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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft härtbare
Beschichtungszusammensetzungen, die eine carbamatgruppenhaltige
Substanz, einen gegenüber
dieser reaktiven Vernetzer und eine hydroxyfunktionelle Polysiloxankomponente
enthalten, zur Verwendung in Mehrschichtüberzügen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Beschichtungszusammensetzungen
werden häufig
in die Kategorien thermoplastisch und duroplastisch eingeteilt.
In thermoplastischen Beschichtungszusammensetzungen kommen in einem
organischen oder wäßrigen Lösungsmittel
dispergierte hochmolekulare Polymere zur Anwendung. Nach dem Aufbringen
der Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat wird das Lösungsmittel
entfernt, wobei die Polymere einen Film bilden. In duroplastischen
oder härtbaren
Beschichtungszusammensetzungen verwendet man zwei Komponenten, die
unter bestimmten Härtungsbedingungen
miteinander reagieren können.
Die reaktiven Gruppen dieser Komponenten werden als „funktionelle
Gruppen" bezeichnet.
Nach dem Aufbringen der diese Komponenten enthaltenden Zusammensetzung
wird das beschichtete Substrat Härtungsbedingungen
unterworfen, wodurch die funktionellen Gruppen unter Bildung eines
gehärteten
Films aus einer vernetzten Matrix reagieren.
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Duroplastische
oder härtbare
Beschichtungszusammensetzungen, die durch Bildung von Urethanbrücken in
dem vernetzten Überzug
aushärten,
finden in der Technik umfangreiche Anwendung. Urethanbindungen sind
aufgrund ihrer Dauerhaftigkeit, Beständigkeit gegenüber Angriff
durch verschiedene Agenzien in der Umwelt, Schlagzähigkeit
und anderen physikalischen Eigenschaften, wie Spannungsabbau, häufig wünschenswert.
Urethanbrücken
können
durch verschiedene Kombinationen funktioneller Gruppen gebildet
werden, wie z.B. von OH-funktionellen Gruppen und isocyanatfunktionellen
Gruppen, Carbamatgruppen und Aminoplastharzen oder cyclischen Carbonatgruppen
und Aminogruppen.
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Bei
vielen Beschichtungsanwendungen muß man häufig über einem bereits gehärteten Überzug einen weiteren Überzug aufbringen.
Hierdurch sollen bestimmte visuelle oder physikalische Eigenschaften
verbessert oder Bereiche, in denen der gehärtete Überzug beschädigt worden
ist oder Mängel
aufweist, repariert werden. In derartigen Fällen ist es wichtig, daß der über dem
gehärteten Überzug aufgebrachte Überzug eine
hinreichende Haftung gegenüber
dem gehärteten Überzug aufweist.
Durch Abschmirgeln der Oberfläche
wird im allgemeinen die Haftung verbessert, aber das Abschmirgeln
der Oberfläche
ist wegen der resultierenden Änderung
des Aussehens der abgeschmirgelten Oberfläche möglicherweise nicht wünschenswert.
Der Haftungsfaktor ist selbst dann, wenn der gehärtete Überzug vor dem Aufbringen des
zusätzlichen Überzugs
abgeschmirgelt wird, im Hinblick auf das Überspritzen in Bereiche nicht
abgeschmirgelter Überzugsoberflächen von Bedeutung.
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Die
Zwischenschichthaftung kann im Hinblick auf Beschichtungen, die
bei der Härtung
Urethanbindungen ausbilden, aufgrund der physikalischen und chemischen
Eigenschaften der Beschichtung von besonderer Bedeutung sein. Die
Zwischenschichthaftung kann aufgrund des hohen Vernetzungsgrads
des gehärteten Films
schlecht sein. Es wurde unerwarteterweise gefunden, daß durch
die Zugabe einer Polysiloxanverbindung zu einer auf einem Carbamat-Melamin-Härtungssystem
basierenden Beschichtungszusammensetzung die Zwischenschichthaftung
im Vergleich zu einem Überzug
aus einer identischen Zusammensetzung ohne die Polysiloxanverbindung
verbessert wird. Des weiteren ist die vorliegende Erfindung auf
die Bereitstellung von härtbaren
Beschichtungs zusammensetzungen gerichtet, die gute Zwischenhaftungseigenschaften
aufweisen, wenn eine gehärtete
beschichtete Oberfläche
Reparaturbedingungen ausgesetzt wird. Zu den Reparaturbedingungen
gehört
im allgemeinen das Aufbringen mindestens eines zusätzlichen Überzugs
gefolgt von der Wärmeeinwirkung.
Dieses Ergebnis ist unerwartet, da Polysiloxane, die in der Regel
zur Verbesserung der Fließ-
und Verlaufseigenschaften und der Kratzfestigkeit verwendet werden,
im allgemeinen schlecht auf nachfolgenden Überzügen haften, wie aus der
US-PS 4,812,518 hervorgeht.
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Es
ist auch wünschenswert,
die Haftung von Basislack- und/oder
Klarlackzusammensetzungen gegenüber
Dichtungsmaterialien zu verbessern, z.B. dort, wo Windschutzscheibendichtungsmittel
oder andere Dichtungsmittel auf einen gehärteten Überzug aufgebracht werden.
Demgemäß ist die
vorliegende Erfindung auch auf eine gehärtete Beschichtungszusammensetzung
mit guter Haftung gegenüber
Dichtungsmaterialien gerichtet.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine härtbare Beschichtungszusammensetzung,
enthaltend zumindest:
- (A) mindestens ein Polymer
mit mehreren Carbamatgruppen,
- (B) eine Komponente mit mehreren gegenüber den Carbamatgruppen der
Komponente (A) reaktiven Gruppen und
- (C) eine hydroxyfunktionelle Polysiloxankomponente mit einer
Hydroxylzahl zwischen 50 und 170.
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Gegebenenfalls
kann die Beschichtungszusammensetzung zusätzlich hydroxyfunktionelle
Oligomere oder Polymere und carbamatfunktionelle Oligomere und Gemische
davon enthalten. Die Polysiloxankomponente kann auch eine polymere
Komponente, wie Polyester oder Polyether, enthalten.
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Erfindungsgemäße Überzüge können gehärtet und
mit einem oder mehreren zusätzlichen Überzügen beschichtet
werden und haben eine gute Zwischenhaftung gegenüber dem nachfolgenden Überzug und
eine gute Haftung gegenüber
Oberflächendichtungsmitteln.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Verfahren zur verbesserten Zwischenschichthaftung,
bei dem man auf ein Substrat mindestens eine Basislackzusammensetzung
und eine Klarlackzusammensetzung aufbringt und danach mindestens
eine zusätzliche Überzugsschicht
aufbringt, wobei mindestens eine Schicht der Beschichtungszusammensetzung
die Komponenten (A)–(C)
umfaßt.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Verfahren zur verbesserten Haftung einer
gehärteten
Beschichtungszusammensetzung gegenüber Dichtungsmaterialien.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Das
Polymer mit mehreren Carbamatgruppen, das bei der Ausübung der
vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist auf verschiedenen
Wegen zugänglich
und kann Substanzen gemäß WO 94/10211,
US-PS 5,356,669 und
US-PS 5,576,063 umfassen.
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Eine
Möglichkeit
zur Herstellung derartiger Polymere besteht darin, ein Acrylmonomer
herzustellen, das im Esterteil eine Carbamatfunktionalität enthält. Derartige
Monomere sind an sich gut bekannt und werden beispielsweise in den
US-Patentschriften 3,479,328, 3,674,838, 4,126,747, 4,279,833 und
4,340,497 beschrieben. Bei einem Syntheseverfahren setzt man einen
Hydroxyester mit Harnstoff zum Carbamyloxycarboxylat (d.h. der carbamatmodifizierten
Acrylverbindung) um. Bei einem anderen Syntheseverfahren setzt man einen
Ester einer α,β-ungesättigten
Säure mit
einem Hydroxycarbamatester zum Carbamyloxycarboxylat um. Bei noch
einem anderen Verfahren stellt man durch Umsetzung eines primären oder
sekundären
Amins oder Diamins mit einem cyclischen Carbonat, wie z.B. Ethylencarbonat,
ein Hydroxyalkylcarbamat her. Danach wird die Hydroxylgruppe des
Hydroxyalkylcarbamats mit Acrylsäure
oder Methacrylsäure
verestert, wobei man das Monomer erhält. Andere im Stand der Technik
beschriebene Verfahren zur Herstellung von carbamatmodifizierten
Acrylmonomeren kommen ebenfalls in Betracht. Danach kann das Acrylmonomer
gegebenenfalls zusammen mit anderen ethylenisch ungesättigten
Monomeren nach an sich bekannten Methoden polymerisiert werden.
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Bei
einem anderen Weg zur Herstellung von carbamatfunktionellen Polymeren
setzt man ein bereits vorgebildetes Polymer, wie z.B. ein Acrylpolymer,
mit einer anderen Komponente um, wobei sich eine an die Polymerhauptkette
gebundene carbamatfunktionelle Gruppe bildet, wie es in der
US-PS 4,758,632 beschrieben
wird. Bei einem Verfahren zur Herstellung von carbamatfunktionellen
Polymeren wird Harnstoff in Gegenwart eines hydroxyfunktionellen
Acrylpolymers thermisch in Ammoniak und HNCO gespalten, wobei dann
ein carbamatfunktionelles Acrylpolymer entsteht. Bei einem anderen
Verfahren setzt man die Hydroxylgruppe eines Hydroxyalkylcarbamats
mit der Isocyanatgruppe eines isocyanatfunktionellen Acryl- oder
Vinylmonomers zur carbamatfunktionellen Acrylverbindung um. Isocyanat-funktionelle Acrylverbindungen
sind an sich bekannt und werden beispielsweise in der
US-PS 4,301,257 beschrieben. Zu den
isocyanathaltigen Vinylmonomeren, die an sich gut bekannt sind,
gehört
ungesättigtes
m-Tetramethylxylolisocyanat,
das von American Cyanamid unter der Bezeichnung TMI
® vertrieben
wird. Bei noch einem anderen Verfahren setzt man die cyclische Carbonatgruppe
einer mit cyclischem Carbonat funktionalisierten Acrylverbindung
mit Ammoniak zur carbamatfunktionellen Acrylverbindung um. Mit cyclischem
Carbonat funktionalisierte Acrylpolymere sind an sich bekannt und
werden beispielsweise in der
US-PS
2,979,514 beschrieben. Bevorzugt ist eine Umcarbamylierungs-
oder Umesterungsreaktion zwischen einem hydroxyfunktionellen Polymer
und einem Alkylcarbamat oder Hydroxyalkylcarbamat. Ein schwierigerer,
aber durchaus gangbarer Weg zur Herstellung des Polymers bestünde in der
Umesterung eines Acrylatpolymers mit einem Hydroxyalkylcarbamat.
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Es
kommen auch andere Polymere in Betracht. So kann man beispielsweise
ein carbamatfunktionelles Polyurethan herstellen, wie es in der
US-Patentanmeldung Serial No. 08/098,169 beschrieben wird. Ein carbamatfunktioneller
Polyester kann analog JP 51/4124 hergestellt werden.
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Carbamatfunktionelle
Polymere können
ein Molekulargewicht von 2000–20.000
und vorzugsweise von 4000–6000
aufweisen. Unter Molekulargewicht ist hier das zahlenmittlere Molekulargewicht
zu verstehen, das nach der GPC-Methode unter Verwendung eines Polystyrol-Standards
bestimmt werden kann. Der Carbamatgehalt des Polymers in Form eines
Molekulargewichts pro Äquivalent
Carbamatfunktionalität
liegt im allgemeinen zwischen 200 und 1500 und vorzugsweise zwischen
300 und 500.
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Eine
Klasse von carbamatfunktioneller Polymerkomponente kann durch statistisch
angeordnete Wiederholungseinheiten der folgenden Formel wiedergegeben
werden:
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In
der obigen Formel steht R1 für H oder
CH3. R2 steht für H, Alkyl,
vorzugsweise mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, oder Cycloalkyl, vorzugsweise
mit bis zu 6 Ring-Kohlenstoffatomen. Es versteht sich, daß die Begriffe
Alkyl und Cycloalkyl auch substituiertes Alkyl und Cycloalkyl, wie
z.B. halogensubstituiertes Alkyl oder Cycloalkyl, mit einschließen. Substituenten,
die sich nachteilig auf die Eigenschaften des gehärteten Materials auswirken,
sind jedoch zu vermeiden. So gelten beispielsweise Etherbindungen
als hydrolyseempfindlich und sollten an Stellen vermieden werden,
an denen die Etherbindung in der Vernetzungsmatrix zu liegen käme. Die Werte
x und y geben Gewichtsprozentanteile an, wobei x Werte von 10 bis
90% und vorzugsweise 40 bis 60% und y Werte von 90 bis 10% und vorzugsweise
60 bis 40% annimmt.
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In
der obigen Formel steht A für
Wiederholungseinheiten, die sich von einem oder mehreren ethylenisch
ungesättigten
Monomeren ableiten. Derartige Monomere für die Copolymerisation mit
Acrylmonomeren sind in der Technik bekannt. Dazu gehören Alkylester
der Acryl- oder
Methacrylsäure,
z.B. Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Butylmethacrylat,
Isodecylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat
und dergleichen; und Vinylmonomere, wie z.B. ungesättigtes
m-Tetramethylxylolisocyanat, das von American Cyanamid unter der
Bezeichnung TMI® vertrieben
wird, Styrol, Vinyltoluol und dergleichen.
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L
steht für
eine zweiwertige Brückengruppe,
vorzugsweise eine aliphatische Brückengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen
oder eine cycloaliphatische oder aromatische Brückengruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen.
Beispiele für
L sind
-(CH
2)-, -(CH
2)
2-, -(CH
2)
4- und dergleichen. Nach einer bevorzugten
Ausführungsform
wird -L- durch -COO-L'- wiedergegeben, worin
L' für eine zweiwertige
Brückengruppe
steht. Somit wird die carbamatfunktionelle Polymerkomponente nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung durch statistisch angeordnete Wiederholungseinheiten
der folgenden Formel:
wiedergegeben.
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In
dieser Formel haben R1, R2,
A, x und y die oben angegebene Bedeutung. Bei L' kann es sich um eine zweiwertige aliphatische
Brückengruppe,
vorzugsweise mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, z. B. -(CH2)-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, und dergleichen,
oder eine zweiwertige cycloaliphatische Brückengruppe, vorzugsweise mit bis
zu 8 Kohlenstoffatomen, z.B. Cyclohexyl, und dergleichen handeln.
Es kommen aber je nach der zur Herstellung des Polymers angewandten
Technik auch noch andere zweiwertige Brückengruppen in Betracht. So würde die
Brückengruppe
L' beispielsweise
bei Addition eines Hydroxyalkylcarbamats an ein isocyanatfunktionelles
Acrylpolymer als Überrest
der Isocyanatgruppe eine -NHCOO-Urethanbrücke aufweisen.
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Bei
der Ausübung
der vorliegenden Erfindung kann man auch niedermolekulare carbamatfunktionelle Substanzen,
wie oligomere oder nichtpolymere Substanzen, verwenden. Derartige
Verbindungen können
auf verschiedenen Wegen hergestellt werden.
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Bei
einer Methode zur Herstellung derartiger carbamatfunktioneller Substanzen
setzt man einen Alkohol („Alkohol" ist hier als eine
oder mehrere OH-Gruppen enthaltend definiert) mit einem Harnstoff
zu einer Verbindung mit einer oder mehreren Carbamatgruppen um.
Dazu bringt man ein Gemisch aus dem Alkohol und dem Harnstoff durch
Erhitzen zur Reaktion. Man kann aber auch ein Polyol mit einem Monoisocyanat
(z.B. Methylisocyanat) zu einer Verbindung mit mehreren sekundären Carbamatgruppen
oder mit Cyansäure
zu einer Verbindung mit einer oder mehreren primären Carbamatgruppen (d.h. unsubstituierten
Carbamaten) umsetzen. Diese Umsetzung erfolgt ebenfalls in der Wärme, vorzugsweise
in Gegenwart eines Katalysators, wie es im Stand der Technik bekannt
ist. Zur Herstellung von Carbamaten kann man auch einen Alkohol
mit Phosgen und danach mit Ammoniak zu einer Verbindung mit einer
oder mehreren primären
Carbamatgruppen oder ein Polyol mit Phosgen und danach mit einem
primären
Amin zu einer Verbindung mit sekundären Carbamatgruppen umsetzen.
Man kann aber auch ein Isocyanat (z.B. HDI, IPDI) mit einer Verbindung
wie Hydroxypropylcarbamat zu einem mit Carbamat verkappten Isocyanatderivat
umsetzen. Schließlich
kann man Carbamate auch auf dem Wege einer Umcarbamylierung herstellen,
wobei man einen Alkohol oder ein Hydroxyalkylcarbamat mit einem
Alkylcarbamat (z.B. Methylcarbamat, Ethylcarbamat, Butylcarbamat)
zu einer eine primäre
Carbamatgruppe enthaltenden Verbindung umsetzt. Diese Umsetzung
erfolgt in der Wärme,
vorzugsweise in Gegenwart eines Katalysators, wie z.B. eines metallorganischen
Katalysators (z.B. Dibutylzinndilaurat). Weitere bekannte Methoden
zur Herstellung von Carbamaten werden beispielsweise in P. Adams
und F. Baron, „Esters of
Carbamic Acid",
Chemical Review, Bd. 65, 1965, beschrieben.
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Bei
der Herstellung von Carbamatverbindungen, die zur Verwendung bei
der Ausübung
der Erfindung geeignet sind, kann man verschiedene Alkohole einsetzen.
Diese enthalten im allgemeinen 1 bis 160 Kohlenstoffatome, vorzugsweise
1–60 Kohlenstoffatome,
und können
ein- oder mehrwertig (vorzugsweise mit einer Funktionalität von 2
bis 3), aliphatisch, aromatisch oder cycloaliphatisch sein. Sie
können
ausschließlich OH-Gruppen
oder daneben auch noch Heteroatome wie O, S, Si, N, P und andere
Gruppen wie Estergruppen, Ethergruppen, Aminogruppen oder ungesättigte Zentren
enthalten. Als Alkohole eignen sich beispielsweise 1,6-Hexandiol,
1,2-Hexandiol, 2-Ethyl-1,3-hexandiol,
Ethylpropyl-1,5-pentandiol, 2-Methyl-2,4-pentandiol, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol,
2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin-4,7-diol, 1,3-Dihydroxyaceton-Dimer,
2-Buten-1,4-diol, Pantothenol, Weinsäuredimethylester, Pentaethylenglykol,
Dimethylsilyldipropanol und 2,2'-Thiodiethanol.
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Man
kann aber auch ein Isocyanat (vorzugsweise ein Diisocyanat, z.B.
HDI, IPDI) mit einer Verbindung wie Hydroxypropylcarbamat zu einem
mit Carbamat verkappten Polyisocyanatderivat umsetzen, wie es in
der US-Patentanmeldung
Serial No. 08/098,176 beschrieben wird. Das Polyisocyanat kann aliphatisch,
auch cycloaliphatisch, oder aromatisch sein. Als aliphatische Polyisocyanate
eignen sich beispielsweise aliphatische Diisocyanate wie Ethylendiisocyanat,
1,2-Diisocyanatopropan, 1,3-Diisocyanatopropan, 1,6-Diisocyanatohexan,
1,4-Butylendiisocyanat, Lysindiisocyanat, 1,4-Methylenbis(cyclohexylisocyanat)
und Isophorondiisocyanat. Als aromatische Diisocyanate oder aliphatische
Diisocyanate kommen u.a. die verschiedenen Isomere des Toluoldiisocyanats,
meta-Xyloldiisocyanat und para-Xyloldiisocyanat
sowie 4-Chlor-1,3-phenylendiisocyanat, 1,5-Tetrahydronaphthalindiisocyanat,
4,4'-Dibenzyldiisocyanat
und 1,2,4-Benzoltriisocyanat in Betracht. Daneben kann man auch
die verschiedenen Isomere des α,α,α',α'-Tetramethylxyloldiisocyanats einsetzen. Ferner
kommen Biurete von Isocyanaten, wie z.B. DESMODUR® N-100
von Mobay, in Betracht.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung setzt man ein Polyisocyanat mit einer eine gegenüber Isocyanat
reaktiven Gruppe und eine Carbamatgruppe enthaltenden Verbindung,
z.B. einem Hydroxyalkylcarbamat, wie z.B. Hydroxypropylcarbamat
oder Hydroxyethylcarbamat, um. Alternativ dazu kann man an das Polyisocyanat
Substituenten addieren, die nach vollständiger Umsetzung mit der Polyisocyanatverbindung
zur Bildung von Carbamatgruppen befähigt sind. So kann man das
Polyisocyanat beispielsweise mit einer Verbindung mit einer aktiven
Wasserstoff enthaltenden Gruppe (z.B. Hydroxyl) und einer cyclischen
Carbonatgruppe (z.B. dem Produkt der Umsetzung von Glycidol und
CO2) umsetzen und die cyclischen Carbonatgruppen
dann mit Ammoniak in die carbamat-funktionellen Gruppen überführen. Alternativ
dazu kann man das Polyisocyanat mit einer aktiven Wasserstoff enthaltenden
Gruppe (z.B. Hydroxyl) und einer Epoxidgruppe umsetzen, die Epoxidgruppe
mit CO2 in cyclisches Carbonat umwandeln
und die cyclischen Carbonatgruppen dann mit Ammoniak in die carbamatfunktionellen
Gruppen überführen.
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Nach
einem weiteren Syntheseverfahren setzt man die Isocyanatgruppen
eines Polyisocyanats zunächst
mit einer Verbindung mit einer gegenüber Isocyanat reaktiven Gruppe
sowie einer funktionellen Gruppe, bei der es sich nicht um NCO handelt,
um. Dieses Addukt wird dann mit einer Verbindung mit mindestens einer
Carbamatgruppe oder in Carbamat überführbaren
Gruppe und mindestens einer gegenüber den funktionellen Gruppen,
bei denen es sich nicht um NCO handelt, reaktiven Gruppe umgesetzt.
Beispiele für
derartige funktionelle Gruppen, bei denen es sich nicht um NCO-Gruppen handelt,
sind Carboxyl, Epoxid, Hydroxyl und Amino. So kann man beispielsweise
ein OH-funktionelles Addukt (das durch Umsetzung eines Polyisocyanats mit
einem Aminoalkohol hergestellt werden kann) mit dem Sauerstoff eines
COO-Teils der Carbamatgruppe oder eines Alkylcarbamats oder mit
der Methylolgruppe von Methylolacrylamid (HO-CH2-NH-CO-CH=CH2) umsetzen. Im Fall der COO-Gruppe eines
Alkylcarbamats durchläuft
die Hydroxylgruppe des Polyurethans eine Umesterung mit der COO-Gruppe,
was zur Anknüpfung
der Carbamatgruppe an das Polyurethan führt. Im Fall von Methylolacrylamid
wird die ungesättigte
Doppelbindung dann mit Peroxid zu einer Epoxidgruppe umgesetzt.
Die Epoxidgruppen werden anschließend mit CO2 zu
cyclischen Carbonatgruppen umgesetzt, die durch Umsetzung mit Ammoniak
in Carbamatgruppen umgewandelt werden. Alternativ dazu kann man
ein säurefunktionelles
Polyisocyanat (das durch Umsetzung eines Polyisocyanats mit einer
hydroxyfunktionellen Carbonsäure
hergestellt werden kann) mit Essigsäureanhydrid zu einem anhydridfunktionellen
Triisocyanurat umsetzen, das dann mit einem Hydroxyalkylcarbamat
umgesetzt werden kann.
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An
die oben beschriebenen Polyisocyanate werden Verbindungen mit einer
Carbamatgruppe oder in Carbamat überführbaren
Gruppe und einer gegenüber
der NCO-funktionellen
Gruppe auf dem Polyisocyanat oder der funktionellen Gruppe des Polyisocyanats,
bei der es sich nicht um eine NCO-Gruppe handelt, reaktiven Gruppe
addiert. An die NCO-Gruppen eines Diisocyanats oder Isocyanurats
addierbare carbamatgruppenhaltige Verbindungen sind bevorzugt aktiven
Wasserstoff enthaltende Carbamate wie Hydroxyalkylcarbamate (z.B.
Hydroxypropylcarbamat oder Hydroxyethylcarbamat). Zu Verbindungen
mit in Carbamat überführbaren
Gruppen und gegenüber
NCO reaktiven Gruppen gehören
aktiven Wasserstoff enthaltende cyclische Carbonatverbindungen,
die durch Umsetzung mit Ammoniak in Carbamat überführt werden können (z.B.
das Produkt der Umsetzung von Glycidol mit CO2),
Monoglycidylether (z.B. Cardura E®),
die durch Umsetzung mit CO2 und dann mit
Ammoniak in Carbamat überführt werden
können,
sowie Monoglycidylester (z.B. das Produkt der Umsetzung einer Carbonsäure mit
Epichlorhydrin), die durch Umsetzung mit CO2 und
dann mit Ammoniak in Carbamat überführt werden
können,
Allylalkohole, bei denen die Alkoholgruppe gegenüber NCO reaktiv ist und die
Doppelbindung durch Umsetzung mit Peroxid in Carbamat überführt werden
kann, sowie Vinylester, bei denen die Estergruppe gegenüber NCO
reaktiv ist und die Vinylgruppe durch Umsetzung mit Peroxid, danach
mit CO2 und dann mit Ammoniak in Carbamat überführt werden
kann.
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Nichtpolymere
oder oligomere carbamtfunktionelle Verbindungen haben im allgemeinen
ein Molekulargewicht von 75–2000
und vorzugsweise von 75–1500.
Unter Molekulargewicht ist hier das gewichtsmittlere Molekulargewicht
zu verstehen. Die Bestimmung des Molekulargewichts kann nach der
GPC-Methode erfolgen.
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In
der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung
kann man auch Gemische der polymeren und nichtpolymeren oder oligomeren
carbamatfunktionellen Verbindungen verwenden.
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Als
Vernetzer zur Umsetzung mit Carbamat unter Bildung einer Urethanbindung
gemäß obiger
Definition kommen verschiedene Substanzen in Betracht. Dazu gehören Aminoplastharze,
wie Melamin-Formaldehyd-Harz (einschließlich monomerem oder polymerem
Melaminharz und teil- oder vollalkyliertem Melaminharz), Harnstoffharze
(z.B. Methylolharnstoffe, wie Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Alkoxyharnstoffe,
wie butyliertes Harnstoff-Formaldehyd-Harz), Polyanhydride (z.B.
Polybernsteinsäureanhydrid),
Phenol-Formaldehyd-Addukte und Polysiloxane (z.B. Trimethoxysiloxan).
Bevorzugt sind Aminoplastharze, in denen eines oder mehrere der
Aminostickstoffatome mit einer Carbamatgruppe substituiert ist bzw.
sind, zur Verwendung bei einem Verfahren mit einer Härtungstemperatur
unter 150°C
gemäß der
US-PS 5,300,328 .
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Beispiele
für die
im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete hydroxyfunktionelle
Polysiloxanverbindung sind alkyl- oder hydroxyalkylsubstituierte
Polysiloxanverbindungen und acryl-, polyurethan-, polyester- oder
polyethermodifiziertes Polysiloxan. Das hydroxyfunktionelle Polysiloxan
wird in einer Menge zwischen 0,005 und 2,0 Prozent und vorzugsweise
zwischen 0,05 und 1,0 Prozent, bezogen auf den gesamten nichtflüchtigen
Anteil der Beschichtungszusammensetzung verwendet. Das Polysiloxan
weist eine Hydroxyzahl zwischen 50 und 170 auf. Vorzugsweise beträgt die Hydroxylzahl
mindestens 70 und liegt besonders bevorzugt zwischen 80 und 140.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Polysiloxan um ein polyestermodifiziertes Polysiloxan.
Das polyestermodifizierte Polysiloxan weist ein gewichtsmittleres
Molekulargewicht zwischen 1000 und 20.000 und vorzugsweise zwischen
2000 und 10.000 auf. Außerdem
ist ein polyestermodifiziertes Polysiloxan mit einem gewichtsmittleren
Molekulargewicht zwischen 200 und 3000 bevorzugt. Das polyestermodifizierte
Polysiloxan kann ferner durch Alkyl-, Dialkyl-, Phenyl-, Diphenyl-
und Alkylphenylgruppen substituiert sein. Herstellungsverfahren
für derartige
Polyester werden in den US-Patentschriften 4,636,552, 4,613,641
und 4,812,518 beschrieben.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
die erfindungsgemäße Zusammensetzung
außerdem
eine Komponente, die eine oder mehrere Epoxidgruppen aufweist. Epoxide
sind an sich gut bekannt. Das Epoxid kann die folgende allgemeine
Formel aufweisen:
worin R
1,
R
2, R
3 und R
4 jeweils unabhängig voneinander für H (mit
der Maßgabe,
daß mindestens
einer der Reste R1–R4
von H verschieden ist) oder einen organischen Rest, der polymer
oder nichtpolymer sein kann, ungesättigt sein kann und/oder Heteroatome
enthalten kann, stehen oder einer der Reste R1 oder R2 gemeinsam
mit einem der Reste R3 oder R4 einen cyclischen Ring bilden kann,
der ungesättigt
sein kann und/oder Heteroatome enthalten kann.
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Wenngleich
bei der Ausübung
der vorliegenden Erfindung im wesentlichen alle Epoxide in Betracht kommen,
ist das Epoxid vorzugsweise weitgehend frei von Gruppen, die gegenüber einer
der beiden Komponenten, die miteinander unter Bildung von Urethanbindungen
reagieren können,
reaktiv sind. Unter „weitgehend
frei" von derartigen
Gruppen ist zu verstehen, daß der
Grad der Reaktion zwischen einer der beiden Komponenten, die unter
Bildung von Urethanbindungen reagieren können, und jeder reaktiven Komponente
des Epoxids so gering ist, daß jegliche
unerwünschte
Beeinträchtigung
der Zwischenschichthaftungseigenschaften des Überzugs vermieden wird.
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Geeignete
Epoxide sind aus Alkoholen, z.B. Butanol oder Trimethylolpropan,
durch Umsetzung mit einem Epihalogenhydrin (z.B. Epichlorhydrin)
oder durch Umsetzung einer Allylgruppe mit Peroxid erhältlich.
Es kommen auch oligomere oder polymere Polyepoxide, wie z.B. glycidylmethacrylathaltige
Acrylpolymere oder -oligomere oder epoxidgruppenterminierte Diglycidylether
von Bisphenol A (DGEBPA) in Betracht. Epoxidierte Polyurethanharze
oder Polyesterharze sind durch Umsetzung von OH-Gruppen enthaltenden
Polyurethanen oder Polyestern, wie sie in der Technik bekannt sind,
mit einem Epihalogenhydrin erhältlich.
Epoxide können auch
durch Umsetzung einer isocyanatterminierten Komponente, wie eines
monomeren, polymeren oder oligomeren Polyisocyanats, mit Glycidol
hergestellt werden. Es kommen auch andere bekannte Polyepoxide in Betracht,
z.B. Epoxynovolake.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Epoxid um ein acrylhaltiges Polymer oder
Oligomer, dessen Epoxidgruppen sich vorzugsweise von Glycidylmethacrylatmonomer,
Glycidylacrylat, Allylglycidylether, Cyclohexylmonoepoxymethacrylat,
dem Epoxid des Dimers von Cyclopentadienmethacrylat oder epoxidiertem
Butadien, besonders bevorzugt Glycidylmethacrylat, ableiten. Nach
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich sowohl bei der epoxidgruppenhaltigen Komponente
als auch bei einer der unter Bildung von Urethanbindungen reagierenden
Komponenten um Acrylpolymere oder -oligomere. Das Epoxid liegt in
der Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise in einer Menge von
0,0001 bis 0,05 Epoxidäquivalenten
pro 100 g Harz vor. Ein derartiges Epoxyacrylharz enthält vorzugsweise
eine oder mehrere der Komponenten Laurylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat,
2-Ethylhexylmethacrylat oder Butylacrylat. Die Einstellung des Epoxidäquivalentgewichts,
des Molekulargewichts und der Glasübergangstemperatur des Epoxyacrylharzes
erfolgt durch Variation der Monomerzusammensetzung zwecks Optimierung
der Leistungsfähigkeit
in der jeweiligen Beschichtungszusammensetzung nach an sich bekannten
Methoden.
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Die
Beschichtungszusammensetzung kann zusätzlich ein hydroxyfunktionelles
Polymer, wie hydroxyfunktionelles Acrylpolymer, in einer Menge zwischen
0,5 und 25,0 Prozent, bezogen auf den gesamten Feststoffgehalt der
Beschichtungszusammensetzung, enthalten.
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In
der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung
kann man gegebenenfalls ein Lösungsmittel
verwenden. Zwar kann die erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzung
beispielsweise in Form eines weitgehend festen Pulvers oder einer
Dispersion eingesetzt werden, jedoch ist es häufig wünschenswert, daß die Zusammensetzung
in weitgehend flüssigem
Zustand vorliegt, was man durch den Einsatz eines Lösungsmittels
erreichen kann. Dieses Lösungsmittel
sollte für
alle Komponenten in der Zusammensetzung als Lösungsmittel wirken. Im allgemeinen
kann es sich bei dem Lösungsmittel
je nach den Löslichkeitseigenschaften
der verschiedenen Komponenten um ein beliebiges organisches Lösungsmittel
und/oder Wasser handeln. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Lösungsmittel
um ein polares organisches Lösungsmittel.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Lösungsmittel um ein polares
aliphatisches Lösungsmittel
oder ein polares aromatisches Lösungsmittel.
Noch weiter bevorzugt handelt es sich bei dem Lösungsmittel um ein Keton, einen
Ester, ein Acetat, ein aprotisches Amid, ein aprotisches Sulfoxid
oder ein aprotisches Amin. Als Lösungsmittel
eignen sich beispielsweise Methylethyl-keton, Methylisobutylketon,
n-Amylacetat, Ethylenglykolbutyletheracetat, Propylenglykolmonomethyletheracetat,
Xylol, N-Methylpyrrolidon oder Gemische aromatischer Kohlenwasserstoffe.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich
bei dem Lösungsmittel
um Wasser oder ein Gemisch aus Wasser mit geringen Mengen an wäßrigen Cosolventien.
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Die
bei der Ausübung
der Erfindung verwendete Beschichtungszusammensetzung kann einen
Katalysator enthalten. Bei dem Katalysator kann es sich um eine
blockierte oder unblockierte phosphorhaltige Säure oder ein blockiertes oder
unblockiertes phosphorhaltiges Säurederivat
mit einer Säurezahl
zwischen 200 und 900 handeln. Beispiele für derartige Katalysatoren sind
Pyrophosphate, Phosphorsäureester
einschließlich
saurem Phenylphosphat und sauren Alkylphosphaten mit einer Alkylkette
mit einer Länge
von 1 bis 8 Kohlenstoffatomen. Andere geeignete Katalysatoren sind
Sulfonsäuren,
wie Dodecylbenzolsulfonsäure,
p-Toluol-sulfonsäure, Dinonylnaphthalindisulfonsäure, und
Lewis- Säuren. Man
kann auch Gemische von Katalysatoren verwenden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
liegt das Lösungsmittel
in der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von etwa 0,01
Gewichtsprozent bis etwa 99 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa
10 Gewichtsprozent bis etwa 60 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt
von etwa 30 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent vor.
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In
die Beschichtungszusammensetzung können auch alle verwendeten
zusätzlichen
Reagentien eingearbeitet werden, beispielsweise Tenside, Füllstoffe,
Stabilisatoren, Netzmittel, Dispergiermittel, Haftvermittler, W-Absorber, HALS-Verbindungen
usw. Zwar sind die Reagentien an sich gut bekannt, jedoch muß man die
Einsatzmenge genau bemessen, damit die Beschichtungseigenschaften
nicht beeinträchtigt
werden.
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Die
erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen
können
klar oder pigmentiert sein. Bei Pigmentierung kann man als Pigment
beliebige organische oder anorganische Verbindungen oder farbige
Materialien, Füllstoffe,
metallische oder andere anorganische plättchenförmige Materialien, wie z.B.
Glimmer- oder Aluminiumplättchen,
und andere Materialien dieser Art, die im Stand der Technik normalerweise
als Pigmente bezeichnet werden, verwenden. Die Pigmentierungshöhe der Zusammensetzung
beträgt
in der Regel 1% bis 100, bezogen auf das Gesamtfeststoffgewicht
der Komponenten in der Beschichtungszusammensetzung (d.h. das Pigment-Bindemittel-Verhältnis beträgt 0,1 bis
1).
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung
sorgt für
eine verbesserte Zwischenschichthaftung, wenn die Polysiloxankomponente
in der Basislack- oder Klarlackschicht verwendet wird.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung,
die die Polysiloxankomponente enthält, als Klarlack einer Farblack-Klarlack-Verbundbeschichtung
verwendet. Pigmentierte Basislackzusammensetzungen zur Verwendung
damit sind in großer
Vielfalt an sich gut bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu
werden. Als Polymere, die sich bekanntlich zur Verwendung in Basislackzusammensetzungen
eignen, seien Acrylverbindungen, Vinylverbindungen, Polyurethane,
Polycarbonate, Polyester, Alkyde und Polysiloxane genannt. Zu den
bevorzugten Polymeren gehören
Acrylverbindungen und Polyurethane. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird in der Basislackzusammensetzung auch ein carbamatfunktionelles
Acrylpolymer eingesetzt. Basislackpolymere können thermoplastisch sein,
sind jedoch bevorzugt vernetzbar und enthalten somit eine oder mehrere
Arten von vernetzbaren funktionellen Gruppen. Als Beispiele für derartige
Gruppen seien Hydroxyl-, Isocyanat-, Amin-, Epoxid-, Acrylat-, Vinyl-,
Silan- und Acetoacetatgruppen genannt. Diese Gruppen können so
maskiert bzw. blockiert sein, daß sie erst unter den gewünschten
Härtungsbedingungen,
im allgemeinen bei erhöhten
Temperaturen, entblockt werden und für die Vernetzungsreaktion zur
Verfügung
stehen. Als vernetzbare funktionelle Gruppen eignen sich u.a. Hydroxyl-,
Epoxid-, Säure-,
Anhydrid-, Silan- und Acetoacetatgruppen. Zu den bevorzugten vernetzbaren
funktionellen Gruppen gehören
hydroxyfunktionelle Gruppen und aminofunktionelle Gruppen.
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Basislackpolymere
können
selbstvernetzend sein oder einen separaten Vernetzer erfordern,
welcher gegenüber
den funktionellen Gruppen des Polymers reaktionsfähig ist.
Enthält
das Polymer beispielsweise hydroxyfunktionelle Gruppen, so kann
es sich bei dem Vernetzer um ein Aminoplastharz, Isocyanat und blockierte
Isocyanate (einschließlich
Isocyanuraten) sowie säure- oder anhydridfunktionelle
Vernetzer handeln.
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Als
Beispiele für
Basislacke, die zur Verwendung mit einem Klarlack mit dem hydroxyfunktionellen
Polysiloxanadditiv gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet sind, seien mit Melamin vernetzte hydroxyfunktionelle
Polymerharze genannt. Diese sind im Handel von BASF Corporation,
Southfield, Michigan, USA, unter den folgenden Codes erhältlich:
E87AE720, ein feststoffreicher lösungsmittelhaltiger
Silbermetallic-Basislack einer Acryl-Melamin-Formulierung; E55NW028,
ein wäßriger Beigemetallic-Basislack
einer Polyurethan-Melamin-Formulierung;
E54WW005, ein weißer
wäßriger Basislack
einer Polyurethan-Melamin-Formulierung.
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Die
hier beschriebenen Beschichtungszusammensetzungen werden vorzugsweise
Bedingungen unterworfen, bei denen die Lackschichten aushärten.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Verbesserung
der Zwischenschichthaftung einer mehrschichtigen Beschichtungszusammensetzung.
Bei dem Verfahren bringt man auf ein Substrat eine Basislackzusammensetzung
auf und bringt danach eine Schicht einer Klarlackbeschichtungszusammensetzung
auf, wobei mindestens eine der Beschichtungszusammensetzungen
- (A) mindestens ein Polymer mit mehreren Carbamatgruppen,
- (B) eine Komponente mit mehreren gegenüber den Carbamatgruppen der
Komponente (A) reaktiven Gruppen und
- (C) eine hydroxyfunktionelle Polysiloxankomponente mit einer
Hydroxylzahl zwischen etwa 50 und etwa 170
enthält.
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Das
zu beschichtende Substrat kann grundiert oder ungrundiert sein.
Wenn das Substrat ungrundiert ist, kann es unbehandelt oder behandelt
sein, wie durch Phosphatbehandlung. Die Basislackzusammensetzung
wird in einer Dicke zwischen 7,6 und 38,1 μm (0,3 und 1,5 Millizoll) aufgebracht,
wobei der Bereich von 12,7 bis 30,5 μm (0,5 bis 1,2 Millizoll) bevorzugt
ist. Die Klarlackzusammensetzung wird im allgemeinen in einer Dicke
von bis zu 63,5 μm
(2,5 Millizoll) aufgebracht. Die Dicke kann im Bereich von 0 bis
61,0 μm
(2,4 Millizoll) liegen, wobei 0 Überspritzen
des Klarlacks darstellt. Der Klarlack wird vorzugsweise in einer
Dicke von mehr als 30,5 μm
(1,2 Millizoll) und besonders bevorzugt 35,6 bis 50,8 μm (1,4 bis
2,0 Millizoll) aufgebracht. Innerhalb dieser Filmdickenbereiche
wurde eine verbesserte Zwischenschichthaftung gefunden, wenn der Klarlack
die hydroxyfunktionelle Polysiloxankomponente enthielt.
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Beschichtungszusammensetzungen
können
nach einer Reihe von an sich gut bekannten Methoden auf den Gegenstand
aufgebracht werden. Dazu gehören
beispielsweise Spritz-, Tauch-, Walzen- und Vorhangbeschichtung
und dergleichen. Für
Autokarosseriebleche ist die Spritzbeschichtung bevorzugt.
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Zwar
kommen verschiedene Härtungsmethoden
in Betracht, jedoch ist die Warmhärtung bevorzugt. Dazu setzt
man den lackierten Gegenstand im allgemeinen erhöhten Temperaturen aus, die
hauptsächlich
von Strahlungswärmequellen
geliefert werden. Die Härtungstemperaturen
variieren dabei je nach den jeweiligen in den Vernetzern verwendeten
Blockierungsgruppen, liegen jedoch im allgemeinen im Bereich zwischen
82°C und
177°C. Die
Härtungszeit
variiert je nach den jeweils eingesetzten Komponenten und physikalischen
Parametern, wie z.B. der Dicke der Schichten. Typische Härtungszeiten
liegen jedoch im Bereich von 15 bis 60 Minuten.
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich besonders gut zur Bereitstellung
von Zwischenschichthaftung in einer Reparaturlackierungssituation,
in der auf ein Substrat mit einer gehärteten Basislackschicht und
einer gehärteten
Klarlackschicht darauf zusätzliche
Beschichtungen aufgebracht werden müssen. Die Härtung der nachfolgenden Reparaturbeschichtungszusammensetzung,
die mindestens eine zusätzliche
Basislackschicht und mindestens eine zusätzliche Klarlackschicht umfaßt, kann
durch gleichzeitiges oder aufeinanderfolgendes Härten der Überzugsschichten bei Temperaturen
zwischen 82°C
und 149°C über einen
Zeitraum zwischen 10 Minuten und 90 Minuten erfolgen. Konkrete Beispiele
für Reparaturmethoden
sind in den Beispielen aufgeführt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner lackierte Gegenstände mit
einem Substrat, auf das (a) eine Basislackzusammensetzung und (b)
eine nach dem Basislack aufgebrachte Klarlackzusammensetzung gemäß obiger
Beschreibung aufgebracht sind.
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Diese
Gegenstände
können
ferner mit einem zusätzliche
darauf aufgebrachte Basislack- und Klarlackschichten enthaltenden Überzug versehen
sein und/oder wobei eine Masse aus der Gruppe bestehend aus Klebstoff-
und Dichtungsmittelzusammensetzungen.
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Die
Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, ohne
sie einzuschränken.
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KLARLACKHERSTELLUNG
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Es
wurden Klarlackzusammensetzungen mit den folgenden Formulierungen
hergestellt.
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Gewichte
sind in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung,
angegeben.
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Reparatur mit niedriger
Einbrenntemperatur („Low
Bake")
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Eine
ein mit Melamin vernetztes hydroxyfunktionelles Acrylharz enthaltende
Silberbasislackzusammensetzung, die im Handel von BASF Corporation
unter der Bezeichnung E87AE720 erhältlich ist, wurde als Basislack
einer Basislack/Klarlack-Verbundbeschichtung in einer Dicke von
etwa 25,4 μm
(1,0 Millizoll) auf ein grundiertes Stahlblech aufgetragen. Danach
wurde Klarlack in verschiedenen Dicken von 0 bis 50,8 μm (2,0 Millizoll)
aufgebracht. Die Bleche wurden bei einer Temperatur von 124°C 15 Minuten
naß in
naß teilgehärtet. Dann
wurden eine zweite Basislackschicht mit einer Dicke von 25,4 μm (1,0 Millizoll)
und eine zweite Klarlackschicht mit einer Dicke von 50,8 μm (2,0 Millizoll)
aufgebracht und 15 Minuten bei 124°C gehärtet.
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Dann
wurden die Bleche einer Haftungsprüfung gemäß ASTM 3359 unterzogen, bei
der nach Einritzen eines Gittermusters in einen Teil des Überzugs
Haftklebeband aufgebracht und wieder abgezogen wurde. Die Bleche
wurden hinsichtlich der Haftung in Prozent über die Länge des Klarlackkeils beurteilt.
Eine Haftung von 100 zeigte an, daß bei der Prüfung kein
Klarlack/Basislack entfernt wurde. Bleche mit weniger als 90% Haftung
wurden als Versager erachtet.
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Reperatur mit Überbrennen
(„Overbake")
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Die
Bleche wurden wie bei der Prüfung
der Reparatur bei niedriger Einbrenntemperatur lackiert und folgendermaßen gehärtet. Die
erste Basislack/Klarlackschicht wurde 90 Minuten bei 146°C gleichzeitig
gehärtet,
und die zweite Basislack/Klarlackschicht wurde 15 Minuten bei 124°C gleichzeitig
gehärtet.
Die Bleche wurden wie oben beschrieben bezüglich ihrer Haftung beurteilt.
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Die
Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt:
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