EP1027390A1 - Elektrisch leitfähige decklacke - Google Patents

Elektrisch leitfähige decklacke

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EP1027390A1
EP1027390A1 EP98956865A EP98956865A EP1027390A1 EP 1027390 A1 EP1027390 A1 EP 1027390A1 EP 98956865 A EP98956865 A EP 98956865A EP 98956865 A EP98956865 A EP 98956865A EP 1027390 A1 EP1027390 A1 EP 1027390A1
Authority
EP
European Patent Office
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lacquer according
conductive
additives
lacquer
electrically conductive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98956865A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Herrmann
Wolf-Rüdiger Karl
Klaus Pipplies
Klaus Schulte
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.)
Plastal GmbH
Venator Germany GmbH
Original Assignee
Sachtleben Chemie GmbH
Dynamit Nobel Kunststoff GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING 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
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/24—Electrically-conducting paints

Definitions

  • the present invention relates to polymer-based paints, which are used in particular to coat plastic surfaces.
  • the insulating properties of plastics often have other disadvantages when used. Because of their insulating properties, it is not possible, for example, to paint them easily using the so-called electrostatic coating. This is particularly disadvantageous when insulating plastics are combined with electrically conductive materials and are to be painted electrostatically together in one operation; a process that is quite common in the automotive industry and its suppliers, in which plastic bumpers are connected to metallic body parts, for example.
  • electrostatic painting In order to be able to use the technology of electrostatic painting, however, it was previously necessary to treat the plastic surfaces with a black or dark gray, electrically conductive primer. Plastic surfaces equipped in this way could then be electrostatically painted over with the actual topcoat.
  • the object of the present invention was therefore to provide lacquers which eliminate the disadvantages which occur when lacquering plastic surfaces.
  • Another object of the present invention was to provide topcoats with an antistatic finish in order to be able to dispense with the electrically conductive primer.
  • the coatings of the invention should also meet the requirements with regard to mechanical and optical properties, corrosion protection and weather resistance.
  • additives include conductive carbon blacks, metal powders, conductive coated mica flakes, finely divided surface-treated and -Untreated SnO 2, semiconductor-doped TiO 2, BaSO doped semiconductor and a number of organic additives.
  • sufficient conductive particles are introduced into the lacquer, which form a network of electrically conductive paths in the lacquer matrix, via which electrical charges can flow away in a targeted manner (percolation theory).
  • the amount of conductive particles in the polymer matrix of the lacquer required for the antistatic finish and the resulting conductivity of the overall system is determined by the percolation theory.
  • the combination with suitable other, non-conductive fillers / pigments is provided.
  • This measure makes use of the so-called extender effect without any loss of conductivity in the overall system.
  • This extender effect makes it possible to reduce the amount of conductive additives required per se.
  • a surface resistance of 10 2 to 10 9 ohms that meets the criterion for antistatic coatings usually forms when pigmented with the conductive additives and / or the non-conductive fillers / pigments from 5 - 35% PVC (pigment volume concentration).
  • a suitable lacquer can thus be formulated according to the invention for any decorative design.
  • controlled flocculation with thermodynamically less favorable solvents or with suitable additives known to the person skilled in the art can be provided.
  • a lower degree of filling leads to improvements in all of the above criteria, while maintaining the desired antistatic property.
  • the TiO 2 particles to be used can also have an inorganic doping.
  • the doping of the TiO 2 particles with aluminum oxide or zirconium oxide advantageously changes the weather resistance of the paint according to the invention.
  • an organic aftertreatment can be provided according to the invention.
  • the on water-dilutable or solvent-containing binders such.
  • Varnishes should preferably be equipped with coloring pigments (e.g. TiO 2 , organic and inorganic colored pigments), with effect pigments (e.g. pearlescent pigments) or other fillers such as. B. BaSO.
  • coloring pigments e.g. TiO 2 , organic and inorganic colored pigments
  • effect pigments e.g. pearlescent pigments
  • B. BaSO fillers
  • the selection criteria depend on the properties required in the later application.
  • the curing of the coating systems is determined by the choice of resin and the additives used. Curing by UV or EB radiation can also be carried out successfully with a suitable choice of additives.
  • additives which are usually used can also be used in the formulations on which the invention is based.
  • the paints according to the invention can be produced by processes known per se.
  • the solution according to the invention can eliminate one operation in the treatment of plastic surfaces, which on the one hand saves considerable costs and on the other hand eliminates sources of error in the process. Furthermore, the solution according to the invention also relieves the burden on the environment, since the elimination of the lead primer (electrostatic primer) eliminates the solvents normally used.
  • silver, green and red metallic lacquers based on cellulose acetobutyrate / polyester / melamine resin were each antistatically equipped with a transparent, electrically conductive BaSO4.
  • the formulation for the silver metallic lacquer composed according to the invention may be mentioned by way of example: Cellulose acetobutyrate (15%) 32.0% by weight
  • Electrically conductive BaSO 4 is known per se from EP-A-0 459 552. It basically consists of BaSO 4 particles, which are encased by a layer of SnO 2 doped with Sb 2 O 3 . Sacon P 401, for example, can be used.
  • the plastic surfaces treated with these metallic lacquers according to the invention were initially examined purely visually. There were no significant differences to the plastic surfaces treated with known metallic paints. The paints were then measured with a spectrophotometer at D65 / 10 0 . Here, too, there were only slight differences in the colorimetric data. The maximum Delt E values were 1.30.
  • lacquer according to the invention is the following formulation of a light gray, electrically conductive basecoat based on polyester / melamine resin.
  • Another advantageous embodiment of the invention provides the so-called controlled flocculation.
  • this controlled flocculation can be generated.
  • the antistatic property of the lacquer according to the invention is not lost here either.
  • tests have been carried out in polyester, acrylate and epoxy resin systems.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Lack auf Polymerbasis bereit, der neben den an sich üblichen Lack-Bestandteilen geeignete leitfähige Zusatzstoffe enthält, durch die der Lack antistatisch ausgerüstet wird.

Description

Elektrisch leitfähige Decklacke
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Lacke auf Polymerbasis, die insbesondere zur Beschichtung von Kunststoffoberflächen dienen.
Bei der Berührung von elektrisch ungeladenen Stoffen mit unterschiedlichen Di- elektrizitätskonstanten wandern Elektronen aus dem einem in den anderen Stoff. Bei einer raschen Trennung der beiden Stoffe bleibt die so erhaltene Ladungsverschiebung erhalten und kann zur Ausbildung hoher elektrostatischer Potentiale führen. Dieses Phänomen ist oftmals bei den Kunststoffen zu beobachten, die sich aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaften relativ leicht elektrostatisch aufladen können. Die plötzliche Entladung von solch elektrostatisch aufgeladenen Kunststoffen kann in bestimmten Fällen zu einer Gefahrenquelle werden. Es ist daher allgemein üblich, in den Fällen, in denen elektrostatisch aufgeladene Kunststoffe eine Gefahrenquelle darstellen können, eine sogenannte antistatische Ausstattung der Kunststoffoberflächen vorzusehen, um elektrostatische Aufladungen kontrolliert abfließen lassen und somit die Gefahr plötzlicher Entladungen wirksam verhindern zu können.
Die isolierenden Eigenschaften von Kunststoffen bringen bei der Verwendung nicht selten auch andere Nachteile mit sich. Aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaften ist es beispielsweise nicht möglich, sie ohne weiteres durch die sogenannte elektrostatische Beschichtung zu lackieren. Dies wirkt sich insbesondere dann nachteilig aus, wenn isolierende Kunststoffe zusammen mit elektrisch leitfähigen Materialien kombiniert und gemeinsam in einem Arbeitsgang elektrostatisch lackiert werden sollen; ein Vorgang, wie er in der Automobilindustrie und deren Zulieferer, in der beispielsweise Kunststoffstoßfänger mit metallischen Karosserieteilen verbunden sind, durchaus üblich ist. Um die Technik der elektrostatischen Lackierung jedoch nutzen zu können, war daher bisher die Behandlung der Kunststoffoberflächen mit einer schwarzen bzw. dunkelgrauen, elektrisch leitfähigen Grundierung Voraussetzung. So ausgestattete Kunststoffoberflächen konnten dann mit dem eigentlichen Decklack elektrostatisch überlackiert werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Lacke bereitzustellen, die die bei der Lackierung von Kunststoffoberflächen auftretenden Nachteile beseitigen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, Decklacke antistatisch auszurüsten, um auf die elektrisch leitfähige Grundierung verzichten zu können.
Die erfindungsgemäßen Lacke sollen außerdem den Anforderungen hinsichtlich mechanischer und optischer Eigenschaften, Korrosionsschutz und Wetterbeständigkeit genügen.
Erfindungsgemäß gelöst wurde die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
Die Erfindung sieht vor, an sich bekannte Lacke durch den Zusatz von geeigneten Zusatzstoffen antistatisch auszurüsten. Zu den erfindungsgemäß einzusetzenden Zusatzstoffen zählen Leitfähigkeitsruße, Metallpulver, leitfähig beschichtete Glimmerplättchen, feinteiliges oberflächenbehandeltes und -unbehandeltes SnO2, halbleiterdotiertes TiO2, halbleiterdotiertes BaSO und eine Reihe organischer Additive.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden in den Lack genügend leitfähige Partikel eingebracht, die in der Lackmatrix ein Netzwerk elektrisch leitfähiger Pfade ausbilden, über die gezielt elektrische Ladungen abfließen können (Perkolationstheorie). Die für die antistatische Ausrüstung erforderliche Menge der leitfähigen Partikel in der Polymermatrix des Lackes und die daraus resultierende Leitfähigkeit des Gesamtsystems wird durch die Perkolationstheorie bestimmt.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist die Kombination mit geeigneten anderen, nicht leitfähigen Füllstoffen/Pigmenten vorgesehen. Durch diese Maßnahme wird der sogenannte Extendereffekt ausgenutzt, ohne daß Einbußen in der Leitfähigkeit des Gesamtsystems resultieren. Dieser Extendereffekt macht es möglich, die an sich notwendige Menge an leitfähigen Zusatzstoffen zu reduzieren. Ein das Kriterium für antistatische Beschichtungen erfüllender Oberflächenwiderstand von 102 bis 109 Ohm bildet sich üblicherweise bei einer Pigmentierung mit den leitfähigen Zusatzstoffen und/oder den nicht leitfähigen Füllstoffen/Pigmenten von 5 - 35% PVK (Pigment- Volumen-Konzentration) aus.
Durch die geeignete Wahl und Kombination der einzelnen nichtleitenden Füllstoffe/Pigmente und der elektrisch leitenden Zusatzstoffe kann praktisch jeder Lack auf Polymerbasis antistatisch ausgestattet werden. Damit kann erfindungsgemäß für jede beliebige dekorative Gestaltung ein geeigneter Lack formuliert werden.
Zur Optimierung der erfindungsgemäßen Lacke kann in bestimmten Fällen die kontrollierte Flockung mit thermodynamisch ungünstigeren Lösungsmitteln oder mit, dem Fachmann an sich bekannten, geeigneten Additiven vorgesehen werden. Ein geringerer Füllgrad führt in den meisten Fällen, unter Einhaltung der gewünschten antistatischen Eigenschaft, zu Verbesserungen in allen oben genannten Kriterien.
Um die Leistungsfähigkeit der elektrisch leitfähigen Zusatzstoffe zu gewährleisten, ist eine ausreichende Dispergierung sowohl der elektrisch leitfähigen Zusatzstoffe als auch der nicht leitfähigen Füllstoffe/Pigmente notwendig; wie diese zu erzielen ist, ist dem Fachmann an sich bekannt.
Die Zugabe von 0,05 - 20,0 % PVK transparentem TiO2 auf Basis Rutil mit einer Kristallitgröße von 5 - 50 nm bewirkt winkelunabhängige (Farbtoneffekte) und winkelabhängige (Frosteffekt) Veränderungen. Gleichzeitig konnte durch diese Zugabe von transparentem TiO2 eine besondere Stabilität gegen UV-A- und UV-B- Strahlung erzielt werden.
Die einzusetzenden TiO2-Teilchen können zusätzlich auch eine anorganische Dotierung aufweisen. Die Dotierung der TiO2-Teilchen mit Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid verändert dabei in vorteilhafter Weise die Wetterbeständigkeit des erfindungsgemäßen Lackes, Um die Benetzbarkeit und die damit verbundene Dispergierbarkeit der TiO2-Teilchen weiter zu verbessern, kann erfindungsgemäß eine organische Nachbehandlung vorgesehen werden.
Weiterhin können die auf wasserverdünnbaren oder lösemittelhaltigen Bindemitteln wie z. B. Polyester-, Alkyd-, Akryl-, Epoxidharzen basierenden erfindungsgemäßen Lacke vorzugsweise ausgestattet sein mit farbgebenden Pigmenten (z. B. TiO2, organische und anorganische Buntpigmente), mit Effektpigmenten (z. B. Perlglanzpigmente) oder weiteren Füllstoffen wie z. B. BaSO . Die Auswahlkriterien richten sich nach den in der späteren Anwendung geforderten Eigenschaften. Die Härtung der Lacksysteme ist vorgegeben durch die Wahl des Harzes und der eingesetzten Zusatzstoffe. Eine Härtung durch UV- oder EB-Strahlung kann ebenfalls bei geeigneter Auswahl der Zusatzstoffe erfolgreich durchgeführt werden. Zur Optimierung der Lackrezepturen hinsichtlich mechanischer oder optischer Eigenschaften, zur Verbesserung der Rheologie, etc. können üblicherweise eingesetzte Additive auch in den der Erfindung zugrundeliegenden Formulierungen verwendet werden. Bei der Auswahl der Zusatzstoffe ist lediglich darauf zu achten, daß das Netzwerk elektrisch leitfähiger Pfade nicht unterbrochen wird, denn hierdurch würde der Oberflächenwiderstand des Lacks wieder drastisch angehoben (Perkolationstheorie).
Hergestellt werden können die erfindungsgemäßen Lacke nach an sich bekannten Verfahren.
Von besonderem Vorteil ist, daß durch die erfindungsgemäße Lösung bei der Behandlung von Kunststoffoberflächen ein Arbeitsgang entfallen kann, wodurch einerseits erhebliche Kosten eingespart werden, andererseits auch Fehlerquellen im Prozeß ausgeschlossen werden. Des weiteren entlastet die erfindungsgemäße Lösung auch die Umwelt, da durch den Verzicht des Leitprimers (elektrostatische Grundierung) die üblicherweise eingesetzten Lösungsmittel entfallen.
Um die Eignung der erfindungsgemäß zusammengesetzten Lacke zu demonstrieren wurden silberne, grüne und rote Metallic-Lacke auf Basis Celluloseaceto- butyrat/Polyester/Melaminharz jeweils mit einem transparenten, elektrisch leitfähigen BaSO antistatisch ausgerüstet. Beispielhaft genannt sei die Rezeptur für den erfindungsgemäß zusammengesetzten silbernen Metallic-Lack: Celluloseacetobutyrat (15%ig) 32,0 Gew.-%
Polyester (65%ig) 16,0 Gew.-%
Melaminharz 5,5 Gew.-%
Aluminiumpigment 2,4 Gew.-% leitfähiges BaSO4 16,1 Gew.-%
Lösungsmittel und Lackhilfsstoffe 28,0 Gew.-%
Elektrisch leitfähiges BaSO4 ist an sich aus der EP-A- 0 459 552 bekannt. Es besteht im Prinzip aus BaSO4-Teilchen, die von einer Schicht aus mit Sb2O3 dotiertem SnO2 umhüllt sind. Verwendet werden kann beispielsweise Sacon P 401. Die mit diesen erfindungsgemäßen Metallic-Lacken behandelten Kunststoffoberflächen wurden zunächst rein visuell begutachtet. Es konnten keine signifikanten Unterschiede zu mit bekannten Metallic-Lacken behandelten Kunststoffoberflächen festgestellt werden. Daraufhin wurden die Lacke mit einem Spektralphotometer bei D65/100 vermessen. Auch hier zeigten sich nur geringe Unterschiede in den farbmetrischen Daten. Die Delt E-Werte lagen im Maximum bei 1 ,30.
Ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemäßen Lack ist die nachfolgende Formulierung eines hellgrauen elektrisch leitfähigen Basecoats auf Basis Poly- ester/Melaminharz.
Dynapol H 703 26,7 Gew.-%
Maprenal MF 650 7,9 Gew.-% leitfähiges BaSO4 29,4 Gew.-%
Hombitan R 522 11 ,0 Gew.-%
Xylol/MPA 2/1 21 ,0 Gew.-%
Modaflow (5%ig in 4,0 Gew.-% Solvesso 100)
Oberflächenwiderstand 104 Ohm
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die sogenannte kontrollierte Flockung vor. Durch eine geeignete Auswahl spezieller Additive und für das System thermodynamisch ungünstiger Lösungsmittel kann diese kontrollierte Flockung erzeugt werden. Auch dabei geht die antistatische Eigenschaft des erfindungsgemäßen Lackes nicht verloren. Beispielhaft hierzu sind Untersuchungen in Polyester-, Akrylat- und Epoxidharzsystemen durchgeführt worden.
a) Akrylatsystem
b) Polyesterharzsystem

Claims

Patentansprüche
1. Lack auf Polymerbasis, dadurch gekennzeichnet, daß er neben den an sich üblichen Lack-Bestandteilen geeignete leitfähige Zusatzstoffe enthält, durch die der Lack antistatisch ausgerüstet wird.
2. Lack gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Zusatzstoffe ausgewählt sind aus Leitfähigkeitsrußen, Metallpulvern, leitfähig beschichtete Glimmerplättchen, feinteiligem oberflächenbehandeltem und - unbehandeltem SnO2, halbleiterdotiertem TiO2, halbleiterdotiertem BaSO und/oder aus organischen Additiven.
3. Lack gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die antistatische Ausrüstung erforderliche Menge der leitfähigen Zusatzstoffe in der Polymermatrix des Lackes und die daraus resultierende Leitfähigkeit des Gesamtsystems durch die Perkolationstheorie bestimmt wird.
4. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß er eine Kombination von leitfähigen Zusatzstoffen gemäß
Anspruch 2 mit nicht leitfähigen Füllstoffen/Pigmenten enthält.
5. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Oberflächenwiderstand von 102 bis 109 Ohm aufweist.
6. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß er 5 bis 35% PVK an leitfähigen Zusatzstoffen und/oder nicht leitfähigen Füllstoffen/Pigmenten enthält.
7. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitfähiger Zusatzstoff elektrisch leitfähiges BaSO eingesetzt wird.
8. Lack gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitfähiges BaSO4 BaSO -Teilchen eingesetzt werden, die von einer Schicht aus mit Sb2O3 dotiertem SnO2 umhüllt sind.
9. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitfähiger Zusatzstoff transparente TiO2 auf Basis Rutil eingesetzt wird.
10. Lack gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß 0,05 - 20,0 % PVK, 5 transparentes TiO2, vorzugsweise mit einer Kristallitgröße von 5 - 50 nm eingesetzt wird.
11. Lack gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzusetzenden TiO2-Teilchen eine anorganische Dotierung, vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid aufweisen.
10 12. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß Celluloseacetobutyrat/Polyester/Melaminharz als Polymerbasis eingesetzt wird.
13. Lack gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontrollierte Flockung erzeugt wird.
15 14. Lack gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die kontrollierte Flockung durch an sich bekannte Additive und/oder die Zugabe thermodynamisch ungünstigerer Lösungsmittel erzeugt wird.
15. Verwendung eines Lackes gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 zur antistatischen Ausstattung von Kunststoffen.
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