaren Pulverbeschichtung gemäß z. B. US-A-4304802, GB-kl 515541 und JP-A-4807943 verwendet. Die am meisten detaillierte Druckschrift (US-A-4304802) beschreibt die Verwendung von 3 Gew.-% epoxidiertem Öl mit einem Oxiran-Sauerstoffgehalt von 3,8 Gew.-%. In diesen Pulverbeschichtungen wirken die epoxidierten Öle im wesentlichen nicht als Vernetzungsmittel und können dies auch nicht.
US-A-3988288 beschreibt Pulverbeschichtungen mit einem Amino-funktionellen Polyester und einer Epoxidverbindung als Vernetzungsmittel. Insbesondere ist das Vernetzungsmittel ein Glycidylether von Bisphenol-A oder Triglyciylisocyanurat. Die Verwendung von epoxidierten Ölen als Vernetzungsmittel ist erwähnt. Die Polyester gemäß US-A-3988288 ergeben jedoch Pulverbeschichtungen mit einer schlechten Farbstabilität, was auf die Alkylamine zurückzuführen ist.
US-A-4542192 beschreibt ein spezifisch hochfunktionelles Säure/Anhydrid- Vernetzungsmittel zur Verwendung in Beschichtungen, die auf Lösungsmittel basieren und zur Verwendung in Pulverbeschichtungen. Epoxidierte Öle werden hauptsächlich zur Verwendung in Beschichtungszusammensetzungen, die auf Lösungsmitteln basieren, beschrieben. Gemäß der Beispiele von US-A-4542192, die Pulverbeschichtungen beschreiben, wird ein epoxidiertes Öl in einer sehr begrenzten Menge (1,35 Gew.-%) verwendet und das epoxidierte Öl als solches wirkt im wesentlichen nicht als Vernetzungsmittel.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Bindemittelzusammensetzung umfaßt ein Polymer, das mit Epoxidgruppen reagieren kann und ein Epoxid-funktionelles Vernetzungsmittel, das mindestens eine aliphatische, verzweigte oder lineare C&sub5;-C&sub2;&sub6;-Kette, die eine Epoxid-Funktionalität besitzt, enthält. Das Vernetzungsmittel kann aus einer Vielzahl von solchen aliphatischen Ketten verbunden durch Ester-, Amid-, Urethan- oder Ether-Gruppen bestehen. Jedoch enthält im letzteren Fall nicht jede ali phatische Kette eine Epoxidgruppe.
Die Menge an Oxiran-Sauerstoff, der aus diesem Vernetzungsmittel in der Bindemittelzusammensetzung entsteht, ist höher als 0,1 meq/g der Zusammensetzung. Vorzugsweise ist diese Menge höher als 0,15 meq/g, weiter bevorzugt höher als 0,25 meq/g. Im allgemeinen wird die Menge geringer als 1,3 meq/g der Bindemittelzusammensetzung, vorzugsweise geringer als 1,0 meq/g, sein.
Die Bindemittelzusammensetzung enthält zwischen 1,5 Gew.-% und 30 Gew.-% verzweigte oder lineare aliphatische C&sub5;-C&sub2;&sub5; Ketten mit einer Epoxidgruppe. Die Zusammensetzung enthält vorzugsweise weniger als 20 Gew.-% aliphatische Ketten mit einer Epoxidgruppe. Es ist bevorzugt, daß die Zusammensetzung mehr als 2 Gew.-% aliphatische Ketten mit einer Epoxidgruppe zu enthalten, insbesondere mehr als 3 Gew.-%, enthält.
Die Bindemittelzusammensetzung enthält im allgemeinen mehr als 50 Gew.-% Polymer und weniger als 50 Gew.-% Vernetzungsmittel. Im allgemeinen wird mehr als 2 Gew.-% Vernetzungsmittel verwendet. Vorzugsweise wird mehr als 3 Gew.-% Vernetzungsmittel relativ zu der Bindemittelzusammensetzung verwendet, obwohl insbesondere mehr als 5 Gew.-% verwendet werden. Es ist jedoch auch bevorzugt weniger als 30 Gew.-% Vernetzungsmittel zu verwenden. Diese Mengen werden als Gew.-% in bezug auf die Menge an Polymer und Vernetzungsmittel definiert.
Die Bindemittelzusammensetzung selbst ist bei Raumtemperatur fest und hat eine Tg (Glasübergangstemperatur) größer als 10ºC. Die Tg der Bindemittelzusammensetzung ist im allgemeinen größer als 30ºC, obwohl sie vorzugsweise größer als 40ºC ist, um eine gute Lagerungsstabilität unter praktisch allen Bedingungen sicherzustellen. Wenn die Tg geringer als 20ºC bis 30ºC ist, kann das Bindemittel oder jeder davon erhaltene Pulverlack unter gekühlten Bedingungen aufbewahrt werden. Die Tg wird gewöhnlich mittels eines DSC- (Kalorimetrie mit Differentialabtastung)Gerät mit einer Temperaturerhöhung von 5ºC/min. gemessen.
Die Tg des Bindemittelsystems als Ganzes wird durch das Vernetzungsmittel, durch die Tg des Polymers und durch die Menge des Vernetzungsmittels, das mit dem Polymer vermischt ist, beeinflußt. Die Tg des Polymers kann ausgewählt werden, und zwar basierend auf der gewünschten Tg des Endsystems. Zusätzlich hängt die Menge an Vernetzungsmittel von der Quantität der reaktiven Gruppen pro Gewichtseinheit Polymer ab. Dies bedeutet, daß die Tg des Polymers mit der Quantität von reaktiven Gruppen einer Menge Polymer anwachsen muß. Folglich ist im allgemeinen eine relativ kleine Quanität an reaktiven Gruppen ein wünschenswertes Ziel.
Pulverlacke können erhalten werden, die als Bindemittel die Bindemittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung und geeignete Pigmente, Katalysatoren und Zusätze enthalten.
Diese Pulverlacke und die Beschichtungen daraus haben eine überraschend gute Kombination von ganz erstklassigen Eigenschaften. Abhängig von der Wahl und der Menge an Polymer, Vernetzungsmittel, Katalysator und anderen Verbindungen kann man z. B. einen guten Verlauf, gute chemische Beständigkeit, hohen Oberflächenglanz, hohe Kratzfestigkeit, gute mechanische Eigenschaften, gute Witterungsbeständigkeit und eine gute Farbstabilität erhalten.
Es war völlig unerwartet, daß epoxidierte Öle - welche selbst vor der Entwicklung von Pulverlacken bekannt waren - als Vernetzungsmittel verwendet werden können, um wärmehärtbaren Pulverlack mit gewünschten Eigenschaften herzustellen.

Mit Epoxidgruppen umsetzbares Polymer

Eine mannigfaltige Anzahl von mit Epoxidgruppen reagierbaren Polymeren können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielhafte mit Epoxidgruppen umsetzbare Polymere sind allgemein ausgedrückt durch die reaktiven beteiligten funktionellen Gruppen charakterisiert. Geeignete Polymere schließen z. B. ein Polymer mit Carboxylgruppen, Epoxidgruppen, Anhydrid gruppen, Hydroxylgruppen, Acetoacetonatgruppen, Phosphorsäuregruppen, Phosphonsäuregruppen, Thiolgruppen oder Kombinationen davon ein. Das Polymer ist vorzugsweise im wesentlichen nicht-amino-funktionell, weil Alkylamino-gruppen Beschichtungen mit schlechter Farbstabilität verursachen. Dies bedeutet im allgemeinen, daß das Polymer weniger als 0,2 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-% Aminoverbindungen als funktionelle Gruppen enthält.
Das Polymer kann z. B. ein Polyester, ein Polyacrylat, ein Polyether (wie z. B. ein auf Bisphenol basierender Polyether oder ein Phenol-Aldehyd-Novolak), ein Polyurethan, ein Polycarbonat, ein Trifluorethylencopolymer oder ein Pentafluorpropylencopolymer, ein Polybutadien, ein Polystyrol oder ein Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer sein.
Das Molekulargewicht (Mn) des Polymers ist gewöhnlich höher als 800, aber vorzugsweise höher als 1500. Das Polymer muß gut bei Temperaturen zwischen 100ºC und 200ºC fließen und hat deshalb ein Molekulargewicht (Mn) unter etwa 10000, vorzugsweise unter etwa 7000.
Das Polymer hat im allgemeinen eine bei 158ºC gemessene Viskosität von weniger als 8000 dPas (dezi-Pascal-Sekunden). Die Viskosität wird gewöhnlich größer als 100 dPas sein. Die Viskosität kann vorteilhafterweise von 300 bis 5000 dPas gehen. Hier wurde die Viskosität durch die Emila-Methode, die in Misev, Powder Coatings; Chemistry and Technology, 287-288 (1991) beschrieben ist, gemessen; dieses Dokument wird unten als "Misev, S...." zitiert. Die Temperatur (158ºC) ist die in der Probe tatsächlich gemessene Temperatur.
Die Tg des Polymers ist typischerweise größer als etwa 20ºC und insbesondere größer als 30ºC und kann größer als 40ºC sein, obwohl es insbesondere bevorzugt ist, daß sie größer als 60ºC ist. Die Tg des Polymers ist gewöhnlich geringer als 120ºC, ansonsten kann die Herstellung der Bindemittelzusammensetzung irgendwie schwierig werden. Die Tg des Polymers kann, wie es hier oben gezeigt ist, basierend auf der Ziel-Tg für die Bindemittel zusammensetzung ausgewählt sein.
Falls Polymere verwendet werden, die nur terminale mit einer Epoxid-Funktionalität reaktive Gruppen haben, hat das Polymer eine durchschnittliche Funktionalität (reagierbar mit Epoxidgruppen) höher als etwa 1,6 und vorzugsweise höher als 2. Das Polymer hat im allgemeinen eine durchschnittliche Funktionalität geringer als 5, vorzugsweise geringer als etwa 3. Falls Polymere mit überhängenden funktionellen Gruppen - wie z. B. Polyacrylate - verwendet werden, wird die durchschnittliche Funktionalität höher als etwa 1,6 und vorzugsweise höher als 2 sein. Solch ein Polymer hat im allgemeinen eine durchschnittliche Funktionalität geringer als 8, vorzugsweise geringer als 4.
Das Polymer enthält funktionelle Gruppen, die mit Epoxidgruppen reagierbar sind. Solch ein Polymer hat typischerweise eine Menge an funktionellen Gruppen unter etwa 2,7 meq/g Harz (Polymer). Die Menge ist vorzugsweise geringer als 1,25 meq/g Harz, und sie ist insbesondere bevorzugt geringer als etwa 0,90 meq/g. Die Menge an funktionellen Gruppen ist im allgemeinen größer als ungefähr 0,09 meq/g Polymer, aber vorzugsweise größer als 0,18 meq/g Polymer.
Die Säure- oder Hydroxidzahl der Polymere mit Säure- bzw. Hydroxid-funktionellen Gruppen kann durch Multiplizieren der in meq/g angegebenen Menge mit 56,1 (Molekulargewicht von KOH) berechnet werden. Somit hat ein Polymer mit reaktiven Carboxylgruppen typischerweise eine Säurezahl unter 150 mg KOH/g Harz (Polymer). Die Säurezahl wird vorzugsweise geringer als 70 und insbesondere geringer als 50 sein. Die Säurezahl ist im allgemeinen größer als 5, aber vorzugsweise höher als 10.
Das Äquivalentverhältnis zwischen den reaktiven Gruppen im Polymer zu den Epoxidgruppen (z. B. Carboxylgruppen im Polymer und Epoxidgruppen im Vernetzungsmittel) ist gewöhnlich zwischen 1,6 : 1 und 0,5 : 1 und ist vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 0,8 : 1. Dieses Verhältnis kann geringer sein, falls das Epoxidfunktionelle Vernetzungsmittel gemäß der Erfindung in Kombination mit anderen Vernetzungsmitteln verwendet wird. Zur Erläuterung für die gerade beschriebe nen Polymere, die mit Epoxidgruppen reagieren können, werden Polyacrylat, Polyurethan, Polyether und Polyester genannt. Bekanntlich zeigen diese Polymere, die unten in größerem Detail beschrieben sind, auch die im allgemeinen hier oben beschriebenen Charakteristiken bezüglich des mit Epoxidgruppen umsetzbaren Polymers. Unter geeigneten Polymeren sind Polyester, auf Bisphenolbasierende Polyether und Polyacrylate insbesondere bevorzugt.
Mit den beschriebenen Polymeren können verschiedene Eigenschaften in dem Bindemittel und in der Pulverbeschichtung selbst erhalten werden. Polyacrylate zeigen sehr gute Beständigkeit gegen Gelbwerden und gegen Witterungseinflüsse. Polyurethane sind gewöhnlich abnutzungsbeständig. Auf Bisphenolbasierende Polyether haben gute mechanische Eigenschaften und sehr gute Korrisionsbeständigkeit, während Polyester sehr gute mechanische Eigenschaften zu haben scheinen und nicht gelb werden, wenn die Ausgangsmaterialien geeignet ausgewählt sind.

Polyacrylate

Hier als mit Epoxidgruppen umsetzbares Polymer brauchbare Polyacrylate können auf (Meth)acrylsäure, Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Propyl (meth)- acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, Decyl(meth)acrylat, Isodecyl(meth)acrylat, Benzyl(meth)acrylat und Hydroxyalkyl(meth)acrylat, wie z. B. Hydroxyethyl(meth)acrylat und Hydroxypropyl(meth)acrylat und/oder Glycidylester oder Glycidylether von Alkyl(meth)acrylaten basieren. Mit Vorzug sind die Polyacrylate im wesentlichen Vinylchlorid-frei. Die Polyacrylate können durch bekannte Verfahren erhalten werden. Bei diesen Verfahren können Comonomere, wie z. B. Styrol, Maleinsäure/Anhydrid ebenso wie kleine Mengen Ethylen, Propylen und Acrylonitril verwendet werden. Andere Vinyl- oder Alkyl-Monomere wie z. B. Octen, Triallylisocyanurat und Diallylphthalat können in kleinen Mengen hinzugefügt werden.
Ein Epoxidgruppen-enthaltendes Polyacrylat wird unter Verwendung von Glycidyl(meth)acrylaten bei der Synthese von Polyacrylat erhalten.
Ein Säuregruppen-enthaltendes Polyacrylat wird gewöhnlich durch Copolymerisation der gewünschten Menge von Säure, wie z. B. (Meth)acrylsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure, erhalten.
Ein Hydroxylgruppen-enthaltendes Polyacrylat wird durch Copolymerisation der gewünschten Menge an Hydroxylgruppen- enthaltenen Monomeren, wie z. B. Hydroxyethyl(meth)acrylat und/oder Hydroxypropyl(meth)acrylat, erhalten.
Ein Thiolgruppen-enthaltendes Polyacrylat kann durch Copolymerisation einer ausreichenden Menge an Monomer, das eine vorzugsweise blockierte Thiolgruppe enthält, erhalten werden. Monomere, die eine (blockierte) Thiolgruppe enthalten, schließen S-Acetylester von Thiol-ethyl(meth)acrylat, Thiolpropyl(meth)acrylat und Kombinationen davon ein. Nach der Polymerisation kann die Acetylgruppe durch Hydrolyse deblockiert bzw. freigegeben werden.
Ein Acetylacetonatgruppen-enthaltendes Polyacrylat kann durch Copolymerisation des Acetoacetonatesters von 2-Hydroxyethylacrylat erhalten werden.
Die Tg von Polyacrylat ist im allgemeinen zwischen 30ºC und 120ºC. Relativ große Mengen an Vernetzungsmittel können in der Bindemittelzusammensetzung verwendet werden, wenn die Tg am oberen Ende des Bereichs ist. Für optimale Lagerungsstabilität ist die Tg vorzugsweise höher als 50ºC. Aus Gründen der Polymerbearbeitung ist die Tg vorzugsweise geringer als 100ºC. Im allgemeinen liegt die Viskosität des Polyacrylats zwischen 100 und 8000 dPas (gemessen bei 158ºC; Emila).
Polyacrylate, wie Epoxid-, Carboxyl- und Hydroxyl-funktionelle Polyacrylate, sind in US-Patent Nr. 3,752,870, US-Patent Nr. 3,787,340, US-Patent Nr. 3,758,334 und GB-Patent 1,333,361 beschrieben.
Eine wärmehärtbare und ausgehärtete Pulverbeschichtung gemäß der Erfindung, in welcher ein Polyacrylat als mit Epoxidgruppen reagierbares Polymer diente, hat eine ausreichende Oberflächenhärte. Wesentliche Mengen an Vinylchlorid sind deshalb unerwünscht.

Polyurethane

Polyurethane, die als das mit Epoxidgruppen reagierbare Polymer brauchbar sind, schließen solche mit einer terminalen Säuregruppe ein. Diese Polyurethane können durch eine Anzahl von Verfahren erhalten werden. Ein Verfahren umfaßt, daß ein durch Isocyanat terminiertes Polyurethan mit einer Hydroxycarbonsäure, wie z. B. Hydroxyessigsäure, Milchsäure, Apfelsäure oder Hydroxypivalinsäure, reagieren darf. Ein anderes Verfahren umfaßt, daß ein Hydroxy-terminiertes Polyurethan mit einer Dicarbonsäure oder einem Anhydrid reagieren darf. Ein noch anderes Verfahren umfaßt, daß ein Isocyanat terminiertes Polyurethan mit einer Aminosäure, wie z. B. E-Aminocapronsäure, reagieren darf.
In analoger Weise können Urethane, die andere funktionelle Gruppen enthalten, erhalten werden. Urethane mit Epoxidgruppen können erhalten werden, indem Glycidol (Epihydrinalkohol) mit einem Isocyanatgruppen-enthaltenden Polyurethan reagieren darf.
Polyurethane sind z. B. in JP-A-74/32998 und durch Misev, Seiten 160-161 beschrieben.

Polyether

Polyether brauchbar als Polymer, das mit Epoxidgruppen reagieren kann, können auf cyclischen Verbindungen, wie z. B. Bisphenol, basieren. Beispiele von auf Bisphenol basierenden Harzen sind Harze, die Bisphenol-A, hydriertes Bisphenol- A, Bisphenol-S und Bisphenyl enthalten. Polyether, die eine Epoxid-Funktionalität enthalten, sind gewöhnlich auf Bisphenol-A basierende Epoxidharze, wie z. B. Epikote®-Harze mit einer Tg höher als 10ºC. Epikote® 1003, 1004 und 1007 sind z. B. ganz geeignet. Bisphenol-terminierte Epoxidharze sind ein Beispiel von Polyethern, die eine Hydroxylgruppe enthalten.
Andere geeignete Polymere, die eine Hydroxylgruppe enthalten, schließen Phenol-Formaldehyd-Novolak ein. Starke Lewis-Säuren sind als Katalysator für die Reaktion einer Epoxidgruppe mit einer aliphatischen Hydroxylgruppe geeignet. Epoxidpolymere sind weiter in US-Patent Nr. 3,362,922 beschrieben. Geeignete Polymere sind auch in Misev, Seiten 131-144 beschrieben.

Polyester

Polyester, die als Polymer brauchbar sind, das mit Epoxidgruppen reagieren kann, basieren im allgemeinen auf Resten von aliphatischen Polyalkoholen und Polycarbonsäuren.
Die Polycarbonsäuren werden im allgemeinen aus der Gruppe, die aus aromatischen und cycloaliphatischen Polycarbonsäuren besteht, ausgewählt, weil diese Säuren dazu neigen, eine Tg-erhöhende Wirkung auf das Polyester zu haben. Insbesondere werden zweibasige Säuren verwendet. Beispielhafte Polycarbonsäuren sind Isophthalsäure, Terephthalsäure, Hexahydro-Terephthalsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure und 4,4-Oxibisbenzoesäure und soweit erhältlich deren Anhydride, Säurechloride oder niederen Alkylester, wie z. B. der Dimethylester von Naphthalindicarbonsäure. Obwohl es nicht erforderlich ist, enthält die Carbonsäureverbindung gewöhnlich mindestens etwa 50 Mol-%, vorzugsweise mindestens etwa 70 Mol-%, Isophthalsäure und/oder Terephthalsäure.
Andere geeignete aromatische cycloaliphatische und/oder acyclische Polycarbonsäuren schließen z. B. 3,6-Dichlor-phthalsäure, Tetrachlorphthalsäure, Tetrahydrophthalsäure, Hexahydroterephthalsäure, Hexachlorendomethylentetrahydrophthalsäure, Phthalsäure, Acelainsäure, Sebacinsäure, Decandicarbonsäure, Adipinsäure, Bernsteinsäure, Trimellithsäure und Maleinsäure ein. Diese anderen Carbonsäuren können in Mengen bis zu höchstens 50 Mol-% der gesamten Menge an Carbonsäuren verwendet werden. Diese Säuren können als solche oder soweit erhältlich als ihre Anhydride, Säurechloride oder niederen Alkylester verwendet werden.
Hydroxycarbonsäuren und/oder wahlweise Lactone können auch verwendet werden, wie z. B. 12-Hydroxystearinsäure, Hydroxypivalinsäure und E- Caprolacton. Monocarbonsäuren wie z. B. Benzoesäure, tert.-Butylbenzoesäure, Hexahydrobenzoesäure und gesättigte aliphatische Monocarbonsäuren, können, falls erwünscht, in geringen Mengen verwendet werden.
Brauchbare Polyalkohole, insbesondere Diole, die mit den Carbonsäuren reagieren können, um den Polyester zu erhalten, schließen aliphatische Diole, wie z. B. Ethylenglycol, Propan-1,2-diol, Propan-1,3-diol, Butan-1,2-diol, Butan- 1,4-diol, Butan-1,3-diol, 2,2-Dimethylpropandiol-1,3 (= Neopentylglycol), Hexan-2,5-diol, Hexan-1,6-diol, 2,2-Bis-(4-hydroxy-cyclohexyl)-propan (hydriertes Bisphenol-A), 1,4-Dimethylolcyclohexan, Diethylenglycol, Dipropylenglycol und 2,2-Bis[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]propan, den Neopentylglycol-Hydroxypivalinsäureester ein.
Geringe Mengen, die z. B. weniger als etwa 4 Gew.-%, aber vorzugsweise weniger als 2 Gew.-%, an trifunktionellen Alkolen oder Säuren enthalten, können verwendet werden, um verzweigte Polyester zu erhalten. Beispiele von brauchbaren Polyolen und Polysäuren sind Glycerin, Hexantriol, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Tris-(2-hydroxyethyl)-isocyanurat und Trimellithsäure.
Tetrafunktionelle Monomere sind im allgemeinen nicht bevorzugt, weil sie zu viele Verzweigungen und Gelbildung verursachen, obwohl winzige Mengen verwendet werden können. Beispiele von brauchbaren polyfunktionellen Alkoholen und Säuren sind Sorbitol, Pentaerythrit und Pyromellithsäure. Jedoch sind zur Synthese von verzweigten Polyestern trifunktionelle Monomere bevorzugt.
Die Beschichtungseigenschaften können z. B. durch die Diol-Auswahl beeinflußt werden. Zum Beispiel enthält der Alkoholbestandteil, falls gute Witterungsbeständigkeit erwünscht ist, vorzugsweise mindestens 70 Mol-% Neopentylglycol, 1,4-Dimethylolhexan und/oder hydriertes Bisphenol-A. Caprolacton und Hydroxypivalinsäure sind auch brauchbar, falls gute Witterungsbeständigkeit erwünscht ist.
Es ist auch möglich, Verbindungen mit Amingruppen zu copolymerisieren, wie z. B. Hexan-1,6-diamin, Butan-1,4-diamin und e-Caprolactam. Die Amingruppeenthaltende Verbindung kann zumindest einen Teil der Hydroxygruppe enthaltenden Verbindung ersetzen. Der Polyester mit Amidgruppen, der im allgemeinen erhalten wird, zeigt eine erhöhte Tg, und die daraus erhaltenen Pulverbeschichtungszusammensetzungen können verbesserteTribo-Aufladungs- Eigenschaften haben. Diese Typen von Polyestern enthalten Amid- Verknüpfungen und sind nicht amino-funktionell.
Verbindungen, die zur Reaktion mit Polycarbonsäuren geeignet sind, um die gewünschten Polyester zu erhalten, sind auch Monoepoxide, die z. B. Ethylenoxid, Propylenoxid, Monocarbonsäureglycidylester (z. B. Cardura E10TM; Shell) oder Phenylglycidylether.
Der Polyester enthält vorzugsweise 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% aliphatische Säuren und/oder aliphatische Alkohole. Beispiele dieser Verbindungen sind Adipinsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Bernsteinsäure, Cyclohexandimethanol und hydriertes Bisphenol-A. Die Verwendung dieser Monomere kann die mechanischen Eigenschaften des Bindemittels, einer dieses Bindemittel enthaltenen Pulverlackzusammensetzung oder irgendeiner Pulverbeschichtung, die aus dieser Pulverlackzusammensetzung hergestellt worden ist, verbessern.
Die Polyester werden gemäß üblicher Verfahren durch Veresterung oder Umesterung hergestellt, wahlweise in Anwesenheit von üblichen Versterungskatalysatoren, wie z. B. Dibutylzinnoxid oder Tetrabutyltitanat. Die Herstellungsbedingungen und das COOH/OH-Verhältnis können so ausgewählt werden, daß Endprodukte erhalten werden, die eine Säurezahl und/oder eine Hydroxylzahl innerhalb des Zielwertbereichs haben.
Ein Polyester mit Carbonsäurefunktion wird vorzugsweise einer Serie von Schritten hergestellt. Im letzten Schritt davon wird eine aromatische oder vorzugsweise aliphatische Säure verestert, um einen Säure-funktionellen Polyester zu erhalten. Wie es dem Fachmann bekannt ist, darf in einem Anfangsschritt Terephthalsäure in Anwesenheit eines Überschusses an Diol reagieren. Solche Reaktionen produzieren einen hauptsächlich Hydroxyl-funktionellen Polyester. In einem zweiten oder folgenden Schritt wird ein Säure-funktioneller Polyester erhalten, indem weitere Säure mit dem Produkt des ersten Schritts reagieren darf. Eine weitere Säure schließt u. a. Isophthalsäure, Adipinsäure, Bernsteinsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure und Trimellithsäureanhydrid ein. Falls Trimellithsäureanhydrid bei Temperaturen von 170-200ºC verwendet wird, wird ein Polyester mit einer realtiv hohen Anzahl an Trimellithsäureendgruppen erhalten.
Der Polyester kann ein kristalliner Polyester sein, obwohl amorphe Polyester bevorzugt sind. Mischungen von kristallinen und amorphen Polyestern können verwendet werden. Amorphe Polyester haben eine Viskosität im allgemeinen innerhalb eines Bereichs zwischen 100 und 8000 dPas (gemessen bei 158ºC, Emila). Kristalline Polyester haben gewöhnlich eine geringe Viskosität im Bereich von 2 bis 200 dPas.
Falls der Polyester reaktive Carbonsäuregruppen enthält, wird die Säurezahl des Polyesters so ausgewählt, daß die gewünschte Menge an Vernetzungsmittel verwendet werden kann. Die Säurezahl ist vorzugsweise höher als 10 und vorzugsweise höher als 15. Die Säurezahl ist vorzugsweise geringer als 50 und in einem sehr bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung geringer als 35.
Polyester mit Hydroxylfunktion können in bekannter Weise hergestellt werden durch Verwendung eines ausreichenden Überschusses an Glycol (Polyalkohol) bei der Polyestersynthese.
Polyester mit Epoxidfunktion können in bekannter Weise hergestellt werden, z. B. durch Reaktion eines Säurepolyesters mit einem Äquivalent an Diglycidylterephthalat oder Epichlorhydrin pro Säuregruppe. Geeignete Polyester dieses Typs sind in US-A-3576903 beschrieben.
Polyester mit Phosphorsäurefunktion können durch Ver- bzw. Umesterung von Phosphorsäure (Ester) mit einem Hydroxy-funktionellen Polyester erhalten werden. Andere Verfahren zum Herstellen von Polyestern mit Phosphorsäurefunktion beinhalten, daß P&sub2;O&sub5; mit einem Hydroxyl-funktionellen Polyester reagieren kann.
Der Polyester ist vorzugsweise im wesentlichen nicht-amino-funktionell.
Geeignete Polyester zur Verwendung in Pulverbeschichtungen sind z. B. beschrieben in US-Patent Nr. 4,147,737 und US-Patent Nr. 4,463,140.
Die Tg des Polyesters wird ausgewählt, um die Tg des Poly-ester- Vernetzungsmittel-Gemischs hoch genug (vorzugsweise > 30ºC) zu halten, so daß irgendwelcher Pulverlack oder daraus hergestellte Bindemittel bei Raumtemperatur physikalisch stabil sind. Polyester- und Vernetzungsmittel- Kombinationen mit einer geringen Tg können, falls erwünscht, bei der Herstellung einer Pulverbeschichtungszusammensetzung verwendet werden. Jedoch werden solche Pulver unter gekühlten Bedingungen gehalten, um die Pulverstabilität aufrechtzuerhalten. Die Tg des Polyesters kann größer als 45ºC sein, aber ist vorzugsweise größer als 60ºC. Die Tg ist im allgemeinen geringer als 90ºC.

Das Vernetzungsmittel

Das Epoxid-funktionelle Vernetzungsmittel umfaßt mindestens eine C&sub5; bis C&sub2;&sub6; aliphatische Kette, vorausgesetzt, daß die Epoxid-Funktionalität auf der aliphatischen Kette sitzt. Die aliphatische Kette kann linear oder verzweigt sein. Aliphatische Ketten, die die Epoxid-Funktionalität tragen, sind vorzugsweise linear. Das Vernetzungsmittel mit Epoxidfunktion kann auch verschiedene aliphatische Ketten umfassen, wobei mindestens eine davon die Epoxid- Funktionalität trägt, wobei die Ketten über Ester-, Amid-, Urethan- oder Ethergruppen verbunden sind. Wie es offensichtlich ist, ist es nicht erforderlich, daß jede Kette eine Epoxidgruppe trägt. Die Epoxid-Funktionalität ist natürlich größer als 1.
Vorzugsweise enthält die aliphatische Kette 6 oder mehr und insbesondere 12 oder mehr Kohlenstoffatome. Vorzugsweise enthält die aliphatische Kette 22 oder weniger Kohlenstoffatome.
Der Oxiran-Sauerstoffgehalt des Vernetzungsmittels ist im allgemeinen höher als 1 Gew.-%, vorzugsweise höher als 2 Gew.-%. Im allgemeinen ist der Oxiran- Sauerstoffgehalt des Vernetzungsmittel geringer als 20 Gew.-%, in der Praxis meistens geringer als 15 Gew.-%.
Das Vernetungsmittel umfaßt vorzugsweise einen aliphatischen Ester mit einer Epoxidgruppe. Wenn das Vernetzungsmittel aliphatische Ester umfaßt, sind die C&sub5; bis C&sub2;&sub6;-aliphatischen Ketten des Vernetzungsmittels über Estergruppen verbunden. Beispielhafte Ester schließen den Linolsäuremethylester, den Linolensäure-tert.-butylester und epoxidiertes Öl ein.
Ein Vernetzungsmittel, das aliphatische Ketten mit einer Epoxidgruppe umfaßt, kann durch Epoxidierung einer ungesättigten aliphatischen Verbindung erhalten werden. Beispielhaft für geeignete ungesättigte aliphatische Verbindungen sind ethylenisch ungesättigte Säuren, ethylenisch ungesättigte Alkohole und ethylenisch ungesättigte Amine. Im allgemeinen sind ethylenisch ungesättigte Stellen an der α,β-Position in bezug auf ein Heteroatom in der ungesättigten aliphatischen Verbindung nicht vorhanden. Es ist weiter bevorzugt, daß die Ep oxidgruppe nicht in der β,γ-Position in bezug auf ein Heteroatom vorhanden ist, im Falle, daß das Heteroatom mit dem Kohlenstoffatom über eine Doppelbindung verbunden ist. Es ist weiter bevorzugt, daß die ethylenisch ungesättigten Bindungen nicht wechselseitig konjugiert sind, wenn die aliphatische Kette mehrere ungesättigte Bindungen hat. Im allgemeinen sind mehr als 2, vorzugsweise 3, gesättigte Kohlenstoffatome zwischen dem Heteroatom und der ungesättigten Bindung vorhanden. Beispiele von geeigneten ethylenisch ungesättigten aliphatischen Verbindungen sind 3-Methyl-3-penten-1-ol, 4- Pentensäure, 3-Pentenol, 5-Hexensäure, 3-Hexenol, 7-Decenol, 6-Dodecensäure oder Hydroxyterpene. Hydroxyterpene sind in Newman, Chemistry of Turpenes and Turpenoids (1972), Seiten 18 bis 19 beschrieben. Repräsentative Terpene sind u. a. acyclische Hydroxyterpene, wie z. B. Myrcen-8-ol, Dihydrolinalool, Myrcen-2-ol, Linalool, Nerol, Geraniol, alpha-Geraniol und alpha-Nerol. Weiterhin sind auch ungesättigte Fettsäuren und Fettalkohole geeignet und beispielhafte Fettsäuren umfassen Lauroleinsäure, Myristoleinsäure, Palmitinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Ricinusölsäure, Gadoleinsäure und Erucasäure ebenso wie ungesättigte Fettsäuren (C&sub2;&sub0; und C&sub2;&sub2;-Fettsäuren mit mehreren ungesättigten Bindungen) von Hering- oder Sardinenöl. Man hat auch Fettsäureamin- und Fettalkohol-Gegenstücke von Fettsäuren in Erwägung gezogen, obwohl eine Säure einfacher zu erhalten ist, und aus diesem Grund ist diese Klasse bevorzugt.
Vorzugsweise ist die Epoxidgruppe keine terminale Gruppe. Die Epoxidgruppen in dem Vernetzungsmittel umfassen hauptsächlich inen liegende Epoxidgruppen, wie in Formel (I) gezeigt
Obwohl dies nicht erforderlich ist, enthält das Vernetzungsmittel gewöhnlich mehr als eine aliphatische Kette mit einer Epoxidgruppe und kann verschiedene Ketten mit einer Epoxidgruppe enthalten. Ungesättigte Fettsäuren mit mehreren ungesättigten Bindungen, die poly-epoxidiert sind, können z. B. auch als Alkylester verwendet werden, wobei das Alkyl z. B. Methyl, Ethyl, Propyl, Cyclohexyl oder 2-Ethylhexyl ist.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die durchschnittliche Funktionalität des Vernetzungsmittels gewöhnlich höher als 1, 2, vorzugsweise höher als 1,7, insbesondere höher als 2,1. Im allgemeinen ist die durchschnittliche Funktionalität geringer als 8. Beispiele von geeigneten Vernetzungsmitteln sind epoxidierte ungesättigte Öle pflanzlichen, tierischen oder marinen Ursprungs oder entsprechende epoxidierte ungesättigte Fettsäuren, die total oder teilweise mit Polyalkoholen verestert sind. Die Vernetzungsmittel können z. B. ein epoxidiertes Öl und/oder natürliche Öle mit Epoxidgruppen umfassen. In Fettketten natürlichen Ursprungs ist die ethylenisch ungesättigte Bindung im allgemeinen sieben -CH&sub2;- Gruppen von einer Carbonylgruppe entfernt angeordnet. Die verbleibenden Doppelbindungen von wahlweise teilweise epoxidierten Fettsäuren können durch z. B. Hydrierung und/oder weitere Epoxidierung entfernt werden. ·
Eine "Fettkette" meint die aliphatische Kette einer äquivalenten Fettsäure, eines Fettalkohols oder Fettamins.
Beispiele von geeigneten Vernetzungsmitteln sind epoxierte Öle, wobei das Öl Leinsamenöl, Sojabohnenöl, Saffloröl, Oiticikaöl, Kümmelöl, Rapsöl, Ricinusöl, dehydriertes Ricinusöl, Baumwollsamenöl, Holzöl, Vernoniaöl, (Vernolöl, ein natürliches Öl), Sonnenblumenöl, Erdnußöl, Olivenöl, Sojabohnenblattöl, Maisöl, Fischöl, wie z. B. Hering- oder Sardinenöl und nicht-cyclische Terpenöle ist. Das epoxidierte Öl ist vorzugsweise epoxidiertes Sojabohnenöl und/oder epoxidiertes Leinsamenöl.
Pflanzliche Öle und deren Epoxidation sind in "Surface Coatings", Band 1: 20-38 (1983) beschrieben.
Epoxidierte Verbindungen schließen Diester, Triester und Oligo-Ester von Polyalkoholen, wie z. B. Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit und ungesättigte Fettsäuren ein. Tallölfettsäure, ebenso die Fettsäuren der oben erwähnten ungesättigten Öle, können als Fettsäuren verwendet werden.
Es könnte ein Vorteil darin bestehen umgeesterte Fettsäuren, die aus Fettsäuren von den Ölen mit einem Monoalkohol bestehen, zu verwenden, wenn ein Vernetzungsmittel mit einer realtiv geringen Funktionalität erforderlich ist. Typische Beispiele für Monoalkohole sind Ethanol, tert.-Butanol und Hexanol.
Ein geeignetes Vernetzungsmittel kann auch z. B. aus Alkoholen bestehen, die eine Epoxidgruppe tragen, wobei die Alkohole mit Carbonsäuren, die eine oder mehrere Carboxylgruppen haben, verestert worden sind. Beispielhaft für solche andere geeigneten Vernetzungsmittel sind die Triester von Trimellithsäure und 3,4-Epoxyhexanol oder epoxidierte ungesättigte Fettalkohole. Als ungesättigte Fettalkohole können zu einer Fettsäure gleichwertige Alkohole verwendet werden.
Zusätzliche Vernetzungsmittel umfassen epoxidierte Fettborate. Diese Vernetzungsmittel können erhalten werden, indem Fettalkohole mit H&sub3;BO&sub3; oder BH&sub3; reagieren können, und dann wird das Reaktionsprodukt in üblicher Weise epoxidiert.
Noch andere geeignete Vernetzungsmittel können hergestellt werden durch Veresterung von ungesättigten Fettalkoholen mit Phosphorsäure. Dies kann erreicht werden durch Reaktion eines Fettalkohols mit P&sub2;O&sub5;. Ein anderes Verfahren beinhaltet die Umesterung eines Fettalkohols mit Trimethylphosphat. Aliphatische Phosphit-funktionelle Vernetzungsmittel können in analoger Weise erhalten werden. Zum Beispiel kann ein aliphatisches Phosphit-funktionelles Vernetzunsgmittel erhalten werden durch Reaktion von Phosphorsäure mit einem Fettalkohol. Die ungesättigten Bindungen in der Fettkette können nachfolgend in bekannter Weise epoxidiert werden. Diese Phosphor-enthaltenden Vernetzungsmittel haben eine positive Wirkung auf den Lack der Beschichtung. Die positive Wirkung beinhaltet die Reduktion, falls nicht überhaupt die Verhinderung, von Verfärbung während der Aushärtungsreaktion und/oder mit dem Überbacken.
Noch andere geeignete Vernetzungsmittel können hergestellt werden z. B. durch Reaktion von Fettsäuren oder Fettaminen mit Polyglycidylverbindungen, wie z. B. Triglycidylisocyanurat, Epikote 1001 ® oder Diglycidylterephthalat und nachfolgendes Epoxidieren der ethylenisch ungesättigten Bindungen in herkömmlicher Weise.
Weitere geeignete Vernetzungsmittel können erhalten werden durch Umesterung von Fettalkoholen mit Dimethylcarbonat oder durch Reaktion von Phosgen mit Fettalkoholen, um Fettcarbonate zu erhalten. Diese Fettcarbonate werden dann in üblicher Weise epoxidiert.
Geeignete Vernetzungsmittel schließen auch z. B. Thioester von epoxidierten Fettsäuren und Polythiole ein.
Andere Beispiele von Vernetzungsmitteln schließen Fettamide, Fetturethane oder Fettharnstoff-Derivate, die Epoxidgruppen enthalten, ein. Diese Vernetzungsmittel sind vorteilhaft, weil Bindemittelzusammensetzungen, in denen sie eingebaut sind, eine höhere Tg haben, als wenn vergleichbare Mengen epoxidierte Öle verwendet werden. Die Anwesenheit von Amidbindungen erhöht die Tg und die höhere Tg bedeutet verbesserte Lagerungsstabilität.
Fettamide können einfach durch Reaktion von ungesättigten Fettsäuren mit Di-, Tri- oder Polyaminen hergestellt werden. Beispiele von geeigneten Aminen sind u. a. 1,6-Hexandiamin, 1,4-Cyclohexandimethylamin, Isophorondiamin, 1,4- Diaminobutan und 1,5-Diamino-2-ethyl-aminopentan. Die ungesättigten Fettamide können dann in üblicher Weise epoxidiert werden. Andere Verfahren zum Herstellen geeigneter Fettamide umfassen die Reaktion von Fettaminen mit Polysäuren wie z. B. Terephthalsäure, Isophthalsäure, Trimellithsäure oder 1,4- Cyclohexandicarbonsäure. Die ungesättigten Fettamide werden dann nachfolgend in üblicher Weise epoxidiert. Ein noch anderes Verfahren zum Herstellen von epoxidierten Fettamiden ist die direkte Amidierung von epoxidierten Ölen. Dies kann durch Reaktion von Polyaminen mit epoxidiertem Öl erreicht werden, wie es in J. Am. Oil Chemists Soc. 70 Nr. 5 (1993), Seiten 457-460 beschrieben ist.
Fetturethane können durch Reaktion von ungesättigten Fettalkoholen mit Di-, Tri- oder Polyisocyanaten und nachfolgendes Epoxidieren der ungesättigten Fettketten hergestellt werden.
Fettharnstoffverbindungen können durch Reaktion von ungesättigten Fettaminen mit Di-, Tri- oder Polyisocyanaten und nachfolgendes Epoxidieren der Fettketten hergestellt werden. Eine Anzahl von Polyisocyanaten kann verwendet werden. Unter diesen sind Hexamethylendiisocyanat oder sein Trimer, Isophorondiisocyanat (IPDI) oder sein Trimer, Dicyclohexan-methandiisocyanat und Tetramethylxylendiisocyanat (TMXDI) sehr geeignet.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung stellen modifizierte epoxidierte Öle oder epoxidierte Alkydharze ein Vernetzungsmittel dar.
Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel muß die durchschnittliche Funktionalität sehr viel höher sein als im ersten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist die Epoxid-Funktionalität im allgemeinen größer als 1,5, vorteilhafterweise größer als 2,1 und vorzugsweise größer als 3 und kann höher als 5 sein. Die Funktionalität ist im allgemeinen geringer als 50 und ist vorzugsweise geringer als 40.
Die Öle können modifiziert sein mit z. B. mono- und/oder polyfunktionellen Epoxid-reaktiven Verbindungen. Beispiele von solchen Epoxid-reaktiven Verbindungen sind Verbindungen, die Carbonsäuregruppen enthalten, Verbindungen, die Anhydridgruppen enthalten, Verbindungen, die Amingruppen enthalten oder Bisphenole. Diese Epoxid-reaktiven Verbindungen sind beispielsweise Phthalsäure, Isophthalsäure, para-tertiär-Butylbenzoesäure, Terephthalsäure, Benzoesäure und Adipinsäure, Phthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Kombinationen von solchen Anhydriden, Diaminobutan und Diaminohexan und Bisphenol-A.
Andere geeignete Modifikationen schließen die "Urethanisierung" eines Öls, das z. B. eine Hydroxylgruppe enthält, wie Ricinusöl, mit Mono- und Diisocyanaten ein, wonach die oligomeren Öl-Urethane in üblicher Weise epoxidiert werden.
Andere geeignete modifizierte Vernetzungsmittel sind z. B. epoxidierte "urethanisierte" Öle. Diese Öle werden hergestellt durch Reaktion von Polyisocyanaten mit teilweise veresterten Polyolen, wie es in J. of Coatings Techn., 64 (Nr. 815): 61-64 (Dezember 1992) beschrieben ist. Solche Öle können gemäß üblichen Verfahren epoxidiert werden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel umfassen weitere Vernetzungsmittel epoxidierte Alkydharze. Epoxidierte Alkydharze können erhalten werden durch Umesterung von epoxidierten Ölen mit herkömmlichen Bestandteilen, wie z. B. Polyolen und Polyalkyllestern. Alkydharze sind z. B. in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering 1 : 644-679 (1985) beschrieben. Es ist auch möglich ein Alkydharz, das ungesättigte aliphatische Ketten (im allgemeinen Fettsäureketten) enthält, mit z. B. Peressigsäure zu epoxidieren.
Geeignete Produkte werden vorzugsweise durch Einschritt- oder Zweischritt- Umesterung von epoxidierten Ölen mit Mischungen von Polyalkoholen und Di- oder Polyalkylestern von Di- oder Polycarbonsäuren erhalten. Zum Beispiel kann zuerst der 4-Hexensäuremethylester epoxidiert werden, wonach das sich ergebende epoxidierte Öl mit einer äquimolaren Menge an Trimethylolpropan umgeestert wird, und Methanol wird abdestilliert. Nachfolgend kann der Trimethylolpropanester von 4,5-Epoxyhexansäure weiter mit Dimethylterephthalsäure verestert werden, wobei Methanol abdestilliert wird. Das Ergebnis ist ein epoxidiertes Alkydharz. In analoger Weise kann ein epoxidiertes Öl mit z. B. Pentaerythrit und gleichzeitig oder nachfolgend mit Dimethyladipat umgeestert werden.
Mischungen der oben beschriebenen Vernetzungsmittel können verwendet werden und können in vorgewählten Verhältnissen kombiniert werden. Das vorgewählte Verhältnis wird von der gewünschten Anwendung abhängen.
Um hier als Vernetzungsmittel zu wirken, reagiert das Epoxid-funktionelle Vernetzungsmittel als solches während des Aushärtens mindestens in wesentlichem Umfang. Im allgemeinen sollte die Reaktion so sein, daß mechanische und/oder chemische Beständigkeitseigenschaften der ausgehärteten Beschichtung durch die Vernetzungsreaktion des Epoxid-funktionellen Vernetzungsmittels und des damit reagierbaren Polymers erreicht werden. In dieser Hinsicht und gegensätzlich zu PVC-Pulversystemen dient das vorliegende Epoxid-funktionelle Vernetzungsmittel, wie z. B. epoxidiertes Öl, nicht als Plastifizierungsmittel bzw. Weichmacher und Stabilisierer.
Abhängig von der gewünschten Endanwendung können die hier oben beschriebenen Vernetzungsmittel auch in Kombination mit noch anderen Vernetzungsmittel verwendet werden. Vernetzungsmittel, die Epoxidgruppen enthalten, wie z. B. Triglycidylisocyanurat (TGIC), Polybisphenol-A-Epoxide, wie z. B. verschiedene Epikote®-Typen, können in Kombination mit dem hier oben beschriebenen Vernetzungsmittel verwendet werden. Eine andere Klasse von Vernetzungsmitteln, die in solchen Kombinationen verwendet werden, sind Verbindungen, die (blockierte) Isocyanatgruppen enthalten, wie z. B. das Caprolactam-blockierte lsophorondiisocyanattrimer. Eine noch weitere Klasse von kombinierbaren Vernetzungsmitteln enthalten β-Hydroxyalkylamidgruppen, wie z. B. Primid XL 522TM; Rohm and Haas. Polyfunktionelle Oxazoline können auch in Kombination mit den Epoxid-funktionellen Vernetzungsmitteln, die auf mindestens einer aliphatischen Kette mit einer Epoxid-Funktionalität basieren, verwendet werden.
Somit ist, relativ zu der Menge anderer Vernetzungsmittel, die Menge des Epoxid-funktionellen Vernetzungsmittels, das aus mindestens einer aliphatischen Kette mit Epoxid-Funktionalität besteht, vorzugsweise so, daß mehr als 20% der Vernetzung durch das Vernetzungsmittel erreicht wird. Weiter bevorzugt ist es erwünscht, daß mehr als 35% der Vernetzung und insbesondere mehr als 50 % der Vernetzung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Vernetzungsmittels, das aliphatische Ketten umfaßt, erhalten wird.
Obwohl das Vernetzungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung in Kombination mit anderen Vernetzungsmitteln verwendet werden kann, ist es bevorzugt, das Vernetzungsmittel, das aliphatische Ketten enthält, als Hauptvernetzungsmittel zu verwenden und weiter bevorzugt als das im wesentlichen alleinige Vernetzungsmittel.

Herstellung eines Bindemittels und eines Pulverlacks

Die Erfindung betrifft eine Bindemittelzusammensetzung ebenso wie einen Pulverlack, der das Bindemittel enthält und auch ein Substrat, das mit den gehärteten Pulverlacken beschichtet ist. Eine Bindemittelzusammensetzung ist im allgemeinen definiert als der harzige Teil des Pulverlacks.
Der Pulverlack, der die Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung enthält, schließt vorzugsweise eine kleine, aber wirkungsvolle, Menge eines Katalysators für die Vernetzungsreaktion bzw. Härtungsreaktion zwischen dem Polymer, das mit Epoxidgruppen reagieren kann und dem Vernetzungsmittel, das Epoxidgruppen auf der aliphatischen Kette trägt, ein.
Die Bindemittelzusammensetzung der Erfindung kann, falls gewünscht, als Einkomponentensystem bereitgestellt werden. In einem Einkomponentensystem wird ein großer Teil oder alles von dem Polymer und im wesentlichen alles von dem Vernetzungsmittel, das eine epoxidierte aliphatische Kette enthält, als Gemisch bereitgestellt, wobei das Gemisch vorzugsweise homogen ist. Solch ein homogenes Einkomponentengemisch ist vorteilhaft, weil keine bedeutsamen Mengen an flüssigen Komponenten verarbeitet werden müssen, während eine Pulverlackzusammensetzung aus einem Gemisch hergestellt wird.
Ein Einkomponenten-Bindemittelsystem kann erhalten werden durch Mischen des Vernetzungsmittels mit dem Polymer bei einer Temperatur über 70ºC, um ein homogenes Gemisch zu bilden, gefolgt von Abkühlen, grobem Zerkleinern und Mahlen der Mischung auf eine gewünschte Partikelgröße, um genügend chemisch homogene Pulverpartikel zu erhalten. Das Vernetzungsmittel und das Polymer können in einem Extruder oder einem Knetwerk gemischt werden.
Obwohl die Bindemittelzusammensetzung wirksam gemäß verschiedener Methoden hergestellt werden kann, wird sie vorzugsweise durch Mischen des Polymers und des Vernetzungsmittels in einem statischen Mischer bei erhöhter Temperatur für einen kurzen Zeitraum erhalten. Erhöhte Temperaturen können oberhalb 150ºC sein und kurze Zeiträume können z. B. in der Größenordnung von Sekunden, wie 20 Sekunden, liegen. Der statische Mischer ist bevorzugt, weil Material mit geringer Viskosität, wie z. B. unmodifizierte epoxidierte Öle, leicht mit dem Polymer gemischt werden können. Das gemischte Produkt wird danach gekühlt, grob zerkleinert und auf die gewünschte Partikelgröße gemahlen, um genügend chemisch homogene Pulverpartikel zu erhalten.
Als allgemeine Richtgröße liefert das Mahlen Partikelgrößen in der Größenordnung von 0,5 mm bis etwa 15 mm. Die Partikelgrößen können in den Bereich von 1 mm bis 12 mm fallen und können durchschnittlich etwa 5 bis 6 mm sein. Gewöhnlich sind etwa 80% der Partikel größer als 1 mm, obwohl hier herausgestellt werden soll, daß die Größe nicht kritisch ist.
Eine Pulverlackzusammensetzung kann dann hergestellt werden durch Mischen der Bindemittelzusammensetzung mit einem Katalysator und wahlweise einem Pigment, üblichen Füllstoffen und anderen Zusätzen und wahlweise zusätzlichen Härtungsmitteln bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Bindemittelzusammensetzung.
Anstelle der Verwendung des Bindemittelsystems als eine einzige Komponente, können die verschiedenen Bestandteile der Bindemittelzusammensetzung auch mit anderen Bestandteilen des Pulverlacks während der Herstellung des Lacks gemischt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Vernetzungsmittel - welches im allgemeinen bei 20 bis 40ºC flüssig ist - mittels einer Dosierpumpe hinzugefügt werden, wo das Polymerharz extrudiert wird. Mischen findet im allgemeinen oberhalb des Schmelzpunktes (oder Bereichs) des Polymers statt. Das Vernetzungsmittel kann auch in ein Pigment oder Füllstoff eingebaut sein und nachfolgend zu dem Harz (Polymer, das mit Epoxygruppen reagieren kann) hinzugefügt werden und wie z. B. in einem Extruder gemischt werden.
Der Katalysator und die Zusätze können entweder zu dem Polymer oder zu dem Vernetzungsmittel hinzugefügt werden.
Der Katalysator und/oder das Härtungsmittel können auch durch Extrudiertechniken während der Pulverlackherstellung hinzugefügt werden, zusammen mit den Pigmenten und den Füllstoffen.
Der Katalysator und die Zusätze können, falls erwünscht, als eine Stammischung bzw. ein Masterbatch angewendet werden. Solch eine Stammischung kann ein Gemisch des Polymerharzes sein, das mit Epoxidgruppen reagieren kann, welche auch für die Bindemittelzusammensetzung verwendet werden oder ein anderes - nicht reaktives - Harz mit dem Katalysator und wahlweise alle oder einem Teil der Zusätze.
Nachfolgend können die verschiedenen Komponenten unter Verwendung eines Extruders oder Knetwerks bei Temperaturen zwischen z. B. 70ºC und 150ºC vermischt werden. Im allgemeinen wird das Mischen bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes oder innerhalb oder unterhalb des Schmelzpunktbereichs des Bindemittels durchgeführt. Abhängig von der verwendeten Temperatur und dem verwendeten Katalysator kann es notwendig sein, das Mischen und Abkühlen schnell durchzuführen. Die durchschnittliche Verweilzeit in dem Mischgerät ist vorzugsweise weniger als die Hälfte der Gelierzeit des Systems bei der Mischtemperatur.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Zweikomponentensystem für die Herstellung eines Pulverlacks eine erste Komponente, die im wesentlichen aus dem gesamten oder einem großen Teil des Polymers (i) und dem Vernetzungsmittel (ii) besteht und eine zweite Komponente, die im wesentlichen aus einem Polymer (i) oder einem anderen Polymer und einem Katalysator für die Härtungsreaktion zwischen dem Polymer (i) und dem Vernetzungsmittel (ii) (Masterbatch) besteht.
In dem Fall, daß das Polymer des Masterbatches nicht dasselbe wie das in der ersten Komponente ist, kann es entweder ein Polymer sein, das mit dem Vernetzungsmittel reagieren kann oder ein im wesentlichen nicht-reaktives Polymer. Eine oder beide der Komponenten können gewöhnliche Zusätze, wie sie unten beschrieben sind, insbesondere Stabilisierungsmittel oder zusätzliche Härtungsmittel enthalten. Die erste Komponente, wie sie hier definiert ist, ist im wesentlichen das "Einkomponentensystem", wie es oben definiert ist.
Es ist auch reizvoll, ein Gemisch eines kristallinen Polyesters mit einer Menge von 20 bis 50 Gew.-% eines Vernetzungsmittels als eine erste Komponente zu verwenden. Diese Art von Masterbatch kann in Beimengung mit einem weiteren Polymer, das 30 bis 70 Gew.-% der Bindemittelzusammensetzung darstellen kann, verwendet werden. Das weitere Polymer kann den Katalysator enthalten oder der Katalysator kann getrennt hinzugefügt werden.
Falls erwünscht kann die Verweilzeit während der Homogenisierung einer Bindemittel- oder Pulverlackzusammensetzung so ausgewählt werden, daß es zu einer beträchtlichen Reaktion zwischen dem Polymer und dem Vernetzungmittel gekommen ist. Eine gewisse Vorreaktion zwischen dem Polymer und dem Vernetzungsmittel wird die Reaktionszeit, die benötigt wird, die Pulverlackzusammensetzung zu vernetzen bzw. zu härten, verkürzen und kann die Glasübergangstemperatur des Pulverlacks vergrößern.
Die Vernetzungsreaktion zwischen dem Polymer und dem Vernetzungsmittel, um die gehärtete Endbeschichtung zu ergeben, wird im allgemeinen in Anwesenheit einer wirksamen Menge Katalysator stattfinden. In geeigneten Fällen ist es hilfreich, ein zusätzliches Vernetzungsmittel anzuwenden. Mit der Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung kann die gewünschte Härtungs- bzw. Vernetzungszeit durch Anpassen der Menge von und Auswahl des Katalysators und/oder des Vernetzungsmittels leicht ausgewählt werden. Die Wichtigkeit des vorstehend beschriebenen Polymer-Vernetzungsmittel-Verhältnisses und der Menge an Katalysator ist in Misev, Seiten 174-223 erklärt.
Pulverlacke haben typischerweise Partikelgrößen kleiner als etwa 90 bis 100 um und haben im allgemeinen Partikelgrößen von durchschnittlich etwa 50 um, obwohl Partikelgrößen in der Größenordnung von 20 um verwendet werden können.
Die Herstellung von Pulverlacken und die chemischen Vernetzungsreaktionen davon, um gehärtete Beschichtungen zu erhalten, sind allgemein beschrieben in z. B. Misev, Seiten 44-54, 148 und 225-226.
Mit einer Pulverbeschichtungszusammensetzung gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Härtungszyklus von z. B. 150ºC in 10 Minuten zu erreichen. Falls gewünscht, ist 20-minütiges Härten bei 200ºC auch möglich. Die für die Reaktion geeignete Menge an Katalysator wird so ausgewählt, daß die gewünschte Härtung und der gewünschte Verlauf erreicht werden, wie z. B. in 20 bis 30 Minuten bei 150ºC oder in 10 bis 15 Minuten bei 180ºC, bis zu 5 bis 10 Minuten bei 200ºC.
Somit wird das Polymer, das mit Epoxidgruppen reagieren kann, das Vernetzungsmittel, eine Menge an Katalysator - falls notwendig - und eine Menge an zusätzlichem Härtungs- bzw. Vernetzungsmittel - falls anwesend - so ausgewählt, daß die Vernetzungsreaktion im wesentlichen innerhalb von 30 Minuten bei 200ºC vollständig ist.
Daher betrifft die Erfindung auch ein vollständig oder teilweise beschichtetes Substrat, herstellbar durch Aufbringen einer Pulverbeschichtung auf ein Substrat, wobei (a) das mit Epoxidgruppen umsetzbare Polymer (i), das Vernetzungsmittel (ii), wahlweise eine Menge an Katalysator und wahlweise eine Menge an zusätzlichem Härtungsmittel so ausgewählt werden, daß die Härtungsreaktion im wesentlichen innerhalb von 30 Minuten bei 200ºC vollständig ist, (b) die Beschichtung gehärtet wird, indem sie für eine ausreichende Zeit bei einer geeigneten Temperatur Wärme ausgesetzt wird, um eine gehärtete Beschichtung zu erhalten, (c) wobei die Menge an Epoxid-funktionellen Vernetzungsmitteln (ii) so ist, daß mehr als 20% der Vernetzung durch das Vernetzungsmittel erreicht wird.
Katalysatoren und Härtungmittel, die dem Fachmann für Epoxid-Säure-, Epoxid- Epoxid-, Epoxid-Hydroxy- und Epoxid-Anhydrid-Reaktionen bekannt sind, können mit Pulverbeschichtungs(farb)zusammensetzungen, die auf der vorliegenden Bindemittelzusammensetzung basieren, verwendet werden. Diese Katalysatoren enthalten im allgemeinen tertiäre Amingruppen oder andere basische nukleophile Gruppen.
Für die Epoxid-Säure-Reaktion können die relevanten Katalysatoren, die in Madec et al., Kinetics and Mechanisms of Polyesterifications, Advances in Polymer Science, 182-198 (1985), aufgelistet sind, im Prinzip verwendet werden.
Es sollte beachtet werden, daß der aliphatische Typ von Epoxidgruppen in dem Vernetzungsmittel gemäß der Erfindung einer des mindestens reaktiven Epoxidgruppen-Typs ist. Deshalb ist eine genügende Menge an Katalysator wichtig, um einen schnell härtenden Pulverlack zu erhalten.
Beispiele von geeigneten Klassen von Katalysatoren sind N-Dialkylaminpyridine, tertiäre Amine, Imidazolderivate, Guanidine und cyclische Aminverbindungen. Falls gewünscht kann der Katalysator blockiert sein. Spezielle Beispiele von Katalysatoren schließen ein:
N-Dimethylaminopyridin, Benzotriazol, Triethylamin oder Triphenylamin, 4,5-Diphenylimidazol, 1-Ethylimidazol, 2-Methylimidazol, 4-Methylimidazol, Ethylimidazolcarboxylat, 5,6-Dimethylbenzimidazol, 1-Benzylimidazol, Imidazol oder 1,1-Carbonyldümidazol, Tetramethylguanidin (TMG), Isocyanat-TMG-Addukte (z. B. Isophorondiisocyanat-di-tetramethylguanidin, Tolonat-HDT-tetramethylguanidin (Tolonat-HDT®; HDT = Hexandiisocyanattrimer) oder TMXDIdiTMG), Acetyl-TMG, 2-Phenyl-1,1,3,3-tetramethylguanidin, 1,5-Diazabicyclo[4,3,0]non-5-en und 1,5,7-Triazabicyclo[4,4,0]dec-5-en.
Andere Katalysatoren schließen Tetraalkylphosphoniumbromid, Tetrabutylammoniumfluorid, Cetyltriethylammoniumbromid, Benzothiazol und Lithiumderivate ein. Geeignete Lithiumderivate sind Lithiumalkanolate wie z. B. Lithiumbutanolat, Lithiumtriazol, Lithiumimidazol und Lithiumhydroxid.
Vorzugsweise werden Tetramethylguanidin-enthaltende Verbindungen, Imidazolderivate, wie z. B. 1-Benzylimidazol oder 4,5-Diphenylimidazol und Lithiumderivate als Katalysatoren verwendet, weil die Beschichtungen gute Farbeigenschaften und gute Beständigkeit gegen Überbacken haben.
Für Epoxid-Anhydrid-Reaktionen ist im allgemeinen kein Katalysator erforderlich.
Dennoch kann es doch vorteilhaft sein, einen Stickstoff-enthaltenden Katalysator zu verwenden, welcher der oben beschriebene Katalysator ist.
Für Epoxid-Hydroxy-Reaktionen kann eine starke Lewissäure als Katalysator verwendet werden. Trotzdem kann ein zusätzliches Vernetzungs- bzw. Härtungsmittel wie z. B. ein Polyanhydrid verwendet werden. Anhydride, wie Trimellithsäureanhydrid-Adukte oder Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymere sind für diesen Zweck gut geeignet. Pulverlacke, die ein Bindemittel enthalten, das aus z. B. einem Hydroxylpolyester, epoxidiertem Öl und einem Vernetzungsmittel aus Polyanhydrid besteht, kann einfach hergestellt werden, und zwar unter Verwendung eines Gemischs von Polyester und epoxidiertem Öl als eine einzelne Komponente. Das Anhydrid-Härtungsmittel kann hinzugefügt werden, während der Pulverlack hergestellt wird.
Für Epoxid-Epoxid-Reaktionen kann eine starke Lewissäure als Katalysator verwendet werden, obwohl gewöhnlich ein zusätzliches Vernetzungs- bzw. Härtungsmittel erforderlich ist. Bekannte Härtungsmittel können als zusätzliches Härtungsmittel verwendet werden. Bekannte Härtungsmittel schließen ein z. B.: die Polyanhydride, Dicyanodiamide, Dicarbonsäuren, Hydrazide und Polyphenole. Vorzugsweise werden substituierte Dicyanodiamide, substituierte Amine (wie z. B. Methylendianilin, 2-Phenyl-2-imidazolinester von Pyromellith- oder Trimellithsäure), Polyphenole und Anhydride (vorzugsweise harzige Anhydride, wie z. B. Ethylenglycolbistrimellitat) verwendet.
Die Menge an Katalysator ist gewöhnlich zwischen 0,05 und 2 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,5 Gew.-%, wobei sich die Gew.-% auf die Bindemittelzusammensetzung beziehen.
Die Mengen an zusätzlichen Härtungsmitteln - falls verwendet - sind im allgemeinen zwischen 1-15 Gew.-% mit Bezug auf das Bindemittel, vorzugsweise zwischen 3 und 10 Gew.-%.
Natürlich können alle gewöhnlichen Zusätze, falls erwünscht, in dem Pulverbeschichtungssystem gemäß der Erfindung, wie z. B. Pigmente, Füllstoffe, entgasende Mittel, Verlaufs-verbessernde Mittel und Stabilisatoren verwendet werden. Pigmente schließen anorganische Pigmente, wie z. B. Titandioxid, Zinksulfid, Eisenoxid und Chromoxid, ebenso wie organische Pigmente, wie z. B. Azoverbindungen, ein. Füllstoffe umfassen Metalloxide, Silikate, Carbonate und Sulfate.
Als Zusätze können Stabilisierer, wie z. B. primäre und/oder sekundäre Antioxidantien und UV-Stabilisierer, wie z. B. Chinone, (sterisch gehinderte) phenolische Verbindungen, Phosphonite, Phosphite, Thioether und HALS- Verbindungen (gehinderte Amin-Lichtstabilisierer, "hindered Amin Light Stabilizers") verwendet werden. Um Pulverbeschichtungen mit guter Stabilität während des Härtens zu erhalten, erscheinen primäre Antioxidantien wichtig. Deshalb beinhaltet der Pulverlack vorzugsweise eine wirksame Menge Stabilisierer, welche im allgemeinen eine Menge von 0,1-2 Gew.-% bezüglich der Bindemittelzusammensetzung ist. Stabilisierer sind gut bekannt und verschiedene nützliche sind in den Beispielen gezeigt.
Beispielhafte entgasende Mittel sind Benzoin oder Cyclohexandimethanolbisbenzoat. Verlaufs-verbessernde Mittel schließen unter anderem Polyalkylacrylate, Fluorkohlenwasserstoffe und Silikonöle ein. Andere Zusätze schließen solche ein, die verwendet werden, um das Tribo-Aufladen zu verbessern, wie z. B. sterisch gehinderte tertiäre Amine.
Pulverlacke gemäß der Erfindung können in üblicher Weise angewendet werden, z. B. durch elektrostatisches Aufsprühen des Pulvers auf ein geerdetes Substrat und Härten der Beschichtung, indem man sie für eine ausreichende Zeit bei einer geeigneten Temperatur Wärme aussetzt. Das aufgebrachte Pulver kann z. B. in einem Gasofen, einem elektrischen Ofen oder mittels Infrarot-Bestrahlung erwärmt werden.
Eine Pulverbeschichtung, die aus einem Polyester und dem auf einer aliphatischen Kette basierenden Vernetzungsmittel (eine erfindungsgemäße Ausführung der Bindemittelzusammensetzung) besteht, ist im allgemeinen besser gegen Gelbwerden beständig als eine vergleichbare Beschichtung, bei der das Vernetzungsmittel ein Bisphenol-A-Epoxidharz ist. Soweit es bekannt ist, stehen epoxidierte Öle nicht in dem Verdacht, toxikologisch zu sein.
Industrielle wärmehärtbare Beschichtungen aus Pulverlack(beschichtungs)zusammensetzungen sind weiter allgemein in Misev, S. 141-173 (1991) beschrieben.
Zusammensetzungen gemäß der Erfindung können in Pulverbeschichtungen zur Verwendung auf Metall-, Holz- und Plastiksubstraten verwendet werden. Beispiele sind industrielle Beschichtungen allgemeiner Zwecke, Beschichtungen für Maschinen und z. B. für Kannen bzw. Büchsen, Haushaltsgegenstände und andere kleine Gegenstände. Weiterhin sind die Beschichtungen geeignet für die Automobilindustrie, um Aussen- und/oder Innenteile von Fahrzeugen, wie Autos, zu beschichten.
Die Erfindung wird weiter anhand der folgenden Beispiele beschrieben.

Beispiele

Die Beispiele zeigen, daß epoxidierte Öle oder modifizierte epoxidierte Öle ausgezeichnete Vernetzungsmittel in den Bindemittelzusammensetzungen für Pulverlacke sind. Wie aus den Beispielen gesehen werden kann, wurden verschiedene Polymere verwendet, die mit Epoxidgruppen reagieren können, einschließlich Polyester mit Säuregruppen, ein Polyacrylat mit Säuregruppen, ein auf Bisphenol-A basierender Polyether mit Epoxidgruppen, ein Polyester mit Hydroxylgruppen und ein Polyester mit Phosphorsäuregruppen. Die Vernetzungsmittel sind auch mit Polyisocyanaten, TGIC und einem Bisphenol-A- Epoxidharz kombiniert, wobei brauchbare Zusammensetzungen erhalten wurden. Die Beispiele zeigen, daß ein Epoxid-funktionelles Vernetzungsmittel, das aus mindestens einer epoxidierten aliphatischen Kette besteht, mit speziell angepaßten Polymeren und auch mit gewöhnlichen Polymeren für Pulverlack verwendet werden kann.
Falls nichts anderes angegeben, beinhaltete in den Beispielen die Herstellung des Pulverlacks, die die Bindemittel enthält, Abkühlen eines extrudierten Bindemittels mit Pigmenten, grobes Zerkleinern des abgekühlten Produkts und Mahlen des zerkleinerten Produkts, um Pulverpartikel zu erhalten, die elektrostatisch auf ein geerdetes Metallsubstrat aufgebracht werden können. Falls nichts anderes angegeben, wurde eine Stahl-Q-Platte S 46, welche auf einer Seite braun war, verwendet. Die Maße waren 0,8 · 102 · 152 mm.
Falls nichts anderes angegeben, sind die Zeiten in den Tabellen Minuten ('). Die meisten Tests sind z. B. in Misev, Seiten 284-303 beschrieben.

Herstellung von Polyesterharz 1

Ein Reaktionsgefäß (3 Liter), ausgestattet mit einem Thermometer, einem Rührer und einer Destillationsapparatur, wurde mit 1,39 Gewichtsteilen Trimethylolpropan (TMP), 55,3 Gewichtsteilen Terephthalsäure, 37,0 Gewichtsteilen Neopentylglycol, 0,05 Gew.-% Dibutylzinnoxid und 0,05 Gew.-% Trisnonylphenylphosphit beschickt.
Während das Reaktionsgemisch gerührt wurde und ein leichter Stickstoffstrom darüber geleitet wurde, wurde die Temperatur dann auf 170ºC erhöht, und Wasser wurde gebildet. Die Temperatur wurde schrittweise weiter auf ein Maximum von 245ºC erhöht und das Wasser wurde abdestilliert. Die Reaktion wurde fortgesetzt bis die Säurezahl des Polyesters geringer als 12 mg KOH/g war.
Nachfolgend wurde in einem zweiten Schritt Isophthalsäure (6,31 Gewichtsteile) zu dem Reaktionsgefäß hinzugefügt und weitere Veresterung fand statt und ein Polymer ("Polyesterharz Nr. 1") mit Säurezahl von 25,7 wurde erhalten. Der letzte Teil des zweiten Schritts des Verfahrens wurde unter reduziertem Druck ausgeführt.
Die Charakteristiken des sich ergebenden Harzes waren:
- Säurezahl: 26 mg KOH/g;
- Funktionalität: 2,75;
- Viskosität: 1800 dPas (Emila 158ºC);
- Tg: 71ºC.
Die theoretische -COOH-Funktionalität ist angegeben, und zwar basierend auf der Menge an trifunktionellem Monomer und dem theoretischen Molekulargewicht.

Herstellung von Polyesterharz 2

Polyesterharz 2 wurde erhalten, indem das obige Verfahren wiederholt wurde, außer, daß 1,43 Gewichtsteile Trimethylolpropan, 53,04 Gewichtsteile Terephthalsäure, 36,71 Gewichtsteile Neopentylglycol und 8,83 Gewichtsteile Isophthalsäure verwendet wurden. Die Charakteristiken des sich ergebenden Harzes waren:
- Säurezahl: 24 mg KOH/g;
- Funktionalität: 3,0;
- Viskosität: 3700 dPas (Emila 158ºC);
- Tg: 73ºC.

Herstellung von Polyesterharz 3

Polyesterharz 3 wurde erhalten, indem obiges Verfahren wiederholt wurde, außer, daß 1,95 Gewichtsteile Trimethylolpropan, 55,15 Gewichtsteile Terephthalsäure, 36,61 Gewichtsteile Neopentylglycol und 6,29 Gewichtsteile Isophthalsäure verwendet wurden.
Die Charakteristiken des sich ergebenden Harzes waren:
- Säurezahl: 23 mg KOH/g;
- Funktionalität: 3,25;
- Viskosität: 6400 dPas;
- Tg: 73ºC.

Herstellung von Polyacrylatharz 1

Toluol (31,59 Gewichtsteile) wurden ein Reaktionsgefäß, das mit einem Thermometer, einem Rührer, einem Einlaß für Inertgas und einem Rückflußkühler ausgestattet war, eingebracht.
In 3 Stunden wurde ein Gemisch aus 52,12 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 7,83 Gewichtsteilen Butylacrylat, 3,22 Gewichtsteilen Acrylsäure und 5,05 Gewichtsteilen Luperox 575º zu 31,59 Gewichtsteilen Toluol unter Rückfluß hinzugefügt.
Nach Zusatz des Monomergemisches wurde das Reaktionsgemisch für 2 Stunden gerührt, wonach 0,19 Teile Luperox 575º hinzugefügt wurden.
Das Rühren wurde für weitere 2 Stunden fortgesetzt und nachfolgend wurden die flüchtigen Bestandteile durch Vakuumdestillation entfernt. Die maximale Temperatur war 160ºC.
Das geschmolzene Harz wurde ausgeschüttet und gekühlt. Die Eigenschaften des sich ergebenden Harzes waren wie folgt:
- Säurezahl: 39 mg KOH/g;
- Viskosität: 405 dPas;
- Tg: 58ºC.

Herstellung von Vernetzungsmittel 1

1500 Gewichtsteile eines Gemisches von destillierten Ölsäuren, 250 Gewichtsteilen Trimethylolpropan und 200 Gewichtsteilen Xylol wurden in ein Reaktorgefäß (3 Liter), das mit einem Rührer, einer Zufuhr für Inertgas, einem Thermometer und einem Rückflußkühler mit einem azeotropen Wasserabscheider ausgestattet war, hineingegeben.
Das Wasser wurde unter Rückflußbedingungen entfernt, als die Temperatur schrittweise auf 240ºC angehoben worden war.
Sobald die Säurezahl unter 10 mg KOH/g gefallen war, wurden 0,1 Gewichtsteile DBTO (Dibutylzinnoxid) hinzugefügt.
Bei einer Säurezahl ≤ 5 wurde Vakuumdestillation angewendet bis Xylol entfernt worden war.
Das Ergebnis war eine leicht braune gering viskose Flüssigkeit mit einer Säurezahl ≤ 5.
Das sich ergebende Öl wurde in der folgenden Weise epoxidiert. Eine Lösung von Natriumacetat (10,0 Gramm) in einer Peressigsäurelösung (107 Gramm 32%ige Lösung) wurde tropfenweise zu einer Lösung von TMP Trioleat (100,0 Gramm; 0,109 mol) in CHCl&sub3; (100 Gramm) hinzugefügt. Die Temperatur wurde zwischen 45 und 50ºC durch leichtes Kühlen gehalten. Nach dem Zusatz wurde das Gemisch für 5 Stunden bei einer Temperatur von etwa 45 bis 50ºC gerührt. Nach dem Kühlen wurde CHCl&sub3; verdampft und das epoxidierte Öl wurde mit Toluol gemischt. Nach Waschen mit einer 5%igen NaHCO&sub3;-Lösung und Wasser wurde die organische Phase mit Magnesiumsulfat getrocknet. Nach Verdampfen in einem Rotationsverdampfer (etwa 5 mbar, 40ºC) wurde ein praktisch farbloses Endprodukt erhalten.
Das erhaltene Produkt hatte ein Epoxid-Äquivalentgewicht (e. e. w.) von 372 Gramm, eine Epoxid-Funktionalität von 2,7 und einen Prozentsatz an Oxiran- Sauerstoff (% O) von 4,3%.

Beispiel I

Herstellung von Pulverlack

Bei 120ºC wurde Polyesterharz 1 (181,7 Gewichtsteile) einem Knetwerk (IKA- Hochleistungslaborkneter HKD-T0.6) zugeführt. Nachdem das Harz vollständig geschmolzen war, wurde Titandioxid-Weißpigment (100 Gewichtsteile; KRONOS 2160TM) in dem Harz dispergiert.
Nachfolgend wurden 3 Gewichtsteile Verlauf-verbesserndes Mittel (Resiflow PV 5TM; Worlee), 1,5 Gewichtsteile Benzoin ("entgasendes" oder "entlüftendes" Mittel) und 1 Gewichtsteil Stabilisierer (Irganox 1010; Ciba Geigy) hinzugefügt und in das Harz eingebaut.
Dann wurden 18,3 Gewichtsteile epoxidiertes Leinsamenöl (nachfolgend manchmal "ELO" genannt) mit einer Funktionalität zwischen 6-8 (Lankroflex®: Harcross Chemicals; e. e. w. = 180; % O = 8, 9) hinzugefügt und nachfolgend 1 Gewichtsteil Tetramethylguanidin (TMG; Janssen Chimica).
Das sich ergebende Produkt wurde gekühlt, zerkleinert, pulverisiert und auf eine maximale Partikelgröße von 90 um gesiebt.
Die Pulverlack-(beschichtungs-)zusammensetzung wurde elektrostatisch auf ein geerdetes Metallsubstrat aufgetragen und die aufgetragene Beschichtung wurde für 10 Minuten bei 200ºC gehärtet.

Beispiel II

Herstellung von Pulverlack

Beispiel 1 wurde wiederholt, außer, daß 176,5 Gewichtsteile (anstelle von 181,7 Gewichtsteilen) Polyesterharz 1 und 23,5 Gewichtsteile epoxidiertes Sojabohnenöl (nachfolgend manchmal als "ESO" bezeichnet) mit einer Funktionalität von 4-5 (Edenol D 82®; Henkel; e. e. w. = 240; % O = 6,7) (anstelle von epoxidiertem Leinsamenöl) verwendet wurden.
Die Charakteristiken der Pulverbeschichtungen, die aus den Pulverlacken der Beispiele I und II erhalten wurden, sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. TABELLE 1 Beispiel
1) : Fallversuch, bei dem die Rückseite des Probestücks untersucht wird; ASTM-2794/69. Der Aufprall bzw. Schlag wird allgemein als Inch · Pfund angegeben. Wenn bei 160 i. p. (i · p) keine Risse zu sehen sind in der Be schichtung, wird dies als 160 i. p. vermerkt. Ein Schlag von 160 i. p. gleicht 1,84 m · kg
2) : Erichsen-Langsam-Eindringprüfung ("Erichsen Slow Penetration"); ISO 1520/DIN 53156
3) : mittels Gitterschnittes bestimmte Haftfestigkeit; ISO 2409/DIN 5315
4): DIN 55990; Teil B
5): ADR: Aceton-Doppelreibeversuch ("acetone double rubs")
6): ASTM D 523/70
7): in einem Überbackungstest wird die Testplatte für eine Stunde auf 200ºC geheizt. Gelbwerden (b) wird ebenso gemessen wie die gesamte Verfärbung (Delta E).
Wie aus diesem Beispiel gesehen werden kann, zeigen die Pulverlacke gemäß der Erfindung ausgezeichnete Eigenschaften.

Beispiele III-VII

Pulverlacke wurden in analoger Weise zu den Beispielen I und II hergestellt. Die Zusammensetzungen dieser weiteren Pulverlacke sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Die Charakteristiken der gehärteten Beschichtungen, die aus diesen Lacken hergestellt wurden, sind in Tabelle 3 tabellarisch erfaßt. Die gehärteten Beschichtungen wurden durch Erhitzen der aufgetragenen Pulverbeschichtungen bei 200ºC für die in Tabelle 3 angegebenen Zeiträume gehärtet. TABELLE 2 Beispiel
1): Veronia Galamisöl; voll epoxidiert,
Funktionalität 5-7; e. e. w. = 200, % 0 = 8,0
2): epoxidiertes Leinsamenöl (Flexol® Plastifizierer LOE) der Union Carbide (ELO)
3): epoxidiertes Sojabohnenöl von Henkel (ESO)
4): Tetramethylguanidin TABELLE 3 Beispiel
1) Fallversuch, bei dem die Rückseite des Probestücks untersucht wird; ASTM-2794/69
2): Erichsen-Langsam-Eindringprüfung; ISO 1520/DIN 53156
3): mittels Gitterschnittes bestimmte Haftfestigkeit; ISO 2409/DIN 531 5
4): DIN 55990; Teil B
5): ADR: Aceton-Doppelreibetest
6): ASTM D 523/70
7): siehe Tabelle 1
8): rs. = vernünftig; v. g. = sehr gut
9): n. d. = nicht bestimmt

Herstellung von Polyester Nr. 4

Harz Nr. 4 wurde analog zu der Herstellung von Polyester 1 aus 1,34 Gewichtsteilen Trimethylolpropan, 55,82 Gewichtsteilen Terephthalsäure, 37,1 Gewichtsteilen Neopentylglycol und 5,0 Gewichtsteilen Isophthalsäure hergestellt. Das Harz hatte eine Säurezahl von 21,6 mg KOH/g, eine Carboxyl- Funktionalität 3, eine Viskosität von 4400 dPas und eine Tg von 74,5ºC.

Beispiel VIII

Ein Pulverlack wurde aus Harz Nr. 4 (179,6 Gewichtsteile) und ESO (20,4 Gewichtsteile von epoxidiertem Sojabohnenöl, Edenol D82® von Henkel) in Kombination mit Tolonat HDT® (3, 3 Gewichtsteile; das Trimer von Hexandiisocyanat, ein Isocyanat-Gruppen enthaltendes Vernetzungsmittel von Rhone Poulenc) hergestellt. Die übrigen Zusammensetzungsbestandteile, andere als das Harz und das gerade erwähnte Vernetzungsmittel, waren wie in Beispiel I. Die Gelierzeit des Pulvers war 37 Sekunden.
Das Härten für 10 Minuten bei 200ºC und 15 Minuten bei 180ºC führte zu einer Beschichtung mit den folgenden Eigenschaften: Schlagbeständigkeit: 160 ip (1,84 m · kg); ESP: > 8 mm; Aceton-Doppelreibetest: > 300; Oberflächenglanz 20º: 56; Oberflächenglanz 60º: 86. Die Ergebnisse zeigen, daß ein Isocyanat-Vernetzungsmittel verbesserte chemische Beständigkeit ergibt.

Beispiel IX und Vergleichsexperiment A

Zwei Pulverlackzusammensetzungen wurden auf der Basis von Uralac P3500® (DSM Resins BV) hergestellt. Die Säurezahl des Harzes war 35. Die Mengen der Bestandteile waren wie in Beispiel 11, außer, daß in Vergleichsexperiment A Triglycidylisocyanurat (TGIC) anstelle von epoxidiertem Sojabohnenöl verwendet wurde.
Die Beschichtungen wurden nachfolgend einem Witterungsbeständigkeitstest (QUV, UVB = 313; gemäß ASTM G 53-88) ausgesetzt.
Die Zeit wurde gemessen bis 50% des Original-Oberflächenglanzes gemessen wurde, wobei die Ergebnisse in Tabelle 4 gezeigt sind: TABELLE 4
Die Pulverlackzusammensetzungen gemäß der Erfindung brachten Beschichtungen mit verbesserter Witterungsbeständigkeit im Vergleich zu einem konventionellen System hervor.

Herstellung von Polyester Nr. 5-9

Die Polyesterharze Nr. 5-9 wurden in analoger Anwendung eines Herstellungsverfahrens wie das für Polyesterharz 1 mit den in Tabelle 5 aufgelisteten Monomeren (in Gewichtsteilen) hergestellt. TABELLE 5 Polyesterharz
1) im 2. Schritt hinzugefügt
2) der Ester von Neopentylglycol und Hydroxy-Pivalinsäure

Beispiele X-XIV

Pulverlacke wurden aus den Polyesterharzen unter Verwendung eines Verfahrens, analog zu dem, das in Beispiel 1 beschriebenen ist, hergestellt.
Weitere Daten sind in Tabelle 6 gezeigt. TABELLE 6 Beispiel
1) Lankroflex® von Harcross Chemicals
Die Pulverlacke wurden elektrostatisch auf Metallplatten gesprüht und gehärtet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. TABELLE 7 Beispiel
1) Zur Erklärung der Tests siehe die Fußnoten zu den Tabellen 1 und 3.

Herstellung der Polyesterharze Nr. 10-14

Die Harze Nr. 10-14 wurden in analoger Weise zu der Herstellung von Polyesterharz 1 unter Verwendung der in Tabelle 8 aufgelisteten Monomere hergestellt. TABELLE 8 Polyesterharz
1) im letzten Schritt hinzugefügt

Beispiele XV-XIV

Pulverlacke wurden aus den Polyesterharzen unter Verwendung eines Verfahrens, das analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen ist, hergestellt.
Weitere Daten sind in Tabelle 9 gezeigt. TABELLE 9 Beispiel
1) Lankroflex® von Harcross Chemicals
2) Edenol D82® von Henkel
3) CETAB = Cetyltriethylammoniumbromid
Die Pulverlacke wurden elektrostatisch auf entfettete Stahlplatten gesprüht und gehärtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt. TABELLE 10 Beispiel
1) Zur Erklärung der Tests siehe Tabellen 1 und 3
2) Schlagbeständigkeit auch erreicht bei 10'/160ºC
3) Salzsprühtest, ASTM B117-6

Herstellung von Polyesterharz 15 und Beispiel XX

Harz Nr. 15 wurde in analoger Weise zu den vorhergehenden Beispielen aus Trimethylolpropan (0,51 Gew.-%), Terephthalsäure (62 Gew.-%), Ethylenglycol (14,9 Gew.-%), Neopentylglycol (16,8 Gew.-%) und Isophthalsäure (5,7 Gew.- %) hergestellt. Das Polyesterharz Nr. 15 hatte eine Säurezahl von 23, ein Viskosität von 1350 dPas (Emila, 158ºC), eine Tg von 71ºC und eine theoretische -COOH-Funktionalität von 2,25.
Das Harz wurde mit einem 20%igen Überschuß (relativ zur stöichiometrischen Menge) eines epoxidierten Leinsamenöls (Lankroflex®, Harcross Chemicals, mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von 180) und mit weiteren üblichen Zusätzen in einem Knetwerk bei 120ºC gemischt gekühlt und gemahlen. Die Gelierzeit des sich ergebenden Pulvers war 56 Sec. und seine Tg war 48ºC. Das Pulver zeigte sehr gute Lagerungsstabilität (7 Tage, 40ºC).
Die Schlagbeständigkeit (160 ip; 1,84 m · kg) wurde durch Härten für 10 Minuten bei 180ºC erhalten.

Herstellung von Polyesterharz 16 und Beispiel XXI

Harz Nr. 16 wurde aus Terephthalsäure (43,7 Teile), Adipinsäure (41,5 Teile) und 1,4-Cyclohexandimethanol (81,4 Teile) hergestellt. Das sich ergebende kristalline Harz Nr. 16 hatte einen Schmelzpunkt von 200ºC, eine Säurezahl von 20 und eine theoretische -COOH-Funktionalität von 2.
Dieses Polyesterharz (10 Teile) wurde verarbeitet und zwar zusammen mit 18 Teilen epoxidiertem Leinsamenöl ("ELO"; Lankroflex®, Harcross Chemicals), 172 Teilen Polyesterharz (Säurezahl 25; Viskosität 1900 dPas; Tg 75ºC, erhalten aus 0,5 Mol-% TMP, 21,9 Mol-% Terephthalsäure, 22,4 Mol-% Neopentylglycol und 2,5 mol-% Isophthalsäure) und mit den üblichen anderen wie in Beispiel 1 spezifizierten Bestandteilen in einen Pulverlack. Die Gelierzeit war 44 Sekunden und die Tg des Pulverlacks war 36ºC.
Die gehärtete Beschichtung (10', 200ºC) hatte eine Schlagbeständigkeit von > 160 ip (1,84 m · kg), einen Oberflächenglanz bei 20º von 65 und bei 60º von 85. Ihr Verlauf war mittelmäßig, und das Aussehen der Beschichtung war gut.

Herstellung von Polyesteramidharz und Beispiel XXII

Ein Polyesteramidharz wurde aus Trimethylolpropan (1,3 Gew.-%), Terephthalsäure (58,7 Gew.-%), Neopentylglycol (26,6 Gew.-%), Hexamethylendiamin (7,3 Gew.-%) und Isophthalsäure (5,8 Gew.-%) hergestellt. Das Harz hatte eine Säurezahl von 23, eine Tg von 69ºC und eine Säure-Funktionalität von 2,75.
Das Harz (183 Teile) wurde mit 17,2 Teilen ELO (Lankroflex®, Harcross, Epoxid- Äquivalentgewicht von 180) und den in Beispiel 1 aufgelisteten üblichen Zusätzen verarbeitet, um einen Pulverlack zu erhalten. Die Gelierzeit war 82 Sekunden und die Tg des Pulverlacks 44ºC.
Die gehärtete Beschichtung hatte eine gute chemische Beständigkeit (> 100 Acetonreibungen). Der Verlauf war gut, ebenso wie der Oberflächenglanz (20º, 78; 60º, 88). Der "Erichsen-Langsam-Eindringtest" war gut, > 8 mm.

Herstellung der Vernetzungsmittel 2 und 3

Vernetzungsmittel Nr. 2 wurde wie folgt erhalten: epoxidiertes Sojabohnenöl (50 Gew.-%) wurde bei 150ºC mit 50 Gew.-% linearem Säurepolyester von Terephthalsäure (17,5 Mol-%), Neopentylglycol (18,5 Mol-%) und Isophthalsäure (2,0 Mol-%) vermischt. Der Polyester hatte eine Säurezahl von 25 und eine Tg von 68ºC. 0,5 Gew.-% TMG wurden hinzugefügt und das Gemisch wurde bei 150ºC für 3½ Stunden gehalten. Das sich ergebende Produkt hatte ein Epoxid- Äquivalentgewicht von 600, einen % 0 von 2,7, eine Tg von 0ºC und eine Säurezahl unter 1.
Ein Vernetzungsmittel Nr. 3 wurde erhalten durch Erhitzen eines epoxidierten Leinsamenöls (500 g) mit Isophthalsäure (42 g), para-Tertiär-butylbenzoesäure (60 g) und TMG (1 g). Das Gemisch wurde auf 180ºC erhitzt und dann auf 150ºC in 1½ Stunden gekühlt. Das sich ergebende Produkt (Säurezahl < 2; Epoxid-Äquivalentgewicht 360; % O = 4, 4; Tg -10ºC) wurde gekühlt und grob zerkleinert.

Polyester 18 und Beispiele XXIII-XXVI

Ein Polyesterharz Nr. 18 wurde hergestellt mit 1,04 Gewichtsteilen Trimethylolpropan, 44,7 Gewichtsteilen Terephthalsäure, 34,4 Gewichtsteilen Neopentylglycol, 2,8 Gewichtsteilen Cyclohexandimethanol und 17,19 Gewichtsteilen Isophthalsäure. Das sich ergebende Harz hatte eine Säurezahl von 27, eine Viskosität von 1400 dPas, eine Tg von 68ºC und eine Funktionalität von 2,4.
Pulverlacke wurden aus verschiedenen Vernetzungsmitteln und Polyesterharz Nr. 18 in der oben beschriebenen Weise hergestellt. Die Daten sind in Tabelle 11 gezeigt. TABELLE 11 Beispiel
1) Lankroflex® von Harcross Chemicals
2) Isocyanat-blockierter Tetramethylguanidin-Katalysator Die Pulverlacke wurden elektrostatisch auf Metallplatten gesprüht und bei 200 ºC gehärtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 gezeigt. Die in Tabelle 12 aufgelisteten Tests sind wie es mit Bezug auf die Tabellen 1, 3 und 10 erklärt ist. TABELLE 12 Beispiel

Polyesterharz 19 und Beispiel XXVII

Ein Polyesterharz Nr. 19 wurde aus 50,8 Gewichtsteilen Terephthalsäure, 38,9 Gewichtsteilen Neopentylglycol, 4,45 Gewichtsteilen Adipinsäure und 5,85 Gewichtsteilen Trimellithsäureanhydrid hergestellt. Der sich ergebene Polyester hatte eine Säurezahl von 41, eine -COOH-Funktionalität (theoretisch) von 4, eine Viskosität von 540 dPas und eine Tg von 58ºC.
Der Polyester (447 Gewichtsteile) wurde in einem Knetwerk mit ESO (Henkel Edenol D82®) (103 Gewichtsteile), 300 Gewichsteilen Titandioxid und den weiteren üblichen Zusätzen aus Beispiel 1 gemischt. Die Gelierzeit war 45" und die Tg 20ºC. Der Pulverlack wurde bei 5ºC aufbewahrt.
Der Pulverlack wurde getrennt auf drei geerdete Metallsubstrate elektrostatisch aufgebracht. Die drei Platten mit Pulver wurden jeweils erhitzt, um die Beschichtung zu härten. Eine wurde auf 200ºC für 8 Minuten erhitzt, eine auf 180ºC für 10 Minuten und eine auf 170ºC für 12 Minuten. In jedem Fall zeigte die Pulverbeschichtung gute Eigenschaften. Es wurde gefunden, daß die Schlagbeständigkeit > 160 ip (1,84 m · kg) war. Der Oberflächenglanz war 78 % bei 20º und 90% bei 60º. Der Verlauf und das Aussehen waren in allen Fällen gut.

Polyesterharz 20 und Beispiel XXVIII

Ein Polyesterharz Nr. 20 wurde hergestellt durch Veresterung in einem ersten Schritt von Terephthalsäure (1441 g) und Neopentylglycol (972 g), um ein Produkt mit einer OH-Zahl von 14 zu erhalten. Trimellithsäureanhydrid (96 g) und Octanol (36,0 g) wurden dann zu diesem Produkt (1532 g) hinzugefügt und die Veresterung wurde bei ~210ºC ausgeführt. Der sich ergebende Polyester hatte eine Säurezahl von 27, eine -COOH-Funktionalität von 3,5, eine Tg von 63 und eine Viskosität von 1300 dPas.
Der Pulverlack, der mit 176 Gewichtsteilen dieses Polyesters, 24 Gewichtsteilen ESO (Henkel, Edenol D82®) und üblichen Zusätzen (siehe Beispiel 1) hergestellt worden war, hatte eine Gelierzeit von 35 Sekunden.
Eine Beschichtung auf einem Substrat wurde erhalten, nachdem der Pulverlack für 10 Minuten bei 200ºC gehärtet worden war. Diese Beschichtung hatte eine gute Acetonbeständigkeit (> 100 ADR) ebenso wie ein gutes Aussehen.

Herstellung einer Mischung von Vernetzungsmitteln und Beispiel XXIX

Ein Bisphenol-A-Epoxidharz (Epikote 1007º mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von 2000, einer Tg von 69ºC und einer Funktionalität von 2) wurde in einem Knetwerk mit 7 Gew.-% epoxidiertem Leinsamenöl (Lankroflex®, Harcross Chemicals) gemischt. Das sich ergebende Gemisch hatte eine Tg von 55ºC und ein Epoxid-Äquivalentgewicht von 1160 und ein %-0 von 1,38.
265 Gewichtsteile des obigen Gemischs (18,5 Teile ELO und 246,5 Teile Epoxidharz) wurden zu 335 Gewichtsteilen Poly-ester (Uralac P5072® von dem der Katalysator entfernt worden war, mit einer Säurezahl von 38 und einer Funktionalität von -2, 3) hinzugefügt. Dieses Bindemittel wurde in einem Knetwerk bei 120ºC mit 300 Gewichtsteilen TiO&sub2;, 9 Gewichtsteilen Resiflow PV5®, 2,5 Teilen Benzoin, 1,8 Teilen TMG und 3,0 Teilen Irganox 245® gemischt, gekühlt, gemahlen und gesiebt, um einen Pulverlack zu erhalten (durchschnittliche Größe etwa 50 pm). Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.
Vergleichsexperiment B
Ein Pulverlack wurde in einer zum Beispiel XXIX analogen Weise hergestellt, außer, daß 255 Gewichtsteile Harz Uralac P5072® und 345 Gewichtsteile Epikote 1007º verwendet wurden. Der Pulverlack wurde auf ein Substrat aufgetragen und die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt. TABELLE 13
Die in Tabelle 13 gezeigten Ergebnisse beweisen, daß die Verwendung eines epoxierten Leinsamenöls in einem Hybrid-Bindemittelsystem verbesserte Acetonbeständigkeit, einen verbesserten Oberflächenglanz und Verlauf erzeugt.

Herstellung einer Bindemittelzusammensetzung und eines Pulverlacks Beispiel XXX

Eine Bindemittelzusammensetzung wurde wie folgt hergestellt: ein Harz (Nr. 10) wurde erneut hergestellt und in einem Gefäß bei 150ºC mit 12,5 Gew.-% epoxidiertem Leinsamenöl (35%-iger Überschuß) für 10 bis 20 Sekunden gemischt. Das Bindemittel wurde herausgeschüttet, grob zerkleinert und gemahlen.
Eine Pulverbeschichtung wurde mit dem Bindemittel hergestellt, und zwar durch Mischen von 600 Gewichtsteilen des Bindemittels mit Titandioxid (300 Gewichtsteile), Resiflow PV5® (9 Teile), Benzoin (4,5 Teile), Irganox 245º (3 Teile) und TMG (3 Teile). Das Gemisch wurde zweimal in einem Laborextruder (Buss Ko-Kneter, PLK 46B®) bei 120ºC extrudiert, gekühlt, gemahlen und gesiebt, um einen Pulverlack (durchschnittliche Partikelgröße etwa 50 um) herzustellen. Der Pulverlack hatte eine Gelierzeit von 65 Sekunden.
Das Harz wurde in 6 Minuten bei 200ºC und auch in 10 Minuten bei 165ºC gehärtet. Die so gehärteten Beschichtungen wurden dem Schlagbeständigkeitstest (160 ip; 1,84 m · kg) unterzogen. Der Oberflächenglanz bei 20º war 57, und bei 60º war er 81.

Beispiel XXXI

In einem Extruder (Buss PLK 46Bº) wurden 530 Gewichtsteile Polyesterharz mit Hydroxylgruppen (OH-Zahl: 40, Säurezahl < 3, Funktionalität = 3,25), welches käuflich erhältlich ist (Uralac P4215®) bei 120ºC mit 23 Gewichtsteilen Bernsteinsäureanhydrid, 48 Gewichtsteilen epoxidiertem Leinsamenöl (Lankroflex®, Harcros Chemicals), 3 Gewichtsteilen Dimethylaminopyridin, 6 Gewichtsteilen Verlaufs-verbesserndem Mittel (BYK 360º), 4, 5 Gewichtsteilen Benzoin und 3 Gewichtsteilen Irganox 245º gemischt, wonach das Gemisch gekühlt, grob zerkleinert und zu einem Pulver zermahlen wurde. Das Pulver hatte eine Tg von 25ºC, und es wurde unter gekühlten Bedingungen aufbewahrt.
Das Pulver wurde in 10 Minuten bei 200ºC gehärtet und die Beschichtung zeigte einen guten Verlauf. Die Acetonbeständigkeit war ausgezeichnet (150 ADR).

Beispiel XXXII

Ein 90/10 Gew.-% -Gemisch eines Bisphenol-A-Epoxid (Epikote 1007®) und eines epoxidierten Leinsamenöls (Lankroflex®, Harcross Chemicals) wurde in einem Knetwerk hergestellt. Zu diesem Gemisch (760 Gewichtsteile), wurden Casamid 710º (40 Gewichtsteile, ein Härtungsmittel mit phenolischen Gruppen für Epoxidgruppen-enthaltende Harze), Resiflow PV5® (12 Gewichtsteile), Benzoin (6 Gewichtsteile) und Irganox 1010º (4 Gewichtsteile) hinzugefügt, und das Gemisch wurde in einem Buss PLK 46B-Extruder bei einer Geschwindigkeit von 200 Upm und einer Temperatur von 100-120ºC homogenisiert. Das extrudierte Produkt wurde gekühlt, grob zerkleinert und zu einem Pulver zermahlen (durchschnittliche Partikelgröße von 50 zum, alle Partikel passierten ein 110 Mikro-Sieb). Der sich ergebende Pulverlack hatte eine Gelierzeit von 200 Sekunden und konnte in 15 Minuten bei 200ºC gehärtet werden. Die aus diesem Pulverlack erhaltene Beschichtung hatte einen sehr guten Oberflächenglanz (20º : 91 und 60º : 97), einen guten Verlauf, ein gutes Aussehen, und eine Acetonbeständigkeit von 100 ADR und eine Schlagbeständigkeit von 160 ip (1,84 m · kg). Unerwarteterweise und im Gegensatz zu gewöhnlichen 100%-Epoxidharzsystemen zeigte der Pulverlack keine Neigung zur Kraterbildung.

Polyester Nr. 21 und Beispiel XXXIII

Ein Polyester (Nr. 21) wurde in einem Zwei-Stufen-Verfahren hergestellt, und zwar in der Weise wie es für die Herstellung von Polyesterharz Nr. 1 beschrieben ist. Zuerst wurden Trimethylolpropan (1,36 Gewichtsteile), Terephthalsäure (54 Gewichtsteile) und Neopentylglycol (37,5 Gewichtsteile) zusammengefügt und konnten reagieren, um einen im wesentlichen Hydroxyl-funktionellen Polyester zu bilden. Im zweiten Schritt konnte Isophthalsäure (6,1 Gewichtsteile) mit dem Produkt aus Schritt 1 reagieren. Danach wurde Phosphorsäure (0,76 Gew.-%) hinzugefügt und konnte reagieren. Der sich ergebende Carbonsäure- und Phosphorsäure-funktionelle Polyester hatte eine Säurezahl von 35, eine Säure- Funktionalität von 2,75 und eine Tg von 74ºC.
Ein Pulverlack wurde aus diesem Polyester (173 g), einem epoxidierten Sojabohnenöl (31,0 g; Edenol D82º von Henkel) und den üblichen Zusätzen wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Gelierzeit war 58 Sekunden und die Tg des Pulverlacks war 30ºC. Eine Beschichtung wurde auf einem Substrat erhalten, nachdem das aufgetragene Pulver für 10 Minuten bei 200ºC gehärtet worden war. Sie hatte eine Acetonbeständigkeit (> 100 ADR) und eine ausgezeichnete Salzsprühbeständigkeit (nur 6 mm nach 500 Stunden gemäß ASTM B 1 17-61). Die Beschichtung passierte den 160 ip (1,84 m · kg) Schlagtest, zeigte guten Verlauf und gutes Aussehen und hatte einen Oberflächenglanz von 66 bei 20º und 89 bei 60º. Die Beschichtung zeigte sehr gute Beständigkeit gegen Überbacken (Start B, 10' bei 200ºC : 0,1; Überbacken nach 1 Stunde bei 200 ºC; 0,8; Delta E: 0,9).

Herstellung einer Bindemittelzusammensetzung und eines Pulverlacks Beispiel XXXIV

Eine Bindemittelzusammensetzung wurde wie folgt hergestellt: Polyester Nr. 10 wurde nochmals hergestellt, wobei sich ein Polyesterharz mit einer Säurezahl von 26 und einer Viskosität von 220 dPas (Emila) bei 180ºC ergab. Das Harz wurde einem statischen Mixer bei einer Temperatur von etwa 175ºC zugeführt, in welchem es mit 0,9 Gew.-% epoxidiertem Leinsamenöl, das auf 100ºC erwärmt worden war, gemischt wurde. Die Verweilzeit des Gemischs in dem statischen Mixer war etwa 13 Sekunden. Der statische Mixer war ein Sulzer SMX mit einem Durchmesser von 27,3 mm und einer Länge von 40 cm. Der Durchsatz bzw. die Durchflußmenge war 60 Liter/Stunde mit einem Druckabfall entlang des Mixers von 1 bar. Die Mischzeit, vom Moment des Zuführens des Vernetzungsmittels bis zum Kühlen auf dem Kühlband, war 20-60 Sekunden, und zwar abhängig von der Form des Harzzuführers. Die zum Kühlen benötigte Zeit auf 40ºC war 1½ Minuten. Das verwendte Kühlband wurde mit Wasser gekühlt. Das Kühlband bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von 1,3 m/min und die Länge des Bandes war 1,85 m. Am Ende des Kühlbandes wurde das glasige Material auf Partikel mit einer Größe von 5-30 mm grob zerkleinert. Die Analyse der Menge von Epoxid- und Säure-Gruppen zeigte, daß die Zusammensetzung sehr homogen war und weniger als 7% der Epoxidgruppen hatte reagiert.
Ausgehend von der Bindemittelzusammensetzung, wie oben beschrieben, wurde eine Pulverbeschichtung durch Mischen von 600 Gewichtsteilen Bindemittelzusammensetzungen, 300 Gewichtsteilen TiO&sub2;, 9 Gewichtsteilen Resiflow PV5®, 4 Gewichtsteilen Benzoin, 3 Gewichtsteilen Tetramethylguanidin und 3,0 Gewichtsteilen lrganox 245º (Stabilisierer) bei 120ºC in einem kontinuierlichen Knetwerk von Buss hergestellt. Das homogene Gemisch wurde gekühlt, grob zerkleinert und gemahlen, und ein Pulver mit Partikeln von 50-90 1 um wurde abgesiebt. Diese Pulverbeschichtung hatte eine Gelierzeit von 59 Sekunden und eine Glasübergangstemperatur von 42ºC. Nach Härten für 6 Minuten bei 200ºC auf einer Stahlplatte hatte die Beschichtung die folgenden Eigenschaften: Schlagfestigkeit (gemessen im Fallversuch, bei dem die Rückseite des Probestücks untersucht wird) war 160 in. lb. (1,84 m · kg). Der Oberflächenglanz der gehärteten Farbschicht war 54% bei 20º und 78% bei 60º, und das Aussehen war gut.

Beispiel XXXV

Mit der für Beispiel XXXIV beschriebenen Bindemittelzusammensetzung wurde ein Pulverlack hergestellt, in welcher TGIC als ein Extra-Vernetzungsmittel verwendet wurde.
594 g der in Beispiel XXXIV beschriebenen Bindemittelzusammensetzung wurde trocken mit 6 g Triglycidylisocyanurat (TGIC), 300 g Titandioxid, 9 g Resiflow PV5®, 4,5 g Benzoin, 3,0 g TMG und 3,0 g Sumilizer GA80® gemischt. Danach wurde das Gemisch einem Extruder mit einer Temperatur von 120ºC und einem Rotieren von 100 Upm zugeführt. Das erhaltene homogene Gemisch wurde direkt gekühlt und gemahlen. Der Pulverlack hatte eine Gelierzeit von 52 Sekunden und eine Tg von 44ºC. Anscheinend hatte das TGIC in dem Extruder reagiert, weil die Tg von 42ºC (siehe Beispiel XXXIV) auf 44ºC angestiegen war. Im Fall, daß TGIC nicht reagiert hätte, wäre ein Abfall der Tg von mindestens 1,5ºC zu erwarten gewesen.
Der Pulverlack wurde verwendet, um eine Beschichtung zu erhalten: der Lack wurde auf eine Metallplatte gesprüht und sie wurde für 6 Minuten bei 200ºC gehärtet. Die Schlagbeständigkeit war 160 ip (1,84 m · kg), der Oberflächenglanz war 68% bei 20º und 87% bei 60º, der Verlauf und das Aussehen waren gut.

Polyesterharz 22 und Beispiel XXXVI

Ein Polyester (Nr. 22) wurde hergestellt aus 0,56 Gew.-% Trimethylolpropan, 26,3 Gew.-% 1,3-Propylenglycol, 55,2 Gew.-% Terephthalsäure, 11,3 Gew.-% Dianol 22® (ethoxyliertes Bisphenol-A) und 6,2 Gew.-% Isophthalsäure, und zwar in einer Weise wie es für die Herstellung von Polesterharz Nr. 1 beschrieben ist. Das sich ergebende Harz hatte eine Säurezahl von 27, eine Säure-Funktionalität von 2,25, eine Viskosität von 1400 dPas und eine Tg von 82ºC.
Ein Pulverlack wurde aus diesem Polyester (183,5 g), einem epoxidierten Sojabohnenöl (16,5 g), TiO&sub2; (100 g), TMG (1 g), Irganox 245® (1 g), Resiflow PV5® (3 g) und Benzoin (1,5 g) in einem Extruder hergestellt.
Die Gelierzeit des Pulvers war 70 Sekunden und die Lagerungsstabilität (physikalische Stabilität) des Pulvers war ausgezeichnet (7 Tage bei 40ºC). Die Beschichtung konnte in 8 Minuten bei 200ºC gehärtet werden, um eine Beschichtung mit guten mechanischen Eigenschaften zu erhalten (160 ip, nur sehr wenige Risse) und hatte gute Überbackungsbeständigkeit (Start b: 1,8, b nach 1 Stunde 200ºC: 3,6, ΔE: 1,9).

Polyesterharz 23 und Beispiele XXXVII-XXXX

Ein Polyester (Nr. 23) wurde aus 0,59 Gew.-% Trimethylolpropan, 54,7 Gew.-% Terephthalsäure, 35,7 Gew.-% Neopentylglycol und 6,5 Gew.-% Isopthalsäure hergestellt, und zwar in einer Weise, wie es für die Herstellung von Polyesterharz Nr. 1 beschrieben worden war. Die Säurezahl des Polyesters war 25, die -COOH- Funktionalität 2,5, die Viskosität 1000 dPas und die Tg 68ºC.
Verschiedene Pulverlacke wurden mit diesem Harz mit verschiedenen Katalysatoren hergestellt.
Das Vernetzungsmittel (epoxidiertes Leinsamenöl) wurde mit einem sterisch gehinderten Stabilisierer vom Phenoltyp in einem 16 : 1 Gewichts-Verhältnis gemischt. Eine Bindemittelzusammensetzung wurde hergestellt durch Mischen und Extrudieren von 143 g Polyesterharz, 17 g des ELO/Stabilisierer-Gemischs, 100 g TiO&sub2;, 3 g Resiflow PV5® und 1,5 g Benzoin.
Stammischungen bzw. Masterbatches wurden hergestellt durch Mischen von 6 g eines bestimmten Katalysators (wie in Tabelle 14 gezeigt) mit 120 g eines Säure-funktionellen Polyesterharzes Uralac P3401 ® von DSM-Resins.
Pulverlacke wurden hergestellt wie in Tabelle 14 (Mengen in Gramm) gezeigt. TABELLE 14 Beispiel
1) enthält Pigment und Zusätze.
Die Pulverlacke wurden auf Metallsubstrate gesprüht und bei 200ºC gehärtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 15 gezeigt. TABELLE 15 Beispiel
1) Zur Erklärung der Tests, siehe Tabelle 1 und 3; Schlagfestigkeit wurde nach 3 Tagen gemessen
2) bei 230ºC, 10 Min. Härten wurde eine Schlagbeständigkeit von 1,38 m · kg (120 ip) auf einem Aluminiumlegierungssubstrat erreicht
3) auf einem Aluminiumlegierungssubstrat war die Schlagbeständigkeit 160 ip (1,84 m · kg) nach Härten von 10 Min. bei 200ºC.

Polyesterharz 24 und Beispiel XXXXI

Ein kristalliner Polyester (Nr. 24) wurde hergestellt durch Veresterung von 0,35 Gew.-% Trimethylolpropan, 59,6 Gew.-% Terephthalsäure und 39,9 Gew.-% 1,6-Hexandiol mit 0,04 Gew.-% Dibutylzinnoxid und 0,09 Gew.-% Trisnonylphenylphosphit bei 240-245ºC. Die Charakteristiken des Polyesters, der mit dieser Ein-Schritt-Synthese erhalten worden war, waren:
- Säurezahl: 33 mg KOH/g
- Funktionalität: 2,1
- Viskosität: 160 dPas (Emila 158ºC)
- Schmelzpunkt: 144ºC.
Ein Pulverlack wurde hergestellt durch Vormischen dieses Polyesters (348 g), epoxidiertem Sojabohnenöl (Epoxy bezogenes Gewicht) (wpe): 240, 52 g), Kronos 2310 Weißpigment-Titandioxid und 3 g Verlaufs-verbessernde Mittel. Die so erhaltenen 500 g Vorgemisch wurden mit 1,64 g TMG und 4 g Stabilisierer durch Extrusion bei 145ºC (zweimal) gemischt, gekühlt und gemahlen. Partikel kleiner als 100 um wurden gesiebt, um ein Pulverlack mit einer Gelierzeit von 177 s und einer ausgezeichneten Lagerungsstabilität (kein Anbacken nach 7 Tagen bei 40ºC) zu erhalten.
Der Pulverlack wurde in 10 Minuten bei 200ºC zu einer Beschichtung gehärtet, nachdem der Lack elektrostatisch auf ein Stahlsubstrat gesprüht worden war. Der Schlagtest wurde durchgeführt (160 ip; 1,84 m · kg); der Verlauf war gut, der Oberflächenglanz war 23% bei 20º und 54% bei 60º.

Claims

1. Bindemittelzusammensetzung für wärmehärtbare Pulverlacke, umfassend als wesentliche Bestandteile

(i) mehr als 50 Gew.-%, auf Basis der Komponenten (i) und (ii), eines Polymers, das mit Epoxidgruppen reagieren kann und weniger als 0,2 Gew.-% Aminoverbindungen als funktionelle Gruppen enthält, und

(ii) ein Epoxidgruppen-enthaltendes Vernetzungsmittel, wobei das Vernetzungsmittel mindestens eine lineare oder verzweigte aliphatische C&sub5;- C&sub2;&sub6;-Kette und das Vernetzungsmittel eine Epoxid-Funktionalität größer als 1 hat, mit der Maßgabe, daß sich die Epoxidgruppen auf der mindestens einen aliphatischen Kette befinden.

2. Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Menge an Oxiran-Sauerstoff, der von dem Vernetzungsmittel in der Bindemittelzusammensetzung stammt, höher als 0,1 meq/g Bindemittelzusammensetzung ist.

3. Bindemittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Vernetzungsmittel innen liegende Epoxidgruppen gemäß der Formel (I) enthält

4. Bindemittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Vernetzungsmittel aliphatische Ester mit einer Epoxidgruppe auf der aliphatischen Kette enthält.

5. Bindemittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polymer (i) Carboxylgruppen, Epoxidgruppen, Anhydridgruppen oder Hydroxylgruppen enthält.

6. Bindemittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Polymer (1) ein Polyester, ein Polyacrylat oder ein auf Bisphenol basierender Polyether ist.

7. Bindemittelzusammensetzung gemäß Anspruch 6, wobei das Polyacrylat im wesentlichen vinylchloridfrei ist.

8. Bindemittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Polymer (i) ein Carboxyl-funktioneller Polyester mit einer Säurezahl von 10 bis 50 und einer Tg von 60 bis 90ºC ist und wobei die Bindemittelzusammensetzung mindestens 5 Gew.-% eines Vernetzungsmittels enthält, das aliphatische Ester mit einer Epoxidgruppe enthält, welche sich auf der linearen oder verzweigten aliphatischen C&sub5;-C&sub2;&sub6;-Kette befinden.

9. Bindemittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Zusammensetzung eine wirksame Menge eines Katalysators und wahlweise ein zusätzliches Härtungsmittel für die Reaktion zwischen dem Polymer (i) und dem Vernetzungsmittel (ii) enthält.

10. Zweikomponentensystem zur Herstellung eines Pulverlacks, umfassend: eine erste Komponente, die aus dem gesamten oder einem großen Teil des Polymers (i) und dem Vernetzungsmittel (ii) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 besteht und eine zweite Komponente, die im wesentlichen aus einem Polymer und einem Katalysator für die Härtungsreaktion zwischen dem Polymer (i) und dem Vernetzungsmittel (ii) der ersten Komponente besteht.

11. Pulverlack, der eine Bindemittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und wahlweise ein Pigment, einen Katalysator, ein Härtungsmittel, Füllstoffe und Zusätze enthält.

12. Verfahren zur Herstellung eines vollständig oder teilweise beschichteten Substrats durch Aufbringen eines Pulverlacks gemäß Anspruch 11 auf ein Substrat, wobei (a) das mit Epoxidgruppen reaktionsfähige Polymer (i), das Vernetzungsmittel (ii), wahlweise eine Menge an Katalysator und wahlweise eine Menge an zusätzlichem Härtungsmittel so ausgewählt werden, daß die Härtungsreaktion im wesentlichen innerhalb von 30 Minuten bei 200ºC abgeschlossen ist, (b) die Beschichtung gehärtet wird, indem sie für eine ausreichende Zeit bei einer geeigneten Temperatur Wärme ausgesetzt wird, um eine gehärtete Beschichtung zu erhalten, (c) wobei die Menge an Epoxid-funktionellem Vernetzungsmittel (ii) derart ist, daß mehr als 20% der Vernetzung durch das Vernetzungsmittel erhalten wird.

13. Vollständig oder teilweise beschichtetes Substrat, wobei die Beschichtung aus einem Pulverlack gemäß Anspruch 11 oder dem Verfahren nach Anspruch 12 erhalten wird.