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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Aminoplast-härtbare,
filmbildende Zusammensetzungen (Beschichtungszusammensetzungen)
und Mehrkomponenten-Verbundbeschichtungszusammensetzungen, die eine
pigmentierte oder gefärbte
Grundschicht und eine transparente (klare) Schicht enthalten.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Farb-plus-Klar-Beschichtungssysteme,
welche die Aufbringung einer gefärbten
oder pigmentierten Grundschicht auf einen Träger, gefolgt von der Aufbringung
einer transparenten oder klaren Deckschicht auf die Grundschicht
umfassen, sind sehr populär
als Originaloberflächenüberzüge für Automobile
geworden. Die Farb-plus-Klar-Systeme haben einen herausragenden
Glanz und eine herausragende Klarheit des Bildes. Die Klarschicht
ist insbesondere wichtig für
diese Eigenschaften.
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Beschichtungszusammensetzungen
auf Basis von hydroxylfunktionellen Acrylpolymeren und Aminoplast-Vernetzungsmitteln
sind als Deckschichten für
selbstfahrende Fahrzeuge besonders erwünscht gewesen, da sie eine
ausgezeichnete Beständigkeit
und Härte,
einen ausgezeichneten Glanz und ein ausgezeichnetes Aussehen haben.
Herkömmliche
Beschichtungssysteme, welche hydroxylfunktionelle, filmbildende
Harze und Aminoplast-Vernetzungsmittel enthalten, basieren auf einem
Härtungsmechanismus,
worin Hydroxylgruppen auf dem Harz mit dem Aminoplasten zur Bildung
von Etherbindungen reagieren; vgl. z. B.
EP-A-0 257 848 . Historisch
sind solche Beschichtungssysteme sehr empfindlich gegen Säureangriff
gewesen und zeigen daher eine geringe Beständigkeit gegen Säureätzung.
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Da
in zahlreichen geografischen Gebieten saurer Niederschlag angetroffen
wird, ist die Säurebeständigkeit
von Beschichtungen eine ansteigend erwünschte Eigenschaft geworden,
insbesondere für
Beschichtungen für
selbstfahrende Fahrzeuge. Wenn saures Regenwasser, auch als saurer
Regen bekannt, sich auf einem waagerechten Teil eines Automobils,
wie einer Haube oder einem Kofferraumdeckel, sammelt, bildet es Flecken
und kann tatsächlich
die Klarschicht wegätzen,
was einen Fleck zurücklässt, der
nicht heraus poliert werden kann. Hydroxyl-Aminoplast-Beschichtungssysteme
des Standes der Technik sind nicht sehr wirksam, um einen Schutz
gegen das durch sauren Regen verursachte Ätzen zu ergeben.
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Alternative
Härtungssysteme
können
verwendet werden, die eine verbesserte Beständigkeit gegen Säureätzung ergeben,
wie Hydroxyl-Isocyanat, Epoxy-Säure
und Carbamat-Aminoplast; diese Systeme sind aber allgemein teurer
als die Hydroxyl-Aminoplast-Beschichtungssysteme, und in manchen
Fällen
fehlen ihnen einige vorteilhafte Eigenschaften von Hydroxyl-Aminoplast-Systemen,
wie Kratzfestigkeit oder Härte.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtungszusammensetzung
mit verbesserter Beständigkeit
gegen Säureätzung bereitzustellen,
welche die billige Hydroxyl-Aminoplast-Härtung zur
Verwendung in einem Farb-plus-Klar-Verbundbeschichtungssystem anwendet.
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Überraschenderweise
ist festgestellt worden, dass bestimmte Additionspolymere, abgeleitet
von β-Hydroxyester-funktionellen
Monomeren, mit Aminoplast-Vernetzungsmitteln gehärtet werden können, um
gegen Säureätzung beständige Beschichtungen
zu ergeben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine härtbare,
filmbildende Zusammensetzung bereitgestellt, die, wenn gehärtet, eine
Beschichtung ergibt, die gegen Säureätzung beständig ist.
Die härtbare,
filmbildende Zusammensetzung umfasst:
- A) ein
Polymer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 5000 bis
15000, bestimmt durch Gelpermeationschromatografie unter Verwendung
eines Polystyrolstandards, und mit einer Glasübergangstemperatur von wenigstens
20°C, wobei
das Polymer aus den folgenden Bestandteilen hergestellt ist:
- 1) 10 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht
von Monomeren, die zur Herstellung des Polymers verwendet werden,
eines Reaktionsprodukts eines ethylenisch ungesättigten, säurefunktionellen Monomers und
einer Epoxyverbindung, die wenigstens 5 Kohlenstoffatome enthält und nicht
mit dem ethylenisch ungesättigten,
säurefunktionellen
Monomer polymerisierbar ist;
- 2) 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht von
Monomeren, die zur Herstellung des Polymers verwendet werden, eines
ethylenisch ungesättigten,
hydro xyalkylfunktionellen Monomers, das 2 bis 4 Kohlenstoffatome
in der Hydroxyalkylgruppe hat;
- 3) 15 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht
von Monomeren, die zur Herstellung des Polymers verwendet werden,
eines aromatischen Vinylmonomers; und
- 4) 10 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht
von Monomeren, die zur Herstellung des Polymers verwendet werden,
eines Alkylesters von Acryl- oder Methacrylsäure, der 1 bis 30 Kohlenstoffatome
in der Alkylgruppe enthält,
so dass die Summe der Gewichtsprozentangaben der Bestandteile 1),
2), 3) und 4) 100 beträgt;
und
- B) ein verethertes Aminoplast-Vernetzungsmittel; und ein Adjuvans-Härtungsmittel,
umfassend eine Tricarbamoyltriazinverbindung mit der Formel C3N3(NHCOXR)3 in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Harzfeststoffe in der filmbildenden Zusammensetzung,
worin X Sauerstoff oder Schwefel ist, und R eine niedere Alkylgruppe
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Mischungen von niederen Alkylgruppen
ist.
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Eine
Mehrkomponenten-Verbundbeschichtungszusammensetzung wird ebenfalls
durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt. Die Beschichtungszusammensetzung
umfasst eine Grundschicht, die aus einer pigmentierten, filmbildenden
Zusammensetzung abgeschieden ist und eine transparente Deckschicht,
die über
der Grundschicht aufgebracht ist, worin die transparente Schicht
oder Klarschicht aus der vorstehend beschriebenen härtbaren,
filmbildenden Zusammensetzung abgeschieden ist, wobei das veretherte
Aminoplast-Vernetzungsmittel mit einem oder mehreren Alkoholen verethert
ist, die ausgewählt
sind aus der Gruppe bestehend aus Methanol, n-Butylalkohol und Isobutylalkohol.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Das
in der filmbildenden Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung
verwendete Polymer umfasst das durch Radikalpolymerisation gebildete
Reaktionsprodukt von:
- 1) 10 bis 70 Gew.-%,
vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht
von Monomeren, die zur Herstellung des Polymers verwendet werden,
eines polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten, säurefunktionellen Monomers und
einer Epoxyverbindung, die wenigstens 5 Kohlenstoffatome enthält und nicht
mit dem ethylenisch ungesättigten,
säurefunktionellen
Monomer polymerisierbar ist;
- 2) 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht von Monomeren, die zur Herstellung
des Polymers verwendet werden, eines polymerisierbaren, ethylenisch
ungesättigten,
hydroxyalkylfunktionellen Monomers, das 2 bis 4 Kohlenstoffatome
in der Hydroxyalkylgruppe hat;
- 3) 15 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise etwa 30 bis 40 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtfeststoffgewicht von Monomeren, die zur Herstellung
des Polymers verwendet werden, eines aromatischen Vinylmonomers; und
- 4) 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise etwa 10 bis etwa 20 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht von Monomeren, die zur Herstellung
des Polymers verwendet werden, einer Alkylverbindung, typischerweise
eines aliphatischen Alkylesters von Acryl- oder Methacrylsäure mit
1 bis 30, vorzugsweise 4 bis 30, Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe.
Die Polymerisation wird in Gegenwart eines Radikalbildners durchgeführt.
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Beispiele
von ethylenisch ungesättigten,
säurefunktionellen
Monomeren umfassen Monocarbonsäure, wie
Acrylsäure,
Methacrylsäure
und Crotonsäure;
Dicarbonsäuren,
wie Itaconsäure,
Maleinsäure
und Fumarsäure;
und Monoester von Dicarbonsäuren,
wie Monobutylmaleinat und Monobutylitaconat. Acrylsäure und Methacrylsäure sind
bevorzugt.
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Die
Epoxyverbindung enthält
keine ethylenische Unsättigung,
die an der Radikalpolymerisation mit dem ungesättigten Säuremonomer teilnehmen könnte. Beispiele
von solchen Epoxyverbindungen sind Glycidylester und -ether, vorzugsweise
solche, die 8 bis 30 Kohlenstoffatome enthalten. Beispiele von Glycidylethern
sind Glydicylether von Alkoholen und Phenolen, wie Butylglycidylether,
Octylglycidylether, Phenylglycidylether und p-(tert-Butyl)-phenylglycidylether.
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Beispiele
von Glycidylestern sind solche der Struktur:
worin R ein Kohlenwasserstoffrest
ist, der 4 bis 26 Kohlenstoffatome enthält. Vorzugsweise ist R ein
verzweigter Kohlenwasserstoffrest, weiter vorzugsweise eine tertiäre aliphatische
Gruppe mit etwa 8 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, wie Neopentanoat,
Neoheptanoat und Neodecanoat. Glycidylester von im Handel erhältlichen Mischungen
von tertiären
aliphatischen Carbonsäuren,
wie diejenigen, die von Shell Chemical Company als VERSATIC ACID
® 911
erhältlich
sind, sind besonders bevorzugt. Die Glycidylester selbst sind ebenfalls
im Handel von Shell Chemical Company als CARDURA
® E
und von Exxon Chemical Company als GLYDEXX-10
® erhältlich.
Beispiele von anderen Epoxyverbindungen sind 1,2-Pentenoxid und
Styroloxid.
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Das
ethylenisch ungesättigte,
säurefunktionelle
Monomer und die Epoxyverbindung liegen typischerweise in einem Äquivalentverhältnis (Säure zu Epoxyverbindung)
von etwa 1:1 vor. Höhere
oder niedrigere Verhältnisse
können
verwendet werden, falls dies erwünscht
ist.
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Das β-Hydroxyester-funktionelle
Monomer kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, z. B. (1) können das
ethylenisch ungesättigte,
säurefunktionelle
Monomer und die Epoxyverbindung vor der Polymerisation vorverestert
werden, und das erhaltene Reaktionsprodukt kann durch Radikalpolymerisationstechniken additionspolymerisiert
werden; (2) kann das ungesättigte,
säurefunktionelle
Monomer additionspolymerisiert werden durch Radikalpolymerisationstechniken,
typischerweise zusammen mit einem oder mehreren hydroxyalkylfunktionellen
Monomeren und einem oder mehreren anderen zusätzlichen, ethylenisch ungesättigten Monomeren,
in Gegenwart der Epoxyverbindung unter Bedingungen, welche die Carboxyl/Epoxy-Veresterungsreaktion
fördern;
und (3) kann das ungesättigte,
säurefunktionelle
Monomer additionspolymerisiert werden durch Radikalpolymerisationstechniken,
typischerweise zusammen mit einem oder mehreren hydroxylalkylfunktionellen
Monomeren und einem oder mehreren zusätzlichen, ethylenisch ungesättigten
Monomeren, um ein Polymerprodukt mit Säurefunktionalität zu bilden,
welches anschließend
durch Reaktion mit der Epoxyverbindung verestert werden kann.
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Die
Polymerisations- und Veresterungsreaktionen werden im Allgemeinen
bei etwa 80°C
bis etwa 170°C,
vorzugsweise etwa 120°C
bis etwa 145°C,
durchgeführt.
Für die
Vorveresterung der Epoxyverbindung und des ungesättigten, säurefunktionellen Monomers,
gefolgt durch die Reaktion des erhaltenen Addukts mit anderen ethylenisch
ungesättigten
Monomeren kann es erwünscht
sein, Temperaturen über
etwa 120°C
zu vermeiden, um eine vorzeitige Polymerisation des ungesättigten,
säurefunktionellen
Monomers zu minimieren oder zu vermeiden. Darüber hinaus erfolgt, wenn eine
Vorveresterung durchgeführt
wird, diese gewöhnlich
in Gegenwart eines Katalysators zur Förderung der Epoxy/Säure-Reaktion,
wie eines tertiären
Amins, Phosphins oder Zinnkatalysators. Für die Vorveresterung kann auch
ein Radikalinhibitor verwendet werden, um die Polymerisation zu
hemmen.
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Es
ist bevorzugt, die Polymerisations- und Veresterungsreaktionen gleichzeitig
durchzuführen,
da dies einen Schritt anstelle von zwei Schritten umfasst. Bei der
gleichzeitigen Durchführung
der Veresterung und der Polymerisation sollte die Temperatur hoch
genug sein, um sicher zu stellen, dass die Polymerisation und die Veresterung
mit etwa der gleichen Rate ablaufen. Wo erwünscht, kann ein Veresterungskatalysator,
wie jene, die vorstehend genannt wurden, verwendet werden. Ein solcher
Katalysator ist jedoch nicht notwendig, wenn die Reaktionstemperatur
hoch genug ist, z. B. höher
als etwa 130°C.
Bei der Durchführung
der Reaktion werden die reaktiven Bestandteile erhitzt, typischerweise
in Gegenwart eines Radikalbildners und optional eines Kettenübertragungsmittels,
in einem organischen Lösungsmittel,
in welchem sowohl die Bestandteile als auch das erhaltene Polymerprodukt
verträglich
sind. Typischerweise wird die Epoxyverbindung zusammen mit organischem
Lösungsmittel
in einen Reaktionsbehälter
eingebracht und auf Rückfluss
erhitzt, optional unter einer inerten Atmosphäre. Das ethylenisch ungesättigte,
säurefunktionelle
Monomer und andere Monomere und der Radikalbildner werden langsam
zu der unter Rückfluss
kochenden Reaktionsmischung zugesetzt. Nach vollständiger Zugabe
kann eine gewisse Menge zusätzlicher
Radikalbildner zugesetzt werden, und die Reaktionsmischung kann
auf einer erhöhten
Temperatur gehalten werden, um die Reaktion zu vervollständigen.
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Geeignete
ethylenisch ungesättigte,
hydroxyalkylfunktionelle Monomere, die zur Herstellung des Polymers
in der filmbildenden Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, umfassen hydroxyalkylfunktionelle Acrylate und
Methacrylate, wie Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat,
Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat,
4-Hydroxybutylmethacrylat und Ähnliche,
Mischungen von diesen hydroxyalkylfunktionellen Monomeren können ebenfalls
verwendet werden.
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Geeignete
aromatische Vinylverbindungen umfassen Styrol, welches bevorzugt
ist, α-Methylstyrol, α-Chlormethylstyrol
und Vinyltoluol.
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Geeignete
Alkylester von Acryl- und Methacrylsäure oder -anhydrid, worin der
Alkylteil des Esters etwa 1 bis etwa 30, vorzugsweise 4 bis 30,
Kohlenstoffatome enthält,
sind solche, in welchen die Alkylgruppe linear oder verzweigt, aliphatisch,
einschließlich
cycloaliphatisch, ist. Geeignete Monomere umfassen Alkylacrylate, wie
Methylacrylat, n-Butylacrylat und t-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat,
Isobornylacrylat, Cyclohexylacrylat, t-Butylcyclohexylacrylat, Trimethylcyclohexylacrylat,
Laurylacrylat und Ähnliche;
Alkylmethacrylate, einschließlich
Methylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, t-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat
(welches bevorzugt ist), Isobornylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat,
t-Butylcyclohexylmethacrylat, Trimethylcyclohexylmethacrylat und
Laurylmethacrylat.
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Vorzugsweise
werden Styrol und 2-Ethylhexylmethacrylat zusammen verwendet. In
dieser bevorzugten Ausführungsform
wird Styrol in einer Menge von etwa 30 bis 40 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht von Harzfeststoffen in der filmbildenden Zusammensetzung,
und 2-Ethylhexylmethacrylat in einer Menge von etwa 10 bis etwa
20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Harzfeststoffen in
der filmbildenden Zusammensetzung, verwendet. Eine solche Kombination
optimiert die Beständigkeit
gegen Säureätzung und
die Rissbeständigkeit
der gehärteten
Beschichtung.
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In
einer getrennten Ausführungsform
der Erfindung kann das Polymer teilweise carbamoyliert sein, d. h.
es kann hängende,
funktionelle Carbamatgruppen haben. Solche Gruppen können in
das Polymer auf verschiedene Weise eingearbeitet werden. Funktionelle
Carbamatgruppen können
in das Polymer durch Copolymerisieren der Acrylmonomeren mit einem
carbamatfunktionellen Vinylmonomer, z. B. einem carbamatfunktionellen
Alkylester von Methacrylsäure,
eingearbeitet werden. Diese carbamatfunktionellen Alkylester werden durch
Umsetzen von z. B. einem Hydroxyalkylcarbamat mit Methacrylsäureanhydrid
hergestellt. Andere carbamatfunktionelle Vinylmonomere sind z. B.
das Reaktionsprodukt eines Hydroxyalkyl(meth)acrylats, wie Hydroxyethylmethacrylat,
eines Diisocyanats, wie Isophorondiisocyanat, und eines carbamatfunktionellen
Alkohols, wie Hydroxypropylcarbamat. Solche Monomere sind in der
US-Patentschrift 5,098,947 beschrieben.
Es können
noch andere carba matfunktionelle Vinylmonomere verwendet werden,
wie das Reaktionsprodukt von Isocyansäure (HNCO) mit einem hydroxylfunktionellen
Acryl- oder Methacrylmonomeren, wie Hydroxyethylacrylat. Carbamatgruppen
können
in das Acrylpolymer auch durch Umsetzen eines hydroxylfunktionellen Acrylpolymers
mit einem carbamatfunktionellen Material mit niedrigem Molekulargewicht über eine ”Transcarbamoylierungsreaktion” eingearbeitet
wenden. Eine solche Reaktion kann bei etwa 130 bis etwa 170°C und bei
Drucken bis zu Umgebungsdruck durchgeführt werden. Bei dieser Reaktion
wird ein carbamatfunktionelles Material mit niedrigem Molekulargewicht,
das von einem Alkohol oder Glycolether abgeleitet ist, mit den Hydroxylgruppen
des Acrylpolymers umgesetzt, was ein carbamatfunktionelles Acrylpolymer
und den ursprünglichen
Alkohol oder Glycolether ergibt. Das carbamatfunktionelle Material
mit niedrigem Molekulargewicht, das von einem Alkohol oder Glycolether
abgeleitet ist, wird zuerst durch Umsetzen des Alkohols oder Glycolethers mit
Harnstoff in Gegenwart eines Katalysators hergestellt. Geeignete
Alkohole umfassen aliphatische, cycloaliphatische und aromatische
Alkohole mit niedrigem Molekulargewicht, wie Methanol, Ethanol,
Propanol, Butanol, Cyclohexanol, 2-Ethylhexanol und 3-Methylbutanol.
Geeignete Glycolether umfassen Ethylenglycolmethylether und Propylenglycolmethylether.
Propylenglycolmethylether ist bevorzugt.
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Beispiele
von organischen Lösungsmitteln,
die in der Polymerisationsreaktion verwendet werden können, umfassen
aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Xylol, Toluol und Petrolether;
Ketone, wie Methylethylketon, Methylamylketon, Methyl-n-bulylketon
und Methylisobutylketon; Ester, wie Butylacetat, Hexylacetat und Heptylacetat;
Glycolether und Glycolester, wie Ethylenglycolmonoethylether, Ethylenglycolmonobutylether, Propylenglycolmonomethylether,
Propylenglycolmonoethylether, Dipropylenglycolmonoethylether, Propylenglycolmonoethyletheracetat
und Isobutylisobutyrat. Alkohole, wie niedrigere Alkanole und einfache
Glycole, können
ebenfalls verwendet werden, sind aber nicht bevorzugt.
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Geeignete
Radikalbildner sind solche, die in dem Polymerisationsmedium löslich sind,
einschließlich Azoverbindungen,
wie α,α'-Azobis(isobutyronitril),
Azobis(α,γ-dimethylvaleronitril)
und 2,2'-Azobis(methylbutyronitril);
Peroxide, wie Benzoylperoxid, Di-tert-butylperoxid und Cumolhydroperoxid;
tert-Butylperacetat; Isopropylpercarbonat; Butylisopropylperoxycarbonat;
und ähnliche
Verbindungen. Die Menge des Radikalbildners kann in Abhängigkeit
von dem Typ beträchtlich
variieren, liegt aber gewöhnlich
zwischen etwa 0,5 und etwa 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht
von Monomeren, die zur Herstellung des Polymers verwendet werden.
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Das
in der filmbildenden Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung
verwendete Polymer hat ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von
5000 bis 15000, bestimmt durch Gelpermeationschromatografie unter Verwendung
eines Polystyrolstandards. Molekulargewichte von weniger als 5000
sind weniger erwünscht,
da die Beständigkeit
der gehärteten
Beschichtung gegen Säureätzung beeinträchtigt werden
kann. Das Hydroxyläquivalentgewicht
des Polymers beträgt
allgemein etwa 300 bis etwa 800, vorzugsweise etwa 300 bis etwa 500.
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Das
in der filmbildenden Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung
verwendete Polymer hat eine Glasübergangstemperatur
(Tg) von wenigstens 20°C und vorzugsweise wenigstens
etwa 30°C.
Die Tg ist beschrieben in PRINCIPLES OF
POLYMER CHEMISTRY, Flory, Cornell University Press, Ithaca, NY,
1953, Seiten 52–57.
Die Tg kann berechnet werden, wie von Fox
in Bull. Amer. Physic. Society, 1,3, Seite 123 (1956) beschrieben.
Die Ta kann experimentell unter Verwendung
eines Eindringmessers, wie ein Du Pont 940 Thermomedian Analyzer,
gemessen werden. Die Tg der Polymere, wie
hierin verwendet, bezieht sich auf die berechneten Werte, falls
nicht anders angegeben.
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Das
Polymer ist in der filmbildenden Zusammensetzung in Mengen von etwa
55 bis etwa 85 Gew.-%, vorzugsweise etwa 65 bis etwa 75 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht von Harzfeststoffen in der filmbildenden
Zusammensetzung, vorhanden. Werte, die zu hoch sind (d. h. über etwa
85%), können
zu unvollständiger
Härtung
führen,
während
Werte, die zu niedrig sind (d. h. unter etwa 55%), können eine
verringerte Beständigkeit
gegen Säureätzung hervorrufen.
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Filmbildende
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung enthalten weiter ein
Aminoplast-Vernetzungsmittel, das Methylolethergruppen enthält. Aminoplaste
werden durch die Reaktion von Formaldehyd mit einem Amin oder Amid
erhalten. Die üblichsten
Amine oder Amide sind Melamin, Harnstoff oder Benzoguanamin, und
diese sind bevorzugt. Es können
jedoch auch Kondensate mit anderen Aminen oder Amiden verwendet
werden, z. B. Aldehydkondensate von Glycoluril, die ein hoch schmelzendes,
kristallines Produkt ergeben, welches in Pulverbeschichtungen verwendbar
ist. Obwohl der verwendete Aldehyd am häu figsten Formaldehyd ist, können andere
Aldehyde, wie Acetaldehyd, Crotonaldehyd und Benzaldehyd, verwendet werden.
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Der
Aminoplast enthält
Imino- und Methylolgruppen, und vorzugsweise ist wenigstens ein
Teil der Methylolgruppen mit einem Alkohol verethert, um das Härtungsverhalten
zu modifizieren. Jeder einwertige Alkohol kann für diesen Zweck verwendet werden,
einschließlich
Methanol, Ethanol, n-Butylalkohol, Isobutanol und Hexanol, wobei
Methanol, n-Butylalkohol und Isobutanol bevorzugt sind.
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Vorzugsweise
sind die Aminoplasten, die verwendet werden, Melamin-, Harnstoff-
oder Benzoguanamin-Formaldehyd-Kondensate, vorzugsweise monomer
und wenigstens teilweise mit einem oder mehreren Alkoholen verethert,
die eins bis vier Kohlenstoffatome enthalten. Am bevorzugtesten
sind die Methylolgruppen vollständig
mit wenigstens einem Alkohol verethert, ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Methanol, n-Butanol und Isobutanol.
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Ein
bevorzugter Aminoplast ist erhältlich
von Monsanto Chemical Company als RESIMENE® 751,
ein hoch monomeres, vollständig
alkyliertes Melamin, das sowohl mit Methanol als auch n-Butanol
verethert ist. Alternativ ist der Aminoplast vorzugsweise wenigstens
teilweise mit Isobutanol verethert. Ein besonders bevorzugter Aminoplast
ist erhältlich
von CYTEC Industries als CYMEL® 1161. Ein solcher Aminoplast
ergibt eine optimale Beständigkeit
gegen Säureätzung.
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Der
Aminoplast ist in der filmbildenden Zusammensetzung in Mengen von
etwa 15 bis etwa 45 Gew.-%, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 35 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht von Harzfeststoffen in der filmbildenden
Zusammensetzung, vorhanden.
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Die
obligatorischen Adjuvans-Härtungsmittel
sind Tricarbamoyltriazinverbindungen mit der Formel C
3N
3(NHCOXR)
3, worin
X Sauerstoff oder Schwefel ist, und R eine niedrigere Alkylgruppe
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Mischungen von niedrigeren Alkylgruppen
ist. Solche Verbindungen und ihre Herstellung sind im Einzelnen
in der
US-Patentschrift Nr. 5,084,541 beschrieben.
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Das
obligatorische Adjuvans-Vernetzungsmittel ist in der filmbildenden
Zusammensetzung in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Harzfeststoffe in der filmbildenden Zusammensetzung,
vorhanden.
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Gewöhnlich enthält die filmbildende
Zusammensetzung ebenfalls vorzugsweise Katalysatoren, um die Härtung des
Aminoplasten mit reaktiven Gruppen auf dem Polymer zu beschleunigen.
Beispiele von geeigneten Katalysatoren sind saure Materialien und
umfassen Säurephosphate
und Sulfonsäure
oder eine substituierte Sulfonsäure,
wie Dodecylbenzolsulfonsäure
oder p-Toluolsulfonsäure.
Der Katalysator ist gewöhnlich
in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 5,0 Gew.-%, vorzugsweise etwa
0,5 bis etwa 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Harzfeststoffen,
vorhanden. Optionale Bestandteile, wie z. B. Weichmacher, oberflächenaktive
Mittel, thixotrope Mittel, das Ausgasen verhindernde Mittel, organische
Co-Lösungsmittel,
Fließkontrollmittel,
Antioxidanzien, UV-Lichtabsorber und ähnliche Additive, die auf dem
Gebiet üblich
sind, können
in der Zusammensetzung enthalten sein. Diese Bestandteile sind typischerweise
bis zu etwa 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Harzfeststoffen,
vorhanden.
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Die
filmbildende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann von
Lösungsmittel
oder von Wasser getragen sein; vorzugsweise ist sie von Lösungsmittel
getragen. Geeignete Lösungsmittelträger umfassen
die verschiedenen Alkohole, Ester, Ether, aromatische Lösungsmittel
und andere Lösungsmittel,
einschließlich
Mischungen davon, die auf dem Gebiet der Beschichtungsformulierung
bekannt sind. Die filmbildende Zusammensetzung hat typischerweise
einen Gesamtfeststoffgehalt von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-%.
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Die
filmbildende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann Farbpigmente
enthalten, die üblicherweise
in Oberflächenbeschichtungen
verwendet werden, und sie kann als eine Hochglanz-Monoschicht verwendet
werden, d. h. eine pigmentierte Hochglanzbeschichtung. Mit ”Hochglanz” ist gemeint,
dass die gehärtete
Beschickung einen 20°-Glanz
und/oder eine DOI-Messung (”Klarheit
des Bildes”)
von wenigstens etwa 80 hat, gemessen durch Standardtechniken, die
dem Fachmann bekannt sind. Solche Standardtechniken umfassen ASTM
D523 für
die Glanzmessung und ASTM E430 für
die DOI-Messung.
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Die
filmbildende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise
als die Klarschicht in einer Mehrkomponenten-Verbundbeschichtungszusammensetzung,
wie einem ”Farb-plus-Klar”-Beschichtungssystem
verwendet, welches wenigstens eine pigmentierte oder gefärbte Grundschicht
und wenigstens eine klare Deckschicht umfasst. Die filmbildende
Zusammensetzung der Grundschicht in dem Farb-plus-Klar-System kann
jede der Zusammensetzungen sein, die in Beschichtungsanwendungen,
vorzugsweise Anwendungen bei selbstfahrenden Fahrzeugen, verwendbar
sind. Die filmbildende Zusammensetzung der Grundschicht umfasst
ein Harzbindemittel und ein Pigment, welches als das Färbemittel
wirkt. Besonders verwendbare Harzbindemittel sind Acrylpolymere,
Polyester, einschließlich
Alkydverbindungen, und Polyurethane.
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Die
Grundschichtzusammensetzungen können
von Lösungsmittel
oder von Wasser getragen sein. Von Wasser getragene Grundschichtzusammensetzungen
in Farb-plus-Klar-Zusammensetzungen sind in der
US-Patentschrift Nr. 4,403,003 beschrieben,
und die Harzzusammensetzungen, die bei der Herstellung dieser Grundschichten
verwendet werden, können
in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden. Von Wasser getragene
Polyurethane, wie diejenigen, die gemäß der
US-Patentschrift Nr. 4,147,679 hergestellt
sind, können ebenfalls
als das Harzbindemittel in der Grundschicht verwendet werden. Ferner
können
von Wasser getragene Beschichtungen, wie diejenigen, die in der
US-Patentschrift 5,071,904 beschrieben
sind, als die Grundschicht verwendet werden. Geeignete, von Lösungsmittel
getragene Beschichtungen umfassen sämtliche Beschichtungen, die
dem Fachmann bekannt sind. Beispiele umfassen DCT-6373, eine von
Lösungsmittel
getragene Grundschicht, die im Handel von PPG Industries, Inc. erhältlich ist.
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Wie
vorstehend erwähnt,
enthält
die Grundschichtzusammensetzung Pigmente. Farbpigmente, die üblicherweise
in Oberflächenbeschichtungen
verwendet werden, sind geeignet und umfassen z. B. anorganische
Pigmente, wie Titandioxid, Eisenoxide, Chromoxid, Bleichromat und
Ruß, und
organische Pigmente, wie Phthalocyaninblau und Phthalocyaningrün. Mischungen
der vorstehend genannten Pigmente können ebenfalls verwendet werden.
Geeignete metallische Pigmente umfassen insbesondere Aluminiumplättchen,
Kupferbronzeplättchen
und mit Metalloxid beschichteten Glimmer, Nickelplättchen,
Zinnplättchen
und Mischungen davon.
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Im
Allgemeinen wird das Pigment in die Beschichtungszusammensetzung
in Mengen von etwa 1 bis etwa 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
von Beschichtungsfeststoffen, eingearbeitet. Das metallische Pigment
wird in Mengen von etwa 0,5 bis etwa 25 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht von Beschichtungsfeststoffen, verwendet.
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Falls
erwünscht,
kann die Grundschichtzusammensetzung zusätzliche Materialien enthalten,
die auf dem Gebiet von formulierten Oberflächenbeschichtungen bekannt
sind. Diese können
oberflächenaktive
Mittel, Fließkontrollmittel,
thixotrope Mittel, Füllstoffe,
das Ausgasen verhindernde Mittel, organische Co-Lösungsmittel,
Katalysatoren und andere übliche
Hilfs mittel umfassen. Diese Materialien können bis zu etwa 40 Gew.-%
des Gesamtgewichts der Beschichtungszusammensetzung ausmachen.
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Die
Grundbeschichtungszusammensetzungen können auf verschiedene Träger aufgebracht
werden, an welchen sie anhaften, einschließlich Holz, Metalle, Glas und
Kunststoff. Die Zusammensetzungen können durch übliche Maßnahmen, einschließlich Bürsten, Tauchen,
Fließbeschichten,
Sprühen
und Ähnliches,
aufgebracht werden, am häufigsten
werden sie aber durch Sprühen
aufgebracht. Die gewöhnlichen
Sprühtechniken
und die Vorrichtung für
das Sprühen
mit Luft und das elektrostatische Sprühen und sowohl manuelle als auch
automatische Verfahren können
verwendet werden.
-
Während des
Aufbringens der Grundschichtzusammensetzung auf den Träger wird
ein Film der Grundschicht auf dem Träger gebildet. Typischerweise
beträgt
die Dicke der Grundschicht etwa 0,01 bis etwa 5 mil (etwa 0,254
bis etwa 127 μm),
vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 2 mil (etwa 2,54 bis etwa 50,8 μm).
-
Nach
dem Aufbringen der Grundschicht auf den Träger wird ein Film auf der Oberfläche des
Trägers durch
Austreiben von Lösungsmittel,
d. h. organisches Lösungsmittel
und/oder Wasser, aus dem Grundschichtfilm durch Erwärmen oder
durch Lufttrocknen gebildet. Vorzugsweise wird das Erwärmen nur
für einen kurzen
Zeitraum durchgeführt,
der ausreichend ist, um sicherzustellen, dass die Klarschicht auf
die Grundschicht ohne Auflösung
der Grundschichtzusammensetzung aufgebracht werden kann. Geeignete
Trocknungsbedingungen hängen
von der jeweiligen Grundschichtzusammensetzung und von der Umgebungsfeuchtigkeit
bei verschiedenen, von Wasser getragenen Zusammensetzungen ab, aber
im Allgemeinen ist eine Trocknungszeit von etwa 1 bis 5 Minuten
bei einer Temperatur von etwa 80–250°F (20–121°C) geeignet, um sicherzustellen,
dass ein Vermischen der zwei Schichten minimiert wird. Zur gleichen
Zeit wird der Grundschichtfilm in geeigneter Weise durch die Klarschichtzusammensetzung
befeuchtet, so dass eine ausreichende Haftung zwischen den Schichten
erhalten wird. Es können
auch mehr als eine Grundschicht und mehrere Klarschichten aufgebracht
werden, um das optimale Aussehen zu entwickeln. Gewöhnlich wird
zwischen Schichten die zuerst aufgebrachte Schicht einer Verdampfung
unterworfen, d. h. Umgebungsbedingungen für etwa 1 bis 20 Minuten ausgesetzt.
-
Die
klare Deckschichtzusammensetzung kann auf den mit der Grundschicht
beschichteten Träger durch
jede übliche
Beschichtungstechnik aufgebracht werden, wie Bürsten, Sprühen, Tauchen oder Fließbeschichten,
Sprühanwendungen
sind aber aufgrund des hervorragenden Glanzes bevorzugt. Jede der
bekannten Sprühtechniken
kann verwendet werden, wie Sprühen
mit Druckluft, elektrostatisches Sprühen und entweder manuelle oder
automatische Verfahren.
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Nach
dem Aufbringen der Klarschichtzusammensetzung auf die Grundschicht
wird der beschichtete Träger
erwärmt,
um die aufgebrachten Schichten zu härten. Bei dem Härtungsvorgang
werden Lösungsmittel ausgetrieben,
und die filmbildenden Materialien der Klarschicht und der Grundschicht
werden jeweils vernetzt. Das Erwärmen
oder der Härtungsvorgang
wird gewöhnlich
bei einer Temperatur im Bereich von 160–350°F (71–177°C) durchgeführt, aber, falls erforderlich,
können
höhere
oder niedrigere Temperaturen verwendet werden, wie sie zur Aktivierung
von Vernetzungsmechanismen benötigt
werden. Die Dicke der Klarschicht beträgt gewöhnlich etwa 0,5 bis etwa 5
mil (etwa 12,7 bis etwa 127 μm),
vorzugsweise etwa 1,2 bis etwa 3 mil (etwa 30,5 bis etwa 76,2 μm). Die erhaltene
vernetzte Beschichtung zeigt einen hohen Wert der Beständigkeit
gegen Säureätzung. Mit ”hohem Wert” ist gemeint,
dass die Beständigkeit
der Beschichtungszusammensetzung gegen das Ätzen durch sauren Regen im
Vergleich mit herkömmlichen
gehärteten
Hydroxyl-Aminoplast-Beschichtungszusammensetzungen
beträchtlich
verbessert ist.
-
Die
Erfindung wird weiter mit Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben.
Falls nicht anders angegeben, beziehen sich sämtliche Teile auf das Gewicht.
-
Die
Beispiele A bis F erläutern
die Herstellung von polymeren Acrylpolyolen.
-
Beispiel A
-
Dieses
Beispiel erläutert
die Herstellung eines Acrylpolyols, das von Hydroxyethylmethacrylat
abgeleitete Hydroxylgruppen und ein Addukt von Acrylsäure und
Glycidylneodecanoat enthält.
-
Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer,
einem Thermoelement, einem Kühler
und Zugabetrichtern mit Pumpen ausgerüstet war, wurde mit 720,5 g
n-Butylacetat, 131,0 g Xylol und 421,2 g Glycidylneodecanoat beschickt
und auf Rückfluss
(etwa 135°C)
erhitzt. Zwei Beschickungen, die hier als Beschickung A und Beschickung
B bezeichnet sind, wurden nach und nach und gleichzeitig zu dem
Behälter über eine
Zeit von 3 Stunden zugesetzt, wobei der Behälterinhalt auf Rückflussbedingungen
gehalten wurde. Die Beschickung A bestand aus einer Mischung von
672,0 g Styrol, 484,8 g Hydroxyethylmethacrylat, 320,0 g Methylmethacrylat und
123,2 g Acrylsäure.
Die Beschickung B bestand aus einer Mischung von 80,0 g t-Amylperoxy-2-ethylhexanoat
(LUPEROX 575, erhältlich
von Elf-Atochem) und 262,0 g 2-Ethoxyethylpropionat. Nach vollständiger Zugabe
der beiden Beschickungen A und B wurde eine Mischung von 3,2 g LUPEROX
575 und 13,1 g Xylol zugesetzt, und die Reaktionsmischung wurde
1 Stunde gerührt.
Nach dieser Zeit wurde ein anderer Zusatz, bestehend aus 3,2 g LUPEROX
575 und 13,1 g Xylol durchgeführt.
Die Reaktionsmischung wurde eine weitere Stunde gerührt und
abgekühlt,
während
170,3 g n-Butylacetat zugesetzt wurden.
-
Das
erhaltene Produkt hatte einen Gesamtfeststoffgehalt von 60,3%, gemessen
1 h bei 110°C,
eine Viskosität
von 33,3 Stokes, einen Säurewert
von 7,51 mg KOH/g, einen Hydroxylwert von 94,1 mg KOH/g, eine APHA-Farbe
von 15–20
und ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 11200 und eine Tg von 50°C.
-
Beispiel B
-
Ein
Acrylpolyol wurde wie in Beispiel A hergestellt, mit der Ausnahme,
dass Methylmethacrylat durch Laurylmethacrylat ersetzt wurde. Das
gewichtsmittlere Molekulargewicht betrug 11705, und die Tg betrug 17°C.
-
Beispiel C (Vergleich)
-
Dieses
Beispiel erläutert
die Herstellung eines Acrylpolyols mit von Hydroxypropylacrylat
abgeleiteten Hydroxylgruppen.
-
Ein
mit einem Rührer,
einem Thermoelement, einem Kühler
und Zugabetrichtern mit Pumpen ausgerüsteter Reaktionsbehälter wurde
mit 792,6 g n-Butylacetat und 144,1 g Xylol beschickt und auf Rückfluss
(etwa 126°C)
erhitzt. Zwei Beschickungen, die hier als Beschickung A und Beschickung
B bezeichnet sind, wurden vereinigt und nach und nach zu dem Behälter über eine
Zeit von 3 Stunden zugesetzt, wobei der Behälterinhalt auf Rückflussbedingungen
gehalten wurde. Die Beschickung A bestand aus einer Mischung von 738,1
g Styrol, 773,7 g Hydroxypropylacrylat, 551,4 g Methylmethacrylat,
155,6 g Butylmethacrylat und 4,4 g Acrylsäure. Die Beschickung B bestand
aus einer Mischung von 88,0 g LUPEROX 575 und 288,2 g 2-Ethoxyethylpropionat.
Nach vollständiger
Zugabe der beiden Beschickungen A und B wurde eine Beschickung bestehend
aus 3,5 g LUPEROX 575 und 14,4 g Xylol, zugesetzt, und die Reaktionsmischung
wurde 1 h gerührt. Nach
dieser Zeit wurde eine andere Zugabe, bestehend aus 3,5 g LUPEROX
575 und 14,4 g Xylol, durchgeführt.
Nach vollständiger
Zugabe wurde die Reaktionsmischung eine weitere Stunde gerührt und
abgekühlt, während 187,3
g n-Butylacetat zugesetzt wurden.
-
Das
erhaltene Produkt hatte einen Gesamtfeststoffgehalt von 60,6%, gemessen
1 h bei 110°C,
eine Gardner-Holdt-Blasenrohrviskosität X-Y, einen Säurewert
von 2,18 mg KOH/g, einen Hydroxylwert von 89,6 mg KOH/g, eine APHA-Farbe
von 5–10
und ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 12464 und eine Tg von 57°C.
-
Beispiel D
-
Ein
Acrylpolyol wurde wie in Beispiel A hergestellt, mit der Ausnahme,
dass Hydroxyethylmethacrylat durch Hydroxybutylacrylat ersetzt wurde.
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht betrug 13908, und die Tg betrug 23°C.
-
Beispiel E
-
Ein
Acrylpolyol wurde wie in Beispiel A hergestellt, mit der Ausnahme,
dass Styrol durch Methylstyrol ersetzt wurde. Das gewichtsmittlere
Molekulargewicht betrug 7234, und die Tg betrug
62°C.
-
Beispiel F (Vergleich)
-
Ein
Acrylpolyol wurde wie in Beispiel A hergestellt, mit der Ausnahme,
dass Styrol durch Methylmethacrylat ersetzt wurde. Das gewichtsmittlere
Molekulargewicht betrug 13077, und die Tg betrug
49°C.
-
Beispiele 1–9
-
Die
Beispiele 1–9
erläutern
die Herstellung von klaren, filmbildenden Zusammensetzungen unter
Verwendung der polymeren Acrylpolyole der Beispiele A bis F. Die
Beispiele 1–9
sind Vergleichsbeispiele. Die Klarschicht von Beispiel 4 enthält Acrylpolyol
in einer Menge von weniger als derjenigen der vorliegenden Erfindung.
Die Klarschicht von Beispiel 6 enthält kein Acrylpolyol, das von
einem Reaktionsprodukt eines ethylenisch ungesättigten, säurefunktionellen Monomers und
einer Epoxyverbindung, die wenigstens 5 Kohlenstoffatome hat, abgeleitet
ist. Beispiel 6 erläutert
eine herkömmliche,
filmbildende Polyol-Aminoplast- Zusammensetzung.
Die Klarschichten der Beispiele 8 und 9 enthalten Acrylpolyole,
die kein Styrol enthalten.
-
Die
Bestandteile jeder Zusammensetzung werden miteinander in der aufgeführten Reihenfolge
vermischt:
| Gesamt
(Gramm) |
SOLVESSO
1001 | 39 |
DME
dibasischer Ester2 | 4,4 |
TINUVIN
3283 | 6,7 |
Fließkontrollmittel4 | 7,6 |
CYMEL
11615 | vergleiche
Tabelle I |
Acrylpolyol | vergleiche
Tabelle I |
n-Propylalkohol | 11 |
Poly(butylacrylat)6 | 1,3 |
MULTIFLOW7 | 1,5 |
TINUVIN
1238 | 1,2 |
DDBSA/DIPA | 3,4 |
- 1 Mischung
von aromatischen Lösungsmitteln,
erhältlich
von Exxon Chemicals America.
- 2 Dibasisches Ester-Lösungsmittel,
erhältlich
von E. I. du Pont de Nemours und Co., CAS# 1119-40-0.
- 3 2-(2'-Hydroxy-3',5'-ditert-amylphenyl)benzotriazol
UV-Lichtstabilisator, erhältlich
von Ciba Specialty Chemicals.
- 4 Hergestellt wie allgemein in der US-Patentschrift Nr. 4,147,688 ,
Beispiel 11 beschrieben.
- 5 Hoch monomeres, isobutyliertes Melamin-Formaldehyd-Harz,
erhältlich
von CYTEC Industries, Inc.
- 6 Fließkontrollmittel mit einem Mw
von etwa 6700n und einem Mn von etwa 2600 mit 62,5% Feststoffen
in Xyloi.
- 7 Polymer, hergestellt aus 75 Gew.-%
2-Ethylhexylacrylat, 25 Gew.-% Ethylacrylat mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von etwa 7934; 50% Feststoffe in Xylol. Erhältlich von Monsanto Company.
- 8 Sterisch gehinderter Aminoether als
Lichtstabilisator, erhältlich
von Ciba Geigy Corporation.
- 9 Dodecylbenzolsulfonsäure, neutralisiert
mit Diisopropanolamin, in 40 gew.-%iger Lösung in Isopropanol.
Tabelle I Beispiel | Acrylpolyol,
Gesamt (Gramm) | CYMEL
1161 |
1* | Beispiel
A, 305 | 46,4 |
2* | Beispiel
A, 257 | 69,6 |
3* | Beispiel
A, 228 | 92,8 |
4* | Beispiel
A, 189 | 116,0 |
5* | Beispiel
B, 272,3 | 69,6 |
6* | Beispiel
C, 264,2 | 69,6 |
7* | Beispiel
D, 276,4 | 69,6 |
8* | Beispiel
E, 313,8 | 69,6 |
9* | Beispiel
F, 261 | 59,6 |
-
Sämtliche
der vorstehenden Zusammensetzungen wurden durch Sprühen in zwei
Schichten als Klarschichten über
eine schwarze, von Lösungsmittel
getragene Grundschicht aufgebracht, erhältlich von PPG Industries,
Inc. als HDCT9939M. Die Grundschicht wurde 5 Minuten bei 200°F (93,3°C) vor dem
Aufbringen der Klarschicht ausdampfen gelassen. Die Klarschichten
wurden einer 10-minütigen
Luft-Ausdampfung unterworfen, bevor sie 30 Minuten bei 250°F (121,1°C) eingebrannt
wurden.
-
Die
folgenden Tabellen fassen die gemessenen Eigenschaften dieser Farb-plus-Klar-Verbundbeschichtungen
zusammen: Tabelle II
Beispiel
# | Feststoff-Gewichtsprozent,
Polyol | Glanz1 | DOI2 | Tukon-Härte3 | Wasserfleck4 | Säureätzung5 |
1* | 79 | 91,5 | 89 | 13,3 | 2–3 | 3 |
2* | 69 | 91,7 | 94 | 12,1 | 2 | 4 |
3* | 59 | 91,9 | 95 | 11,4 | 3 | 4 |
4* | 49 | 92,4 | 89 | 9,6 | 2–3 | 5 |
6* | 69 | 90,6 | 94 | 12,1 | 3 | 5 |
- * Das Sternchen bedeutet Vergleichsbeispiel.
- 1 20°-Glanz,
gemessen mit einem MacBeth NOVOGLOSS Statistical 20° Glanzmesser.
Höhere
Zahlen zeigen besseren Glanz an.
- 2 DOI (Klarheit des Bildes), gemessen
unter Verwendung eines Dorigon II DOI Messgeräts von Hunter Lab. Höhere Zahlen
zeigen bessere Klarheit an.
- 3 Die Tukon-Härte ist der Knoop-Härtewert,
gemessen unter Verwendung eines Tukon Mikrohärteprüfgeräts Modell 300 von Wilson Instruments
gemäß ASTM-D1474-92.
Höhere
Zahlen zeigten größere Härte an.
- 4 Die Beständigkeit gegen Wasserflecken
wird wie folgt gemessen: Sechs Flecken von Leitungswasser werden auf
eine Prüfplatte
unter Verwendung einer Pipette aufgebracht. Der erste Fleck besteht
aus einem Wassertropfen, der zweite Fleck besteht aus zwei Tropfen,
der dritte Fleck besteht aus drei Tropfen usw. Die Testplatte wird
dann waagrecht 30 Minuten in einen Ofen bei 140°F (60°C) verbracht. Nach der Entfernung
aus dem Ofen wird die Prüfplatte
mit Seife und Wasser gewaschen, gespült, getrocknet und visuell
zur Bewertung auf einer Skala von 1 bis 6 untersucht (1 = keine
Markierung auf der Oberfläche;
6 = starke Fleckenbildung auf der Platte).
- 5 Die Beständigkeit gegen Säureätzung wird
wie folgt gemessen: Ein Fleck einer 0,6 N Schwefelsäurelösung (pH
= 2,0) wird auf eine Prüfplatte
unter Verwendung einer Pipette aufgebracht. Die Prüfplatte
wird dann waagrecht 30 Minuten in einen Ofen bei 120°F (48,9°C) verbracht.
Nach der Entfernung aus dem Ofen wird die Prüfplatte mit Seife und Wasser
gewaschen, gespült,
getrocknet und visuell für
die Bewertung auf einer Skala von 1 bis 6 untersucht (1 = keine
Markierung auf der Oberfläche;
6 = Ätzung
der Platte mit Erosion des Films hinunter bis zu der Elektrobeschichtungsgrundierung).
-
Die
Daten in Tabelle II zeigen, dass mit Ansteigen des Polyolwertes
in der filmbildenden Zusammensetzung die Härte und die Beständigkeit
gegen Säureätzung abnehmen.
Es wird darauf hingewiesen, dass herkömmliche, filmbildende Zusammensetzungen
(Beispiel 6) eine geringe Beständigkeit
gegen Säureätzung aufweisen. Tabelle III
Beispiel | Prüfung der
Rissbildung1 |
| Tag
1 | Tag
2 | Tag
3 | Tag
4 | Tag
5 | Tag
6 | Tag
7 |
2* | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 |
5* | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
7* | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
8* | 1 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
9* | 2 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
- 1 Die Beständigkeit
gegen Rissbildung wird wie folgt gemessen: Es werden vier Schwefelsäurelösungen mit pH
4, pH 3, pH 2 und 1% hergestellt. Zwei Tropfen jeder Lösung werden
auf eine Prüfplatte
unter Verwendung einer Pipette aufgebracht. Die Prüfplatte
wird dann sieben Tage waagrecht in eine Umgebung von 30 bis 60% relativer
Feuchte und 60 bis 70°F
(15,5 bis 23,9°C)
verbracht. Die Prüfplatte
wird täglich
visuell auf Rissbildung untersucht und auf einer Skala von 1 bis
6 bewertet (1 = kein Riss auf der Oberfläche; 5 = schwere Rissbildung; 6
= vollständige
Auflösung
der Beschichtung).
-
Die
Daten in Tabelle III zeigen, dass die Beständigkeit der filmbildenden
Zusammensetzung gegen Rissbildung durch die Verwendung von Acrylpolyolen,
die aus Acrylatestermonomeren mit wenigstens vier Kohlenstoffatomen
in der Alkylgruppe (Vergleichsbeispiele 5 und 7) gebildet sind,
verbessert ist. Die Vergleichsbeispiele 8 und 9 erläutern die
Vorteile, die durch Styrol in dem Acrylpolyol, das in der filmbildenden Zusammensetzung
verwendet wird, erhalten werden. Das Acrylpolyol in der filmbildenden
Zusammensetzung von Beispiel 9 enthält Methylstyrol anstelle von
Styrol, und das Acrylpolyol in der filmbildenden Zusammensetzung
von Beispiel 9 enthält
Methylmethacrylat anstelle von Styrol.