EP0946657A1 - Paint and additive for cathodic electrophoretic dip-coating - Google Patents

Paint and additive for cathodic electrophoretic dip-coating

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Publication number
EP0946657A1
EP0946657A1 EP97953860A EP97953860A EP0946657A1 EP 0946657 A1 EP0946657 A1 EP 0946657A1 EP 97953860 A EP97953860 A EP 97953860A EP 97953860 A EP97953860 A EP 97953860A EP 0946657 A1 EP0946657 A1 EP 0946657A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrocoat
added
amino groups
compounds
mixture
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97953860A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Arlt
Walter Jouck
Guido Wilke
Udo Strauss
Wolfgang Bremser
Edwin Cramer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF Coatings GmbH
Original Assignee
BASF Coatings GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF Coatings GmbH filed Critical BASF Coatings GmbH
Publication of EP0946657A1 publication Critical patent/EP0946657A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/44Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes for electrophoretic applications
    • C09D5/4488Cathodic paints
    • C09D5/4492Cathodic paints containing special additives, e.g. grinding agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D5/448Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes for electrophoretic applications characterised by the additives used

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrocoat, an electrocoat produced by the process and its use to improve edge protection in electrocoats.
  • Electrocoating in particular cathodic electrocoating, is an increasingly common method for coating electrically conductive objects in recent years, in which preferably water-thinnable, cationic group-bearing synthetic resins are deposited electrophoretically on the surface to be coated become.
  • the KTL finds a preferred application in the priming of device housings and automobile bodies.
  • Electric immersion baths suitable for the purposes mentioned are e.g. described in the following patent documents: US-3,799,854; U.S. 3,984,299; U.S. 4,031,050; U.S. 4,252,703; U.S. 4,332,711; DE-31 08 073; DE-27 01 220; DE-31 03 642; DE-32 15 891; EP-0505 445; EP-0074634; EP-0358221.
  • Resins which can be electrodeposited on the cathode are described, for example, in US Pat. No. 3,617,458. It is a cross-linkable coating compound that is deposited on the cathode. These coating compositions are derived from an unsaturated polymer which contains amine groups and carboxyl groups and an epoxidized material. US Pat. No. 3,663,389 describes compositions which can be deposited electrically and electrically and which are mixtures of certain amine-aldehyde condensates and a large number of cationic resinous materials, one of these materials being reacted with an organic polyepoxide with a secondary amine and solubilizing with Acid can be produced.
  • aqueous dispersions which can be deposited electrically on the cathode and consist of an epoxy resin ester, water and tertiary amino salts.
  • the epoxy ester is the reaction product of glycidyl polyether and a basic unsaturated oleic acid.
  • the amine salt is the reaction product of an aliphatic carboxylic acid and a tertiary amine.
  • Binder based on epoxy and polyurethane for the use of binder dispersions and pigment pastes are also known in numerous configurations. For example, reference is made to DE-27 01 002, EP-A-261 385, EP-A-004090 and DE-PS 3630 667.
  • the KTL offers great advantages over other state-of-the-art processes due to its good material yield and the fact that organic solvents are largely avoided.
  • the lacquer layer During the heating of the lacquer layer, however, it first becomes liquid and reaches its so-called minimum viscosity at a certain temperature. As the temperature continues to rise, the viscosity of the applied coating then increases again due to the crosslinking of the binders. In the thin liquid phase in the area of the viscosity minimum, the effect now occurs that the lacquer layer flows away from the edges of the workpiece due to interfacial forces. This reduces the thickness of the paint layer remaining on the edge, and in the worst case, the edge is even completely exposed.
  • a disadvantage of the described methods is that they are relatively complex and complicated. Furthermore, an increase in the edge protection is accompanied by a deterioration in the course. This is because a uniform, smooth course of the electrocoat layer is not least produced by the fact that the lacquer layer liquefies during the baking and is evenly distributed in the process. The increase described the minimum viscosity of the electrocoat layer therefore generally results in a deterioration in the film flow.
  • the object of the present invention is to achieve a considerable improvement in edge protection with a simple and inexpensive method for producing electrocoat materials from aqueous binder dispersions.
  • aldehydes are not only suitable as such, but also those compounds which are able to split off aldehydes or aldehyde groups.
  • the use of formaldehyde is particularly preferred according to the invention.
  • the aldehyde is added as a 35-45% aldehyde solution.
  • Such solutions are commercially available in the case of the invention according to preferred formaldehyde such as formalin under the name ®.
  • the content of the aldehydes in the solution or compounds which release aldehydes depends on the intended use. In principle, however, the additives can consist of up to 100% aldehyde.
  • R is a hydrogen atom or an alcyl radical having 1-10 C atoms.
  • the compounds containing amino groups which can be used in the context of the invention are preferably reactive with the aldehydes, ie have primary or secondary amino groups. If reactive amino lip-containing compounds are added, an improvement in edge protection is based on the following relationships. A deposited film lowers its viscosity during curing at a higher temperature, before the crosslinking reaction has started or has progressed sufficiently. As a result, the film interferes with the edges during curing due to interfacial forces. With the use of aldehydes and compounds containing amino groups reactive with aldehydes, whether it is a binder containing amino groups or a different additional compound containing amino groups, the time and temperature-dependent development of the viscosity mentioned during curing is advantageously influenced.
  • the amino group-containing compound and the aldehyde react with one another and the reaction product increases the viscosity of a deposited film in the initial phase of the temperature increase in the course of the curing.
  • this increase in viscosity is probably only an intermediate one, since, as the temperature increases, a reduction in viscosity (compared to the viscosity development when using, for example, microgels) occurs with the 5a
  • the mixture can then be added to commercial dip lacquers in an amount that the user can control.
  • the amounts are preferably adjusted so that the aldehyde content in the electrocoat material is between 50 to 1,000 ppm, preferably 200 to 500 ppm.
  • aldehydes or aldehyde mixtures according to the invention described can in principle be added to all commercially available electrocoat materials or binders to improve edge protection.
  • the electrocoat does not contain a catalyst, this can accordingly be added separately to the electrocoat.
  • These are generally metals, in particular heavy metals, metal-containing compounds or mixtures. These can preferably be present as divalent cations in the electrocoat material. According to the invention, the presence of lead has proven to be particularly advantageous. The following can be considered here: Mixtures containing lead or compounds releasing lead cations.
  • the catalysts are added in amounts of about 200 to 800 ppm, particularly preferably 350-650 ppm, based on the electrocoat material.
  • the electrocoat used contains the necessary compounds with amino groups, for example in the form of binders with primary amino groups. However, it is also possible to add the amino group-carrying compounds separately to the electrocoat material. It is also possible to first mix these compounds with the aldehyde - as already described above - and then to add the reaction adduct produced in this mixture to the electrocoating material.
  • Suitable electrocoating materials are both electrocoating materials which can be deposited on the anode, but preferably electrocoating materials which can be deposited on the cathode.
  • anodically depositable electrodeposition paint binders and paints (ATL) containing anionic groups which can be used according to the invention are known and are described, for example, in DE-A-28 24 418. These are, for example, binders based on polyesters, epoxy resin esters, poly (meth) acrylates, maleate oils or polybutadiene oils.
  • the binders carry, for example, -COOH, -SO3H and / or P03H2 groups. After neutralization of at least some of the acidic groups, the resins can be converted into the water phase.
  • the lacquers can also be crosslinkers commonly used, e.g. Contain triazine resins, crosslinkers with groups capable of transesterification and / or transamidation or blocked polyisocyanates.
  • the cathodically depositable electrocoat materials can contain any aqueous cathodically depositable synthetic resin suitable for aqueous electrocoat materials.
  • Binders and crosslinking agents which can be used in KTL lacquers are described in EP-A-82 291, EP-A-234 395, EP-A-209 857, EP-A-227 975, EP-A-178 531, EP-A-333 327, EP-A-310 971, EP-A-456 270, EP-A-261 385, EP-A-245 786, EP-A-414 199, EP -A-476 514, DE-A-33 24 211 and US-A-3,922253.
  • electrocoat materials preferably contain cationic, amine-modified epoxy resins as cathodically depositable synthetic resins.
  • synthetic resins are known and are described, for example, in DE-A-35 18 770, DE-A-35 18 732, EP-B-102501, DE-A-27 01 002, US-A-4,104,147, EP-A-4090 , EP-A-12463, US-A-4,03,050, US-A-3,922,253, US-A-4, 101,486, US-A-4,038,232 and US-A-4,017,438.
  • the preparation of cationic, amine-modified epoxy resins is also described in detail in these patent documents.
  • Cationic reaction products are formed from cationic, amine-modified epoxy resins
  • These cationic, amine-modified epoxy resins can be prepared by reacting components ( ⁇ ), ( ⁇ ) and, if appropriate, ( ⁇ ) and - if necessary - subsequent protonation. However, it is also possible to react an unmodified polyepoxide with an amine and to carry out further modifications on the amine-modified epoxy resin thus obtained. Polyepoxides are understood to mean compounds which contain two or more epoxy groups in the molecule.
  • Particularly preferred ( ⁇ ) components are compounds which can be prepared by reacting
  • components (i) and (ii) being used in a molar ratio of 10: 1 to 1: 1, preferably 4: 1 to 1.5: 1, and the reaction of component (i) with component (ii) 100 to 190 ° C, optionally in the presence of a catalyst, is carried out (cf. DE-A-35 18 770).
  • ⁇ components are compounds which can be prepared by a starter which reacts at 100 to 195 ° C., optionally in the presence of a catalyst, by a monofunctional reactant which either contains an alcoholic OH group or a phenolic OH group.
  • a starter which reacts at 100 to 195 ° C., optionally in the presence of a catalyst, by a monofunctional reactant which either contains an alcoholic OH group or a phenolic OH group.
  • Group or an SH group initiated polyaddition of a diepoxide compound and / or a mixture of diepoxide compounds, optionally together with at least one mono-epoxide compound 10 an epoxy resin in which the diepoxide compound and starter are installed in a molar ratio of greater than 2: 1 to 10: 1 (cf. DE-A-35 18732).
  • Polyepoxides which can be used for the production of the particularly preferred ( ⁇ ) components and also themselves as ( ⁇ ) components are polyglycidyl ethers of polyphenols prepared from polyphenols and epi-halohydrins.
  • polyphenols e.g. bisphenol A and bisphenol F are very particularly preferably used.
  • 4,4'-dihydroxybenzophenone bis (4-hydroxyphenyl) l, l-ethane, bis- (4-hydroxyphenyl) -l, l-isobutane, bis- (4-hydroxy-tertiary-butylphenyl) are also ) -2,2-propane, bis- (2-hydroxynaphthyl) methane, 1,5-di-hydroxynaphthalene and phenolic novolak resins.
  • polyglycidyl ethers of polyhydric alcohols e.g. Ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,4-propylene glycol, 1,5-pentanediol, 1,2,6-hexanetriol, glycerol and bis- (4-hydroxycyclohexyl) -2,2-propane.
  • Polyglycidyl esters of polycarboxylic acids e.g. Oxalic acid, succinic acid, glutaric acid, terephthalic acid, 2,6-nphthalinedicarboxylic acid and dimerized linoleic acid can be used.
  • Typical examples are glycidyl adipate and glycidyl phthalate.
  • Hydantoine epoxides epoxidized polybutadiene and polyepoxide compounds which are obtained by epoxidation of an olefinically unsaturated aliphatic compound are also suitable.
  • Modified polyepoxides are understood to mean polyepoxides in which at least some of the reactive groups have been reacted with a modifying compound. 11
  • modifying compounds are:
  • carboxyl groups such as saturated or unsaturated monocarboxylic acids (e.g. benzoic acid, linseed oil fatty acid,
  • 2-ethylhexanoic acid versatic acid
  • aliphatic, cycloaliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids of various chain lengths e.g. adipic acid, sebacic acid, isophthalic acid or dimeric fatty acids
  • hydroxyalkyl carboxylic acids e.g. lactic acid, dimethylolpropionic acid
  • carboxyl-containing polyesters or
  • N, N'-dialkylalkylenediamines such as dimethylethylenediamine, N, N'-dialkylpolyoxyalkyleneamines, such as N, N'-dimethylpolyoxypropylenediamine
  • cyanoalkylated alkylenediamines such as bis-N, N'-cyanoethylethylenediamine, cyanoalkylated polyoxyal -kylenamines, such as Bis-N, N'-
  • hydroxyl groups such as neopentyl glycol, bisethoxylated neopentyl glycol, hydroxypivalic acid neopentyl glycol ester, di- 12 methylhydantoin-N, N'-diethanol, 1,6-hexanediol, 2,5-hexanediol, 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, 1,1-isopropylidene-bis- (p-phenoxy) -2-propanol, trimethylolpropane, pentaerythritol or amino alcohols, such as triethanolamine, methyldiethanolamine or hydroxyl group-containing alkylketimines, such as aminomethylpropanediol-1, 3-methylisobutylketimine or tris (hydroximethyl) aminomethancyclohexanonketol ether, as well as polyether polyol polyol polyols caprolactone poly
  • Primary and / or secondary amines can be used as component ( ⁇ ).
  • the amine should preferably be a water-soluble compound.
  • examples of such amines are mono- and dialkylamines, such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, methylbutylamine and the like.
  • Alkanolamines such as e.g. Methylethanolamine, diethanolamine and the like.
  • dialkylaminoalkylamines such as e.g. Dimethylaminoethylamine,
  • the amines can also contain other groups, but these should not interfere with the reaction of the amine with the epoxy group and should not lead to gelation of the reaction mixture.
  • Secondary amines are preferably used as the ( ⁇ ) component.
  • the charges required for water dilutability and electrical separation can be generated by protonation with water-soluble acids (e.g. boric acid, formic acid, lactic acid, preferably acetic acid).
  • water-soluble acids e.g. boric acid, formic acid, lactic acid, preferably acetic acid.
  • Another possibility for introducing cationic groups is to react epoxy groups of component ( ⁇ ) with amine salts.
  • Polyols, polycarboxylic acids, polyamines or polysulfides or mixtures of these classes of substances are used as component ( ⁇ ).
  • the polyols in question include diols, triols and higher polymeric polyols such as polyester polyols and polyether polyols.
  • suitable components ( ⁇ ) reference is made to EP-B2-301 293, in particular on page 4, line 31, to page 6, line 27.
  • the cathodically depositable synthetic resins contained in the electrocoat materials are generally either self-crosslinking and / or are combined with a crosslinking agent or a mixture of crosslinking agents.
  • Self-crosslinkable synthetic resins can be obtained by introducing reactive groups into the synthetic resin molecules, which react with one another under baking conditions.
  • blocked isocyanate groups can be introduced into synthetic resins containing hydroxyl and / or amino groups, which block under firing conditions and react with the hydroxyl or amino groups to form crosslinked coating films.
  • Self-crosslinkable synthetic resins can be obtained, for example, by reacting a synthetic resin containing hydroxyl and / or amino groups with a partially blocked polyisocyanate, which on average contains one free NCO group per molecule.
  • the electrocoat materials can be any crosslinking agent suitable for electrocoat materials, e.g. Phenoplasts, polyfunctional Mannich bases, melamine resins, benzoguanamine resins, blocked polyisocyanates and compounds containing activated ester groups.
  • the electrocoat materials preferably contain blocked polyisocyanates as crosslinking agents.
  • blocked polyisocyanates in electrodeposition paints containing cathodically depositable resins has long been known and is also described in detail in the patent documents cited above, for example in EP-B2-301 293, page 6, line 38, to page 7, line 21.
  • the electrocoat materials of the invention are produced by generally well-known methods.
  • Binder is carried out according to well-known methods (see, for example, DE-C-27 01 002 and others) in organic solvents.
  • the binder solutions thus obtained 15 or dispersions are converted into an aqueous phase in neutralized form.
  • the aqueous electrodeposition paints according to the invention can also contain other customary paint constituents, e.g. Contain pigments, fillers, wetting agents, leveling agents, polymer microparticles, anti-foaming agents, anti-crater additives, catalysts, etc.
  • other customary paint constituents e.g. Contain pigments, fillers, wetting agents, leveling agents, polymer microparticles, anti-foaming agents, anti-crater additives, catalysts, etc.
  • the solids content of the electrocoating materials of the invention is generally 5 to 40, preferably 10 to 40, particularly preferably 20 to 40, percent by weight.
  • the non-volatile fraction of the electrocoat materials of the invention consists of up to, preferably up to,% by weight of an electrophoretically depositable binder or a mixture of electrophoretically depositable binders, 0 to, preferably up to,% by weight of a crosslinking agent or a mixture of different crosslinking agents and up to , preferably up to% by weight of pigments and / or fillers.
  • Pigments are preferably incorporated in the form of a pigment paste in the aqueous binder solution or binder dispersion.
  • the production of pigment pastes is generally known and does not need to be explained in more detail here (see D.H. Parker, Principles of Surface Coating Technology, Intersience Publishers, New York (1965) etc.).
  • epoxy-amine adducts containing quaternary ammonium groups are used to produce the pigment pastes.
  • suitable resins are also described, for example, in EP-A-183 025 and EP-A-469 497.
  • the pigment pastes can contain all pigments and / or fillers suitable for electrocoating, for example Titanium dioxide, zinc oxide, antimony oxide, lead sulfate, lead carbonate, barium carbonate, porcelain, clay, potassium carbonate, aluminum silicate, silicon dioxide, magnesium carbonate and magnesium silicate, cadmium yellow, cadmium red, carbon black, phthalocyanine blue, chrome yellow, toluidyl red and iron oxides as well as anti-corrosion pigments, e.g. Zinc phosphate, lead silicate, or organic corrosion inhibitors.
  • suitable for electrocoating for example Titanium dioxide, zinc oxide, antimony oxide, lead sulfate, lead carbonate, barium carbonate, porcelain, clay, potassium carbonate, aluminum silicate, silicon dioxide, magnesium carbonate and magnesium silicate, cadmium yellow, cadmium red, carbon black, phthalocyanine blue, chrome yellow, toluidyl red and iron oxides as well as anti-corrosion pigments, e.g. Zinc phosphate,
  • the electrocoat materials can also contain conventional additives, such as e.g. the homo- or copolymers of an alkyl vinyl ether described in EP-B2-301 293 (see EP-B2-301 293, page 7, lines 21 to 51), polymer microparticles, anti-cratering agents, wetting agents, leveling agents, anti-foaming agents, catalysts and others. in conventional amounts, preferably in amounts of up to% by weight, based on the total weight of the electrocoat material.
  • conventional additives such as e.g. the homo- or copolymers of an alkyl vinyl ether described in EP-B2-301 293 (see EP-B2-301 293, page 7, lines 21 to 51), polymer microparticles, anti-cratering agents, wetting agents, leveling agents, anti-foaming agents, catalysts and others. in conventional amounts, preferably in amounts of up to% by weight, based on the total weight of the electrocoat material.
  • the electrocoat materials of the invention can be used for painting electrically conductive substrates in which
  • the applied voltage can vary over a wide range and can be, for example, between 2 and 1000 V. Typically, however, voltages between 5o and 500 V are used.
  • the current density is usually between about 10 and 100 A / m ⁇ . In the course of the deposition, the current density tends to drop. As soon as the paint film is deposited on the substrate, the painted substrate is removed from the electrocoating paint and rinsed off. The deposited paint film is then burned in.
  • the stoving temperatures are usually 130 to 200 ° C., preferably 150 to 180 ° C. and the stoving time is generally between 10 and 60 min., Preferably between 15 and 30 min.
  • all electrically conductive substrates can be coated with the method described above.
  • substrates made of metal such as steel, aluminum, copper and the like are mentioned as examples of electrically conductive substrates.
  • motor vehicle bodies and their parts are coated according to the invention with the electrocoat materials in question.
  • the electrodeposition paints are preferably used for priming in the context of a multi-layer coating. 18th
  • the following example shows the preparation of a cationic resin containing primary amino groups.
  • Bisphenol A, bisphenol A diglycidyl ether and a bisphenol A-ethylene oxide adduct are heated together and form a modified polyepoxy resin.
  • a blocked isocyanate is given as a crosslinker.
  • a reaction with a mixture of secondary amines then takes place.
  • the resin is partially neutralized with lactic acid and dispersed in water.
  • Emulsifier mixture 5 15.2
  • Liquid epoxy resin made by reaction of bisphenol A and epichlorohydrin with an epoxide equivalent weight of 188 (Shell Chemicals)
  • Polyurethane crosslinker made from diphenylmethane diisocyanate, in which 4.3 of 6 moles of isocyanate are first reacted with butyl diglycol and the remaining 1.7 moles with trimethylol propane.
  • the crosslinker is in an 80% solution of methyl isobutyl ketone and
  • the Epikote 828, bisphenol A and Dianol 265 are heated to 130 ° C. in a reactor with nitrogen blanketing. Then 1.6 parts of the benzyldimethylamine (catalyst) are added, the reaction mixture is heated to 150 ° C. and kept between 150 ° and 190 ° C. for about half an hour and then cooled down to 140 ° C. The remaining amount of benzyldimethylamine is then added and the temperature is kept at 140 ° until an epoxy equivalent weight of 1120 is established after about 2.5 h. Immediately afterwards, the polyurethane crosslinker is added and the temperature is reduced to 100.degree.
  • the mixture of secondary amines is then added and the reaction is held at 115 ° for about 1 h, 20 until a viscosity of approx. 6 dPas is reached (50% solution in methoxypropanol, ICI cone-plate viscometer).
  • the resin is dispersed in the water in which the lactic acid and the emulsifier mixture are dissolved.
  • the desired primary amino groups are formed from the ketimine adduct by hydrolysis.
  • the solid is 35% after this step, increases after
  • the dispersion is characterized by a particle size of approx. 150 nm.
  • This example shows the preparation of an aqueous dispersion which contains a cathodically depositable synthetic resin and a crosslinking agent:
  • the mixture is cooled to 80 ° C. and, after a further 10 min, 1327 parts of the reaction mixture are transferred to a dispersion vessel. 45 parts of lactic acid (88% strength in water) in 728 parts of deionized water are added in portions with stirring. The mixture is then homogenized for 20 minutes before further dilution in small portions with a further 1400 parts of deionized water.
  • the dispersion has the following key figures:
  • Solids content 30% (1 hour at 130 ° C.)
  • Base content 0.68 milliequivalents / g solids
  • the edge coverage can be determined with an edge quality measuring device.
  • Example 3 Analogously to Example 3, the same cathodically depositable ET varnish is mixed with 500 ppm of a hemavetal of formaldehyde and urea or butanediol and deposited after the reaction time of one day. The hemiacetal is cleaved in the weakly acidic medium and reactive formaldehyde is released. Similar results are obtained. An edge quality factor of 90-100% is obtained. The corrosion values according to ASTM on the edge are also improved from grade 5 to 1.

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Abstract

The invention relates to a method for manufacturing paint for electrophoretic dip-coating made of aqueous binder dispersions. If needed, catalysts are added to these binder dispersions, as are one or several aldehydes of the general formula R-CH=0, or one or more compounds which release such aldehydes, R representing one hydrogen atom or an alcyl group with between 1 and 10 C atoms.

Description

Elektrotauchlack und Additiv für die kathodische Elektrotauchlackierung Electrocoating and additive for cathodic electrocoating
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrotauchlacks, einen nach dem Verfahren hergestellten Elektrotauchlack sowie dessen Verwendung zur Verbesserung des Kantenschutzes bei Elektrotauchlacken.The invention relates to a method for producing an electrocoat, an electrocoat produced by the process and its use to improve edge protection in electrocoats.
Bei der Elektrotauchlackierung (KTL), insbesondere der kathodischen Elek- trotauchlackierung, handelt es sich um ein in den letzten Jahren immer häufiger angewendetes Verfahren zum Beschichten von elektrisch leitfähigen Gegenständen, bei dem vorzugsweise wasserverdünnbare, kationische Gruppen tragende Kunstharze elektrophoretisch auf der zur beschichtenden Fläche abgeschieden werden. Eine bevorzugte Anwendung findet die KTL beim Grundieren von Gerätegehäusen und Automobilkarosserien.Electrocoating (KTL), in particular cathodic electrocoating, is an increasingly common method for coating electrically conductive objects in recent years, in which preferably water-thinnable, cationic group-bearing synthetic resins are deposited electrophoretically on the surface to be coated become. The KTL finds a preferred application in the priming of device housings and automobile bodies.
Für die genannten Zwecke geeignete Elektrotauchbäder sind z.B. in folgenden Patentdokumenten beschrieben: US-3,799,854; US-3,984,299; US- 4,031,050; US-4,252,703; US-4,332,711; DE-31 08 073; DE-27 01 220; DE-31 03 642; DE-32 15 891; EP-0505 445; EP-0074634; EP-0358221.Electric immersion baths suitable for the purposes mentioned are e.g. described in the following patent documents: US-3,799,854; U.S. 3,984,299; U.S. 4,031,050; U.S. 4,252,703; U.S. 4,332,711; DE-31 08 073; DE-27 01 220; DE-31 03 642; DE-32 15 891; EP-0505 445; EP-0074634; EP-0358221.
An der Kathode elektrisch abscheidbare Harze sind z.B. in der US-PS 3617458 beschrieben. Es handelt sich um vernetzbare Überzugsmasse, die sich auf der Kathode ablagern. Diese Überzugsmassen leiten sich von einem ungesättigten Polymerisat, das Amingruppen und Carboxylgruppen enthält, und einem epoxidierten Material ab. In der US-PS 3,663,389 werden kationisch-elektrisch ablagerbare Zusammensetzungen beschrieben, die Mischungen von bestimmten Amin-Aldehyd-Kon- densaten und einer Vielzahl von kationischen harzartigen Materialien sind, wobei eines dieser Materialien durch Umsetzung eines organischen Polyepoxids mit einem sekundären Amin und solubilisieren mit Säure hergestellt werden kann.Resins which can be electrodeposited on the cathode are described, for example, in US Pat. No. 3,617,458. It is a cross-linkable coating compound that is deposited on the cathode. These coating compositions are derived from an unsaturated polymer which contains amine groups and carboxyl groups and an epoxidized material. US Pat. No. 3,663,389 describes compositions which can be deposited electrically and electrically and which are mixtures of certain amine-aldehyde condensates and a large number of cationic resinous materials, one of these materials being reacted with an organic polyepoxide with a secondary amine and solubilizing with Acid can be produced.
Aus der US-PS 3,640,926 sind wäßrige Dispersionen bekannt, die sich an der Kathode elektrisch ablagern lassen und aus einem Epoxidharzester, Wasser und tertiären Aminosalzen bestehen. Der Epoxiester ist das Reaktionsprodukt von Glycidylpolyether und einer basischen ungesättigten Ölsäure. Das Aminsalz ist das Reaktionsprodukt von einer aliphatischen Carbonsäure und einem tertiären Amin.From US Pat. No. 3,640,926, aqueous dispersions are known which can be deposited electrically on the cathode and consist of an epoxy resin ester, water and tertiary amino salts. The epoxy ester is the reaction product of glycidyl polyether and a basic unsaturated oleic acid. The amine salt is the reaction product of an aliphatic carboxylic acid and a tertiary amine.
Bindemittel auf Epoxid- und Polyurethanbasis zur Verwendung von Bindemitteldispersionen und Pigmentpasten sind darüber hinaus in zahlreichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise sei auf die DE-27 01 002, die EP-A-261 385, die EP-A-004090 und die DE-PS 3630 667 verwiesen.Binder based on epoxy and polyurethane for the use of binder dispersions and pigment pastes are also known in numerous configurations. For example, reference is made to DE-27 01 002, EP-A-261 385, EP-A-004090 and DE-PS 3630 667.
Die KTL bietet durch gute Materialausbeute und den weitgehenden Verzicht auf organische Lösemittel große Vorteile gegenüber anderen Verfahren nach dem Stand der Technik. Ein bislang noch nicht befriedigend gelöstes Problem stellt jedoch der sogenannte Kantenschutz dar, d.h. die Erzeugung einer gleichmäßigen Beschichtung auch über Kanten bzw. allgemein scharfe Krümmungen des zu lackierenden Gegenstandes hinweg. Denn die elektrophoretische Harzabscheidung auf dem Werkstück erfolgt zwar in der Regel mit einer etwa überall gleich großen, hinreichenden Schichtdicke, jedoch zieht sich die Beschichtung beim nachfolgenden Einbrennen des Lackes in unerwünschter Weise von den Kanten- und Knickstellen des Werkstückes zurück. Um die Vernetzung der während der Tauchlackierung abgeschiedenen Bindemittel zu erreichen, muß nämlich die Lackschicht anschließend bei Temperaturen von bis zu 180 °C eingebrannt werden. Während des Erhitzens der Lackschicht wird diese jedoch zunächst flüssig und erreicht bei einer bestimmten Temperatur ihr sogenanntes Viskositätsminimum. Bei weiter steigender Temperatur nimmt aufgrund der einsetztenden Vernetzung der Bindemittel anschließend die Viskosität des aufgetragenen Lackes wieder zu. In der dünnflüssigen Phase im Bereich des Viskositätsminimums tritt nun der Effekt ein, daß die Lackschicht aufgrund von Grenzflächenkräften von den Kanten des Werkstückes wegfließt. Dadurch nimmt die Dicke der auf der Kante verbleibenden Lackschicht ab, und im ungünstigsten Fall wird die Kante sogar vollkommen freigelegt.The KTL offers great advantages over other state-of-the-art processes due to its good material yield and the fact that organic solvents are largely avoided. A problem that has not yet been solved satisfactorily, however, is the so-called edge protection, ie the generation of a uniform coating even over edges or generally sharp curvatures of the object to be painted. This is because the electrophoretic resin deposition on the workpiece is generally carried out with a sufficient layer thickness that is approximately the same everywhere, however, during the subsequent baking of the lacquer, the coating undesirably withdraws from the edges and kinks of the workpiece. In order to achieve the crosslinking of the binders deposited during dip coating, the lacquer layer must subsequently be baked at temperatures of up to 180 ° C. During the heating of the lacquer layer, however, it first becomes liquid and reaches its so-called minimum viscosity at a certain temperature. As the temperature continues to rise, the viscosity of the applied coating then increases again due to the crosslinking of the binders. In the thin liquid phase in the area of the viscosity minimum, the effect now occurs that the lacquer layer flows away from the edges of the workpiece due to interfacial forces. This reduces the thickness of the paint layer remaining on the edge, and in the worst case, the edge is even completely exposed.
Man hat aus diesen Gründen versucht, mit verschiedenen Maßnahmen das Viskositätsminimum heraufzusetzen, so daß der kleinste während des Einbrennens erreichte Wert der Viskosität jedenfalls so hoch liegt, daß sich das beschriebene Wegfließen von den Kanten in tolerablen Grenzen hält. In der DE-43 32014 wird z.B. vorgeschlagen, einen derartigen Effekt durch den Einsatz von Mikrogelen im Elektrotauchlack zu erreichen.For these reasons, attempts have been made to increase the viscosity minimum with various measures, so that the smallest value of the viscosity reached during the baking is in any case so high that the described flow away from the edges is kept within tolerable limits. DE-43 32014 e.g. proposed to achieve such an effect by using microgels in the electrocoat.
Nachteilig an den geschilderten Verfahren ist jedoch, daß sie relativ aufwendig und kompliziert sind. Ferner geht mit einer Erhöhung des Kantenschutzes gleichzeitig eine Verschlechterung des Verlaufs einher. Denn ein gleichmäßiger, glatter Verlauf der Elektrotauchlackschicht wird nicht zuletzt dadurch erzeugt, daß während des Einbrennens sich die Lackschicht verflüssigt und dabei gleichmäßig verteilt. Die beschriebene Heraufsetzung des Viskositätsminimums der Elektrotauchlackschicht hat daher in der Regel eine Verschlechterung des Filmverlaufes zur Folge.A disadvantage of the described methods, however, is that they are relatively complex and complicated. Furthermore, an increase in the edge protection is accompanied by a deterioration in the course. This is because a uniform, smooth course of the electrocoat layer is not least produced by the fact that the lacquer layer liquefies during the baking and is evenly distributed in the process. The increase described the minimum viscosity of the electrocoat layer therefore generally results in a deterioration in the film flow.
Die vorliegende Erfindung hat sich gegenüber dem bekannten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, mit einem einfachen und kostengünstigen Verfahren zur Herstellung von Elektrotauchlacken aus wäßrigen Bindemitteldispersionen eine erhebliche Verbesserung des Kantenschutzes zu erzielen.Compared to the known prior art, the object of the present invention is to achieve a considerable improvement in edge protection with a simple and inexpensive method for producing electrocoat materials from aqueous binder dispersions.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Bindemitteldispersionen aus dem Elektrotauchlack ggfs. Katalysatoren zugesetzt werden, und ein oder mehrere Aldeyhde der allgemeinen Formel R- CH=0 oder ein oder mehrere solche Aldehyde abspaltender Verbindungen zugesetzt werden, wobei R ein Wassers toffatom oder ein Alcylrest mit 1-10 C- Atomen ist.According to the invention, this object is achieved in that catalysts are optionally added to the binder dispersions from the electrocoat material, and one or more aldehydes of the general formula R-CH = 0 or one or more compounds which split off aldehydes are added, where R is a hydrogen atom or a Alcyl radical with 1-10 C atoms.
Als Aldehyde kommen demgemäß nicht nur Aldehyde als solche, sondern auch solche Verbindungen in Frage, die Aldehyde oder Aldehydgruppen abzuspalten vermögen. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist der Einsatz von Formaldehyd.Accordingly, aldehydes are not only suitable as such, but also those compounds which are able to split off aldehydes or aldehyde groups. The use of formaldehyde is particularly preferred according to the invention.
In einer erfindungsgemäß besonders bevorzugten Form wird das Aldehyd als 35-45%ige Aldehydlösung zugesetzt. Derartige Lösungen sind im Handel, im Falle des erfindungsgemäß bevorzugten Formaldehyd z.B. unter der Bezeichnung Formalin ® erhältlich. Der Gehalt der Aldehyde in der Lösung oder Aldehyde abspaltenden Verbindungen ist abhängig vom Verwendungszweck. Grundsätzlich können jedoch die Additive bis zu 100 % aus Aldehyd bestehen. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird getrennt vom Elektrotauchlack ein Gemisch enthaltend ein oder mehrere Aldehyde der allgemeinen Formel R-CH=O oder ein oder mehrere solche Aldehyde abspaltender Verbindungen, wobei R ein Wasserstoffatom oder ein Alcyl-Rest mit 1-10 C-Atomen ist, hergestellt und bevorratet. Sofern der Elektrotauchlack nur wenig oder gar keine Verbindungen mit Aminogruppen enthält, wird vorzugsweise zunächst ein Gemisch organischer Verbindungen, die Aminogruppen, vorzugsweise primäre Aminogruppen enthalten, hergestellt und anschließend das Gemisch dem Bindemittel oder Lack zugesetzt.In a form which is particularly preferred according to the invention, the aldehyde is added as a 35-45% aldehyde solution. Such solutions are commercially available in the case of the invention according to preferred formaldehyde such as formalin under the name ®. The content of the aldehydes in the solution or compounds which release aldehydes depends on the intended use. In principle, however, the additives can consist of up to 100% aldehyde. In a variant of the process according to the invention, a mixture comprising one or more aldehydes of the general formula R-CH = O or one or more compounds which split off such aldehydes is separated from the electrocoat material, where R is a hydrogen atom or an alcyl radical having 1-10 C atoms is manufactured and stocked. If the electrodeposition paint contains little or no compounds with amino groups, a mixture of organic compounds which contain amino groups, preferably primary amino groups, is preferably first prepared and then the mixture is added to the binder or paint.
Die im Rahmen der Erfindung einsetzbaren aminogruppenhaltigen Verbindungen sind vorzugsweise reaktiv mit den Aldehyden, i.e. weisen primäre oder sekundäre Aminogruppen auf. Wenn insofern reaktive aminognippenhaltige Verbindungen zugesetzt werden, beruht eine Verbesserung des Kantenschutzes auf den folgenden Zusammenhängen. Ein abgeschiedener Film erniedrigt während der Härtung bei höherer Temperatur seine Viskosität, und zwar bevor die Vernetzungsreaktion gestartet bzw. hinreichend fortgeschritten ist. Im Ergebnis läuft der Film während der Härtung aufgrund von Grenzflächenkräften störenderweise von den Kanten weg. Mit dem Einsatz von Aldehyden und mit Aldehyden reaktiven aminogruppenhaltigen Verbindungen, sei es ein aminogruppenhaltiges Bindemittel oder eine davon verschiedene zusätzliche aminogruppenhaltige Verbindung, wird der genannte zeit- undVoder temperaturab- hängige Entwicklung der Viskosität während der Härtung vorteilhaft beeinflußt. Die aminogruppenhaltige Verbindung und das Aldehyd reagieren miteinander und das Reaktionsprodukt erhöht die Viskosität eines abgeschiedenen Films in der An- fangsphase der Temperaturerhöhung im Zuge der Härtung. Diese Viskositätserhöhung ist jedoch vermutlich nur intermediär, da bei fortschreitender Temperaturerhöhung anscheinend eine Viskositätserniedrigung (verglichen mit der Viskositätsentwicklung bei Einsatz von beispielsweise Mikrogelen) eintritt mit dem 5aThe compounds containing amino groups which can be used in the context of the invention are preferably reactive with the aldehydes, ie have primary or secondary amino groups. If reactive amino lip-containing compounds are added, an improvement in edge protection is based on the following relationships. A deposited film lowers its viscosity during curing at a higher temperature, before the crosslinking reaction has started or has progressed sufficiently. As a result, the film interferes with the edges during curing due to interfacial forces. With the use of aldehydes and compounds containing amino groups reactive with aldehydes, whether it is a binder containing amino groups or a different additional compound containing amino groups, the time and temperature-dependent development of the viscosity mentioned during curing is advantageously influenced. The amino group-containing compound and the aldehyde react with one another and the reaction product increases the viscosity of a deposited film in the initial phase of the temperature increase in the course of the curing. However, this increase in viscosity is probably only an intermediate one, since, as the temperature increases, a reduction in viscosity (compared to the viscosity development when using, for example, microgels) occurs with the 5a
Ergebnis eines guten Verlaufs. Diese subsequente Viskositätserniedrigung ist wohl darauf .αirückzufuhren, daß das Reaktionsprodukt aus arninogruppenhaltiger Verbindung und Aldehyd bei weiter erhöhter Temperatur (und folglich weiter fortgeschrittener Vernetzung) wieder zerfällt. Die Härtung erfolgt insofern in folgenden Phasen: i) anfängliche Temperaturerhöhung zur Härtung im abge- schiedenen Film mit Reaktion zwischen aminogruppenhaltigen Verbindungen und Aldehyden bzw. durch ein Reaktionsprodukt daraus und Viskositätserhöhung gegenüber gleicher Härtungssequenz, jedoch ohne Zugabe von Aldehyden, ii) Fortschreitende Härtung bzw. Temperaturerhöhung im abgeschiedenen Film mit Viskositätserniedrigung gegenüber anderen, bekannten iskositätserhöhenden Maßnahmen, iii) Endhärtung.Result of a good course. This subsequent decrease in viscosity is probably due to the fact that the reaction product of a compound containing amino groups and aldehyde disintegrates again at a further elevated temperature (and consequently more advanced crosslinking). The curing takes place in the following phases: i) initial temperature increase for curing in the deposited film with reaction between compounds containing amino groups and aldehydes or through a reaction product thereof and viscosity increase compared to the same curing sequence, but without the addition of aldehydes, ii) progressive curing or Temperature increase in the deposited film with lower viscosity compared to other known viscosity-increasing measures, iii) final hardening.
Das Gemisch kann dann handelsüblichen Tauchlacken in einer Menge zugegeben werden, die der Anwender steuern kann. Vorzugsweise werden die Mengen so abgestimmt, daß der Aldehylgehalt im Elektrotauchlack zwischen 50 bis 1.000 ppm, vorzugsweise 200 bis 500 ppm liegt.The mixture can then be added to commercial dip lacquers in an amount that the user can control. The amounts are preferably adjusted so that the aldehyde content in the electrocoat material is between 50 to 1,000 ppm, preferably 200 to 500 ppm.
Der Zusatz der erfmdungsgemäßen Aldehyde bzw. Aldehydgemische zu Elektrotauchlacken führt zu überraschenden, nicht vorhersehbaren positiven Auswirkungen auf den erzielten Kantenschutz. Während nach dem Stand der Technik bei der Bewertung der Kantenschutzqualität mit üblichen, genormten Testverfahren (mikroskopische Analyse; Klimawechseltest auf phosphatierten Blechen: VDA 621/415; Salz-Sprüh-Nebel-Test (360 h): DIN50021 SS; Freibewitterung mit Salz: VDA 621/414) Noten im Bereich von 4 erzielt werden (bei einem Notenspektrum von 0 bis 5), werden mit einem erfmdungsgemäßen Tauchlack unter Einsatz von Formaldehyd in der Form von Formalin® durchweg Noten im Bereich von 1 bis 2 erzielt. Ein Vermessen der durch Einsatz des erfmdungsgemäßen Lackes mit Formaldehyd erzeugten Lackschicht lieferte an den Kanten eine Lackschichtdichte von 5 bis 9μm unter Bedingungen, bei denen ohne Formaldehyd keine Kantenabdeckung mehr erzielt wird (Schichtdicke = O μm). Selbst mit der minimalen Schichtdicke von 5 μm wurde somit noch ein für die Praxis ausreichender Kantenschutz erreicht.The addition of the aldehydes or aldehyde mixtures according to the invention to electrocoat materials leads to surprising, unforeseeable positive effects on the edge protection achieved. While according to the state of the art in the evaluation of edge protection quality using standard, standardized test methods (microscopic analysis; climate change test on phosphated sheets: VDA 621/415; salt spray fog test (360 h): DIN50021 SS; outdoor exposure to salt: VDA be achieved 621/414) scores ranging from 4 (with a score range of 0 to 5) can be consistently achieved with an inventive paint with the use of formaldehyde in the form of formalin ® notes in the range 1 to 2 A measurement of the formaldehyde produced by using the paint according to the invention The lacquer layer provided a lacquer layer density of 5 to 9μm at the edges under conditions in which no edge coverage can be achieved without formaldehyde (layer thickness = O μm). Even with the minimum layer thickness of 5 μm, edge protection was achieved that was sufficient in practice.
Die beschriebenen erfindungsgemäßen Aldehyde bzw. Aldehydgemische können zur Verbesserung des Kantenschutzes grundsätzlich alle handelsüblichen Elektrotauchlacke oder Bindemitteln zugesetzt werden.The aldehydes or aldehyde mixtures according to the invention described can in principle be added to all commercially available electrocoat materials or binders to improve edge protection.
Sofern der Elektrotauchlack keinen Katalysator enthält, kann dieser demgemäß gesondert dem Elektrotauchlack zugegeben werden. Hierbei handelt es sich in der Regel um Metalle, insbesondere um Schwermetalle, metallhaltige Verbindungen oder Gemische. Diese können vorzugsweise als zweiwertige Kationen in dem Elektrotauchlack vorliegen. Als besonders vorteilhaft hat sich erfindungsgemäß das Vorhandensein von Blei erwiesen. In Betracht kommen hier u.a. Blei enthaltende Gemische oder Bleikationen abspaltende Verbindungen. Die Katalysatoren werden in Mengen von etwa 200 bis 800 ppm, besonders bevorzugt 350-650 ppm, bezogen auf den Elektrotauchlack zugesetzt.If the electrocoat does not contain a catalyst, this can accordingly be added separately to the electrocoat. These are generally metals, in particular heavy metals, metal-containing compounds or mixtures. These can preferably be present as divalent cations in the electrocoat material. According to the invention, the presence of lead has proven to be particularly advantageous. The following can be considered here: Mixtures containing lead or compounds releasing lead cations. The catalysts are added in amounts of about 200 to 800 ppm, particularly preferably 350-650 ppm, based on the electrocoat material.
Zu beachten ist hierbei, daß Blei häufig in Pigmenten enthalten ist und daher unter Umständen schon im Elektrotauchlack vorhanden ist. In diesem Falle müssen die zugesetzten Mengen an Blei oder anderen Katalysatoren auf die bereits als Pigment vorliegenden bleihaltigen Substanzen abgestimmt werden. Ggfs. kann der Zusatz des Katalysators unterbleiben, wenn dieser im Elektrotauchlack in ausreichender Menge vorhanden ist. Erfindungswesentlich ist bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren, daß der verwendete Elektrotauchlack die notwendigen Verbindungen mit Aminogruppen enthält, etwa in Form von Bindemitteln mit primären Aminogruppen. Es ist jedoch auch möglich, die die Aminogruppen tragenden Verbindungen separat dem Elektrotauchlack zuzugeben. Gleichfalls ist es möglich, diese Verbindungen zunächst mit dem Aldehyd - wie bereits oben beschrieben - zu mischen und das in dieser Mischung erzeugte Umsetzungsaddukt anschließend dem Elektrotauchlack zuzugeben.It should be noted that lead is often contained in pigments and may therefore already be present in the electrocoat. In this case, the amounts of lead or other catalysts added must be matched to the lead-containing substances already present as a pigment. If necessary. the addition of the catalyst can be omitted if it is present in sufficient quantities in the electrocoating material. It is essential to the invention in the production process described that the electrocoat used contains the necessary compounds with amino groups, for example in the form of binders with primary amino groups. However, it is also possible to add the amino group-carrying compounds separately to the electrocoat material. It is also possible to first mix these compounds with the aldehyde - as already described above - and then to add the reaction adduct produced in this mixture to the electrocoating material.
Als Elektrotauchlacke kommen sowohl an der Anode abscheidbare Elektrotauchlacke, bevorzugt aber an der Kathode abscheidbare Elektrotauchlacke in Betracht.Suitable electrocoating materials are both electrocoating materials which can be deposited on the anode, but preferably electrocoating materials which can be deposited on the cathode.
Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare anionische Gruppen enthaltende anodisch abscheidbare Elektrotauchlack-Bindemittel und Lacke (ATL) sind bekannt und beispielsweise in der DE-A-28 24 418 beschrieben. Es handelt sich beispielsweise um Bindemittel auf Basis von Polyestern, Epoxidharzestern, Poly(meth)acrylaten, Maleinatölen oder Polybutadienölen. Die Bindemittel tragen beispielsweise -COOH, -SO3H und/oder P03H2- Gruppen. Die Harze können nach Neutralisation von mindestens einem Teil der sauren Gruppen in die Wasserphase überführt werden. Die Lacke können auch üblicherweise eingesetzte Vernetzer, z.B. Triazinharze, Vernetzer mit umesterungsfähigen und/oder umamidierungsfähigen Gruppen oder blockierte Polyisocyanate enthalten.Examples of anodically depositable electrodeposition paint binders and paints (ATL) containing anionic groups which can be used according to the invention are known and are described, for example, in DE-A-28 24 418. These are, for example, binders based on polyesters, epoxy resin esters, poly (meth) acrylates, maleate oils or polybutadiene oils. The binders carry, for example, -COOH, -SO3H and / or P03H2 groups. After neutralization of at least some of the acidic groups, the resins can be converted into the water phase. The lacquers can also be crosslinkers commonly used, e.g. Contain triazine resins, crosslinkers with groups capable of transesterification and / or transamidation or blocked polyisocyanates.
Die kathodisch abscheidbaren Elektrotauchlacke können als kathodisch abscheidbare Kunstharze im Prinzip jedes für wäßrige Elektrotauchlacke geeignete wäßrige kathodisch abscheidbare Kunstharz enthalten. Beispiele für in KTL - Lacken einsetzbare Bindemittel und Vernetzer sind in der EP-A-82 291, der EP-A-234 395, der EP-A-209 857, der EP-A-227 975, der EP-A-178 531, der EP-A-333 327, der EP-A-310 971, der EP-A-456 270, der EP-A-261 385, der EP-A-245 786, der EP-A-414 199, der EP-A-476 514, der DE-A- 33 24 211 und der US-A-3,922253 beschrieben.In principle, the cathodically depositable electrocoat materials can contain any aqueous cathodically depositable synthetic resin suitable for aqueous electrocoat materials. examples for Binders and crosslinking agents which can be used in KTL lacquers are described in EP-A-82 291, EP-A-234 395, EP-A-209 857, EP-A-227 975, EP-A-178 531, EP-A-333 327, EP-A-310 971, EP-A-456 270, EP-A-261 385, EP-A-245 786, EP-A-414 199, EP -A-476 514, DE-A-33 24 211 and US-A-3,922253.
Diese Elektrotauchlacke enthalten vorzugsweise kationische, aminmodifizierte Epoxidharze als kathodisch abscheidbare Kunstharze. Derartige Kunstharze sind bekannt und werden beispielsweise in der DE-A- 35 18 770, DE-A-35 18 732, EP-B-102501, DE-A-27 01 002, US-A-4,104,147, EP-A-4090, EP-A-12463, US- A-4,03 ,050, US-A-3,922,253, US- A-4, 101,486, US-A-4,038,232 und US- A-4,017,438 beschrieben. In diesen Patentdokumenten wird auch die Herstellung von kationischen, aminmodifizierten Epoxidharzen ausführlich beschrieben.These electrocoat materials preferably contain cationic, amine-modified epoxy resins as cathodically depositable synthetic resins. Such synthetic resins are known and are described, for example, in DE-A-35 18 770, DE-A-35 18 732, EP-B-102501, DE-A-27 01 002, US-A-4,104,147, EP-A-4090 , EP-A-12463, US-A-4,03,050, US-A-3,922,253, US-A-4, 101,486, US-A-4,038,232 and US-A-4,017,438. The preparation of cationic, amine-modified epoxy resins is also described in detail in these patent documents.
Unter kationischen, aminmodifizierte Epoxidharzen werden kationische Reaktionsprodukte ausCationic reaction products are formed from cationic, amine-modified epoxy resins
(α) ggf. modifizierten Polyepoxiden und (ß) Aminen und ggf.(α) optionally modified polyepoxides and (ß) amines and optionally
(γ) Polyolen, Polycarbonsäuren, Polyaminen oder Polysulfiden(γ) polyols, polycarboxylic acids, polyamines or polysulfides
verstanden. Diese kationischen, aminmodifizierten Epoxidharze können durch Umsetzung der Komponenten (α), (ß) und ggf. (γ) sowie - falls notwendig - anschließender Protonierung hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, ein unmodifiziertes Polyepoxid mit einem Amin umzusetzen und an dem so erhaltenen aminmodifizierten Epoxidharz weitere Modifizierungen durchzuführen. Unter Polyepoxiden werden Verbindungen verstanden, die zwei oder mehr Epoxidgruppen im Molekül enthalten.Roger that. These cationic, amine-modified epoxy resins can be prepared by reacting components (α), (β) and, if appropriate, (γ) and - if necessary - subsequent protonation. However, it is also possible to react an unmodified polyepoxide with an amine and to carry out further modifications on the amine-modified epoxy resin thus obtained. Polyepoxides are understood to mean compounds which contain two or more epoxy groups in the molecule.
Besonders bevorzugte (α)-Komponenten sind Verbindungen, die herstellbar sind durch Umsetzung vonParticularly preferred (α) components are compounds which can be prepared by reacting
(i) einer Diepoxidverbindung oder eines Gemisches von(i) a diepoxide compound or a mixture of
Diepoxidverbindungen mit einem Epoxidäquivalentgewicht unter 2000 mitDiepoxidverbindungen with an epoxy equivalent weight below 2000 with
(ii) einer unter den gegebenen Reaktionsbedingungen gegenüber Epoxidgruppen monofunktionell reagierenden, eine Phenol- oder Thiolgruppe enthaltenden Verbindung oder eines Gemisches solcher Verbindungen,(ii) a compound which reacts monofunctionally with respect to epoxy groups and contains a phenol or thiol group or a mixture of such compounds,
wobei die Komponenten (i) und (ii) in einem Molverhältnis von 10 : 1 bis 1 : 1, bevorzugt 4 : 1 bis 1,5 : 1, eingesetzt werden und die Umsetzung der Komponente (i) mit der Komponente (ii) bei 100 bis 190 °C, gegebenenfalls in Anwe- senheit eines Katalysators, durchgeführt wird (vgl. DE-A-35 18 770).components (i) and (ii) being used in a molar ratio of 10: 1 to 1: 1, preferably 4: 1 to 1.5: 1, and the reaction of component (i) with component (ii) 100 to 190 ° C, optionally in the presence of a catalyst, is carried out (cf. DE-A-35 18 770).
Weitere besonders bevorzugte (α)-Komponenten sind Verbindungen, die herstellbar sind durch eine bei 100 bis 195 °C, gegebenenfalls in Anwesenheit eines Katalysators durchgeführte, durch einen monofunktionell reagierenden Starter, der entweder eine alkoholische OH-Grup-pe, eine phenolische OH-Gruppe oder eine SH-Gruppe trägt, initiierte Polyaddition einer Diepoxidverbindung und/oder eines Gemisches von Diepoxidverbindungen, gegebenenfalls zusammen mit mindestens einer Mono-epoxidverbindung, zu 10 einem Epoxidharz, in dem Diepoxid-verbindung und Starter in einem Molverhältnis von größer 2 : 1 bis 10 : 1 eingebaut sind (vgl. DE-A- 35 18732).Other particularly preferred (α) components are compounds which can be prepared by a starter which reacts at 100 to 195 ° C., optionally in the presence of a catalyst, by a monofunctional reactant which either contains an alcoholic OH group or a phenolic OH group. Group or an SH group, initiated polyaddition of a diepoxide compound and / or a mixture of diepoxide compounds, optionally together with at least one mono-epoxide compound 10 an epoxy resin in which the diepoxide compound and starter are installed in a molar ratio of greater than 2: 1 to 10: 1 (cf. DE-A-35 18732).
Polyepoxide, die zur Herstellung der besonders bevorzugten (α )-Komponenten und auch selbst als (α)-Kompo-nenten einsetzbar sind, sind aus Polyphenolen und Epi-halohydrinen hergestellte Polyglycidylether von Poly-phenolen. Als Polyphenole können z.B. ganz besonders bevorzugt Bisphenol A und Bisphenol F eingesetzt werden. Außerdem sind auch 4,4'- Dihydroxybenzophenon, Bis(4-hydroxyphenyl)l,l-ethan, Bis-(4-hydroxyphe- nyl)-l,l-isobutan, Bis-(4-hydroxy-tertiär-butylphe-nyl)-2,2-propan, Bis-(2- hydroxynaphthyl)-methan, 1,5-Di-hydroxynaphthalin und phenolische Novolakharze geeignet.Polyepoxides which can be used for the production of the particularly preferred (α) components and also themselves as (α) components are polyglycidyl ethers of polyphenols prepared from polyphenols and epi-halohydrins. As polyphenols e.g. bisphenol A and bisphenol F are very particularly preferably used. In addition, 4,4'-dihydroxybenzophenone, bis (4-hydroxyphenyl) l, l-ethane, bis- (4-hydroxyphenyl) -l, l-isobutane, bis- (4-hydroxy-tertiary-butylphenyl) are also ) -2,2-propane, bis- (2-hydroxynaphthyl) methane, 1,5-di-hydroxynaphthalene and phenolic novolak resins.
Weitere geeignete Polyepoxide sind Polyglycidylether von mehrwertigen Alkoholen, wie z.B. Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,2-Pro- ylenglykol, 1,4-Propylenglykol, 1,5-Pentandiol, 1,2,6-Hexantriol, Glycerin und Bis-(4-hydroxycyclohexyl)-2,2-propan. Es können auch Polyglycidylester von Polycarbonsäuren, wie z.B. Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Tereph- thalsäure, 2,6-Nphthalindicarbonsäure und dimerisierte Linolsäure eingesetzt werden. Typische Beispiele sind Glycidyladipat und Glycidylphthalat.Other suitable polyepoxides are polyglycidyl ethers of polyhydric alcohols, e.g. Ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,4-propylene glycol, 1,5-pentanediol, 1,2,6-hexanetriol, glycerol and bis- (4-hydroxycyclohexyl) -2,2-propane. Polyglycidyl esters of polycarboxylic acids, e.g. Oxalic acid, succinic acid, glutaric acid, terephthalic acid, 2,6-nphthalinedicarboxylic acid and dimerized linoleic acid can be used. Typical examples are glycidyl adipate and glycidyl phthalate.
Ferner sind Hydantoinepoxide, epoxidiertes Polybutadien und Polyepoxidverbindungen geeignet, die man durch Epoxidierung einer olefinisch ungesättigten aliphatischen Verbindung erhält.Hydantoine epoxides, epoxidized polybutadiene and polyepoxide compounds which are obtained by epoxidation of an olefinically unsaturated aliphatic compound are also suitable.
Unter modifizierten Polyepoxiden werden Polyepoxide verstanden, in denen wenigstens ein Teil der reaktionsfähigen Gruppen mit einer modifizierenden Verbindung umgesetzt worden ist. 11Modified polyepoxides are understood to mean polyepoxides in which at least some of the reactive groups have been reacted with a modifying compound. 11
Als Beispiele für modifizierende Verbindungen werden genannt:Examples of modifying compounds are:
Carboxylgruppenhaltige Verbindungen, wie gesättigte oder ungesättigte Monocarbonsäuren (z.B. Benzoesäure, Leinölfettsäure,Compounds containing carboxyl groups, such as saturated or unsaturated monocarboxylic acids (e.g. benzoic acid, linseed oil fatty acid,
2-Ethylhexansäure, Versatiesäure), aliphatische, cycloaliphatische und/oder aromatische Dicarbonsäuren verschiedener Kettenlänge (z.B. Adipinsäure, Sebacinsäure, Isophthalsäure oder dimere Fettsäuren), Hydroxyalkylcarbonsäuren (z.B. Milchsäure, Dimethylolpropionsäure) sowie carboxylgruppenhaltige Polyester oder2-ethylhexanoic acid, versatic acid), aliphatic, cycloaliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids of various chain lengths (e.g. adipic acid, sebacic acid, isophthalic acid or dimeric fatty acids), hydroxyalkyl carboxylic acids (e.g. lactic acid, dimethylolpropionic acid) and carboxyl-containing polyesters or
- aminogruppenhaltige Verbindungen, wie Diethylamin oder Ethylhexylamin oder Diamine mit sekundären Aminogruppen, z.B. N,N'-Dialkyl- alkylendiamine, wie Dimethylethylendiamin, N,N'-Dialkyl- polyoxyalkylenamine, wie N,N'-Dimethylpolyoxypropylendiamin, cyanalkylierte Alkylendi-amine, wie Bis-N,N'-Cyan-ethyl-ethylendiamin, cyanalkylierte Polyoxyal-kylenamine, wie Bis-N,N'-compounds containing amino groups, such as diethylamine or ethylhexylamine or diamines with secondary amino groups, e.g. N, N'-dialkylalkylenediamines, such as dimethylethylenediamine, N, N'-dialkylpolyoxyalkyleneamines, such as N, N'-dimethylpolyoxypropylenediamine, cyanoalkylated alkylenediamines, such as bis-N, N'-cyanoethylethylenediamine, cyanoalkylated polyoxyal -kylenamines, such as Bis-N, N'-
Cyanethylpolyoxypropylendiamin, Polyaminoamide, wie z.B. Versamide, insbesondere endständige Aminogruppen enthaltende Umsetzungsprodukte aus Diaminen (z.B. Hexamethyl-endiamin), Poly- carbonsäuren, insbesondere Dimerfettsäuren und Monocarbonsäuren, insbesondere Fettsäuren oder das Umsetzungsprodukt von einem Mol Diaminohexan mit zwei Molen Monoglycidylether oder Monoglycidyl- ester, speziell Glycidylester verzweigter Fett-säuren, wie der Versatiesäure, oderCyanoethyl polyoxypropylene diamine, polyaminoamides, e.g. Versamides, especially reaction products containing terminal amino groups from diamines (eg hexamethylendiamine), polycarboxylic acids, especially dimer fatty acids and monocarboxylic acids, especially fatty acids, or the reaction product of one mole of diaminohexane with two moles of monoglycidyl ether or monoglycidyl ester, especially glycidyl acid ester, of branched fat fatty acid like versatic acid, or
hydroxylgruppenhaltige Verbindungen, wie Neopentylglykol, bisethoxy- liertes Neopentylglykol, Hydroxypivalinsäureneopentylglykolester, Di- 12 methylhydantoin-N,N'-diethanol, Hexandiol-1,6, Hexandiol-2,5, 1,4-Bis- (hydroxy-methyl)cyclohexan, l,l-Isopropyli-den-bis-(p-phenoxy)-2- propanol, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Aminoalkohole, wie Triethanol-amin, Methyldiethanolamin oder hydroxylgruppenhal-tige Alkylketimine, wie Aminomethylpropandiol-l,3-methylisobutylketimin oder Tris-(hydroximethyl) aminomethancyclohexanonketimin sowie auch Polygly-kolether, Polyesterpolyole, Polyetherpolyole, Poly- caprolactonpolyole, Polycaprolactampolyole verschiedenercompounds containing hydroxyl groups, such as neopentyl glycol, bisethoxylated neopentyl glycol, hydroxypivalic acid neopentyl glycol ester, di- 12 methylhydantoin-N, N'-diethanol, 1,6-hexanediol, 2,5-hexanediol, 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, 1,1-isopropylidene-bis- (p-phenoxy) -2-propanol, trimethylolpropane, pentaerythritol or amino alcohols, such as triethanolamine, methyldiethanolamine or hydroxyl group-containing alkylketimines, such as aminomethylpropanediol-1, 3-methylisobutylketimine or tris (hydroximethyl) aminomethancyclohexanonketol ether, as well as polyether polyol polyol polyols caprolactone polyols, polycaprolactam polyols various
Funktionalität und Molekulargewichte oderFunctionality and molecular weights or
gesättigte oder ungesättigter Fettsäuremethylester, die in Gegenwart von Natriummethylat mit Hydroxylgruppen der Epoxidharze umgeestert werden.saturated or unsaturated fatty acid methyl esters which are transesterified in the presence of sodium methylate with hydroxyl groups of the epoxy resins.
Als Komponente (ß) können primäre und/oder sekundäre Amine eingesetzt werden.Primary and / or secondary amines can be used as component (β).
Bevorzugt sollte das Amin eine in Wasser lösliche Verbindung sein. Beispiele solcher Amine sind Mono- und Dialkylamine, wie Methylamin, Ethylamin, Propylamin, Butylamin, Dimethylamin, Diethylamin, Dipropylamin, Me- thylbutylamin und dgl.. Geeignet sind ebenfalls Alkanolamine, wie z.B. Methylethanolamin, Diethanolamin und dgl. Ferner sind Dialkylaminoalkylamine, wie z.B. Dimethylaminoethylamin,The amine should preferably be a water-soluble compound. Examples of such amines are mono- and dialkylamines, such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, methylbutylamine and the like. Alkanolamines, such as e.g. Methylethanolamine, diethanolamine and the like. Furthermore, dialkylaminoalkylamines such as e.g. Dimethylaminoethylamine,
Diethylaminopropylamin, Dimethylaminopropylamin und dgl. geeignet. Es können auch ketimingruppenhaltige Amine, wie z.B. das Methylisobu- tyldiketimin von Diethylentriamin eingesetzt werden. In den meisten Fällen werden niedermolekulare Amine verwendet, doch ist es auch möglich, höhermolekulare Monoamine anzuwenden. 13Diethylaminopropylamine, dimethylaminopropylamine and the like. Suitable. Amines containing ketimine groups, such as, for example, methylisobutyldiketimine of diethylenetriamine, can also be used. Low molecular weight amines are used in most cases, but it is also possible to use high molecular weight monoamines. 13
Die Amine können auch noch andere Gruppen enthalten, doch sollen diese die Umsetzung des Amins mit der Epoxidgruppe nicht stören und auch nicht zu einer Gelierung der Reaktionsmischung führen.The amines can also contain other groups, but these should not interfere with the reaction of the amine with the epoxy group and should not lead to gelation of the reaction mixture.
Bevorzugt werden sekundäre Amine als (ß)-Komponente eingesetzt.Secondary amines are preferably used as the (β) component.
Die für die Wasserverdünnbarkeit und elektrische Abscheidung erforderlichen Ladungen können durch Protonierung mit wasserlöslichen Säuren (z.B. Borsäure, Ameisensäure, Milchsäure, bevorzugt Essigsäure) erzeugt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Einführung kationischer Gruppen besteht in der Umsetzung von Epoxidgruppen der Komponente (α) mit Aminsalzen.The charges required for water dilutability and electrical separation can be generated by protonation with water-soluble acids (e.g. boric acid, formic acid, lactic acid, preferably acetic acid). Another possibility for introducing cationic groups is to react epoxy groups of component (α) with amine salts.
Als Komponente (γ) werden Polyole, Polycarbonsäuren, Polyamine oder Poly- sulfide bzw. Gemische dieser Stoffklassen eingesetzt. Die in Betracht kommenden Polyole schließen Diole, Triole und höhere polymere Polyole, wie Polyesterpolyole und Polyetherpolyole, ein. Bezüglich weiterer Einzelheiten und weiterer Beispiele geeigneter Komponenten (γ) sei auf die EP-B2-301 293, insbesondere auf Seite 4, Zeile 31, bis Seite 6, Zeile 27, verwiesen.Polyols, polycarboxylic acids, polyamines or polysulfides or mixtures of these classes of substances are used as component (γ). The polyols in question include diols, triols and higher polymeric polyols such as polyester polyols and polyether polyols. With regard to further details and further examples of suitable components (γ), reference is made to EP-B2-301 293, in particular on page 4, line 31, to page 6, line 27.
Die in den Elektrotauchlacken enthaltenen kathodisch abscheidbaren Kunstharze sind in der Regel entweder selbstvernetzend und/oder werden mit einem Vernetzungsmittel oder einer Mischung aus Vernetzungsmitteln kombiniert. 14The cathodically depositable synthetic resins contained in the electrocoat materials are generally either self-crosslinking and / or are combined with a crosslinking agent or a mixture of crosslinking agents. 14
Selbstvernetzbare Kunstharze sind erhältlich, indem in die Kunstharzmoleküle reaktive Gruppen eingeführt werden, die unter Einbrennbedingungen miteinander reagieren. Beispielsweise können in hydroxyl- und/oder aminogruppenhaltige Kunstharze blockierte Isocyanat- gruppen eingeführt werden, die unter Einbrennbedingungen deblockieren und unter Ausbildung von vernetzten Lackfilmen mit den Hydroxyl- bzw. Aminogruppen reagieren. Selbstvernetzbare Kunstharze können beispielsweise durch Umsetzung eines hydroxyl- und/oder aminogruppenhaltigen Kunstharzes mit einem teilblockierten Polyisocyanat, das im statistischen Mittel eine freie NCO-Gruppe pro Molekül enthält, erhalten werden.Self-crosslinkable synthetic resins can be obtained by introducing reactive groups into the synthetic resin molecules, which react with one another under baking conditions. For example, blocked isocyanate groups can be introduced into synthetic resins containing hydroxyl and / or amino groups, which block under firing conditions and react with the hydroxyl or amino groups to form crosslinked coating films. Self-crosslinkable synthetic resins can be obtained, for example, by reacting a synthetic resin containing hydroxyl and / or amino groups with a partially blocked polyisocyanate, which on average contains one free NCO group per molecule.
Die Elektrotauchlacke können im Prinzip alle für Elektrotauchlacke geeigneten Vernetzungsmittel wie z.B. Phenoplaste, polyfunktionelle Mannichbasen, Melaminharze, Benzoguanaminharze, blockierte Polyisocyanate und aktivierte Estergruppen enthaltende Verbindungen enthalten. Die Elektrotauchlacke enthalten vorzugsweise blockierte Polyisocyanate als Vernetzungsmittel. Der Einsatz blockierter Polyisocyanate in kathodisch abscheidbare Kunstharze enthaltenden Elektrotauchlacken ist schon lange bekannt und unter anderem auch in den oben zitierten Patentdokumenten, beispielsweise in der EP-B2-301 293, Seite 6, Zeile 38, bis Seite 7, Zeile 21, ausführlich beschrieben.In principle, the electrocoat materials can be any crosslinking agent suitable for electrocoat materials, e.g. Phenoplasts, polyfunctional Mannich bases, melamine resins, benzoguanamine resins, blocked polyisocyanates and compounds containing activated ester groups. The electrocoat materials preferably contain blocked polyisocyanates as crosslinking agents. The use of blocked polyisocyanates in electrodeposition paints containing cathodically depositable resins has long been known and is also described in detail in the patent documents cited above, for example in EP-B2-301 293, page 6, line 38, to page 7, line 21.
Die erfindungsgemäßen Elektrotauchlacke werden nach allgemein gut bekannten Methoden hergestellt. Die Synthese der kathodisch abscheidbarenThe electrocoat materials of the invention are produced by generally well-known methods. The synthesis of the cathodically depositable
Bindemittel erfolgt nach gut bekannten Methoden (vgl. z.B. DE-C-27 01 002 u.a.) in organischen Lösemitteln. Die so erhaltenen Bindemittel-Lösungen 15 bzw. Dispersionen werden in neutralisierter Form in eine wäßrige Phase überführt.Binder is carried out according to well-known methods (see, for example, DE-C-27 01 002 and others) in organic solvents. The binder solutions thus obtained 15 or dispersions are converted into an aqueous phase in neutralized form.
Die erfindungsmäßen wäßrigen Elektrotauchlacke können neben den oben beschriebenen Komponenten auch noch weitere übliche Lackbestandteile wie z.B. Pigmente, Füllstoffe, Netzmittel, Verlaufsmittel, Polymermikroteilchen, Antischaummittel, Antikrateradditive, Katalysatoren usw. enthalten.In addition to the components described above, the aqueous electrodeposition paints according to the invention can also contain other customary paint constituents, e.g. Contain pigments, fillers, wetting agents, leveling agents, polymer microparticles, anti-foaming agents, anti-crater additives, catalysts, etc.
Der Feststoffgehalt der erfindungsgemäßen Elektrotauchlacke beträgt im allgemeinen 5 bis 40, vorzugsweise 10 bis 40, besonders bevorzugt 20 bis 40 G ewichtsprozent.The solids content of the electrocoating materials of the invention is generally 5 to 40, preferably 10 to 40, particularly preferably 20 to 40, percent by weight.
Der nichtflüchtige Anteil der erfindungsgemäßen Elektrotauchlacke besteht zu bis , vorzugsweise bis Gew.- aus einem elektrophoretisch abscheidbaren Bindemittel oder einer Mischung aus elektrophoretisch abscheidbaren Bindemitteln, zu 0 bis , vorzugsweise bis Gew.-% aus einem Vernetzungsmittel oder einer Mischung aus verschiedenen Vernetzungsmitteln sowie zu bis , vorzugsweise bis Gew.-% aus Pigmenten und/oder Füllstoffen.The non-volatile fraction of the electrocoat materials of the invention consists of up to, preferably up to,% by weight of an electrophoretically depositable binder or a mixture of electrophoretically depositable binders, 0 to, preferably up to,% by weight of a crosslinking agent or a mixture of different crosslinking agents and up to , preferably up to% by weight of pigments and / or fillers.
Pigmente werden bevorzugt in Form einer Pigmentpaste in die wäßrige Bindemittel-Lösung oder Bindemittel-Dispersion eingearbeitet. Die Herstellung von Pigmentpasten ist allgemein bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden (vgl. D.H. Parker, Principles of Surface Coating Technology, Intersience Publishers, New York (1965) etc.).Pigments are preferably incorporated in the form of a pigment paste in the aqueous binder solution or binder dispersion. The production of pigment pastes is generally known and does not need to be explained in more detail here (see D.H. Parker, Principles of Surface Coating Technology, Intersience Publishers, New York (1965) etc.).
Zur Herstellung der Pigmentpasten werden z.B. quaternäre Ammoniumgruppen enthaltende Epoxid-Aminaddukte eingesetzt. Beispiele 16 für geeignete Harze sind auch z.B. in der EP-A-183 025 und der EP-A-469 497 beschrieben.For example, epoxy-amine adducts containing quaternary ammonium groups are used to produce the pigment pastes. Examples 16 for suitable resins are also described, for example, in EP-A-183 025 and EP-A-469 497.
Die Pigmentpasten können im Prinzip alle für Elektrotauchlacke geeigneten Pigmente und/oder Füllstoffe enthalten, wie z.B. Titandioxid, Zinkoxid, Antimonoxid, Bleisulfat, Bleicarbonat, Bariumcarbonat, Porzellan, Ton, Kaliumcarbonat, Aluminiumsilikat, Siliciumdioxid, Magnesiumcarbonat und Magnesiumsilikat, Cadmiumgelb, Cadmiumrot, Ruß, Phthalocyaninblau, Chromgelb, Toluidylrot und Eisenoxide sowie Korrosionsschutzpigmente, wie z.B. Zinkphosphat, Bleisilikat, oder organische Korrosionsinhibitαren.In principle, the pigment pastes can contain all pigments and / or fillers suitable for electrocoating, for example Titanium dioxide, zinc oxide, antimony oxide, lead sulfate, lead carbonate, barium carbonate, porcelain, clay, potassium carbonate, aluminum silicate, silicon dioxide, magnesium carbonate and magnesium silicate, cadmium yellow, cadmium red, carbon black, phthalocyanine blue, chrome yellow, toluidyl red and iron oxides as well as anti-corrosion pigments, e.g. Zinc phosphate, lead silicate, or organic corrosion inhibitors.
Ferner können die Elektrotauchlacke auch übliche Additive, wie z.B. die in der EP-B2-301 293 beschriebenen Homo- oder Copolymere eines Alkylvinylethers (vgl. EP-B2-301 293, Seite 7, Zeilen 21 bis 51), Polymermikroteilchen, Antikratermittel, Netzmittel, Verlaufsmittel, Antischaummittel, Katalysatoren u.a. in üblichen Mengen, bevorzugt in Mengen von bis Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrotauchlackes, enthalten.Furthermore, the electrocoat materials can also contain conventional additives, such as e.g. the homo- or copolymers of an alkyl vinyl ether described in EP-B2-301 293 (see EP-B2-301 293, page 7, lines 21 to 51), polymer microparticles, anti-cratering agents, wetting agents, leveling agents, anti-foaming agents, catalysts and others. in conventional amounts, preferably in amounts of up to% by weight, based on the total weight of the electrocoat material.
Die erfindungsgemäßen Elektrotauchlacke können zum Lackieren elektrisch leitfähiger Substrate eingesetzt werden, bei demThe electrocoat materials of the invention can be used for painting electrically conductive substrates in which
(1) das elektrisch leitfähige Substrat in einen wäßrigen Elektrotauchlack getaucht wird,(1) the electrically conductive substrate is immersed in an aqueous electrodeposition paint,
(2) das Substrat als eine Elektrode geschaltet wird,(2) the substrate is switched as an electrode,
(3) durch Gleichstrom ein Film auf dem Substrat abgeschieden wird, 17(3) a film is deposited on the substrate by direct current, 17
(4) das lackierte Substrat aus dem Elektrotauchlack entfernt wird und(4) the painted substrate is removed from the electrocoat and
(5) der abgeschiedene Lackfilm eingebrannt wird.(5) the deposited paint film is baked.
Das obenbeschriebene Verfahren ist bekannt und wird schon seit mehreren Jahren im großen Umfang eingesetzt (vergleiche auch die oben zitierten Patentdokumente). Die angelegte Spannung kann in einem großen Bereich schwanken und kann zum Beispiel zwischen 2 und 1000 V liegen. Typischerweise wird aber mit Spannungen zwischen 5o und 500 V gearbeitet.The method described above is known and has been used on a large scale for several years (see also the patent documents cited above). The applied voltage can vary over a wide range and can be, for example, between 2 and 1000 V. Typically, however, voltages between 5o and 500 V are used.
Die Stromdichte liegt in der Regel zwischen etwa 10 und 100 A/m^. Im Verlauf der Abscheidung neigt die Stromdichte zum Abfallen. Sobald der Lackfilm auf dem Substrat abgeschieden ist, wird das lackierte Substrat aus dem Elektrotauchlack entfernt und abgespült. Danach wird der abgeschiedene Lackfilm eingebrannt. Die Einbrenntemperaturen liegen üblicherweise bei 130 bis 200 °C, vorzugsweise bei 150 bis 180 °C und die Einbrenndauer liegt im allgemeinen zwischen 10 und 60 min., vorzugsweise zwischen 15 und 30 min.The current density is usually between about 10 and 100 A / m ^. In the course of the deposition, the current density tends to drop. As soon as the paint film is deposited on the substrate, the painted substrate is removed from the electrocoating paint and rinsed off. The deposited paint film is then burned in. The stoving temperatures are usually 130 to 200 ° C., preferably 150 to 180 ° C. and the stoving time is generally between 10 and 60 min., Preferably between 15 and 30 min.
Mit dem obenbeschriebenen Verfahren können im Prinzip alle elektrisch leitfähigen Substrate lackiert werden. Als Beispiele für elektrisch leitfähige Substrate werden insbesondere Substrate aus Metall, wie Stahl, Aluminium, Kupfer und dergleichen genannt. Insbesondere werden erfindungsgemäß Kraftfahrzeugkarosserien und deren Teile mit den in Rede stehenden Elektrotauchlacken beschichtet. Bevorzugt werden die Elektrtauchlacke zur Grundierung im Rahmen einer Mehrschichtlackierung eingesetzt. 18In principle, all electrically conductive substrates can be coated with the method described above. In particular, substrates made of metal such as steel, aluminum, copper and the like are mentioned as examples of electrically conductive substrates. In particular, motor vehicle bodies and their parts are coated according to the invention with the electrocoat materials in question. The electrodeposition paints are preferably used for priming in the context of a multi-layer coating. 18th
Im folgenden wird anhand von zwei Beispielen die Herstellung von kathodischen Elektrotauchlacken beschrieben:The following describes the production of cathodic electrocoat materials using two examples:
Beispiel 1example 1
Das folgende Beispiel zeigt die Herstellung eines kationischen Harzes, welches primäre Aminogruppen enthält. Bisphenol A , Bisphenol A Diglycidylether und ein Bisphenol A-Ethylenoxid Addukt werden zusammen erhitzt und bilden ein modifiziertes Polyepoxidharz. Hierzu wird ein blockiertes Isocyanat als Vernetzer gegeben. Anschließend erfolgt eine Umsetzung mit einem Gemisch aus sekundären Aminen. Das Harz wird teilweise mit Milchsäure neutralisiert und in Wasser dispergiert.The following example shows the preparation of a cationic resin containing primary amino groups. Bisphenol A, bisphenol A diglycidyl ether and a bisphenol A-ethylene oxide adduct are heated together and form a modified polyepoxy resin. For this purpose, a blocked isocyanate is given as a crosslinker. A reaction with a mixture of secondary amines then takes place. The resin is partially neutralized with lactic acid and dispersed in water.
Edukte Gewichtsanteile Epikote 8281 682,4Reactants by weight of Epikote 828 1 682.4
Bisphenol A 198,4Bisphenol A 198.4
Dianol 2652 252,7Dianol 265 2 252.7
Methylisobutylketon 59,7Methyl isobutyl ketone 59.7
Benzyldimethylamin 3,7 Blockiertes Isocyanat3 1011,3Benzyldimethylamine 3.7 Blocked isocyanate 3 1011.3
Diketimin4 65,4Diketimine 4 65.4
Methylethanolamin 59,7Methylethanolamine 59.7
1 -Phenoxy-2-Propanol 64,81-phenoxy-2-propanol 64.8
Milchsäure 88% 60,9Lactic acid 88% 60.9
Emulgatormischung5 15,2Emulsifier mixture 5 15.2
Entmineralisiertes Wasser 3026,6 19Demineralized water 3026.6 19
Flüssiges Epoxidharz hergestellt durch Reaktion von Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem Epoxidequivalentgewicht von 188 (Shell Chemicals)Liquid epoxy resin made by reaction of bisphenol A and epichlorohydrin with an epoxide equivalent weight of 188 (Shell Chemicals)
2 Ethoxiliertes Bisphenol A mit einer OH-Zahl von 222 (Akzo) 2 ethoxylated bisphenol A with an OH number of 222 (Akzo)
Polyurethan Vernetzer hergestellt aus Diphenylmethandiisocyanat, bei dem von 6 Molen Isocyanat zunächst 4,3 mit Butyldiglykol umgesetzt werden und die verbleibenden 1,7 Mol mit Trimethylolpropan. Der Vernetzer liegt in einer 80%-igen Lösung aus Methylisobutylketon undPolyurethane crosslinker made from diphenylmethane diisocyanate, in which 4.3 of 6 moles of isocyanate are first reacted with butyl diglycol and the remaining 1.7 moles with trimethylol propane. The crosslinker is in an 80% solution of methyl isobutyl ketone and
Isobutanol (Gewichtsverhältnis 9:1) vorIsobutanol (weight ratio 9: 1) before
4 Diketimin aus der Umsetzung von Diethylentriamin und Methyl- isobutylketon, 75%-ig in Methylisobutylketon 4 diketimine from the reaction of diethylene triamine and methyl isobutyl ketone, 75% in methyl isobutyl ketone
Mischung aus 1 Teil Butylglykol und 1 Teil eines tertiären Acetylen- glykols (Surfynol 104; Air Products)Mixture of 1 part butyl glycol and 1 part of a tertiary acetylene glycol (Surfynol 104; Air Products)
Das Epikote 828, Bisphenol A und Dianol 265 werden in einem Reaktor unter Stickstoff überschleierung auf 130 °C erhitzt . Dann werden 1,6 Teile des Benzyldimethylamins (Katalysator) zugegeben, die Reaktionsmischung auf 150 °C aufgeheizt und für ca. eine halbe Stunde zwischen 150 ° und 190 °C gehalten und dann heruntergekühlt auf 140 °C. Anschließend wird die restliche Menge Benzyldimethylamin zugegeben und die Temperatur bei 140 ° gehalten bis sich nach ca 2,5 h ein Epoxid-Equivalent-Gewicht von 1120 einstellt. Direkt danach wird der Polyurethanvernetzer zugegeben und die Temperatur auf 100 °C erniedrigt. Anschließend wird die Mischung der sekundären Amine zugegeben und die Reaktion für ca 1 h bei 115 ° gehalten, 20 bis eine Viskosität von ca. 6 dPas erreicht ist (50%ige Anlösung in Methoxypropanol, ICI Kegel-Platte Viskosimeter). Nach Zugabe des Phenoxypropanols wird das Harz in dem Wasser, worin die Milchsäure und die Emulgatormischung gelöst sind, dispergiert. Durch Hydrolyse bilden sich aus dem Ketimin Addukt die erwünschten primären Aminogruppen.The Epikote 828, bisphenol A and Dianol 265 are heated to 130 ° C. in a reactor with nitrogen blanketing. Then 1.6 parts of the benzyldimethylamine (catalyst) are added, the reaction mixture is heated to 150 ° C. and kept between 150 ° and 190 ° C. for about half an hour and then cooled down to 140 ° C. The remaining amount of benzyldimethylamine is then added and the temperature is kept at 140 ° until an epoxy equivalent weight of 1120 is established after about 2.5 h. Immediately afterwards, the polyurethane crosslinker is added and the temperature is reduced to 100.degree. The mixture of secondary amines is then added and the reaction is held at 115 ° for about 1 h, 20 until a viscosity of approx. 6 dPas is reached (50% solution in methoxypropanol, ICI cone-plate viscometer). After the phenoxypropanol has been added, the resin is dispersed in the water in which the lactic acid and the emulsifier mixture are dissolved. The desired primary amino groups are formed from the ketimine adduct by hydrolysis.
Der Festkörper beträgt nach diesem Schritt 35%, erhöht sich nach demThe solid is 35% after this step, increases after
Abstrippen der niedersiedenden Lösungsmittel auf 37%.Stripping the low-boiling solvent to 37%.
Die Dispersion ist durch eine Teilchengröße von ca 150 nm gekennzeichnet.The dispersion is characterized by a particle size of approx. 150 nm.
Beispiel 2Example 2
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung einer wäßrigen Dispersion, die ein kathodisch abscheidbares Kunstharz und einen Vernetzer enthält:This example shows the preparation of an aqueous dispersion which contains a cathodically depositable synthetic resin and a crosslinking agent:
In einem Reaktor werden 589 Teile Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A mit einen Epoxid-Equivalentgewicht (EEW) von 188 zusammen mit 134 Teilen Bisphenol A und 108 Teilen Nonylphenol unter Stickstoff atmosphäre auf 125 °C aufgeheizt und 10 min gerührt. Anschließend heizt man auf 130 °C und gibt 2,3 Teile N,N-Dimethylbenzylamin zu. Bei dieser Temperatur wird der Reaktionsansatz gehalten, bis das EEW einen Wert von 851 g/eq erreicht hat. Man gibt nun 723 Teile des Vernetzers (80%ig; Blockiertes Isocyanat, s. Beispiel 1) zu. Eine halbe Stunde nach Vernetzerzugabe setzt man eine Mischung von 21 Teilen Butylglykol und 102 Teilen sec-Butanol zu und hält bei 95 °C. Anschließend wird eine Mischung von 50 Teilen Methylethanolamin und 48 Teilen des Vorprodukts Diketimin (vgl. Beispiel 1 : Diethylentriamin-diketimin in Methylisobutylketon) in den Reaktor gegeben. Der Reaktionsansatz erwärmt sich (exotherme Reaktion) und wird bei 100 °C gehalten. Nach einer weiteren halben Stunde gibt man 15 Teile N,N- 21589 parts of epoxy resin based on bisphenol A with an epoxy equivalent weight (EEW) of 188 together with 134 parts of bisphenol A and 108 parts of nonylphenol are heated in a reactor to 125 ° C. under a nitrogen atmosphere and stirred for 10 minutes. The mixture is then heated to 130 ° C. and 2.3 parts of N, N-dimethylbenzylamine are added. The reaction mixture is held at this temperature until the EEW has reached a value of 851 g / eq. Now 723 parts of the crosslinker (80%; blocked isocyanate, see Example 1) are added. Half a hour after the addition of crosslinking agent, a mixture of 21 parts of butylglycol and 102 parts of sec-butanol is added and the mixture is kept at 95.degree. A mixture of 50 parts of methylethanolamine and 48 parts of the precursor diketimine (cf. Example 1: diethylene triamine diketimine in methyl isobutyl ketone) is then added to the reactor. The reaction mixture heats up (exothermic reaction) and is kept at 100.degree. After another half an hour, 15 parts of N, N- 21
Dimethylaminopropylamin zum Reaktionsgemisch. Eine halbe Stunde nach Zugabebeginn werden 93 Teile Plastilit 3060 (Propylenglykolverbindung, Fa. BASF), 52 Teile Propylenglycolphenylether und 20 Teile sec-Butanol zugesetzt.Dimethylaminopropylamine to the reaction mixture. Half an hour after the start of the addition, 93 parts of Plastilit 3060 (propylene glycol compound, BASF), 52 parts of propylene glycol phenyl ether and 20 parts of sec-butanol are added.
Man kühlt auf 80 °C und überführt nach weiteren 10 min 1327 Teile des Reaktionsgemischs in ein Dispergiergefäß. Dort gibt man portionsweise unter Rühren 45 Teile Milchsäure (88%ig in Wasser) in 728 Teilen deionisiertem Wasser zu. Anschließend wird 20 min homogenisiert, bevor mit weiteren 1400 Teilen entionisiertem Wasser in kleinen Portionen weiter verdünnt wird.The mixture is cooled to 80 ° C. and, after a further 10 min, 1327 parts of the reaction mixture are transferred to a dispersion vessel. 45 parts of lactic acid (88% strength in water) in 728 parts of deionized water are added in portions with stirring. The mixture is then homogenized for 20 minutes before further dilution in small portions with a further 1400 parts of deionized water.
Die Dispersion besitzt folgende Kennzahlen:The dispersion has the following key figures:
Feststoffgehalt: 30 % (1 Std. bei 130 °C) Basengehalt: 0,68 Milliequivalente/g FestkörperSolids content: 30% (1 hour at 130 ° C.) Base content: 0.68 milliequivalents / g solids
Säuregehalt: 0,37 Milliequivalente/g FestkörperAcidity: 0.37 milliequivalents / g solid
Beispiel 3Example 3
Einem kathodisch abscheidbaren Elektrotauchbad gemäß den Beispielen 1 und 2 werden 300 ppm Formaldehyd in Form der handelsüblichen 37%igen Formalinlösung zugesetzt und zwischen 2 und 20 h eingerührt. Nach der Reaktionszeit werden blanke Stahlbleche ST 1405 und phosphatierte Stahlbleche Bo 25 wie üblich abgeschieden und eingebrannt.300 ppm of formaldehyde in the form of the commercially available 37% formalin solution are added to a cathodically depositable electrodeposition bath according to Examples 1 and 2 and the mixture is stirred in for between 2 and 20 hours. After the reaction time, bare steel sheets ST 1405 and phosphated steel sheets Bo 25 are deposited and burned in as usual.
Die Kantenabdeckung kann mit einem Kantengütemeßgerät ermittelt werden. Die Isolationsfähigkeit der Kante von einem nicht behandelten KTL- 22The edge coverage can be determined with an edge quality measuring device. The insulation ability of the edge from an untreated KTL- 22
Bad beträgt 10-20 %. Dieser Wert steigt durch den Formaldehyd-Zusatz auf ca. 90 %, d.h. die Kante ist fast vollständig abgedeckt. Dies wird bestätigt durch den Korrosionstest nach ASTM. ST 1405-Bleche wurden 360 h belastet und zeigten eine Kantenkorrosionsverbesserung von Note 5 auf 1-2.Bad is 10-20%. Due to the addition of formaldehyde, this value increases to approx. 90%, i.e. the edge is almost completely covered. This is confirmed by the corrosion test according to ASTM. ST 1405 sheets were loaded for 360 h and showed an edge corrosion improvement from grade 5 to 1-2.
Beispiel 4:Example 4:
Analog Beispiel 3 wird der gleiche kathodisch abscheidbare ET-Lack mit 500 ppm eines Halbavetals aus Formaldehyd und Harnstoff oder Butandiol versetzt und nach der Reaktionszeit von einem Tag abgeschieden. In dem schwach sauren Medium wird das Halbacetal gespalten, und es wird reaktives Formaldehyd freigesetzt. Es werden ähnliche Ergebnisse erhalten. Es wird eine Kantengütezahl von 90-100 % erhalten. Auch werden die Korrosionswerte nach ASTM an der Kante von Note 5 auf 1 verbessert. Analogously to Example 3, the same cathodically depositable ET varnish is mixed with 500 ppm of a hemavetal of formaldehyde and urea or butanediol and deposited after the reaction time of one day. The hemiacetal is cleaved in the weakly acidic medium and reactive formaldehyde is released. Similar results are obtained. An edge quality factor of 90-100% is obtained. The corrosion values according to ASTM on the edge are also improved from grade 5 to 1.

Claims

23 Patentansprüche 23 claims
1. Verfahren zur Herstellung von Elektrotauchlacken aus wäßrigen Bindemitteldispersionen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den1. Process for the production of electrocoating materials from aqueous binder dispersions, that is, that the
Bindemitteldispersionen aus dem Elektrotauchlack ggf. Katalysatoren zugesetzt werden,und ein oder mehrere Aldehyde der allgemeinen Formel R-CH=0 oder ein oder mehrere solche Aldehyde abspaltender Verbindungen zugesetzt werden, wobei R ein Wasserstoffatom oder ein Alcyl-Rest mit 1-10 C-Atomen ist.Binder dispersions from the electrocoat material are optionally added to catalysts, and one or more aldehydes of the general formula R-CH = 0 or one or more compounds which split off such aldehydes are added, where R is a hydrogen atom or an alcyl radical having 1-10 C atoms is.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bindemitteldispersionen oder der Elektrotauchlack organische Verbindungen mit Aminogruppen, vorzugsweise primären2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the binder dispersions or the electrocoat organic compounds with amino groups, preferably primary
Aminogruppen enthält.Contains amino groups.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichn et, daß zunächst ein Gemisch organischer Verbindungen, die Aminogruppen, vorzugsweise primäre3. The method according to claim 1 or 2, characterized gekennzeichn et that first a mixture of organic compounds, the amino groups, preferably primary
Aminogruppen enthalten, hergestellt und anschließend das Gemisch dem Bindemittel oder Lack zugesetzt wird.Contain amino groups, prepared and then the mixture is added to the binder or paint.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Aldeyhd4. The method according to any one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that as Aldeyhd
Formaldehyd eingesetzt wird. 24Formaldehyde is used. 24
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel oder der Elektrotauchlack aminmodifizierte Epoxidharze enthalten.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the binder or the electrocoating material contain amine-modified epoxy resins.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Katalysatoren eingesetzt werden, die Metalle, metallhaltige Verbindungen oder Gemische enthalten.6. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that catalysts are used which contain metals, metal-containing compounds or mixtures.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch e ke n nzei c h n e t, daß die Katalysatoren in dem Elektrotauchlack in Form von Kationen, vorzugsweise in Form von zweiwertigen Kationen vorliegen.7. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the catalysts are present in the electrocoating material in the form of cations, preferably in the form of divalent cations.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadu rch ge ke n n ze ich ne t, daß die Katalysatoren in solchen Mengen eingesetzt werden, daß die Kationen in Konzentrationen von 200 bis 800 ppm, vorzugsweise 350 bis 650 ppm in dem Elektrotauchlack vorliegen.8. The method according to claim 7, so that the catalysts are used in such amounts that the cations are present in concentrations of 200 to 800 ppm, preferably 350 to 650 ppm, in the electrocoating material.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv in derartigen Mengen zugesetzt wird, daß der Elektrotauchlack bis 50 bis 1.000 ppm, vorzugsweise 200 bis 500 ppm Aldehyd enthält. 259. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the additive is added in such amounts that the electrocoat contains up to 50 to 1,000 ppm, preferably 200 to 500 ppm, of aldehyde. 25th
10. Elektrotauchlack mit verbessertem Kantenschutz, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.10. electrocoat with improved edge protection, characterized in that it is produced in a method according to any one of claims 1 to 9.
11. Verwendung des Elektrotauchlacks nach Anspruch 10 als Kantenschutz. 11. Use of the electrocoat material according to claim 10 as edge protection.
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