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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine härtbare
Mehrkomponentenzusammensetzung, die beim Vermischen der Komponenten
reaktiv ist und die umfaßt:
- (i) ein Acrylpolymer mit Acetoacetoxyfunktionalität und
- (ii) ein acetoacetoxyfunktionelles Derivat eines Polyols mit
niedrigem Molekulargewicht und
- (iii) eine Vernetzungskomponente, die wenigstens eine iminfunktionelle
Verbindung mit durchschnittlich wenigstens zwei Imingruppen pro
Molekül,
die mit der Acetoacetoxyfunktionalität reaktiv sind, umfaßt, und
- (iv) gegebenenfalls ein Polyamin mit durchschnittlich wenigstens
zwei primären
Amingruppen pro Molekül.
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Die
härtbaren
Zusammensetzungen dieser Erfindung eignen sich besonders als Beschichtungen,
insbesondere als Primer. Die reaktiven Beschichtungen dieser Erfindung
können
bei Raumtemperatur gehärtet oder
bei Temperaturen, die bis zu 177°C
(350°F)
reichen, wärmegetrocknet
werden. Die Kombination aus acetoacetoxyfunktionellen Materialien
und iminfunktionellen Materialien ergibt schnell reagierende haltbare
Beschichtungen mit hervorragender Haftung.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Die
Verwendung acetoacetoxyfunktioneller Materialien bei Reaktionen
vom Michael-Typ ist im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel lehrt
die
US 3 668 183 die
Umsetzung von Polyacetoacetaten und Polyiminen. Die Europäische Patentanmeldung
744 450 lehrt reaktive Zusammensetzungen aus Acetoacetaten und multifunktionellen
Aminen.
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Der
Stand der Technik lehrte jedoch nicht die Kombination aus einem
acetoacetoxyfunktionellen Acrylpolymer und einem acetoacetoxyfunktionellen
Derivat eines Polyols mit niedrigem Molekulargewicht und einem iminfunktionellen
Material und gegebenenfalls einem Polyamin, um bei niedriger Temperatur
härtende
Beschichtungen mit hervorragender Haltbarkeit, Haftung und Leistung
zu ergeben.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung umfaßt
eine härtbare
Mehrkomponentenzusammensetzung, die umfaßt:
- (a)
eine erste Komponente, umfassend:
- (i) ein Acrylpolymer mit Acetoacetoxyfunktionalität und
- (ii) ein acetoacetoxyfunktionelles Derivat eines Polyols mit
niedrigem Molekulargewicht und
- (b) eine Vernetzungskomponente, die wenigstens eine iminfunktionelle
Verbindung umfaßt.
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In
einer bevorzugten Formulierung umfaßt die härtbare Zusammensetzung auch
eine aminfunktionelle Verbindung mit durchschnittlich wenigstens
zwei primären
Amingruppen pro Molekül.
Zusätzlich
kann es bei manchen Anwendungen bevorzugt sein, in die härtbare Zusammensetzung
ein Organosilanmaterial für
verbesserte Leistungs- und Hafteigenschaften einzubauen.
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Es
ist besonders bevorzugt, die härtbare
Zusammensetzung dieser Erfindung in Kombination mit 5 bis 80 Gew.-%
und insbesondere 5 bis 50 Gew.-% eines inerten Lösungsmittels, wie z. B. Ester,
Ketone, aromatische und alphatische Kohlenwasserstoffe usw., zu
verwenden. Es ist zweckmäßig, die
Beschichtungszusammensetzung als Mehrkomponentensystem bereitzustellen,
das beim Vermischen der Komponenten reaktiv ist. Besonders bevorzugt
ist ein Zwei-Packungs-System, bei dem die acetoacetoxyfunktionellen
Materialien in einer Packung kombiniert und die Iminverbindung und
gegebenenfalls die Aminverbindung in einer zweiten Packung zur Verfügung gestellt
werden. Die zwei Packungen können
unmittelbar vor dem Auftrag miteinander vermischt werden, um die
härtbaren
Beschichtungen zu ergeben.
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Demgemäß ist es
ein Ziel dieser Erfindung, verbesserte härtbare Zusammensetzungen mit
hervorragender Reaktivität
bei niedrigen Temperaturen zur Verfügung zu stellen. Ein weiteres
Ziel dieser Erfindung ist es, Beschichtungszusammensetzungen zur Verfügung zu
stellen, die als Primer, Deckschichten oder andere Beschichtungszusammensetzungen
verwendet werden können.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine verbesserte Zwei-Packungs-Beschichtungszusammensetzung
zur Verfügung
zu stellen, wobei eine Packung acetoacetoxyfunktionelle Materialien
umfaßt
und die andere Packung iminfunktionelle Materialien und gegebenenfalls
aminfunktionelle Materialien umfaßt. Ein weiteres Ziel dieser
Erfindung ist es, verbesserte Beschichtungszusammensetzungen zur
Verfügung
zu stellen, die bei Raumtemperatur gehärtet oder bei erhöhten Temperaturen
wärmegetrocknet
werden können.
Diese und andere Ziele der Erfindung werden aus den nachfolgenden
Erörterungen
offensichtlich werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1. ACRYLPOLYMERE MIT ACETOACETOXYFUNKTIONALITÄT
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Die
bei dieser Erfindung geeigneten acetoacetoxyfunktionellen Acrylpolymere
sind diejenigen mit wenigstens zwei anhängenden Acetoacetoxygruppen
pro Molekül.
Die Polymere können
zweckmäßigerweise durch
Additionspolymerisation von ein oder mehreren ungesättigten
Monomeren hergestellt werden. Ein praktischer Weg zur Herstellung
dieser Polymere umfaßt
die Polymerisation acetoacetatfunktioneller ungesättigter Monomere,
typischerweise zusammen mit ein oder mehreren anderen ungesättigten
copolymerisierbaren Monomeren. Ein aufgrund seiner Reaktivität und kommerziellen
Verfügbarkeit
besonders bevorzugtes acetoacetatfunktionelles Monomer ist Acetoacetoxyethylmethacrylat.
Weitere ungesättigte
Monomere, die sich zur Einführung
acetoacetatfunktioneller Gruppen eignen, sind u. a. Acetoacetoxyethylacrylat,
Acetoacetoxypropylmethacrylat, Allylacetoacetat, Acetoacetoxybutylmethacrylat,
2,3-Di(acetoacetoxy)propylmethacrylat usw. Im allgemeinen ist es
praktisch, polymerisierbare hydroxyfunktionelle Monomere durch direkte
Umsetzung mit Diketen oder einem anderen geeigneten Acetoacetyl-Umwandlungsmittel
in Acetoacetate umzuwandeln. Siehe zum Beispiel Journal of Coating
Technology, Band 62, S. 101 (1990) "Comparison of Methods for the Preparation
of the Acetoacetylated Coating Resins".
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Alternativ
kann ein hydroxyfunktionelles Polymer durch die radikalische Polymerisation
hydroxyfunktioneller ungesättigter Monomere
hergestellt werden, und das resultierende hydroxyfunktionelle Polymer
kann durch direkte Umsetzung mit Diketen, durch Umesterung durch
Umsetzung mit geeigneten Alkylacetoacetaten, wie z. B. t-Butylacetoacetat,
oder mit der thermischen Reaktion von 2,2,6-Trimethyl-4H-1,3-dioxin-4-on
in acetoacetoxyfunktionelle Gruppen umgewandelt werden.
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Das
acetoacetoxyfunktionelle Monomer wird in einer Konzentration von
wenigstens einem Gew.-% der gesamten Monomermischung für das Acrylpolymer
vorliegen, und typischerweise wird es 10 bis 75 Gew.-% und vorzugsweise
25 bis 50 Gew.-% der gesamten Monomermischung ausmachen. Typischerweise
würden die
acetoacetoxyfunktionellen Monomere mit ein oder mehreren Monomeren
mit ethylenischer Ungesättigtheit copolymerisiert
werden, wie z. B.:
- (i) Ester von Acryl-, Methacryl-,
Croton-, Tiglin- oder anderen ungesättigten Säuren, wie z. B.: Methylacrylat, Ethylacrylat,
Propylacrylat, Isopropylacrylat, Butylacrylat, Isobutylacrylat,
Ethylhexylacrylat, Amylacrylat, 3,5,5-Trimethylhexylacrylat, Methylmethacrylat,
Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat, Isobornylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat,
Ethyltiglat, Methylcrotonat, Ethylcrotonat usw.,
- (ii) Vinylverbindungen, wie z. B. Vinylacetat, Vinylpropionat,
Vinylbutyrat, Vinylisobutyrat, Vinylbenzoat, Vinyl-m-chlorbenzoat,
Vinyl-p-methoxybenzoat, Vinylalphachloracetat, Vinyltoluol, Vinylchlorid
usw.,
- (iii) auf Styrol basierende Materialien, wie z. B. Styrol, alpha-Methylstyrol,
alpha-Ethylstyrol, alpha-Bromstyrol, 2,6-Dichlorstyrol usw.,
- (iv) Allylverbindungen, wie z. B. Allylchlorid, Allylacetat,
Allylbenzoat, Allylmethacrylat usw.,
- (v) andere copolymerisierbare ungesättigte Monomere, wie z. B.
Acrylsäure,
Methacrylsäure,
2-Hydroxyethylacrylat, Acrylnitril, Methacrylnitril, Dimethylmaleat,
Isopropenylacetat, Isopropenylisobutyrat, Acrylamid, Methacrylamid,
und Diene, wie z. B. 1,3-Butadien usw.
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Die
Polymere werden zweckmäßigerweise
durch herkömmliche
radikalische Additionspolymerisationsverfahren hergestellt. Häufig wird
die Polymerisation durch herkömmliche
Starter ge startet, von den im Stand der Technik bekannt ist, daß sie ein
Radikal erzeugen, wie z. B. Azobis(isobutyronitril), Cumolhydroperoxid,
t-Butylperbenzoat, t-Butylperoctoat, t-Amylperoctoat, Di-t-butylperoxid
usw. Typischerweise werden die Monomere in Gegenwart des Starters
und eines inerten Lösungsmittels
auf Temperaturen im Bereich von etwa 35°C bis etwa 200°C und insbesondere
75°C bis
150°C erwärmt, um
die Polymerisation zu bewirken. Das Molekulargewicht des Polymers
kann, falls erwünscht,
durch die Monomer- und Starter-Auswahl, die Zugabegeschwindigkeit,
die Reaktionstemperatur und -zeit und/oder die Verwendung von Kettenübertragungsmitteln
gesteuert werden, wie es im Stand der Technik gut bekannt ist. Das
Zahlenmittel-Molekulargewicht des acetoacetoxyfunktionellen Acrylpolymers
wird typischerweise wenigstens 1000 betragen, ermittelt durch GPC.
Typischerweise wird bei jenen Anwendungen, bei denen eine relativ
niedrige Viskosität
bevorzugt ist, wie z. B. für Sprayanwendungen
bei relativ niedrigen VOC-Konzentrationen, das Zahlenmittel-Molekulargewicht
des acetoacetoxyfunktionellen Acrylpolymers vorzugsweise weniger
als 10000 betragen, und das massegemittelte Molekulargewicht wird
vorzugsweise weniger als 20000 betragen.
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Wenn
das acetoacetoxyfunktionelle Polymer durch Umwandlung eines hydroxyfunktionellen
Polymers durch die oben erörterten
Verfahren hergestellt werden soll, sollte das hydroxyfunktionelle
Monomer in im wesentlichen den gleichen Konzentrationen vorliegen,
wie sie für
das acetoacetoxyfunktionelle Monomer bevorzugt sind.
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2. ACETOACETOXYFUNKTIONELLES
DERIVAT VON POLYOLEN
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Zusätzlich zu
dem acetoacetoxyfunktionellen Acrylpolymer wird in der Praxis dieser
Erfindung ein acetoacetoxyfunktionelles Derivat eines Polyols mit
niedrigem Molekulargewicht, insbesondere ein monomeres Polyol, eingebaut.
So wie hier verwendet, bedeutet die Bezeichnung "acetoacetoxyfunktionelle Derivate von Polyolen" acetoacetoxyfunktionelle
Verbindungen, die im allgemeinen durch die chemische Umwandlung
von wenigstens einiger der Hydroxylgruppen des Polyols in eine Acetoacetoxygruppe
oder in eine Gruppe, die ein oder mehrere Acetoacetoxygruppen enthält, erhalten
werden. Diese acetoacetoxyfunktionellen Derivate von Polyolen mit
niedrigem Molekulargewicht sind bei der Bereitstellung zusätzlicher
Vernetzungsstellen hilfreich und verringern die Gesamtviskosität der fertigen
härtbaren
Zusammensetzung. Die Polyol-Ausgangsmaterialien sollten durchschnittlich
wenigstens zwei hydroxyfunktionelle Gruppen pro Molekül und ein
Zahlenmittel-Molekulargewicht von weniger als 1000 und vorzugsweise
weniger als 500 besitzen. Bevorzugte Polyole sind die aliphatischen
Polyether-, Polyester- und Polyurethanpolyole, insbesondere Diole
und Triole. Geeignete Polyole sind zum Beispiel Diole, wie z. B.
Ethylenglycol, Dipropylenglycol, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol, Neopentylglycol,
1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol,
1,3-Butandiol, 2,3-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol,
1,4-Cyclohexandimethanol, 1,2-Cyclohexandimethanol, 1,3-Cyclohexandimethanol,
1,4-Bis(2-hydroxyethoxy)cyclohexan,
Trimethylenglycol, Tetramethylenglycol, Pentamethylenglycol, Hexamethylenglycol,
Decamethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Tetraethylenglycol,
Norbornylenglycol, 1,4-Benzoldimethanol, 1,4-Benzoldiethanol, 2,4-Dimethyl-2-ethylenhexan-1,3-diol,
2-Buten-1,4-diol und Polyole, wie z. B. Trimethylolethan, Trimethylolpropan,
Trimethylolhexan, Triethylolpropan, 1,2,4-Butantriol, Glycerin,
Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Polycaprolactonpolyole usw. Die
Acetoacetylierung, um die Hydroxylgruppen der Polyole in die entsprechenden
acetoacetoxyfunktionellen Derivate umzuwandeln, kann geeigneterweise
durch Umesterung mit einem geeigneten Acetoacetoxyester, durch direkte
Umsetzung mit Diketen oder durch ein anderes im Stand der Technik
bekanntes Verfahren erfolgen. Das acetoacetoxyfunktionelle Derivat
sollte durchschnittlich wenigstens 1,01 Acetoacetatgruppen pro Molekül und vorzugsweise
wenigstens 2,0 Acetoacetoxygruppen pro Molekül besitzen.
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Es
ist besonders bevorzugt, daß die
Mischung aus acetoacetoxyfunktionellem Acrylpolymer und acetoacetoxyfunktionellem
Polyolderivat derart ist, daß wenigstens
1% und vorzugsweise 10 bis 80% der gesamten Acetoacetoxyäquivalente
aus dem Polyolderivat mit niedrigem Molekulargewicht erhalten werden.
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3. IMINVERBINDUNGEN
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Die
Iminverbindungen, die bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind,
können
im allgemeinen durch die Formel:
dargestellt werden, wobei
n 1 bis 30 ist und vorzugsweise n 1 bis 5 ist, R
1 und
R
2 Wasserstoff, eine Alkyl-, Aryl-, cycloaliphatische
oder substituierte Alkyl-, Aryl- oder cycloaliphatische Gruppe ist
und R
1 und R
2 gleich
oder verschieden sein können,
und R
3 eine aliphatische, aromatische, arylaliphatische
oder cycloaliphatische Gruppe ist, die auch Heteroatome, wie z.
B. O, N, S oder Si enthält.
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Diese
Iminverbindungen werden typischerweise durch die Umsetzung bestimmter
Carbonylverbindungen, wie z. B. Aldehyde und Ketone, mit Aminen
hergestellt. Repräsentative
Carbonylverbindungen, die verwendet werden können, um das Imin zu bilden,
sind u. a. Ketone, wie z. B. Aceton, Methylethylketon, Methylisopropylketon,
Methylisobutylketon, Diethylketon, Benzylmethylketon, Diisopropylketon,
Cyclopentanon und Cyclohexanon, und Aldehyde, wie z. B. Acetaldehyd,
Formaldehyd, Propionaldehyd, Isobutyraldehyd, n-Butyraldehyd, Heptaldehyd
und Cyclohexylaldehyde. Repräsentative
Amine, die zur Bildung des Imins verwendet werden können, sind
u. a. Ethylendiamin, Ethylentriamin, Propylendiamin, Tetramethylendiamin,
1,6-Hexamethylendiamin, Bis(6-aminohexyl)ether, Tricyclodecandiamin,
N,N'-Dimethyldiethyltriamin,
Cyclohexyl-1,2,4-triamin, Cyclohexyl-1,2,4,5-tetraamin, 3,4,5-Triaminopyran,
3,4-Diaminofuran und cycloaliphatische Diamine, wie z. B. diejenigen
mit den folgenden Strukturen:
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Die
Imine werden zweckmäßigerweise
durch Umsetzung eines stöchiometrischen Überschusses
des Ketons oder Aldehyds mit dem Polyamin in einem azeotropen Lösungsmittel
und Entfernen von Wasser, wenn es gebildet wird, hergestellt. Um
Nebenreaktionen zu minimieren und Verzögerungen aufgrund einer verlängerten
Verarbeitung zu vermeiden, ist es häufig wünschenswert, das verlängerte Erwärmen, das
notwendig ist, um den gesamten Keton- oder Aldehyd-Überschuß und das
nicht umgesetzte Ausgangsmaterial zu entfernen, zu vermeiden, mit
der Maßgabe,
daß deren
Gegenwart die Leistung des Endprodukts nicht nachteilig beeinflußt.
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Eine
bevorzugte Art von Iminverbindung für die Reaktion mit acetoacetoxyfunktionellen
Materialien in der Praxis dieser Erfindung ist ein Addukt, das erhalten
wird durch Umsetzung eines Imins mit einer zusätzlichen reaktiven Gruppe,
die anders ist als ein Imin, wie z. B. einer Hydroxylgruppe oder
vorzugsweise einer Amingruppe, mit einer Verbindung, wie z. B. einem
Isocyanat oder einem Epoxid, mit einer oder mehreren chemischen
Gruppen oder Stellen, die zur Umsetzung mit der zusätzlichen
reaktiven Gruppe in der Lage ist/sind. Zum Beispiel wird ein Imin,
das durch die Reaktion von zwei Mol eines Aldehyds oder Ketons mit
einem Triamin mit zwei primären
Amingruppen und einer sekundären
Amingruppe, wie z. B. Diethylentriamin, erhalten wird, eine nicht
reagierte sekundäre
Amingruppe besitzen, die anschließend mit einem Mono- und/oder
Polyepoxid oder einem Mono- oder Polyisocyanat umgesetzt werden
könnte,
um das iminfunktionelle Addukt zu erzeugen. Ein besonders bevorzugtes
im Handel erhältliches
Imin mit einer zusätzlichen
reaktiven Gruppe ist Shell Epicure 3501, welches das Reaktionsprodukt
von Diethylentriamin und Methylisobutylketon ist.
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Polyisocyanate,
die sich für
die Reaktion mit der Hydroxyl- oder
Amingruppe des Imins in der bevorzugten Konfiguration eignen, besitzen
durchschnittlich wenigstens zwei Isocyanatgruppen pro Molekül. Repräsentative
Polyisocyanate, die sich zur Herstellung dieses Addukts eignen,
sind u. a. die aliphatischen Verbindungen, wie z. B. Ethylen-, Trimethylen-,
Tetramethylen-, Pentamethylen-, Hexymethylen-, 1,2-Propylen-, 1,2-Butylen-,
2,3-Butylen-, 1,3-Butylen-,
Ethyliden- und 1,2-Butylidendiisocyanate; die Cycloalkylenverbindungen,
wie z. B. 3-Isocyanatmethyl-3,5,5- trimethylcyclohexylisocyanat und die
1,3-Cyclopentan-, 1,3-Cyclohexan-
und 1,2-Cyclohexandiisocyanate; die aromatischen Verbindungen, wie
z. B. m-Phenylen-, p-Phenylen-, 4,4-Diphenyl-, 1,5-Naphthalin- und
1,4-Naphthalindiisocyanate; die aliphatisch-aromatischen Verbindungen, wie z. B.
4,4-Diphenylenmethan-, 2,4- oder
2,6-Toluol- oder Mischungen davon, 4,4'-Toluidin- und 1,4-Xylylendiisocyanate; die kernsubstituierten
aromatischen Verbindungen, wie z. B. Dianisdindiisocyanat, 4,4'-Diphenyletherdiisocyanat
und Chlordiphenylendiisocyanat; die Triisocyanate, wie z. B. Triphenylmethan-4,4',4''-triisocyanattoluol; und die Tetraisocyanate,
wie z. B. 4,4'-Diphenyldimethylmethan-2,2',5,5'-tetraisocyanat; die polymerisierten
Polyisocyanate, wie z. B. Dimere und Trimere, und verschiedene andere
Polyisocyanate mit Biuret-, Urethan- und/oder Allophanat-Verknüpfungen.
Bevorzugte Polyisocyanate sind u. a. Dimere und Trimere von Hexamethylendiisocyanat
und Mischungen davon.
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Zur
Umsetzung mit den Iminen mit nichtreagierten Amingruppen sind repräsentative
geeignete Monoepoxide u. a. die Monoglycidylether von aliphatischen
oder aromatischen Alkoholen, wie z. B. Butylglycidylether, Octylglycidylether,
Nonylglycidylether, Decylglycidylether, Dodecylglycidylether, p-tert.-Butylphenylglycidylether,
o-Cresylglycidylether und 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan. Monoepoxidester,
wie z. B. die Glycidylester von Versatic-Säure (im Handel erhältlich als
CARDURA E von Shell Chemical Company oder als Glydexx N-10 von Exxon
Chemical Company) oder die Glycidylester anderer Säuren, wie
z. B. tertiär-Nonansäure, tertiär-Decansäure, tertiär-Undecansäure usw.,
sind ebenfalls geeignet. Ähnlich
könnten,
falls erwünscht,
ungesättigte
Monoepoxidester, wie z. B. Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat
oder Glycidyllaurat, verwendet werden. Zusätzlich könnten auch monoepoxidierte Öle verwendet
werden.
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Andere
geeignete Monoepoxide sind u. a. Styroloxid, Cyclohexenoxid, 1,2-Butenoxid,
2,3-Butenoxid, 1,2-Pentenoxid, 1,2-Heptenoxid, 1,2-Octenoxid, 1,2-Nonenoxid,
1,2-Decenoxid und dergleichen.
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Besonders
bevorzugt als die polyfunktionellen Epoxidverbindungen sind aufgrund
ihrer Reaktivität
und Haltbarkeit die polyepoxidfunktionellen Novolak-, Bisphenol-
und cycloaliphatischen Epoxide. Vorzugsweise werden die Polyepoxide
ein Zahlenmittel-Molekulargewicht
von weniger als etwa 2000 besitzen, um die Viskosität des Addukts
zu minimieren. Für
einige Anwendungen ist es besonders bevorzugt, eine Kombination
sowohl aus einem durch Reaktion eines Imins mit einer zweiten Amingruppe
und einem Polyepoxid hergestellten Aminaddukt als auch einem durch
Reaktion eines Imins mit einer sekundären Amingruppe und einem Monoepoxid
erhaltenen Iminaddukt zu verwenden.
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4. AMINFUNKTIONELLE VERBINDUNGEN
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In
der Praxis dieser Erfindung ist es häufig bevorzugt, eine aminfunktionelle
Verbindung in Kombination mit den acetoacetoxyfunktionellen und
iminfunktionellen Materialien einzubinden. Es ist bekannt, daß Amingruppe
mit acetoacetoxyfunktionellen Gruppen reagieren, und die Gegenwart
von aminfunktionellen Verbindungen mit durchschnittlich wenigstens
zwei primären
Amingruppen pro Molekül
kann die härtbaren
Zusammensetzungen dieser Erfindung verbessern. Polyamine können durch
im Stand der Technik gut bekannte Verfahren, wie z. B. durch die
radikalische Polymerisation acrylischer oder anderer ungesättigter
Monomere mit primärer
Aminfunktionalität
oder durch die Umsetzung von Aminen mit wenigstens zwei primären Amingruppen
pro Molekül
mit einer Polycarbonsäure,
um Polyamidamine zu bilden, hergestellt werden. Die Polyamine können polymer
sein, typischerweise mit einem Zahlenmittel-Molekulargewicht von über 800,
oder Materialien mit einem niedrigeren Molekulargewicht, wie z.
B. Tetraethylenpentamin, 1,3-Diaminopropan, 1,6-Diaminohexan usw.,
sein.
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Die
in Abschnitt 3 dieser Offenbarung aufgeführten primären Polyamine eignen sich auch
in der Praxis dieser Erfindung. Andere geeignete Amine sind u. a.
Tricyclodecandimethanamin und die polyprimären aminfunktionellen Phenole,
wie z. B. Cardolite NC559 von Cardolite, Inc. Typischerweise werden
die Amine in einer Konzentration vorliegen, die 70% der Gesamtäquivalente
von Amin und Imin zur Verfügung
stellen, welche für die
Umsetzung mit der Gesamtacetoacetoxyfunktionalität erwünscht sind.
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Die
Verhältnisse
von Acetoacetoxygruppen zu anderen funktionellen Gruppen in den
härtbaren
Zusammensetzungen können
innerhalb dieser Erfindung stark variiert werden. Es ist le diglich
notwendig, die acetoacetoxyfunktionellen und die anderen reaktiven
Materialien in ausreichenden Mengen zu vereinen, um bei der Härtung den
erwünschten
Vernetzungsgrad zu ergeben. Im allgemeinen ist es jedoch bevorzugt,
einen leichten Überschuß an Imin-
und Aminäquivalenten
zu verwenden, und im allgemeinen beträgt das Äquivalentverhältnis von
Imin und Amin, falls vorhanden, zu den Gesamtacetoacetoxyäquivalenten
wenigstens 1,01 zu 1. Kleine Mengen (z. B. typischerweise weniger
als 10 Gew.-% der Geamtharzfeststoffe) anderer Materialien, die
mit Aminen reaktiv sind, wie z. B. Epoxide und insbesondere Polyepoxide,
wie z. B. Bisphenol-, Novolak- und cycloaliphatische Polyepoxide,
können
ebenfalls in den härtbaren
Zusammensetzungen verwendet werden. Die härtbaren Zusammensetzungen dieser
Erfindung können
bei Temperaturen im Bereich von etwa Raumtemperatur bis etwa 350°F gehärtet werden.
wenn die härtbaren
Zusammensetzungen als Beschichtungen verwendet werden, können die
Beschichtungen Klarbeschichtungen sein, oder sie können Pigmente
enthalten, wie es im Stand der Technik gut bekannt ist. Repräsentative
deckende Pigmente sind u. a. Weißpigmente, wie z. B. Titandioxid,
Zinkoxid, Antimonoxid usw., und organische oder anorganische chromatische
Pigmente, wie z. B. Eisenoxid, Ruß, Phthalocyaninblau usw. Die
Beschichtungen können
auch Streckpigmente, wie z. B. Calciumcarbonat, Ton, Silica, Baryte,
Talk usw., enthalten.
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Die
Beschichtungen können
auch andere Additive, wie z. B. Fließmittel, Katalysatoren, Verdünnungsmittel,
Lösungsmittel,
Ultraviolettlichtabsorber, Weichmacher (wie z. B. thermoplastische
Acrylpolymere usw.), Haftvermittler usw. enthalten. Besonders bevorzugt
als Haftvermittler sind Organosilane und insbesondere Aminsilane
oder Epoxysilane. Repräsentative
Organosilane werden in Silan Coupling Agents von E. P. Pluddemann
(Plenum Press, New York, 1982) gelehrt. Spezielle geeignete Silane
sind u. a. 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan,
3-Aminopropyltrimethoxysilan und 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan.
Typischerweise werden die Organosilane in einer Konzentration von
wenigstens 0,01 Gew.-% der gesamten Harzfeststoffe und vorzugsweise
von 0,1 bis etwa 5% vorliegen.
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Bei
den härtbaren
Zusammensetzungen dieser Erfindung ist es besonders bevorzugt, einen
Katalysator für
die Reaktion von Acetoacetoxygruppen und Imin- und Amingruppen einzubinden.
Repräsentative
Katalysatoren sind u. a. Säuren,
wie z. B. Benzoesäure
und Isostearinsäure.
Der Katalysator wird typischerweise in einer Konzentration von wenigstens
0,01 Gew.-% der Reaktanden vorliegen.
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Da
die härtbaren
Zusammensetzungen dieser Erfindung typischerweise als Mehr-Packungs-Systeme bereitgestellt
werden, die vor der Verwendung vermischt werden müssen, können die
Pigmente, Katalysatoren und anderen Additive zweckmäßigerweise
zu irgendeinem oder zu allen der entsprechenden einzelnen Packungen
zugegeben werden. Aufgrund der möglichen
Hydrolyse der reaktiven Gruppen ist es für die meisten Anwendungen besonders
bevorzugt, daß die
härtbaren
Zusammensetzungen dieser Erfindung nichtwäßrige Systeme sind.
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Die
härtbaren
Zusammensetzungen dieser Erfindung können typischerweise auf ein
beliebiges Substrat, wie z. B. Metall, Kunststoff, Holz, Glas, synthetische
Fasern usw., durch Aufstreichen, Tauchen, Rollbeschichten, Flutbeschichten,
Aufsprühen,
In-Mould-Coating
oder andere in der Beschichtungsindustrie herkömmlicherweise eingesetzte Verfahren
aufgetragen werden.
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Die
folgenden Beispiele wurden ausgewählt, um spezielle Ausführungsformen
und Praktiken zu veranschaulichen, die für ein vollständigeres
Verständnis
der Erfindung von Nutzen sind. Sofern nichts anderes angegeben ist,
bedeutet "Teile" Gewichtsteile, und "Prozent" sind Gewichtsprozent,
das Äquivalentgewicht
beruht auf dem Gewicht der Feststoffe, und das Molekulargewicht
wurde durch GPC, bezogen auf Polystyrol-Standards, ermittelt.
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Acetoacetoxyfunktionelle
Acrylharze
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Die
acetoacetoxyfunktionellen Harze können repräsentativ durch ein Verfahren
hergestellt werden, das (i) das Beschicken eines Reaktionsgefäßes mit
einem geeigneten Lösungsmittel
und das Erwärmen
auf eine geeignete Reaktionstemperatur, (ii) die Zugabe einer Mischung
aus Lösungsmittel
und Starter und Monomeren zu dem erwärmten Lösungsmittel über einen
Zeitraum von etwa drei Stunden, (iii) das Halten der Mischung bei
der Reaktionstemperatur, (iv) das Nachbehandeln der Reaktionsmischung
mit Lösungsmittel
und Starter und das Aufrechterhalten der Reaktionstemperatur, bis die
Polymerisation oder Reaktion ausreichend vollständig ist.
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Beispiel A1
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n-Butylacetat
(590,0 Teile) wurde in einen Vierhals-Reaktor gegeben, der mit einem über Kopf
angebrachten Rührer,
einem Temperaturregler, einem Kühler,
mit Starter- und Monomer-Zufuhrleitungen und einer Stickstoffdecke
ausgestattet war. Nach dem Erhitzen des Lösungsmittels auf 115°C wurde eine
homogene Mischung aus n-Butylacetat (250,0 Teile) und VAZO 67 (172,5
Teile) und eine Mischung aus 2-(Acetoacetoxy)ethylmethacrylat (1000,0
Teile), Methylmethacrylat (500,0 Teile), n-Butylacrylat (500,0 Teile),
Styrol (500,0 Teile) und 2-Mercaptoethanol (47,5 Teile) langsam
innerhalb von 3 Stunden bei 115°C
in den Reaktor gespeist. Die Reaktionslösung wurde anschließend 1 Stunde
lang bei 115°C
gehalten. Eine Mischung aus n-Butylacetat (10,0 Teile) und VAZO
67 (7,5 Teile) wurde innerhalb von 20 Minuten in den Reaktor gespeist
und die Lösung eine
weitere Stunde beibehalten, bevor sie abgekühlt und verworfen wurde. Das
resultierende Harz hatte einen NVM-Wert von 72,9%, ein Gewicht pro
Gallone von 8,91, eine Farbe von 1, eine Gardener-Holdt-Viskosität von V+,
ein Zahlenmittel-Molekulargewicht von 2052 und ein massegemitteltes
Molekulargewicht von 3540.
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Beispiele A2–A11
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Auf
gleiche Weise wie in Beispiel A1 wurden zusätzliche repräsentative
acetoacetoxyfunktionelle Polymere wie in der folgenden Tabelle gezeigt
hergestellt:
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Beispiel A12
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n-Butylacetat
(731,0 Teile) wurde in einen Vierhals-Reaktor gegeben, der mit einem über Kopf
angebrachten Rührer,
einem Temperaturregler, einem Kühler,
mit Starter- und Monomer-Zufuhrleitungen und einer Stickstoffdecke
ausgestattet war. Nach dem Erhitzen des Lösungsmittels auf 115°C wurde eine
homogene Starter-Mischung aus n-Butylacetat (35,0 Teile) und t-Amylperoctoat
(174,0 Teile) langsam innerhalb von 3,5 Stunden bei 115°C in den
Reaktor gespeist. Gleichzeitig wurde eine Mischung aus 2-(Acetoacetoxy)ethylmethacrylat
(1048,6 Teile), n-Butylmethacrylat (256,2 Teile), Isobornylmethacrylat
(505,8 Teile), 2-Ethylhexylacrylat (485,5 Teile), Styrol (211,8
Teile) und 2-Mercaptoethanol (55,0 Teile) ebenfalls langsam innerhalb
von 3 Stunden bei 115°C
in den Reaktor gespeist. Die Reaktionslösung wurde anschließend 2 Stunde
lang bei 115°C
gehalten, bevor sie abgekühlt
wurde. Anschließend
wurde n-Butylacetat (73,2 Teile) als Waschlösungsmittel in den Reaktor
gegeben.
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Acetoacetoxyfunktionelle
Polyolderivate
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Beispiel B1
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Eine
Mischung aus t-Butylacetoacetat (2185,2 Teile) und 1,6-Hexandiol
(814,8 Teile) wurde in einen Vierhals-Reaktor gegeben, der mit einem über Kopf
angebrachten Rührer,
einem Temperaturregler, einem Destillationskopf, einem Kühler, einem
Auffanggefäß und einer
Stickstoffdecke ausgestattet war. Die Lösung wurde auf 115°C erwärmt, und
das von der Reaktion erzeugte t-BuOH von der Lösung abdestilliert (ein verminderter
Druck kann eingesetzt werden, um das t-BuOH weiter zu entfernen
und die Temperatur unter 130°C
zu halten). Nachdem die theoretische Menge an t-BuOH gesammelt war,
wurde die Lösung
abgekühlt
und verworfen.
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Beispiele B2–B10
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Auf ähnliche
Weise wie Beispiel B1 wurden zusätzliche
repräsentative
acetoacetoxyfunktionelle Polyolderivate wie in der nachstehenden
Tabelle gezeigt hergestellt (in Gewichtsteilen):
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Iminverbindungen
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Beispiel C1
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Eine
Mischung aus Tricyclodecandimethanamin (300,0 Teile) und Methylisobutylketon
(MIBK) (407,0 Teile) wurde in einen Vierhals-Reaktor gegeben, der
mit einem über
Kopf angebrachten Rührer,
einem Temperaturregler, einem Destillationskopf, einem Kühler und
einer Stickstoffdecke ausgestattet war. Die Lösung wurde 5 Stunden lang zum
Rückfluß erhitzt
(100–132°C). Das von
der Reaktion erzeugte Wasser (53,7 Teile) wurde in der Wasserfalle
gesammelt. Anschließend
wurde die Lösung
abgekühlt
und verworfen.
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Beispiel C2
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Eine
Mischung aus p-Aminobenzoesäureester
von PTHF (288,5 Teile), als Versalink P250 im Handel erhältlich,
Isobutyraldehyd (88,4 Teile) und Toluol (123,1 Teile) wurde in einen
Vierhals-Reaktor
gegeben, der mit einem über
Kopf angebrachten Rührer,
einem Temperaturregler, einem Destillationskopf, einer Wasserfalle,
einem Kühler
und einer Stickstoffdecke ausgestattet war. Die Lösung wurde
5 Stunden lang zum Rückfluß erhitzt
(116–150°C). Das von
der Reaktion erzeugte Wasser (19 Teile) wurde in der Wasserfalle
gesammelt. Anschließend
wurde die Lösung
abgekühlt
und verworfen.
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Beispiel C3
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Eine
Mischung aus dem sekundären
aminfunktionellen Ketimin, das durch die Umsetzung von Diethylentriamin
und Methylisobutylketon hergestellt wurde, im Handel erhältlich als
EPICURE 3501 (900,0 Teile), EPON 826 (646,0 Teile) und Methylisobutylketon
(MIBK) (580,0 Teile) wurde in einen Vierhals-Reaktor gegeben, der
mit einem über
Kopf angebrachten Rührer,
einem Temperaturregler, einem Destillationskopf, einem Kühler und
einer Stickstoffdecke ausgestattet war. Die Mischung wurde auf 120–130°C erwärmt und
2 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten, bevor sie abgekühlt und
verworfen wurde.
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Beispiel C4
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Isophorondiisocyanat
(63,9 Teile) wurde in einen Vierhals-Reaktor gegeben, der mit einem über Kopf angebrachten
Rührer,
einem Temperaturregler, einer Zufuhrleitung, einem Kühler und
einer Stickstoffdecke ausgestattet war. Nach dem Erwärmen des
Reaktors auf 50°C
wurde eine Mischung aus Tone-0200-Polycaprolactonpolyol (76,1 Teile),
Dibutylzinndilaurat (0,06 Teile) und n-Butylacetat (60,0 Teile)
allmählich
innerhalb von 2 Stunden bei 50°C
in den Reaktor gespeist. Die Lösung
wurde auf 70°C
erwärmt
und 2 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten, bevor sie abgekühlt wurde.
Dieses Produkt wurde als "Lösung I" beschrieben. Ein weiterer
Reaktor, der mit einem über
Kopf angebrachten Rührer,
einem Temperaturregler, einer Wasserfalle, einem Kühler und
einer Stickstoffdecke ausgestattet war, wurde mit Bishexamethylentriamin
(62,0 Teile), Isobutyraldehyd (41,6 Teile) und Toluol (95,6 Teile)
beschickt. Die Lösung
wurde 3 Stunden lang zur Rückflußtemperatur
(bis zu 125°C)
erhitzt. Von der Reaktion erzeugtes Wasser (10,4 Teile) wurde in
der Wasserfalle gesammelt. Die Lösung
wurde anschließend
auf Raumtemperatur abgekühlt. "Lösung I" wurde zugegeben und mit dieser Lösung vermischt,
deren Temperatur dann auf 60°C
anstieg. Die Reaktionsmischung wurde anschließend auf 75°C erwärmt und 1 Stunde lang bei dieser
Temperatur gehalten, bevor sie abgekühlt und verworfen wurde.
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Beispiel C5 (Ketimin/Epoxid-Addukt)
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Eine
Mischung aus 571,9 Teilen des Reaktionsprodukts von Diethylentriamin
und Methylisobutylketon (erhalten durch eine Verarbeitungsvariation
beim kommerziellen Produkt EPICURE 3501, um ein Produkt zu ergeben,
das 10% MIBK, 85% Ketimin und etwa 5% Verunreinigungen und nichtumgesetztes
Ausgangsmaterial enthielt), Epalloy 8240 (ein von CVC Specialty
Chemicals im Handel erhältliches
Epoxid vom Novolak-Typ) (256,0 Teile), Cardura E-10 (80,0 Teile)
und Methylisobutylketon (MIBK) (93,0 Teile) wurde in einen Vierhals-Reaktor
gegeben, der mit einem über
Kopf angebrachten Rührer,
einem Temperaturregler, einem Kühler und
einer Stickstoffdecke ausgestattet war. Die Mischung wurde auf 120–125°C erwärmt und
2 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten, bevor sie abgekühlt und
verworfen wurde.
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Beispiele C6–C11
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Auf ähnliche
Weise wie die obigen Beispiele wurden die folgenden repräsentativen
Imine hergestellt:
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Verschiedene
härtbare
Zusammensetzungen wurden wie folgt hergestellt und durch Sprühauftrag
auf kaltgewalzte Stahlsubstrate aufgetragen. Sofern nichts anderes
angegeben ist, wird die Viskosität
durch Verwendung eines #2-Zahn-Auslaufbechers gemäß ASTM 4212-93
gemessen, die Staubtrockenzeit wird gemäß ASTM D1640 mit einem 50-g-Gewicht
bei 75°F
und 50%iger relativer Feuchtigkeit ermittelt, der Salznebeltest wurde
gemäß ASTM B117
500 Stunden lang durchgeführt,
der Naßhafttest
wurde gemäß ASTM 1735-92 durchgeführt und
sowohl die Naß-
als auch die Trockenhaftung wurden gemäß ASTM 3359-95a gemessen.
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Wie
durch die Beispiele D1, D2 und D3 gezeigt, verbessert die Zugabe
des Silans die Haftung, und die Zugabe des AcAc-funktionellen Polyols B2 kann die VOC
minimieren, ohne dabei die Viskosität, die Haftung oder die Staubtrockenzeit
nachteilig zu beeinflussen.
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Wie
in den Beispielen D4–D8
gezeigt, kann die Zugabe des AcAc-funktionellen Polyols B2 und der Kombination
aus den Iminen C7 und C8 die Viskosität der Beschichtungen verringern,
während
sie weiterhin eine annehmbare Leistung liefern.
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Eine
Schleifpaste wurde durch Vermischen der folgenden Materialien hergestellt:
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Eine
Klarbeschichtungslösung
wurde durch Vermischen der folgenden Bestandteile hergestellt:
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Eine
pigmentierte Beschichtung wurde wie nachstehend gezeigt hergestellt:
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Zusätzliche
pigmentierte Beschichtungen wurden wie nachstehend gezeigt hergestellt
und getestet:
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Kombinationen
aus den härtbaren
Zusammensetzungen dieser Erfindung zusammen mit einem Polyepoxid
sind in den nachstehenden Beispielen gezeigt:
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Obwohl
diese Erfindung durch eine bestimmte Zahl von Ausführungsformen
beschrieben worden ist, können
andere Variationen und Modifikationen durchgeführt werden, ohne vom Sinn und
Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, abzuweichen.