EP1165700A1 - Sol-gel coating for single-layer or multi-layer varnishes - Google Patents

Sol-gel coating for single-layer or multi-layer varnishes

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Publication number
EP1165700A1
EP1165700A1 EP00914111A EP00914111A EP1165700A1 EP 1165700 A1 EP1165700 A1 EP 1165700A1 EP 00914111 A EP00914111 A EP 00914111A EP 00914111 A EP00914111 A EP 00914111A EP 1165700 A1 EP1165700 A1 EP 1165700A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sol
groups
gel
coating material
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00914111A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Betz
Wilfried STÜBBE
Horst HINTZE-BRÜNING
Heinz-Peter Rink
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF Coatings GmbH filed Critical BASF Coatings GmbH
Publication of EP1165700A1 publication Critical patent/EP1165700A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50Multilayers
    • B05D7/52Two layers
    • B05D7/53Base coat plus clear coat type
    • B05D7/536Base coat plus clear coat type each layer being cured, at least partially, separately
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50Multilayers
    • B05D7/56Three layers or more
    • B05D7/57Three layers or more the last layer being a clear coat
    • B05D7/576Three layers or more the last layer being a clear coat each layer being cured, at least partially, separately
    • 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
    • C09D133/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D133/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C09D133/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
    • C09D133/062Copolymers with monomers not covered by C09D133/06
    • C09D133/066Copolymers with monomers not covered by C09D133/06 containing -OH groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D183/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04Polysiloxanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D183/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/14Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/14Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms

Definitions

  • the present invention relates to a new sol-gel coating material for the production of sol-gel coatings on single-layer or multi-layer coatings.
  • the present invention relates to a new method for producing painted substrates, in particular painted automobile bodies, in which the substrates are first provided with a multi-layer coating, after which a sol-gel coating material is applied and cured.
  • two-component (2K) or multicomponent (3K, 4K) clearcoats contain, as essential constituents, binders, with functional groups which can react with isocyanate groups, and polyisocyanates with free isocyanate groups as crosslinking agents. The two essential components are stored separately until they are used.
  • Both aqueous and conventional two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clearcoats are known.
  • An example of an aqueous system can be found in German patent DE-A-44 21 823.
  • These clear coats provide weather-resistant coatings, which, however, are often not sufficiently scratch-resistant under heavy use. Scratches are, however, already visually disturbing if the clear lacquer surface is only deformed without material being removed in the process.
  • Both one-component (1K) and two-component (2K) undercoat lacquers are used.
  • the one-component (IC) undercoat materials contain self- or externally crosslinking binders and, for example, aminoplast resins or blocked polyisocyanates as crosslinking agents.
  • the two-component (2K) uni topcoats contain binders with functional groups that can react with isocyanate groups and polyisocyanates with free isocyanate groups as crosslinking agents. Paints of this type are also used as car refinish paints.
  • As with the two-component (2K) clearcoats their two essential components are stored separately from each other until they are used. Solid-color top coats have a scratch resistance, which sometimes does not meet the particularly heavy loads to which commercial vehicles are often exposed.
  • sol-gel clearcoats based on siloxane-containing paint formulation oranges have recently been developed, which are obtained by hydrolysis and condensation of silane compounds.
  • lacquers which are used as coating agents for coatings on plastics, are described, for example, in German patent specifications DE-A-43 03 570, 34 07 087, 40 11 045, 40 25 215, 38 28 098, 40 20 316 or 41 22743 .
  • Sol-gel clear coats give plastic substrates such as B. glasses or motorcycle helmet visors have a very good scratch resistance. This scratch resistance is not achieved by the well-known OEM (Original Equipment Manufacturing) clearcoats, which are usually used for the initial painting of vehicles. The automotive industry is now required to transfer this improved scratch resistance to the clearcoat layers and solid-color lacquer layers used in the painting of automobiles.
  • OEM Olinal Equipment Manufacturing
  • sol-gel clear coats are too expensive.
  • the economically more favorable use of the sol-gel clearcoats as an additional coating layer over the previously used clearcoat or solid-color topcoats results in adhesion problems between these painting poles and the sol-gel coating, which occur in particular after stone chipping and when exposed to condensation.
  • the object of the present invention is to provide a new sol-gel coating material which allows the advantageous properties of the sol-gel coatings with the advantageous properties of the known single-layer or multi-layer coatings, in particular the single- or multi-layer effect and / or to combine color-imparting painting orifices for automotive OEM painting without causing problems of liability.
  • the new sol-gel coating material has been found to contain
  • AI Acrylate copolymer (AI), obtainable by copolymerization of at least the following monomers:
  • variable R has the following meaning:
  • R hydrolyzable groups, hydroxyl groups and non-hydrolyzable groups, with the proviso that at least one, preferably at least two, hydrolyzable group (s) is or are present;
  • coating material according to the invention.
  • a one-coat paint system based on a one-component (LC) clear coat, two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clear coat, powder clear coat or UV-curable clear coat,
  • process according to the invention the new processes for the production of sol-gel coatings are referred to collectively as "process according to the invention”.
  • sol-gel coatings according to the invention were found which can be produced from the coating materials according to the invention and are referred to below as “sol-gel coatings according to the invention”.
  • substrates which have at least one sol-gel coating according to the invention and are referred to below as “substrates according to the invention”.
  • the object underlying the invention could be achieved with the aid of the coating material according to the invention and the method according to the invention.
  • the coating material of the invention adheres to the painting rods without problems, without it falling in the event of stone chipping or after exposure to condensation, i.e. H. a ten-day exposure of the layers in an atmosphere of 40 ° C and 100% relative humidity, comes off or cracks.
  • the optical properties of the painting rods provided with the sol-gel coatings according to the invention also meet all requirements.
  • the coating material according to the invention is a siloxane-containing coating formulation which can be prepared by reacting hydrolyzable silicon compounds with water or water-releasing agents and which contains organic constituents to improve certain properties.
  • a general description of such systems can be found, for example, in the article by Bruce M. Novak, "Hybrid Nanocomposite Materials-Between Inorganic Glasses and Organic Polymers", in Advanced Materials, 1993, 5, No. 6, pp. 422-433, or in the lecture by R. Kasemann, H. Schmidt, 15th International Conference, International Center for Coatings Technology, Paper 7, "Coatings for mechanical and chemical protection based on organic-inorganic sol-gel nanocomposites ", 1993.
  • R can be an alkyl group such as methyl or ethyl.
  • Tetramethylorthosilicate (TMOS) or tetraethylorthosilicate (TEOS) are often used. Acids, bases or fluoride ions are used to catalyze the reactions.
  • the sol-gel coating according to the invention is produced by targeted hydrolysis and condensation of silicic acid esters and metal alcoholates. It gains special properties through the incorporation of organically modified silicic acid derivatives into the silicate network. They allow the construction of an organic polymer network in addition to the inorganic grand framework, if organic radicals, preferably those with olefinically unsaturated groups and / or epoxy groups, can be used.
  • the modification takes place according to the invention in that a finished organic polymer is present during the hydrolysis and condensation of the starting products or in the sol.
  • the coating material of the invention consists of the three essential components (A), (B) and (C).
  • Component (A) is an acrylate copolymer solution which is preferably free from aromatic solvents.
  • the term “free from aromatic solvents” or “free from aromatics” here and below means that the content of aromatic solvents or aromatic compounds in a solution is ⁇ 1% by weight, preferably ⁇ 0.5% by weight. % and particularly preferably ⁇ 0.2% by weight and in particular lies below the gas chromatographic detection limit.
  • the acrylate copolymer solution (A) to be used according to the invention contains at least one acrylate copolymer (AI), which is obtained by copolymerizing the monomers (al), (a2) and (a3) mentioned below and, if appropriate, further monomers (a4), (a5) and or (a6 ) is prepared, wherein (al), (a2) and (a3) and optionally (a4), (a5) and (a6) are selected in type and amount such that the acrylate copolymer (Al) has the desired OH number, acid number and has the desired molecular weight.
  • AI acrylate copolymer
  • the acrylate copolymers (Al) preferably have a hydroxyl number of 40 to 240, particularly preferably 60 to 210 and in particular 100 to 200, an acid number of 5 to 100, particularly preferably 10 to 60 and in particular 20 to 40, Glass transition temperatures from -35 to + 85 ° C and number average molecular weights Mn from 1,500 to 300,000.
  • Monomers (a2) which can be copolymerized with (al), (a2), (a3), (a4), (a5) and (a6) and are different from (a5) are ethylenically unsaturated monomers which carry at least one hydroxyl group per molecule and are essentially free of acid groups, such as hydroxyalkyl esters of acrylic acid, methacrylic acid or another alpha, beta-ethylenically unsaturated Carboxylic acids which are derived from an alkylene glycol which is esterified with the acid or can be obtained by reacting the acid with an alkylene oxide, in particular hydroxyalkyl esters of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, in which the hydroxyalkyl group up to Contains 20 carbon atoms, such as 2-hydroxyethyl, 2-hydroxypropyl, 3-hydroxypropyl, 3-hydroxybutyl, 4-hydroxybutyl acrylate, me
  • the proportion of trimethylolpropane monoallyl ether is usually 2 to 10% by weight, based on the total weight of the monomers (a1) to (a6) used to prepare the polyacrylate resin. In addition, however, it is also possible to add 2 to 10% by weight, based on the total weight of the monomers used to prepare the polyacrylate resin, of trimethylolpropane monoallyl ether to the finished polyacrylate resin.
  • the olefinically unsaturated polyols such as, in particular, trimethylolpropane monoallyl ether, can be used as the sole monomers containing hydroxyl groups, but particularly in proportion in combination with other monomers mentioned containing hydroxyl groups.
  • each can be at least one acid group, preferably one
  • Carboxyl group, per molecule, with (al), (a2), (a4), (a5) and (a6) copolymerizable, ethylenically unsaturated monomer or a mixture of such monomers can be used.
  • Acrylic acid and / or methacrylic acid are particularly preferably used as component (a3).
  • other ethylenically unsaturated carboxylic acids with up to 6 carbon atoms in the molecule can also be used. Examples of such acids are ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid.
  • ethylenically unsaturated sulfonic or phosphonic acids or their partial esters can be used as component (a3).
  • a3 is maleic acid mono (meth) acryloyloxyethyl ester, succinic acid mono (meth) acryloyloxyethyl ester and phthalic acid mono (meth) acryloyloxyethyl ester.
  • One or more vinyl esters of monocarboxylic acids having 5 to 18 carbon atoms in the molecule and branched in the alpha position can be used as monomers (a4).
  • the branched monocarboxylic acids can be obtained by reacting formic acid or carbon monoxide and water with olefins in the presence of a liquid, strongly acidic catalyst; the olefins can be cracked products of paraffinic hydrocarbons, such as mineral oil fractions, and can contain both branched and straight-chain acyclic and / or cycloaliphatic olefins.
  • olefins When such olefins are reacted with formic acid or with carbon monoxide and water, a mixture of carboxylic acids is formed in which the carboxyl groups are predominantly located on a quaternary carbon atom.
  • Other olefinic starting materials are, for example, propylene trimer, propylene tetramer and diisobutylene.
  • the vinyl esters can also be prepared from the acids in a manner known per se, for example by letting the acid react with acetylene. Because of the good availability, vinyl esters of saturated aliphatic monocarboxylic acids having 9 to 11 carbon atoms which are branched on the alpha carbon atom are particularly preferably used.
  • the monomer (a5) used is the reaction product of acrylic acid and / or methacrylic acid with the glycidyl ester of a monocarboxylic acid having 5 to 18 carbon atoms per molecule and branched in the alpha position.
  • Glycidyl esters of strongly branched monocarboxylic acids are available under the trade name "Cardura”.
  • the reaction of acrylic or methacrylic acid with the glycidyl ester of a carboxylic acid with a tertiary alpha carbon atom can be carried out before, during or after the polymerization reaction.
  • the reaction product of acrylic and / or methacrylic acid with the glycidyl ester of versatic acid is preferably used as component (a5). This glycidyl ester is commercially available under the name "Cardura E10".
  • monomers (a6) all of which can be copolymerized with (al), (a2), (a3), (a4) and (a5), differ from (al), (a2), (a3) and (a4) and are essentially free of acid groups ethylenically unsaturated monomers or mixtures of such monomers can be used.
  • component (a6) is essentially free of acid groups ethylenically unsaturated monomers or mixtures of such monomers.
  • Olefins such as ethylene, propylene, but-1-ene, pent-1-ene, hex-1-ene, cyclohexene, cyclopentene, norbornene, butadiene, isoprene, cyclopentadiene and / or dicyclopentadiene;
  • (Meth) acrylic acid amides such as (meth) acrylic acid amide, N-methyl, N, N-dimethyl, N-ethyl, N, N-diethyl, N-propyl, N, N-dipropyl, N-butyl, N, N-dibutyl, N-cyclohexyl and / or N, N-cyclohexyl-methyl- (meth) acrylic acid amide;
  • Monomers containing epoxy groups such as the glycidyl ester of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid and / or itaconic acid; vinyl aromatic hydrocarbons, such as styrene, alpha-alkylstyrenes, in particular alpha-methylstyrene, and / or vinyltoluene;
  • Nitriles such as acrylonitrile and / or methacrylonitrile
  • Vinyl compounds such as vinyl chloride, vinyl fluoride, vinylidene dichloride, vinylidene difluoride; N-vinyl pyrrolidone; Vinyl ethers such as ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether,
  • Polysiloxane macromonomers which have a number average molecular weight Mn from 1,000 to 40,000, preferably from 2,000 to 20,000, particularly preferably 2,500 to 10,000 and in particular 3,000 to 7,000 and im
  • Patent application WO 92/22615 on page 12, line 18 to page 18, line 10, or acryloxysilane-containing vinyl monomers which can be prepared by reacting hydroxy-functional silanes with epichlorohydrin and then reacting the reaction product with methacrylic acid and / or hydroxyalkyl esters of ( Meth) acrylic acid;
  • Vinyl aromatic hydrocarbons in particular styrene, are preferably used.
  • the type and amount of components (a1) to (a6) is selected so that the polyacrylate resin (AI) has the desired OH number, acid number and glass transition temperature.
  • Acrylate resins used with particular preference are obtained by polymerizing
  • component (a2) 10 to 50% by weight, preferably 15 to 40% by weight, of component (a2),
  • component (a3) 1 to 15% by weight, preferably 1 to 8% by weight, of component (a3),
  • component (a6) 5 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, of component (a6),
  • the acrylate copolymers (AI) used according to the invention are prepared in an organic solvent or solvent mixture which is preferably free from aromatic solvents and in the presence of at least one polymerization initiator.
  • the polymerization initiators which are customary for the preparation of acrylate copolymers are used as polymerization initiators.
  • Suitable polymerization initiators are free radical initiators, such as, for example, tert-butyl peroxyethyl hexanoate, benzoyl peroxide, di-tert. Amyl peroxide, azobisisobutyronitrile and tert-butyl perbenzoate called.
  • the initiators are preferably used in an amount of 1 to 25% by weight, particularly preferably 2 to 10% by weight, based on the total weight of the monomers.
  • the polymerization is advantageously carried out at a temperature of 80 to 200 ° C., preferably 110 to 180 ° C.
  • Ethoxyethyl propionate and isopropoxypropanol are preferably used as solvents.
  • the acrylate copolymer (AI) is preferably produced by a two-stage process, since the resulting coating materials according to the invention thus have better processability.
  • Acrylate copolymers (AI) which can be obtained by
  • (a6) is or are added and further polymerized.
  • the monomers (a4) and / or (a5) are only partially added to the initial charge together with at least part of the solvent and the rest of these monomers are added, as described above.
  • at least 20% by weight of the solvent and about 10% by weight of the monomers (a4) and (a5) and, if appropriate, parts of the monomers (al) and (a6) are preferably introduced.
  • the second stage can immediately follow the first. However, the second stage can only be started after a certain time, for example after 10 minutes to 10 hours.
  • the amount and rate of addition of the initiator is preferably chosen so that an acrylate copolymer (Al) having a number average molecular weight Mn of 1000 to 30,000 daltons is obtained. It is preferred that the initiator feed be started some time, generally about 1 to 15 minutes, before the monomers feed. Also preferred is a method in which the initiator addition begins at the same time as the monomer addition and is terminated about half an hour after the monomer addition is complete. The initiator is preferably added in a constant amount per unit of time. After the addition of the initiator has ended, the reaction mixture is continued for as long (as a rule 1.5 Hours) kept at the polymerization temperature until essentially all of the monomers used had been completely reacted.
  • Al acrylate copolymer
  • Substantially completely converted is intended to mean that preferably 100% by weight of the monomers used have been reacted, but it is also possible that a low residual monomer content of at most up to about 0.5% by weight, based on the Weight of the reaction mixture can remain unreacted.
  • the monomers for the preparation of the acrylate copolymers (AI) are preferably polymerized in the case of a polymerization solid which is not too high, preferably at a polymerization solids content of 80 to 50% by weight, based on the monomers, and the solvents are then partially removed by distillation, so that the acrylate copolymer solutions formed (A) have a solids content of preferably 100 to 60% by weight.
  • the solids content of the acrylate copolymer solutions (A) is adjusted to at least 60% by weight, more preferably less than 40% by weight and in particular less than 30% by weight with at least one preferably aromatic-free solvent.
  • Suitable solvents are ethoxyethyl propionate and butyl glycol.
  • the preparation of the acrylate copolymers (AI) to be used according to the invention has no special features in terms of method, but takes place with the aid of the methods of continuous or discontinuous copolymerization which are customary and known in the plastics field, under normal pressure or overpressure in stirred tanks, autoclaves, tubular reactors or Taylor reactors.
  • suitable copolymerization processes are described in the patents DE-A-197 09 465, DE-C-197 09 476, DE-A-28 48 906, DE-A-195 24 182, EP-A-0 554783, WO 95/27742 or WO 82/02387.
  • Taylor reactors which are used to convert substances under the conditions of the Taylor flow are known. They essentially consist of two coaxial, concentrically arranged cylinders, the outer of which is fixed and the inner of which rotates. The volume formed by the gap between the cylinders serves as the reaction space. With increasing angular velocity C ⁇ ; of the inner cylinder occur a number of different flow forms, which are characterized by a dimensionless characteristic number, the so-called Taylor number Ta.
  • the Taylor number is also dependent on the kinematic viscosity v of the fluid in the gap and on the geometric parameters, the outer radius of the inner cylinder, the inner radius of the outer cylinder r a and the gap width d, the difference between the two radii , according to the following formula:
  • Ta (Oi Ti dv "1 (d / r i ) 1 2 (D
  • the laminar Couette flow a simple shear flow, forms. If the speed of rotation of the inner cylinder is further increased, opposite rotating (counter-rotating) vortices with axes along the circumferential direction occur alternately above a critical value. These so-called Taylor vortices are rotationally symmetrical and have a diameter that is approximately as large as the gap width. Two adjacent vertebrae form a pair of vertebrae or a vertebral cell. This behavior is based on the fact that when the inner cylinder rotates with the outer cylinder at rest, the fluid particles near the inner cylinder are subjected to a stronger centrifugal force than those which are further away from the inner cylinder.
  • each pair of vortices travels through the gap, with only a small mass exchange occurring between adjacent pairs of vortices.
  • the mixing within such vortex pairs is very high, whereas the axial mixing beyond the pair boundaries is only very low.
  • a pair of vortices can therefore be regarded as a well-mixed stirred kettle.
  • the flow system thus behaves like an ideal flow tube in that the vortex pairs move through the gap with a constant dwell time like ideal stirred tanks.
  • Taylor reactors with an outer reactor wall and a concentrically or eccentrically arranged rotor located therein, a reactor bottom and a reactor cover, which together define the annular-shaped reactor volume, at least one device for metering in starting materials and a device for the product outlet are advantageous, the reactor wall and / or the rotor is or are geometrically designed such that the conditions for the Taylor flow are met over substantially the entire length of the reactor in the reactor volume, ie the annular gap widens in the direction of flow.
  • the proportion of constituent (A) in the coating material according to the invention can vary very widely and depends in particular on what flexibility the sol-gel coating according to the invention produced therefrom should have.
  • the share is capped; so it must not be chosen so high that there is a phase separation in the coating material according to the invention or the hardness and scratch resistance of the sol-gel coating decrease too much.
  • the person skilled in the art can therefore determine the optimum proportion in each case on the basis of his specialist knowledge, if necessary with the aid of simple preliminary tests.
  • the other essential constituent of the coating material of the invention is the base lacquer (B). It is also preferably free of aromatic solvents.
  • the hydrolyzable silane (B1) is a compound of the general formula I
  • radicals R can be the same or different and are selected from hydrolyzable groups, hydroxyl groups and non-hydrolyzable groups.
  • the non-hydrolyzable groups R in the general formula I are preferably selected from alkyl groups, in particular with 1 to 4 carbon atoms, such as, for example, methyl, ethyl, propyl and butyl groups; Alkenyl groups, in particular with 2 to 4 carbon atoms, such as vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl and butenyl groups; Alkynyl groups, in particular with 2 to 4 carbon atoms, such as acetylenyl and propargyl groups; and aryl groups, in particular with 6 to 10 carbon atoms, such as phenyl and naphthyl grapppen. Alkyl groups are preferably used as non-hydrolyzable groups R.
  • hydrolyzable groups R in formula I mentioned above are hydrogen atoms; Alkoxy groups, in particular with 1 to 20 carbon atoms, such as e.g. Methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy, n-butoxy, tert-butoxy and sec-butoxy groups; alkoxy-substituted alkoxy groups, e.g. beta methoxy ethoxy groups; Acyloxy groups, in particular with 1 to 4 carbon atoms, e.g. Acetoxy and propionyloxy groups; and alkylcarbonyl groups such as e.g. Acetyl groups.
  • Particularly preferred hydrolyzable groups R are those which have no substituent and give aromatics-free hydrolysis products with a low molecular weight, e.g. lower alcohols, such as methanol, ethanol, propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol and tert-butanol.
  • lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol and tert-butanol.
  • At least one group R of formula I must be a hydrolyzable group.
  • Silanes (B1) with two, preferably and four, in particular three, hydrolyzable groups R are particularly preferred.
  • the non-hydrolyzable groups R of the silanes (B1) can contain at least one functional group.
  • These functional groups can be, for example, epoxy groups, amino groups, olefinically unsaturated groups such as vinyl or (meth) acrylic groups, mercapto groups,
  • hydrolyzable silanes (B1) to be used according to the invention are methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, 3-
  • All or part of the silanes (B1) can be used in the form of precondensates, i.e. Compounds that are formed by partial hydrolysis of the silanes (B1), either alone or in a mixture with other hydrolyzable compounds.
  • the silanes (B1) are precondensed with water in the desired mixing ratio.
  • the amount of water is metered in so that local over-concentrations are avoided. This is achieved, for example, by adding the amount of water to the reaction mixture with the aid of moisture-laden adsorbents, for example silica gel or molecular sieves, water-containing organic solvents, for example 80% ethanol, or salt hydrates, for example CaCl 2 x 6H 2 O.
  • Pre-condensation is preferably carried out in the presence of hydrolysis - And condensation catalyst, however, in the absence of an organic solvent.
  • the hydrolysis and condensation of the hydrolyzable silanes (B1) is carried out in the presence of a preferably aromatic-free organic solvent, such as an aliphatic alcohol, such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol or butanol, an ether such as dimethoxyethane, an ester such as dimethylglycol acetate or Methoxypropylacetate and / or 2-ethoxyethanol (ethyl glycol) or a ketone such as acetone or methyl ethyl ketone.
  • a preferably aromatic-free organic solvent such as an aliphatic alcohol, such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol or butanol, an ether such as dimethoxyethane, an ester such as dimethylglycol acetate or Methoxypropylacetate and / or 2-ethoxyethanol (ethyl glycol) or a ketone such as acetone or methyl
  • metal compounds and / or metal oxides can also be present as nanoparticles in the hydrolysis and condensation. These nanoparticles are ⁇ 50 nm. For example, they can be Al 2 O 3 , ZrO and / or TiO 2 .
  • Suitable metal compounds are hydrolyzable metal compounds (B2) of the general formula II
  • variable M stands for aluminum, titanium or zirconium, but in particular aluminum. Accordingly, the index n stands for 3 or 4.
  • variable R has the same meaning as given above for the general formula I. It is advantageous here if in the case of aluminum at least two, in particular three, and in the case of titanium or zirconium, three, in particular four, hydrolyzable groups are present.
  • alkoxy groups described above are particularly advantageous and are therefore used with preference.
  • Sec-butyloxy groups are very particularly preferably used.
  • An example of a hydrolyzable metal compound (B2) which is used with very particular preference is accordingly aluminum tris-sec-butoxide.
  • the molar ratio of metal M to silicon can be varied widely and depends primarily on the scratch resistance and hardness to be adjusted in the sol-gel coatings according to the invention. In general, the replacement of part of the silicon by aluminum in particular can increase the scratch resistance of the sol-gel coatings according to the invention.
  • the molar ratio M: Si can be 1:10 to 1: 1.5, preferably 1: 6 to 1: 3.
  • Proton- or hydroxyl-ion-releasing compounds and amines are suitable as hydrolysis and condensation catalysts.
  • Specific examples are organic or inorganic acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid,
  • Phosphoric acid formic acid or acetic acid as well as organic or inorganic bases such as ammonia, alkali or alkaline earth metal hydroxides, e.g.
  • amines soluble in the reaction medium e.g. lower alkylamines or alkanolamines.
  • reaction medium e.g. lower alkylamines or alkanolamines.
  • Acids and bases especially hydrochloric acid, acetic acid, ammonia or
  • Triethylamine particularly preferred.
  • the precondensation is carried out so far that the resulting base lacquer (B) still has a liquid consistency. It preferably has a solids content of less than 80% by weight, particularly preferably less than 60% by weight and in particular less than 40% by weight.
  • the proportion of component (B) in the coating material according to the invention can also vary very widely and depends primarily on the scratch resistance and hardness of the sol-gel coating according to the invention produced therefrom.
  • the share is capped; it should not be chosen so high that phase separation occurs in the coating material according to the invention and / or that the sol-gel coatings according to the invention thus produced become too hard and brittle.
  • the person skilled in the art can therefore determine the optimum proportion in each case on the basis of his specialist knowledge, if necessary with the aid of simple preliminary tests.
  • the third essential component of the coating material of the invention is the additive solution (C).
  • a suitable compound (cl) is glycidyl (meth) acrylate.
  • component (c2) contains as component (c2) at least one silane (B1) with at least one non-hydrolyzable group R which has at least one epoxy group.
  • component (c2) is 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.
  • An example of a suitable silane (B1) is 3-aminopropyltriethoxysilane.
  • suitable dicarboxylic anhydrides are maleic anhydride and itaconic anhydride.
  • Components (cl), (c2) and (c3) are contained in the additive solution in a weight ratio of (1 to 10): (1 to 30): 1, in particular (2 to 6): (10 to 20): 1 .
  • the solids content of the additive solution (C) is preferably below 80% by weight, preferably below 60% by weight and in particular below 50
  • the proportion of additive solution (C) in the coating material of the invention can also vary widely.
  • the person skilled in the art can determine the optimum proportion in each case on the basis of his specialist knowledge, if necessary with the aid of simple preliminary tests.
  • Particularly advantageous coating materials according to the invention contain, based on their total amount, 5 to 20, preferably 10 to 15 and in particular 11 to 14% by weight of the acrylate copolymer solution (A), 40 to 85, preferably 45 to 80 and in particular 50 to 75% by weight.
  • the coating material of the invention may further contain at least one hardener (D).
  • suitable hardeners (D) are quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium salts, in particular tetramethylammonium iodide.
  • the hardener (D) can preferably be contained in the coating material according to the invention in an amount of 0.001 to 1% by weight.
  • the coating material of the invention can furthermore contain relatively large amounts of preferably non-aromatic solvents as component (E). This is particularly the case when particularly thin sol-gel Coatings are to be made.
  • suitable solvents (E) are the abovementioned lower alcohols, in particular ethanol, or glycol ethers such as ethyl glycol or butyl glycol.
  • the coating material of the invention can contain customary and known paint additives (F). Suitable are all paint additives (F) which do not adversely affect the property profile of the sol-gel coatings according to the invention, in particular their optical properties (appearance) and scratch resistance, but rather vary and improve them in an advantageous manner.
  • UV absorbers such as UV absorbers
  • Emulsifiers especially non-ionic emulsifiers such as alkoxylated
  • Alkanols and polyols, phenols and alkylphenols or anionic emulsifiers such as alkali salts or ammonium salts of alkane carboxylic acids, alkanesulfonic acids, and sulfonic acids of alkoxylated alkanols and polyols, phenols and alkylphenols;
  • Wetting agents such as siloxanes, fluorine-containing compounds
  • film-forming aids such as cellulose derivatives
  • rheology-controlling additives such as those known from the patent specifications WO 94/22968, EP-A-0 276 501, EP-A-0 249 201 or WO 97/12945; crosslinked polymeric microparticles, such as are disclosed, for example, in EP-A-0 008 127; inorganic layered silicates such as aluminum-magnesium silicates, sodium-magnesium and
  • Montmorillonite type Silicas such as aerosils; or synthetic polymers with ionic and / or associative groups such as
  • Ethylene-maleic anhydride copolymers and their derivatives or hydrophobically modified ethoxylated urethanes or polyacrylates are examples of Ethylene-maleic anhydride copolymers and their derivatives or hydrophobically modified ethoxylated urethanes or polyacrylates.
  • the coating material of the invention has a solids content of up to 80, preferably up to 60, particularly preferably up to 40 and in particular up to 20% by weight. If particularly thin sol-gel coatings according to the invention are to be produced, ie coatings with a thickness of ⁇ 5 ⁇ m, it is advisable to choose a solids content of less than 20% by weight.
  • the production of the coating material according to the invention has no special features, but is carried out in a customary and known manner by mixing its essential constituents (A), (B) and (C) and, if appropriate, (D), (E) and / or (F) in the customary manner and known mixing units such as dissolvers.
  • the components can be mixed with one another in any way. For example, they can be poured into the mixing unit at once and mixed together. According to the invention, however, it is advantageous to present the base lacquer (B) in order to then add the remaining constituents one after the other. It has proven useful here to add the acrylate copolymer solution (A) before the additive solution (C).
  • a solvent (E) is used, it is advantageously added after the addition of the acrylate copolymer solution (A) and before the addition of the additive solution (C). If paint additives (F) are used, they are advantageously added after the addition of the acrylate copolymer solution (A).
  • the hardener (D) is advantageously added last.
  • the coating materials of the invention are outstandingly suitable for the production of the sol-gel coatings according to the invention, in particular sol-gel clearcoats.
  • every conceivable substrate can be coated with them.
  • Examples include substrates made of metal, plastic, glass, wood or ceramic. These substrates can be provided with a primer. In the case of plastic, it can be a so-called hydro grandier rank. in the In the case of metal, the substrate can also have been subjected to a surface treatment, for example an electroplating line or a phosphating line or anodizing line. Furthermore, an electro dip coating and a filler may be present on the metal substrate as a grandiose rank.
  • the application of the coating materials according to the invention has no special features in terms of method, but rather the customary application methods, such as spraying, knife coating, brushing, pouring, dipping or rolling, can be used.
  • the coating materials according to the invention are cured, which results in the sol-gel coatings according to the invention. If necessary, pre-drying can also be carried out before curing. The usual and known methods and devices such as forced air ovens can also be used for this.
  • the coating materials of the invention can also be cured with medium IR radiation. This makes it possible to coat only parts of substrates or single-layer or multi-layer painting rods in a targeted manner at damaged or particularly exposed locations and to provide them with a scratch-resistant finish, without the other parts being affected by thermal stress. This makes the advantageous use of the coating materials according to the invention possible in automotive refinishing. Since the amount of coating material according to the invention can also be kept to a minimum, its use is also particularly economical.
  • the coating materials of the invention can be applied directly to the above-mentioned ungrounded or primed substrates in order to then form a scratch-resistant sol-gel coating according to the invention after curing.
  • substrates as they are usually used for the manufacture of vehicles, other components and devices, such as radiators or containers, or furniture is made scratch-resistant.
  • the coating materials according to the invention are suitable for the coating of single-layer or multi-layer lacquering coats, in particular single-layer or multi-layer effect and / or color-imparting lacquer coats such as are customary in the fields of automotive OEM coats, automotive refinish coats, industrial lacquer coats, including container coatings, plastic lacquer coats and furniture lacquer coats and are known.
  • single-layer paint coats of this type are the solid-color top coats described at the outset, known from automotive primer coats and car refinish coats, in particular those based on the two-component (2K) single-coat lacquers, or clear, transparent lacquer coats based on the clear coats described below, in particular the one-component (LC).
  • multi-layer paint coats are the paint coats, which have an effect and / or color-imparting base coat layer, in particular one based on a water-based paint, and a clear coat layer, in particular based on a one-component (IC) clear coat, two-component (2K) or
  • Multi-component (3K, 4K) clearcoat, powder clearcoat, powder slurry clearcoat or UV-curable clearcoat, especially a two-component (2K) - or Multi-component (3K, 4K) clear varnish, are included and are produced in the context of the automotive painting process using the wet-on-wet process or in the context of car repair painting.
  • the coating materials of the invention are particularly outstandingly suitable, in particular, for coating multi-layer coating oranges of this type.
  • Multi-component (3K, 4K) clearcoats for the production of single-layer or multi-layer coatings, there is the further significant advantage that not only the coating materials of the invention are suitable for the production of the sol-gel coatings, but also conventional sol-gel clearcoats if the said lacquers are partially cured after their application and before the sol-gel clear lacquers are applied. After that, the said lacquers are fully cured together with the sol-gel clear lacquers.
  • This procedure according to the invention results in a particularly good adhesion between the layers of paint and the sol-gel coatings. Particularly excellent results are obtained if the coating materials of the invention are used in the process according to the invention.
  • Suitable one-component (IC), two-component (2K) or multicomponent (3K, 4K) clearcoats are known, for example, from the patents DE-A-42 04 518, US-A-5, 474,811, US-A-5,356,669, US -A-5,605,965, WO 94/10211, WO 94/10212, WO 94/10213, EP-A-0 594 068, EP-A-0 594 071, EP-A-0 594 142, EP-A-0 604 992, WO 94/22969, EP-A-0 596 460 or WO 92/22615.
  • One-component (IC) clearcoats are known to contain binders and crosslinking agents containing hydroxyl groups, such as blocked polyisocyanates, tris (alkoxycarbonylamino) triazines and / or aminoplast resins.
  • binders and crosslinking agents containing hydroxyl groups such as blocked polyisocyanates, tris (alkoxycarbonylamino) triazines and / or aminoplast resins.
  • they contain, as binders, polymers with pendant carbamate and or allophanate groups and optionally carbamate and or allophanate-modified aminoplast resins as crosslinking agents.
  • Two-component (2K) or multicomponent (3K, 4K) clearcoats contain, as is known, essential constituents of hydroxyl group-containing binders and polyisocyanates as crosslinking agents, which are stored separately until they are used.
  • powder clearcoats are known, for example, from German patent specification DE-A-42 22 194 or the product information from BASF Lacke + Wegner AG, "Powder coatings", 1990.
  • Powder clear lacquers are known to contain binders containing epoxy groups and polycarboxylic acids as crosslinking agents.
  • Powder slurry clearcoats are known to contain powder clearcoats dispersed in an aqueous medium.
  • UV-curable clearcoats are known, for example, from the patents EP-A-0 540 884, EP-A-0 568 967 or US-A-4,675,234.
  • oligomeric and / or polymeric compounds curable with actinic light and / or electron radiation preferably radiation-curable binders, in particular based on ethylenically unsaturated prepolymers and / or ethylenically unsaturated oligomers, optionally one or more reactive diluents and optionally one or more photoinitiators.
  • radiation-curable binders are (meth) acrylic-functional ones
  • multilayer clear lacquer layers can also be used, such as a clear lacquer layer based on hydroxyl groups
  • Binders and blocked polyisocyanates and aminoplasts as crosslinking agents lie directly on the waterborne basecoat and over which contains a further clear lacquer layer based on binders containing carbamate and / or allophanate groups and aminoplasts as crosslinking agents.
  • sol-gel coatings according to the invention which are preferably produced from the coating materials according to the invention by the process according to the invention, are notable for excellent scratch resistance with very good adhesion, even after exposure to condensation water. The appearance is also very good.
  • the method according to the invention is therefore particularly suitable for painting vehicle bodies, in particular automobile bodies, with multi-layer paint bars, for industrial paint shops, including container coatings, and for furniture paint shops.
  • 39 parts of ethoxyethyl propionate were placed in a suitable stirred kettle with reflux condenser and stirring and heated to 130.degree.
  • a first monomer feed vessel 9.598 parts of butyl methacrylate, 7.708 parts of methyl methacrylate, 8.003 parts of styrene, 4.253 parts of methacrylic ester 13.0 (methacrylic acid ester with a long alkyl radical in the ester part) and 9.096 parts of hydroxyethyl acrylate were premixed.
  • a second monomer feed vessel 3.810 parts of hydroxyethyl acrylate, 1.831 parts of acrylic acid and 0.916 parts of ethoxyethyl propionate were introduced.
  • the solution of the acrylate copolymer with butyl glycol was adjusted to a solids content of 20% by weight, and the solution for organic modification 2 resulted.
  • the adduct itself was prepared by reacting 220 parts of 3-aminopropyltriethoxysilane and 100 parts of maleic anhydride.
  • the sol-gel clearcoat 4a was obtained by adding 14.77 to 61.2 parts of the base coat 4 (46.9% by weight in ethyl glycol) with stirring Parts of the organic modification solution 2, 20.8 parts
  • the sol-gel clearcoat 4b was obtained by adding 11.77 parts of the organic modification solution 2, 14.89 parts to 71.3 parts of the base coat 4 (40.3% by weight in ethyl glycol) with stirring Methoxypropylacetate, 0.47 parts BYK® 301 and 1.57 parts of additive solution 3 were added.
  • the resulting sol-gel clearcoat 4b was used for the production of a sol-gel coating on a multilayer coating with a clearcoat layer based on a commercially available two-component (2K) clearcoat (example 2).
  • sol-gel clear lacquer 4a was applied.
  • the solid-color topcoat and the sol-gel clearcoat were then cured together at 90 ° C. for 4 hours.
  • the result was a coating with a solid-color lacquer layer with a thickness of 45 ⁇ m and the sol-gel coating according to the invention with a thickness of 8 ⁇ m.
  • the paint was free of cracks and made a very good overall optical impression.
  • a commercially available filler from BASF Coatings AG was first applied and baked onto a steel pistol coated with a commercially available electrocoat (cathodic dip coat with a layer thickness of 18 - 22 ⁇ m). The result was a filler layer with a layer thickness of 35 to 40 ⁇ m.
  • a green metallic water-based paint (Ecostar R jungle green from BASF Coatings AG) was then applied in the same way to the filler and predried at 80 ° C. for 10 minutes. After the panels had been cooled, a layer of a commercially available two-component (2K) clearcoat (FF95-0111 from BASF) was applied Coatings AG) applied and pre-dried for 10 min at 80 ° C and partially cured.
  • sol-gel clearcoat 4b was applied in accordance with the preparation example.
  • the water-based lacquer layer, the clear lacquer layer and the sol-gel clear lacquer layer were then cured together at 150 ° C. for 30 minutes.
  • the result was a multilayer coating with a basecoat layer with a thickness of 15 ⁇ m, a clear lacquer layer with a thickness of 44 ⁇ m and the sol-gel coating according to the invention with a thickness of 8 ⁇ m.
  • the paint shop was free of cracks and made a very good overall visual impression.
  • Table 1 gives an overview of the tests carried out and the results obtained.
  • test panels were stored at room temperature for at least 2 weeks after application of the paints before the test was carried out.
  • the paint surface was damaged with a sieve fabric that was loaded with a mass.
  • the screen fabric and the varnish surface were wetted liberally with a detergent solution.
  • the test panel was moved back and forth under the screen fabric in a lifting motion by means of a motor drive.
  • test specimen was eraser covered with nylon sieve cloth (No. 11, 31 ⁇ m mesh size, Tg 50 ° C.) (4.5 x 2.0 cm, wide side perpendicular to the scratch direction).
  • the coating weight is 2000 g.
  • the scratch resistance was determined after the sand test.
  • the paint surfaces were loaded with sand (20g quartz-silver sand 1.5-2.0 mm).
  • the sand was placed in a beaker (floor cut off flat), which was firmly attached to the test panel.
  • the same test panels as described above in the brush test were used.
  • the table with the cup and the sand was shaken by means of a motor drive. The movement The loose sand caused damage to the paint surface (100 double strokes in 20 s).
  • the test area was cleaned of abrasion, carefully wiped under a cold water jet and then dried with compressed air. The gloss was measured according to DIN 67530 before and after damage.
  • the scratch resistance was determined in Example 1 by Amtec. As a result of the load, the gloss decreased from the initial value 68 by only 5 gloss units, which further underpins the high scratch resistance of the sol-gel coating according to the invention.
  • Test panels of Examples 1 and 2 define the damage caused by sulfuric acid
  • test substances were spaced one segment width apart (setting the Gradients applied to 30 - 75 ° C [1 ° C per heating segment]).
  • the test panels were loaded on a gradient oven (eg type: 2615 from BYK-Gardner) for 30 minutes. The temperature at which the first visible change occurred was determined.
  • the Erichsen depth according to DIN EN ISO 1520: 1995-04 was 0.5 mm (example 1) or 0.4 mm (example 2).

Abstract

The invention relates to a sol-gel coating material containing (A) an acrylate copolymer solution containing at least one acrylate copolymer (A1); (B) a parent varnish which can be prepared by hydrolysis and condensation of at least one hydrolysable silane (B1) of the general formula (I) SiR4, in which the variable R = hydrolysable groups, hydroxy groups and non-hydrolysable groups, provided that there should be at least one, preferably two, hydrolysable groups; and (C) an additive solution containing c1) at least one ethylenically unsaturated compound containing at least one epoxide group; c2) at least one silane (B1) with at least one non-hydrolysable group R presenting at least one epoxide group; and c3) at least one adduct of at least one silane (B1) with at least one non-hydrolysable group R presenting at least one amino group and at least one cyclic ethylenically unsaturated dicarboxylic acid anhydride. The invention also relates to the use of said sol-gel coating material for producing scratchproof sol-gel coatings.

Description

Sol-Gel-Überzug für einschichtige oder mehrschichtige LackierungenSol-gel coating for single-layer or multi-layer coatings
Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Sol-Gel-Beschichtungsstoff zur Herstellung von Sol-Gel-Überzügen auf einschichtigen oder mehrschichtigen Lackierungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur Herstellung von lackierten Substraten, insbesondere von lackierten Automobilkarosserien, bei dem die Substrate zunächst mit einer Mehrschichtlackierung versehen werden, wonach hierauf ein Sol-Gel- Beschichtungsstoff aufgetragen und ausgehärtet wird.The present invention relates to a new sol-gel coating material for the production of sol-gel coatings on single-layer or multi-layer coatings. In particular, the present invention relates to a new method for producing painted substrates, in particular painted automobile bodies, in which the substrates are first provided with a multi-layer coating, after which a sol-gel coating material is applied and cured.
Automobilkarosserien werden größtenteils mit einem mehrschichtigen effekt- und/oder farbgebenden Lackaufbau versehen. Als letzte Überzugsschicht werden häufig Klarlacke aufgetragen. Hierfür kommen die üblichen und bekannten Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke in Betracht.Automobile bodies are mostly provided with a multi-layer effect and / or color-giving paint system. Clear varnishes are often applied as the last coating layer. The usual and known two-component (2K) or multicomponent (3K, 4K) clearcoats are suitable for this.
Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke enthalten bekanntermaßen als wesentliche Bestandteile Bindemittel, mit funktionellen Gruppen, welche mit Isocyanatgrappen reagieren können, und Polyisocyanate mit freien Isocyanatgrappen als Vernetzungsmittel. Die beiden wesentlichen Bestandteile werden bis zu ihrer Verwendung getrennt gelagert. Es sind sowohl wäßrige als auch konventionelle Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke bekannt. Ein Beispiel für ein wäßriges System geht aus der deutschen Patentschrift DE-A-44 21 823 hervor. Diese Klarlacke liefern witterungsbeständige Beschichtungen, welche indes bei starker Beanspruchung oftmals nicht genügend kratzfest sind. Kratzer sind indes schon optisch störend, wenn die Klarlackoberfläche lediglich verformt wird, ohne daß hierbei Material abgetragen wird.As is known, two-component (2K) or multicomponent (3K, 4K) clearcoats contain, as essential constituents, binders, with functional groups which can react with isocyanate groups, and polyisocyanates with free isocyanate groups as crosslinking agents. The two essential components are stored separately until they are used. Both aqueous and conventional two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clearcoats are known. An example of an aqueous system can be found in German patent DE-A-44 21 823. These clear coats provide weather-resistant coatings, which, however, are often not sufficiently scratch-resistant under heavy use. Scratches are, however, already visually disturbing if the clear lacquer surface is only deformed without material being removed in the process.
Die Automobilkarosserien, insbesondere für Nutzfahrzeuge, können indes auch einschichtige effekt- und/oder farbgebende Lackierungen aufweisen, welche auch als Unidecklacke bezeichnet werden. Es werden sowohl Einkomponenten(lK)- als auch Zweikomponenten (2K)-Unidecklacke angewandt. Bekanntermaßen enthalten die Einkomponenten(lK)-Unidecklacke selbst- oder fremdvernetzende Bindemittel und beispielsweise Aminoplastharze oder blockierte Polyisocyanate als Vernetzungsmittel. Die Zweikomponenten(2K)-Unidecklacke enthalten Bindemittel mit funktionellen Gruppen, die mit Isocyanatgrappen reagieren können, und Polyisocyanate mit freien Isocyanatgrappen als Vernetzungsmittel. Lacke dieser Art werden auch als Autoreparaturlacke verwendet. Wie bei den Zweikomponenten(2K)-Klarlacken werden ihre beiden wesentlichen Komponenten bis zur Verwendung getrennt voneinander gelagert. Unidecklacke weisen eine Kratzfestigkeit auf, welche manchmal der besonders starken Beanspruchung, denen Nutzfahrzeuge oft ausgesetzt sind, nicht genügt.The automobile bodies, in particular for commercial vehicles, can, however, also have single-layer effect and / or coloring coatings, which also are referred to as solid-color top coats. Both one-component (1K) and two-component (2K) undercoat lacquers are used. As is known, the one-component (IC) undercoat materials contain self- or externally crosslinking binders and, for example, aminoplast resins or blocked polyisocyanates as crosslinking agents. The two-component (2K) uni topcoats contain binders with functional groups that can react with isocyanate groups and polyisocyanates with free isocyanate groups as crosslinking agents. Paints of this type are also used as car refinish paints. As with the two-component (2K) clearcoats, their two essential components are stored separately from each other until they are used. Solid-color top coats have a scratch resistance, which sometimes does not meet the particularly heavy loads to which commercial vehicles are often exposed.
In neuerer Zeit wurden sogenannte Sol-Gel-Klarlacke auf Basis von siloxanhaltigen Lackformulierangen entwickelt, die durch Hydrolyse und Kondensation von Silanverbindungen erhalten werden. Diese Lacke, die als Überzugsmittel für Beschichtungen von Kunststoffen verwendet werden, werden beispielsweise in den deutschen Patentschriften DE-A-43 03 570, 34 07 087, 40 11 045, 40 25 215, 38 28 098, 40 20 316 oder 41 22743 beschrieben.So-called sol-gel clearcoats based on siloxane-containing paint formulation oranges have recently been developed, which are obtained by hydrolysis and condensation of silane compounds. These lacquers, which are used as coating agents for coatings on plastics, are described, for example, in German patent specifications DE-A-43 03 570, 34 07 087, 40 11 045, 40 25 215, 38 28 098, 40 20 316 or 41 22743 .
Sol-Gel-Klarlacke verleihen Kunststoff-Substraten wie z. B. Brillengläsern oder Motorradhelm- Visieren eine sehr gute Kratzfestigkeit. Diese Kratzfestigkeit wird von den bekannten OEM (Original Equipment Manufacturing)-Klarlacken, die üblicherweise bei der Erstlackierung von Fahrzeugen verwendet werden, nicht erreicht. Seitens der Automobilindustrie wird nun die Anforderung gestellt, diese verbesserte Kratzfestigkeit auch auf die bei der Lackierang von Automobilen verwendeten Klarlackschichten und Unidecklackschichten zu übertragen.Sol-gel clear coats give plastic substrates such as B. glasses or motorcycle helmet visors have a very good scratch resistance. This scratch resistance is not achieved by the well-known OEM (Original Equipment Manufacturing) clearcoats, which are usually used for the initial painting of vehicles. The automotive industry is now required to transfer this improved scratch resistance to the clearcoat layers and solid-color lacquer layers used in the painting of automobiles.
Der Ersatz der üblicherweise in der Automobillackierang eingesetzten OEM- Klarlacke durch Sol-Gel-Klarlacke ist indes nicht ohne weiteres möglich, weil sie hierfür z. B. zu spröde sind oder weil bei dem Versuch, sie an die OEM- Anforderungen anzupassen, häufig nur schlechte optische Eigenschaften (Appearance) erzielt werden. Vor allem sind die Sol-Gel-Klarlacke zu teuer. Der ökonomisch günstigere Einsatz der Sol-Gel-Klarlacke als zusätzliche Überzugsschicht über die bisher verwendeten Klarlack- oder Unidecklackschichten ergibt Haftungsprobleme zwischen diesen Lackierangen und dem Sol-Gel-Überzug, die insbesondere nach Steinschlag und bei Belastung durch Schwitzwasser auftreten.However, the replacement of the OEM clear coats usually used in automotive painting by sol-gel clear coats is not easily possible because they for this z. B. are too brittle or because when trying to adapt them to the OEM requirements, often only poor optical properties (appearance) are achieved. Above all, the sol-gel clearcoats are too expensive. The economically more favorable use of the sol-gel clearcoats as an additional coating layer over the previously used clearcoat or solid-color topcoats results in adhesion problems between these painting poles and the sol-gel coating, which occur in particular after stone chipping and when exposed to condensation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Sol-Gel- Beschichtungsstoff bereitzustellen, welcher es gestattet die vorteilhaften Eigenschaften der Sol-Gel-Überzüge mit den vorteilhaften Eigenschaften der bekannten einschichtigen oder mehrschichtigen Lackierungen, insbesondere der ein- oder mehrschichtigen effekt- und/oder farbgebenden Lackierangen für die Automobilerstlackierang, zu kombinieren, ohne daß es dabei zu Problemen der Haftung kommt.The object of the present invention is to provide a new sol-gel coating material which allows the advantageous properties of the sol-gel coatings with the advantageous properties of the known single-layer or multi-layer coatings, in particular the single- or multi-layer effect and / or to combine color-imparting painting orifices for automotive OEM painting without causing problems of liability.
Demgemäß wurde der neue Sol-Gel-Beschichtungsstoff gefunden, enthaltendAccordingly, the new sol-gel coating material has been found to contain
(A) eine Acrylatcopolymerisatlösung, enthaltend mindestens ein(A) an acrylate copolymer solution containing at least one
Acrylatcopolymerisat (AI), herstellbar durch Copolymerisation mindestens der folgenden Monomeren:Acrylate copolymer (AI), obtainable by copolymerization of at least the following monomers:
al) mindestens einen im wesentlichen säuregrappenfreien (Meth)acrylsäureester,al) at least one essentially acid-free (meth) acrylic acid ester,
a2) mindestens ein ethylenisch ungesättigtes Monomer, das mindestens eine Hydroxylgruppe pro Molekül trägt und im wesentlichen säuregrappenfrei ist, und a3) mindestens ein mindestens eine Säuregrappe, die in die entsprechende Säureaniongrappe überführbar ist, pro Molekül tragendes ethylenisch ungesättigtes Monomer;a2) at least one ethylenically unsaturated monomer which carries at least one hydroxyl group per molecule and is essentially free of acid groups, and a3) at least one at least one acid group, which can be converted into the corresponding acid anion group, per molecule carrying ethylenically unsaturated monomer;
(B) einen Stammlack, herstellbar durch Hydrolyse und Kondensation mindestens eines hydrolysierbaren Silans (Bl) der allgemeinen Formel I(B) a base lacquer which can be prepared by hydrolysis and condensation of at least one hydrolyzable silane (B1) of the general formula I
SiR, (D,SiR, (D,
worin die Variable R die folgende Bedeutung hat:where the variable R has the following meaning:
R = hydrolysierbare Gruppen, Hydroxygruppen und nicht hydrolysierbare Gruppen, mit der Maßgabe, daß mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, hydrolysierbare Gruppe(n) vorhanden ist oder sind;R = hydrolyzable groups, hydroxyl groups and non-hydrolyzable groups, with the proviso that at least one, preferably at least two, hydrolyzable group (s) is or are present;
undand
(C) eine Additivlösung, enthaltend(C) containing an additive solution
cl) mindestens eine mindestens eine Epoxidgrappe enthaltende ethylenisch ungesättigte Verbindung,cl) at least one ethylenically unsaturated compound containing at least one epoxy group,
c2) mindestens ein Silan (Bl) mit mindestens einer nicht hydrolysierbaren Gruppe R, welche mindestens eine Epoxidgrappe aufweist, undc2) at least one silane (B1) with at least one non-hydrolyzable group R, which has at least one epoxy group, and
c3) mindestens ein Addukt mindestens eines Silans (Bl) mit mindestens einer nicht hydrolysierbaren Gruppe R, welche mindestens eine Aminograppe aufweist, und mindestens einem cyclischen ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäureanhydrid.c3) at least one adduct of at least one silane (B1) with at least one non-hydrolyzable group R, which has at least one amino group, and at least one cyclic ethylenically unsaturated dicarboxylic anhydride.
Im folgenden wird der neue Sol-Gel-Beschichtungsstoff als „erfmdungsgemäßer Beschichtungsstoff' bezeichnet.In the following, the new sol-gel coating material is referred to as “coating material according to the invention”.
Außerdem wurde das neue Verfahren zur Herstellung von Sol-Gel-Überzügen durch Applikation und Aushärten von Sol-Gel-Beschichtungsstoffen auf ungrandierten oder grundierten Substraten oder ungrandierten oder grundierten Substraten, welche mit einer einschichtigen oder mehrschichtige Lackierung versehen sind, gefunden, bei dem man den erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoff verwendet und/oder bei dem man vor der Applikation eines Sol-Gel-BeschichtungsstoffsIn addition, the new process for the production of sol-gel coatings by applying and curing sol-gel coating materials on ungranded or primed substrates or ungranded or primed substrates, which are provided with a single-layer or multi-layer coating, was found, in which the Coating material according to the invention used and / or in which prior to the application of a sol-gel coating material
(il) eine einschichtige Lackierang auf Basis eines Einkomponenten(lK)- Klarlacks, Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)- Klarlacks, Pulverklarlacks oder UV-härtbaren Klarlacks,(il) a one-coat paint system based on a one-component (LC) clear coat, two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clear coat, powder clear coat or UV-curable clear coat,
(i2) eine mehrschichtige effekt- und/oder farbgebende Lackierung mit einer obersten Schicht auf Basis eines Einkomponenten(lK)-Klarlacks,(i2) a multi-layer effect and / or color coating with a top layer based on a one-component (IC) clear coat,
Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacks, Pulverklarlacks oder UV-härtbaren Klarlacks oderTwo-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clear coat, powder clear coat or UV-curable clear coat or
(i3) eine einschichtige effekt- und/oder farbgebende Lackierang auf Basis eines Unidecklacks(i3) a single-layer effect and / or color-imparting paint based on a solid-color paint
appliziert und teilweise aushärtet. In folgenden werden die neuen Verfahren zur Herstellung von Sol-Gel-Überzügen der Kürze halber zusammenfassend als „erfindungsgemäßes Verfahren" bezeichnet.applied and partially cured. In the following, the new processes for the production of sol-gel coatings are referred to collectively as "process according to the invention".
Des weiteren wurden neue Sol-Gel-Überzüge gefunden, welche aus dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffen herstellbar sind und im folgenden als „erfindungsgemäße Sol-Gel-Überzüge" bezeichnet werden.Furthermore, new sol-gel coatings were found which can be produced from the coating materials according to the invention and are referred to below as “sol-gel coatings according to the invention”.
Nicht zuletzt wurden neue Substrate gefunden, welche mindestens einen erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzug aufweisen und im folgenden als „erfindungsgemäße Substrate" bezeichnet werden.Last but not least, new substrates were found which have at least one sol-gel coating according to the invention and are referred to below as “substrates according to the invention”.
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, daß die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe mit Hilfe des erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoffs und des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst werden konnte. Insbesondere war es überraschend, daß der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff ohne Probleme auf den Lackierangen haftet, ohne daß es bei Steinschlag oder nach der Belastung im Schwitzwasser, d. h. eine zehntägige Belastung der Schichten in einer Atmosphäre von 40 °C und 100% relativer Luftfeuchtigkeit, zu Ablösungen oder Rissen kommt. Auch die optischen Eigenschaften der mit den erfmdungsgemäßen Sol-Gel-Überzügen versehenen Lackierangen genügen allen Ansprüchen.In view of the prior art, it was surprising and unforeseeable for the person skilled in the art that the object underlying the invention could be achieved with the aid of the coating material according to the invention and the method according to the invention. In particular, it was surprising that the coating material of the invention adheres to the painting rods without problems, without it falling in the event of stone chipping or after exposure to condensation, i.e. H. a ten-day exposure of the layers in an atmosphere of 40 ° C and 100% relative humidity, comes off or cracks. The optical properties of the painting rods provided with the sol-gel coatings according to the invention also meet all requirements.
Bei dem erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoff handelt es sich um eine siloxanhaltige Lackformulierang, die durch Umsetzung von hydrolysierbaren Siliciumverbindungen mit Wasser oder Wasser abspaltenden Mitteln hergestellt werden kann und die zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften organische Bestandteile enthält. Eine allgemeine Beschreibung von solchen Systemen findet sich beispielsweise in dem Artikel von Bruce M. Novak, „Hybrid Nanocomposite Materials-Between Inorganic Glasses and Organic Polymers", in Advanced Materials, 1993, 5, Nr.6, S. 422-433, oder in dem Vortrag von R. Kasemann, H. Schmidt, 15. International Conference, International Centre for Coatings Technology, Paper 7, „Coatings for mechanical and chemical protection based on organic-inorganic Sol-Gel Nanocomposites", 1993.The coating material according to the invention is a siloxane-containing coating formulation which can be prepared by reacting hydrolyzable silicon compounds with water or water-releasing agents and which contains organic constituents to improve certain properties. A general description of such systems can be found, for example, in the article by Bruce M. Novak, "Hybrid Nanocomposite Materials-Between Inorganic Glasses and Organic Polymers", in Advanced Materials, 1993, 5, No. 6, pp. 422-433, or in the lecture by R. Kasemann, H. Schmidt, 15th International Conference, International Center for Coatings Technology, Paper 7, "Coatings for mechanical and chemical protection based on organic-inorganic sol-gel nanocomposites ", 1993.
Die Basisreaktionen finden in einem Sol-Gel-Prozeß statt, bei dem Tetraorthosilikate gegebenenfalls in Gegenwart eines Co-Lösemittels hydrolisiert und kondensiert werden:The basic reactions take place in a sol-gel process, in which tetraorthosilicates are optionally hydrolyzed and condensed in the presence of a co-solvent:
Hydrolyse:Hydrolysis:
Si(OR)4 + H2O → (RO)3Si-OH + ROHSi (OR) 4 + H 2 O → (RO) 3 Si-OH + ROH
Kondensation:Condensation:
-Si-OH + HO-Si- → -Si-O-Si- + H2O -Si-OH + RO-Si- → -Si-O-Si- + ROH-Si-OH + HO-Si- → -Si-O-Si- + H 2 O -Si-OH + RO-Si- → -Si-O-Si- + ROH
wobei R eine Alkylgruppe, wie Methyl oder Ethyl sein kann. Häufig werden Tetramethylorthosilikat (TMOS) oder Tetraethylorthosilikat (TEOS) eingesetzt. Zur Katalyse der Reaktionen werden Säuren, Basen oder Fluoridionen eingesetzt.where R can be an alkyl group such as methyl or ethyl. Tetramethylorthosilicate (TMOS) or tetraethylorthosilicate (TEOS) are often used. Acids, bases or fluoride ions are used to catalyze the reactions.
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff handelt es sich demnach um siloxanhaltige Strukturen, die mit organischen Bestandteilen modifiziert sind (Ormocer® = Organically Modified Ceramic).The coating material of the invention is accordingly a siloxane-containing structure which has been modified with organic constituents (Ormocer® = Organically Modified Ceramic).
Der erfindungsgemäße Sol-Gel-Überzug wird durch gezielte Hydrolyse und Kondensation von Kieselsäureestern und von Metallakoholaten hergestellt. Spezielle Eigenschaften erhält er durch den Einbau organisch modifizierter Kieselsäurederivate in das silicatische Netzwerk. Sie erlauben den Aufbau eines organischen Polymernetzwerks zusätzlich zum anorganischen Grandgerüst, wenn organische Reste, vorzugsweise solche mit olefinisch ungesättigten Gruppen und/oder Epoxidgruppen, eingesetzt werden.The sol-gel coating according to the invention is produced by targeted hydrolysis and condensation of silicic acid esters and metal alcoholates. It gains special properties through the incorporation of organically modified silicic acid derivatives into the silicate network. They allow the construction of an organic polymer network in addition to the inorganic grand framework, if organic radicals, preferably those with olefinically unsaturated groups and / or epoxy groups, can be used.
Die Modifizierung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß während der Hydrolyse und Kondensation der Ausgangsprodukte oder im Sol ein fertiges organisches Polymer anwesend ist.The modification takes place according to the invention in that a finished organic polymer is present during the hydrolysis and condensation of the starting products or in the sol.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff besteht aus den drei wesentlichen Komponenten (A), (B) und (C).The coating material of the invention consists of the three essential components (A), (B) and (C).
Bei der Komponente (A) handelt es sich um eine Acrylatcopolymerisatlösung, welche vorzugsweise frei von aromatischen Lösemitteln ist.Component (A) is an acrylate copolymer solution which is preferably free from aromatic solvents.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „frei von aromatischen Lösemitteln" oder „aromatenfrei" hier und im folgenden, daß der Gehalt an aromatischen Lösemitteln oder aromatischen Verbindungen in einer Lösung <1 Gew.-%, vorzugsweise <0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt <0,2 Gew.-% beträgt und insbesondere unterhalb der gaschromatographischen Nachweisgrenze Hegt.In the context of the present invention, the term “free from aromatic solvents” or “free from aromatics” here and below means that the content of aromatic solvents or aromatic compounds in a solution is <1% by weight, preferably <0.5% by weight. % and particularly preferably <0.2% by weight and in particular lies below the gas chromatographic detection limit.
Die erfmdungsgemäß zu verwendende Acrylatcopolymerisatlösung (A) enthält mindestens ein Acrylatcopolymerisat (AI), welches durch die Copolymerisation der nachstehend genannten Monomeren (al), (a2) und (a3) sowie gegebenenfalls weiterer Monomerer (a4), (a5) und oder (a6) hergestellt wird, wobei (al), (a2) und (a3) sowie gegebenenfalls (a4), (a5) und (a6) in Art und Menge so ausgewählt werden, daß das Acrylatcopolymerisat(Al) die gewünschte OH-Zahl, Säurezahl und das gewünschte Molekulargewicht aufweist. Vorzugsweise weisen die Acrylatcopolymerisate (AI) eine Hydroxylzahl von 40 bis 240, besonders bevorzugt 60 bis 210 und insbesondere 100 bis 200, eine Säurezahl von 5 bis 100, besonders bevorzugt 10 bis 60 und insbesondere 20 bis 40, Glasübergangstemperaturen von -35 bis +85°C und zahlenmittlere Molekulargewichte Mn von 1.500 bis 300.000 auf.The acrylate copolymer solution (A) to be used according to the invention contains at least one acrylate copolymer (AI), which is obtained by copolymerizing the monomers (al), (a2) and (a3) mentioned below and, if appropriate, further monomers (a4), (a5) and or (a6 ) is prepared, wherein (al), (a2) and (a3) and optionally (a4), (a5) and (a6) are selected in type and amount such that the acrylate copolymer (Al) has the desired OH number, acid number and has the desired molecular weight. The acrylate copolymers (Al) preferably have a hydroxyl number of 40 to 240, particularly preferably 60 to 210 and in particular 100 to 200, an acid number of 5 to 100, particularly preferably 10 to 60 and in particular 20 to 40, Glass transition temperatures from -35 to + 85 ° C and number average molecular weights Mn from 1,500 to 300,000.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Polyacrylatharze kann als Monomer (al) jeder mit (a2), (a3), (a4), (a5) und (a6) copolymerisierbare (Meth)Acrylsäurealkyl- oder -cycloalkylester mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, insbesondere Methyl-, Ethyl-, Propyl-, n-Butyl-, sec.-Butyl-, tert.- Butyl-, Hexyl-, Ethylhexyl-, Stearyl- und Laurylacrylat oder -methacrylat; cycloaliphatische (Meth)acrylsäureester, insbesondere Cyclohexyl-, Isobornyl-, Dicyclopentadienyl-, Octahydro-4,7-methano-lH-inden-methanol- oder tert.- Butylcyclohexyl(meth)acrylat; (Meth)Acrylsäureoxaalkylester oder oxacycloalkylester wie Ethyltriglykol(meth)acrylat undFor the preparation of the polyacrylate resins used according to the invention, as monomer (a1) any (meth) acrylic acid alkyl or cycloalkyl ester having up to 20 carbon atoms in the alkyl radical copolymerizable with (a2), (a3), (a4), (a5) and (a6), in particular methyl, ethyl, propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, hexyl, ethylhexyl, stearyl and lauryl acrylate or methacrylate; cycloaliphatic (meth) acrylic acid esters, especially cyclohexyl, isobornyl, dicyclopentadienyl, octahydro-4,7-methano-1H-indene methanol or tert-butylcyclohexyl (meth) acrylate; (Meth) acrylic acid oxaalkyl ester or oxacycloalkyl ester such as ethyl triglycol (meth) acrylate and
Methoxyoligoglykol(meth)acrylat mit einem Molekulargewicht Mn von vorzugsweise 550; oder andere ethoxylierte und/oder propoxylierte hydroxylgruppenfreie (Meth)acrylsäurederivate; verwendet werden. Diese können in untergeordneten Mengen höherfunktionelle (Meth)Acrylsäurealkyl- oder - cycloalkylester wie Ethylengylkol-, Propylenglykol-, Diethylenglykol-, Dipropylenglykol-, Butylenglykol-, Pentan-l,5-diol-, Hexan- 1,6-diol-, Octahydro-4,7-methano-lH-inden-dimethanol- oder Cyclohexan-IJ-, -1,3- oder - l,4-diol-di(meth)acrylat; Trimethylolpropan-di- oder -tri(meth)acrylat; oder Pentaerythrit-di-, -tri- oder -tetra(meth)acrylat; enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind hierbei unter untergeordneten Mengen an höherfunktionellen Monomeren solche Mengen zu verstehen, welche nicht zur Vernetzung oder Gelierung der Polyacrylatharze führen.Methoxyoligoglycol (meth) acrylate with a molecular weight Mn of preferably 550; or other ethoxylated and / or propoxylated hydroxyl-free (meth) acrylic acid derivatives; be used. These can be used in minor amounts of higher functional (meth) acrylic acid alkyl or cycloalkyl esters such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, butylene glycol, pentane-1, 5-diol, hexane, 1,6-diol, octahydro 4,7-methano-1H-indene-dimethanol or cyclohexane-IJ-, 1,3- or - 1,4-diol-di (meth) acrylate; Trimethylolpropane di- or tri (meth) acrylate; or pentaerythritol di-, tri- or tetra (meth) acrylate; contain. In the context of the present invention, minor amounts of higher-functional monomers are understood to mean those amounts which do not lead to crosslinking or gelling of the polyacrylate resins.
Als Monomere (a2) können mit (al), (a2), (a3), (a4), (a5) und (a6) copolymerisierbare und von (a5) verschiedene, ethylenisch ungesättigte Monomere, die mindestens eine Hydroxylgruppe pro Molekül tragen und im wesentlichen säuregrappenfrei sind, wie Hydroxyalkylester der Acrylsäure, Methacrylsäure oder einer anderen alpha,beta-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure, welche sich von einem Alkylenglykol ableiten, der mit der Säure verestert ist, oder durch Umsetzung der Säure mit einem Alkylenoxid erhältlich sind, insbesondere Hydroxyalkylester der Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure, in denen die Hydroxyalkylgrappe bis zu 20 Kohlenstoffatome enthält, wie 2-Hydroxyethyl- , 2-Hydroxypropyl-, 3-Hydroxypropyl-, 3-Hydroxybutyl-, 4-Hydroxybutylacrylat, -methacrylat, -ethacrylat, -crotonat, -maleinat, -fumarat oder -itaconat; 1,4- Bis(hydroxymethyl)cyclohexan-, Octahydro-4,7 -methano- 1 H-inden-dimethanol- oder Methylpropandiolmonoacrylat, -monomethacrylat, -monoethacrylat, - monocrotonat, -monomaleinat, -monofumarat oder -monoitaconat; oder Umsetzungsprodukte aus cyclischen Estern, wie z.B. epsilon-Caprolacton und diesen Hydroxyalkylestern; oder olefmisch ungesättigte Alkohole wie Allylalkohol oder Polyole wie Trimethylolpropanmono- oder diallylether oder Pentaerythritmono-, -di- oder -triallylether; verwendet werden. Hinsichtlich dieser höherfunktionellen Monomeren (a2) gilt das für die höherfunktionellen Monomeren (al) Gesagte sinngemäß. Der Anteil an Trimethylolpro- panmonoallylether beträgt üblicherweise 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung des Polyacrylatharzes eingesetzten Monomeren (al) bis (a6). Daneben ist es aber auch möglich, 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung des Polyacrylatharzes eingesetzten Monomeren, Trimethylolpropanmonoallylether zum fertigen Polyacrylatharz zuzusetzen. Die olefmisch ungesättigten Polyole, wie insbesondere Trimethylolpropanmonoallylether, können als alleinige hydroxylgruppenhaltige Monomere, insbesondere aber anteilsmäßig in Kombination mit anderen der genannten hydroxylgrappenhaltigen Monomeren, eingesetzt werden.Monomers (a2) which can be copolymerized with (al), (a2), (a3), (a4), (a5) and (a6) and are different from (a5) are ethylenically unsaturated monomers which carry at least one hydroxyl group per molecule and are essentially free of acid groups, such as hydroxyalkyl esters of acrylic acid, methacrylic acid or another alpha, beta-ethylenically unsaturated Carboxylic acids which are derived from an alkylene glycol which is esterified with the acid or can be obtained by reacting the acid with an alkylene oxide, in particular hydroxyalkyl esters of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, in which the hydroxyalkyl group up to Contains 20 carbon atoms, such as 2-hydroxyethyl, 2-hydroxypropyl, 3-hydroxypropyl, 3-hydroxybutyl, 4-hydroxybutyl acrylate, methacrylate, ethacrylate, crotonate, maleate, fumarate or itaconate; 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, octahydro-4,7-methano-1 H-indene-dimethanol or methyl propanediol monoacrylate, monomethacrylate, monoethacrylate, monocrotonate, monomaleinate, monofumarate or monoitaconate; or reaction products from cyclic esters, such as, for example, epsilon-caprolactone and these hydroxyalkyl esters; or olefinically unsaturated alcohols such as allyl alcohol or polyols such as trimethylolpropane mono- or diallyl ether or pentaerythritol mono-, di- or triallyl ether; be used. With regard to these higher functional monomers (a2), the same applies analogously to the higher functional monomers (a1). The proportion of trimethylolpropane monoallyl ether is usually 2 to 10% by weight, based on the total weight of the monomers (a1) to (a6) used to prepare the polyacrylate resin. In addition, however, it is also possible to add 2 to 10% by weight, based on the total weight of the monomers used to prepare the polyacrylate resin, of trimethylolpropane monoallyl ether to the finished polyacrylate resin. The olefinically unsaturated polyols, such as, in particular, trimethylolpropane monoallyl ether, can be used as the sole monomers containing hydroxyl groups, but particularly in proportion in combination with other monomers mentioned containing hydroxyl groups.
Als Monomer (a3) kann jedes mindestens eine Säuregrappe, vorzugsweise eineAs monomer (a3) each can be at least one acid group, preferably one
Carboxylgrappe, pro Molekül tragende, mit (al), (a2), (a4), (a5) und (a6) copolymerisierbare, ethylenisch ungesättigte Monomer oder ein Gemisch aus solchen Monomeren verwendet werden. Als Komponente (a3) werden besonders bevorzugt Acrylsäure und/oder Methacrylsäure eingesetzt. Es können aber auch andere ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren mit bis zu 6 C-Atomen im Molekül verwendet werden. Beispiele für solche Säuren sind Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure. Weiterhin können ethylenisch ungesättigte Sulfon- oder Phosphonsäuren, bzw. deren Teilester, als Komponente (a3) verwendet werden. Als Komponente (a3) kommen desweiteren Maleinsäuremono(meth)acryloyloxyethylester, Bernsteinsäuremo- no(meth)acryloyloxyethylester und Phthalsäuremono(meth)acryloyloxyethylester in Betracht.Carboxyl group, per molecule, with (al), (a2), (a4), (a5) and (a6) copolymerizable, ethylenically unsaturated monomer or a mixture of such monomers can be used. Acrylic acid and / or methacrylic acid are particularly preferably used as component (a3). However, other ethylenically unsaturated carboxylic acids with up to 6 carbon atoms in the molecule can also be used. Examples of such acids are ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid. Furthermore, ethylenically unsaturated sulfonic or phosphonic acids or their partial esters can be used as component (a3). Other possible components (a3) are maleic acid mono (meth) acryloyloxyethyl ester, succinic acid mono (meth) acryloyloxyethyl ester and phthalic acid mono (meth) acryloyloxyethyl ester.
Als Monomere (a4) können ein oder mehrere Vinylester von in alpha-Stellung verzweigten Monocarbonsäuren mit 5 bis 18 C-Atomen im Molekül eingesetzt werden. Die verzweigten Monocarbonsäuren können erhalten werden durch Um- Setzung von Ameisensäure oder Kohlenmonoxid und Wasser mit Olefinen in Anwesenheit eines flüssigen, stark sauren Katalysators; die Olefine können Crack-Produkte von paraffinischen Kohlenwasserstoffen, wie Mineralölfraktionen, sein und können sowohl verzweigte wie geradkettige acyclische und/oder cycloaliphatische Olefine enthalten. Bei der Umsetzung solcher Olefine mit Ameisensäure bzw. mit Kohlenmonoxid und Wasser entsteht ein Gemisch aus Carbonsäuren, bei denen die Carboxylgruppen vorwiegend an einem quaternären Kohlenstoffatom sitzen. Andere olefmische Ausgangsstoffe sind z.B. Propylentrimer, Propylentetramer und Diisobutylen. Die Vinylester können aber auch auf an sich bekannte Weise aus den Säuren hergestellt werden, z.B. indem man die Säure mit Acetylen reagieren läßt. Besonders bevorzugt werden - wegen der guten Verfügbarkeit - Vinylester von gesättigten aliphatischen Monocarbonsäuren mit 9 bis 11 C-Atomen, die am alpha-C-Atom verzweigt sind, eingesetzt. Als Monomer (a5) wird das Umsetzungsprodukt aus Acrylsäure und/oder Methacrylsäure mit dem Glycidylester einer in alpha-Stellung verzweigten Monocarbonsäure mit 5 bis 18 C-Atomen je Molekül eingesetzt. Glycidylester stark verzweigter Monocarbonsäuren sind unter dem Handelsnamen "Cardura" erhältlich. Die Umsetzung der Acryl- oder Methacrylsäure mit dem Glycidylester einer Carbonsäure mit einem tertiären alpha-Kohlenstoffatom kann vorher, während oder nach der Polymerisationsreaktion erfolgen. Bevorzugt wird als Komponente (a5) das Umsetzungsprodukt von Acryl- und/oder Methacrylsäure mit dem Glycidylester der Versatiesäure eingesetzt. Dieser Glycidylester ist unter dem Namen "Cardura E10" im Handel erhältlich.One or more vinyl esters of monocarboxylic acids having 5 to 18 carbon atoms in the molecule and branched in the alpha position can be used as monomers (a4). The branched monocarboxylic acids can be obtained by reacting formic acid or carbon monoxide and water with olefins in the presence of a liquid, strongly acidic catalyst; the olefins can be cracked products of paraffinic hydrocarbons, such as mineral oil fractions, and can contain both branched and straight-chain acyclic and / or cycloaliphatic olefins. When such olefins are reacted with formic acid or with carbon monoxide and water, a mixture of carboxylic acids is formed in which the carboxyl groups are predominantly located on a quaternary carbon atom. Other olefinic starting materials are, for example, propylene trimer, propylene tetramer and diisobutylene. However, the vinyl esters can also be prepared from the acids in a manner known per se, for example by letting the acid react with acetylene. Because of the good availability, vinyl esters of saturated aliphatic monocarboxylic acids having 9 to 11 carbon atoms which are branched on the alpha carbon atom are particularly preferably used. The monomer (a5) used is the reaction product of acrylic acid and / or methacrylic acid with the glycidyl ester of a monocarboxylic acid having 5 to 18 carbon atoms per molecule and branched in the alpha position. Glycidyl esters of strongly branched monocarboxylic acids are available under the trade name "Cardura". The reaction of acrylic or methacrylic acid with the glycidyl ester of a carboxylic acid with a tertiary alpha carbon atom can be carried out before, during or after the polymerization reaction. The reaction product of acrylic and / or methacrylic acid with the glycidyl ester of versatic acid is preferably used as component (a5). This glycidyl ester is commercially available under the name "Cardura E10".
Als Monomere (a6) können alle mit (al), (a2), (a3), (a4) und (a5) copolymerisierbaren, von (al), (a2), (a3) und (a4) verschiedenen, im wesentlichen säuregruppenfreien ethylenisch ungesättigten Monomere oder Gemische aus solchen Monomeren verwendet werden. Als Komponente (a6) kommenAs monomers (a6), all of which can be copolymerized with (al), (a2), (a3), (a4) and (a5), differ from (al), (a2), (a3) and (a4) and are essentially free of acid groups ethylenically unsaturated monomers or mixtures of such monomers can be used. Coming as component (a6)
Olefine wie Ethylen, Propylen, But-l-en, Pent-1-en, Hex-l-en, Cyclohexen, Cyclopenten, Norbonen, Butadien, Isopren, Cylopentadien und/oder Dicyclopentadien;Olefins such as ethylene, propylene, but-1-ene, pent-1-ene, hex-1-ene, cyclohexene, cyclopentene, norbornene, butadiene, isoprene, cyclopentadiene and / or dicyclopentadiene;
(Meth)Acrylsäureamide wie (Meth)Acrylsäureamid, N-Methyl -, N,N- Dimethyl-, N-Ethyl-, N,N-Diethyl-, N-Propyl-, N,N-Dipropyl, N-Butyl-, N,N-Dibutyl-, N-Cyclohexyl- und/oder N,N-Cyclohexyl-methyl- (meth)acrylsäureamid;(Meth) acrylic acid amides such as (meth) acrylic acid amide, N-methyl, N, N-dimethyl, N-ethyl, N, N-diethyl, N-propyl, N, N-dipropyl, N-butyl, N, N-dibutyl, N-cyclohexyl and / or N, N-cyclohexyl-methyl- (meth) acrylic acid amide;
Epoxidgrappen enthaltende Monomere wie der Glycidylester der Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und/oder Itaconsäure; vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, wie Styrol, alpha-Alkylstyrole, insbesondere alpha-Methylstyrol, und/oder Vinyltoluol;Monomers containing epoxy groups, such as the glycidyl ester of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid and / or itaconic acid; vinyl aromatic hydrocarbons, such as styrene, alpha-alkylstyrenes, in particular alpha-methylstyrene, and / or vinyltoluene;
Nitrile wie Acrylnitril und/oder Methacrylnitril;Nitriles such as acrylonitrile and / or methacrylonitrile;
Vinylverbindungen wie Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidendichlorid, Vinylidendifluorid; N-Vinylpyrrolidon; Vinylether wie Ethylvinylether, n-Propylvinylether, Isopropylvinylether, n-Butylvinylether,Vinyl compounds such as vinyl chloride, vinyl fluoride, vinylidene dichloride, vinylidene difluoride; N-vinyl pyrrolidone; Vinyl ethers such as ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether,
Isobutylvinylether und/oder Vinylcyclohexylether; Vinylester wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylpivalat und/oder derIsobutyl vinyl ether and / or vinyl cyclohexyl ether; Vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl pivalate and / or the
Vinylester der 2-Methyl-2-ethylheptansäure; und/oderVinyl ester of 2-methyl-2-ethylheptanoic acid; and or
Polysiloxanmakromonomere, die ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 1.000 bis 40.000, bevorzugt von 2.000 bis 20.000, besonders bevorzugt 2.500 bis 10.000 und insbesondere 3.000 bis 7.000 und imPolysiloxane macromonomers which have a number average molecular weight Mn from 1,000 to 40,000, preferably from 2,000 to 20,000, particularly preferably 2,500 to 10,000 and in particular 3,000 to 7,000 and im
Mittel 0,5 bis 2,5, bevorzugt 0,5 bis 1,5, ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen pro Molekül aufweisen, wie sie in der DE-A-38 07 571 auf den Seiten 5 bis 7, der DE-A 37 06 095 in den Spalten 3 bis 7, der EP-B-0 358 153 auf den Seiten 3 bis 6, in der US A 4,754,014 in den Spalten 5 bis 9, in der DE-A 44 21 823 oder in der der internationalenMeans 0.5 to 2.5, preferably 0.5 to 1.5, ethylenically unsaturated double bonds per molecule, as described in DE-A-38 07 571 on pages 5 to 7 of DE-A 37 06 095 in columns 3 to 7, EP-B-0 358 153 on pages 3 to 6, in US A 4,754,014 in columns 5 to 9, in DE-A 44 21 823 or in that of international
Patentanmeldung WO 92/22615 auf Seite 12, Zeile 18, bis Seite 18, Zeile 10, beschrieben sind, oder Acryloxysilan-enthaltende Vinylmonomere, herstellbar durch Umsetzung hydroxyfunktioneller Silane mit Epichlorhy- drin und anschließender Umsetzung des Reaktionsproduktes mit Methacrylsäure und/oder Hydroxyalkylestern der (Meth)acrylsäure;Patent application WO 92/22615 on page 12, line 18 to page 18, line 10, or acryloxysilane-containing vinyl monomers, which can be prepared by reacting hydroxy-functional silanes with epichlorohydrin and then reacting the reaction product with methacrylic acid and / or hydroxyalkyl esters of ( Meth) acrylic acid;
in Betracht.into consideration.
Vorzugsweise werden vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Styrol, eingesetzt. Die Art und Menge der Komponenten (al) bis (a6) wird so ausgewählt, daß das Polyacrylatharz (AI) die gewünschte OH-Zahl, Säurezahl und Glasübergangstemperatur aufweist. Besonders bevorzugt eingesetzte Acrylatharze werden erhalten durch Polymerisation vonVinyl aromatic hydrocarbons, in particular styrene, are preferably used. The type and amount of components (a1) to (a6) is selected so that the polyacrylate resin (AI) has the desired OH number, acid number and glass transition temperature. Acrylate resins used with particular preference are obtained by polymerizing
(al) 20 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, der Komponente (al),(al) 20 to 60% by weight, preferably 30 to 50% by weight, of component (al),
(a2) 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 40 Gew.-%, der Komponente (a2),(a2) 10 to 50% by weight, preferably 15 to 40% by weight, of component (a2),
(a3) 1 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 8 Gew.-%, der Komponente (a3),(a3) 1 to 15% by weight, preferably 1 to 8% by weight, of component (a3),
(a4) 0 bis 25 Gew.-% der Komponente (a4),(a4) 0 to 25% by weight of component (a4),
(a5) 0 bis 25 Gew.-% der Komponente (a5) und(a5) 0 to 25% by weight of component (a5) and
(a6) 5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, der Komponente (a6),(a6) 5 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, of component (a6),
wobei die Summe der Gewichtsanteile der Komponenten (al) bis (a6) jeweils 100 Gew.-% beträgt.the sum of the proportions by weight of components (a1) to (a6) being 100% by weight.
Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Acrylatcopolymerisate (AI) erfolgt in einem organischen Lösemittel oder Lösemittelgemisch, welches vorzugsweise frei ist von aromatischen Lösungsmitteln, und in Gegenwart mindestens eines Polymerisationsinitiators. Als Polymerisationsinitiatoren werden die für die Herstellung von Acrylatcopolymerisaten üblichen Polymerisationsinitiatoren eingesetzt.The acrylate copolymers (AI) used according to the invention are prepared in an organic solvent or solvent mixture which is preferably free from aromatic solvents and in the presence of at least one polymerization initiator. The polymerization initiators which are customary for the preparation of acrylate copolymers are used as polymerization initiators.
Beispiele geeigneter Polymerisationsinitiatoren sind freie Radikale bildende Initiatoren, wie z.B. tert.-Butylperoxyethylhexanoat, Benzoylperoxid, Di-tert.- Amylperoxid, Azobisisobutyronitril und tert.-Butylperbenzoat genannt. Die Initiatoren werden bevorzugt in einer Menge von 1 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, eingesetzt.Examples of suitable polymerization initiators are free radical initiators, such as, for example, tert-butyl peroxyethyl hexanoate, benzoyl peroxide, di-tert. Amyl peroxide, azobisisobutyronitrile and tert-butyl perbenzoate called. The initiators are preferably used in an amount of 1 to 25% by weight, particularly preferably 2 to 10% by weight, based on the total weight of the monomers.
Die Polymerisation wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 80 bis 200 °C, vorzugsweise 110 bis 180 °C, durchgeführt.The polymerization is advantageously carried out at a temperature of 80 to 200 ° C., preferably 110 to 180 ° C.
Bevorzugt werden als Lösemittel Ethoxyethylpropionat und Isopropoxypropanol eingesetzt.Ethoxyethyl propionate and isopropoxypropanol are preferably used as solvents.
Bevorzugt wird das Acrylatcopolymerisat (AI) nach einem Zweistufenverfahren hergestellt, da so die resultierenden erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff e eine bessere Verarbeitbarkeit aufweisen. Bevorzugt werden daher Acrylatcopolymerisate (AI) eingesetzt, die erhältlich sind, indemThe acrylate copolymer (AI) is preferably produced by a two-stage process, since the resulting coating materials according to the invention thus have better processability. Acrylate copolymers (AI) which can be obtained by
1. ein Gemisch aus den Monomeren (al) und (a2) sowie gegebenenfalls (a4), (a5) und/oder (a6) oder ein Gemisch aus Teilen der Monomeren (al) und (a2) sowie gegebenenfalls (a4), (a5) und/oder (a6) in einem organischen Lösemittel polymerisiert wird und1. a mixture of the monomers (al) and (a2) and optionally (a4), (a5) and / or (a6) or a mixture of parts of the monomers (al) and (a2) and optionally (a4), ( a5) and / or (a6) is polymerized in an organic solvent and
2. nachdem mindestens 60 Gew.-% des aus (al) und (a2) sowie gegebenenfalls (a4) (a5) und/oder (a6) bestehenden Gemisches zugegeben worden sind, das Monomer (a3) und der gegebenenfalls vorhandene Rest der Monomeren (al) und (a2) sowie gegebenenfalls (a4), (a5) und/oder2. after at least 60% by weight of the mixture consisting of (a1) and (a2) and optionally (a4) (a5) and / or (a6) has been added, the monomer (a3) and any remainder of the monomers (al) and (a2) and optionally (a4), (a5) and / or
(a6) zugegeben wird oder werden und weiter polymerisiert wird.(a6) is or are added and further polymerized.
Daneben ist es aber auch möglich, die Monomeren (a4) und/oder (a5) zusammen mit zumindest einem Teil des Lösemittels vorzulegen und die restlichen Monomeren zuzudosieren. Außerdem können auch die Monomeren (a4) und/oder (a5) nur teilweise zusammen mit zumindest einem Teil des Lösemittels in die Vorlage gegeben werden und der Rest dieser Monomeren, wie oben beschrieben, zugegeben werden. Bevorzugt werden beispielsweise mindestens 20 Gew.-% des Lösemittels und ca. 10 Gew.-% der Monomeren (a4) und (a5) sowie gegebenenfalls Teilen der Monomeren (al) und (a6) vorgelegt.In addition, however, it is also possible to initially introduce the monomers (a4) and / or (a5) together with at least part of the solvent and to meter in the remaining monomers. In addition, the monomers (a4) and / or (a5) are only partially added to the initial charge together with at least part of the solvent and the rest of these monomers are added, as described above. For example, at least 20% by weight of the solvent and about 10% by weight of the monomers (a4) and (a5) and, if appropriate, parts of the monomers (al) and (a6) are preferably introduced.
Bevorzugt ist außerdem die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Acrylatpolymerisate (AI) durch ein Zweistufenverfahren, bei dem die erste Stufe 1 bis 8 Stunden, vorzugsweise 1,5 bis 4 Stunden, dauert und die Zugabe der Mischung aus (a3) und dem gegebenenfalls vorhandenen Rest der Monomeren (al) und (a2) sowie gegebenenfalls (a4), (a5) und (a6) innerhalb von 20 bis 120 Minuten, vorzugsweise innerhalb von 30 bis 90 Minuten, erfolgt. Nach Beendigung der Zugabe der Mischung aus (a3) und dem gegebenenfalls vorhandenen Rest der Monomeren (al) und (a2) sowie gegebenenfalls (a4), (a5) und (a6) wird so lange weiter polymerisiert, bis alle eingesetzten Monomeren im wesentlichen vollständig umgesetzt worden sind. Hierbei kann sich die zweite Stufe unmittelbar der ersten anschließen. Indes kann mit der zweiten Stufe erst nach einer gewissen Zeit, beispeilsweise nach 10 min bis 10 Stunden, begonnen werden.Preference is also given to the preparation of the acrylate polymers (AI) used in accordance with the invention by a two-stage process in which the first stage lasts from 1 to 8 hours, preferably from 1.5 to 4 hours, and the addition of the mixture of (a3) and the rest of the mixture, if any Monomers (al) and (a2) and optionally (a4), (a5) and (a6) are carried out within 20 to 120 minutes, preferably within 30 to 90 minutes. After the addition of the mixture of (a3) and the optionally present remainder of the monomers (al) and (a2) and optionally (a4), (a5) and (a6) has ended, the polymerization is continued until all of the monomers used are essentially complete have been implemented. The second stage can immediately follow the first. However, the second stage can only be started after a certain time, for example after 10 minutes to 10 hours.
Die Menge und Zugabegeschwindigkeit des Initiators wird vorzugsweise so gewählt, daß ein Acrylatcopolymerisat (AI) mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht Mn von 1000 bis 30.000 Dalton erhalten wird. Es ist bevorzugt, daß mit dem Initiatorzulauf einige Zeit, im allgemeinen ca. 1 bis 15 Minuten, vor dem Zulauf der Monomeren begonnen wird. Ferner ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem die Initiatorzugabe zum gleichen Zeitpunkt wie die Zugabe der Monomeren begonnen und etwa eine halbe Stunde nachdem die Zugabe der Monomeren beendet worden ist, beendet wird. Der Initiator wird vorzugsweise in konstanter Menge pro Zeiteinheit zugegeben. Nach Beendigung der Initiatorzugabe wird das Reaktionsgemisch noch so lange (in der Regel 1,5 Stunden) auf Polymerisationstemperatur gehalten, bis alle eingesetzten Monomere im wesentlichen vollständig umgesetzt worden sind. "Im wesentlichen vollständig umgesetzt" soll bedeuten, daß vorzugsweise 100 Gew.-% der eingesetzten Monomere umgesetzt worden sind, daß es aber auch möglich ist, daß ein geringer Restmonomerengehalt von höchstens bis zu etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Reaktionsmischung, unumgesetzt zurückbleiben kann.The amount and rate of addition of the initiator is preferably chosen so that an acrylate copolymer (Al) having a number average molecular weight Mn of 1000 to 30,000 daltons is obtained. It is preferred that the initiator feed be started some time, generally about 1 to 15 minutes, before the monomers feed. Also preferred is a method in which the initiator addition begins at the same time as the monomer addition and is terminated about half an hour after the monomer addition is complete. The initiator is preferably added in a constant amount per unit of time. After the addition of the initiator has ended, the reaction mixture is continued for as long (as a rule 1.5 Hours) kept at the polymerization temperature until essentially all of the monomers used had been completely reacted. "Substantially completely converted" is intended to mean that preferably 100% by weight of the monomers used have been reacted, but it is also possible that a low residual monomer content of at most up to about 0.5% by weight, based on the Weight of the reaction mixture can remain unreacted.
Bevorzugt werden die Monomeren zur Herstellung der Acrylatcopolymerisate (AI) bei einem nicht allzu hohen Polymerisationsfestkörper, bevorzugt bei einem Polymerisationsfestkörper von 80 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Monomeren, polymerisiert und anschließend die Lösemittel teilweise destillativ entfernt, so daß die entstehenden Acrylatcopolymerisatlösungen (A) einen Festkörpergehalt von bevorzugt 100 bis 60 Gew.-% aufweisen.The monomers for the preparation of the acrylate copolymers (AI) are preferably polymerized in the case of a polymerization solid which is not too high, preferably at a polymerization solids content of 80 to 50% by weight, based on the monomers, and the solvents are then partially removed by distillation, so that the acrylate copolymer solutions formed (A) have a solids content of preferably 100 to 60% by weight.
Für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff wird der Festkörpergehalt der Acrylatcopolymerisatlösungen (A) mit mindestens einem vorzugsweise aromatenfreien Lösemittel vorzugsweise auf unter 60 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 40 Gew.-% und insbesondere unter 30 Gew.-% eingestellt.For use in the coating material of the invention, the solids content of the acrylate copolymer solutions (A) is adjusted to at least 60% by weight, more preferably less than 40% by weight and in particular less than 30% by weight with at least one preferably aromatic-free solvent.
Beispiel geeigneter Lösemittel sind Ethoxyethylpropionat und Butylglykol.Examples of suitable solvents are ethoxyethyl propionate and butyl glycol.
Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Acrylatcopolymerisate (AI) weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt mit Hilfe der auf dem Kunststoffgebiet üblichen und bekannten Methoden der kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Copolymerisation unter Normaldruck oder Überdruck in Rührkesseln, Autoklaven, Rohrreaktoren oder Taylorreaktoren. Beispiele geeigneter Copolymerisationsverfahren werden in den Patentschriften DE-A-197 09 465, DE-C-197 09 476, DE-A-28 48 906, DE-A-195 24 182, EP- A-0 554783, WO 95/27742 oder WO 82/02387 beschrieben.The preparation of the acrylate copolymers (AI) to be used according to the invention has no special features in terms of method, but takes place with the aid of the methods of continuous or discontinuous copolymerization which are customary and known in the plastics field, under normal pressure or overpressure in stirred tanks, autoclaves, tubular reactors or Taylor reactors. Examples of suitable copolymerization processes are described in the patents DE-A-197 09 465, DE-C-197 09 476, DE-A-28 48 906, DE-A-195 24 182, EP-A-0 554783, WO 95/27742 or WO 82/02387.
Erfindungsgemäß sind Taylorreaktoren vorteilhaft.Taylor reactors are advantageous according to the invention.
Taylorreaktoren, die der Umwandlung von Stoffen unter den Bedingungen der Taylorströmung dienen, sind bekannt. Sie bestehen in wesentlichen aus zwei koaxialen konzentrisch angeordneten Zylindern, von denen der äußere feststehend ist und der innere rotiert. Als Reaktionsraum dient das Volumen, das durch den Spalt der Zylinder gebildet wird. Mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit CÖ; des Innenzylinders treten einer Reihe unterschiedlicher Strömungsformen auf, die durch eine dimensionslose Kennzahl, die sogenannte Taylor-Zahl Ta, charakterisiert sind. Die Taylor-Zahl ist zusätzlich zur Winkelgeschwindigkeit des Rührers auch noch abhängig von der kinematischen Viskosität v des Fluids im Spalt und von den geometrischen Parametern, dem äußeren Radius des Innenzylinders , dem inneren Radius des Außenzylinders ra und der Spaltbreite d, der Differenz beider Radien, gemäß der folgenden Formel:Taylor reactors which are used to convert substances under the conditions of the Taylor flow are known. They essentially consist of two coaxial, concentrically arranged cylinders, the outer of which is fixed and the inner of which rotates. The volume formed by the gap between the cylinders serves as the reaction space. With increasing angular velocity CÖ; of the inner cylinder occur a number of different flow forms, which are characterized by a dimensionless characteristic number, the so-called Taylor number Ta. In addition to the angular velocity of the stirrer, the Taylor number is also dependent on the kinematic viscosity v of the fluid in the gap and on the geometric parameters, the outer radius of the inner cylinder, the inner radius of the outer cylinder r a and the gap width d, the difference between the two radii , according to the following formula:
Ta = (Oi Ti d v"1(d/ ri)1 2 (D Ta = (Oi Ti dv "1 (d / r i ) 1 2 (D
Bei niedriger Winkelgeschwindigkeit bildet sich die laminare Couette-Strömung, eine einfache Scherströmung, aus. Wird die Rotationsgeschwindigkeit des Innenzylinders weiter erhöht, treten oberhalb eines kritischen Werts abwechselnd entgegengesetzt rotierende (kontrarotierende) Wirbel mit Achsen längs der Umfangsrichtung auf. Diese sogenannten Taylor-Wirbel sind rotationssymmetrisch und haben einen Durchmesser, der annähernd so groß ist wie die Spaltbreite. Zwei benachbarte Wirbel bilden ein Wirbelpaar oder eine Wirbelzelle. Dieses Verhalten beruht darauf, daß bei der Rotation des Innenzylinders mit ruhendem Außenzylinder die Fluidpartikel nahe des Innenzylinders einer stärkeren Zentrifugalkraft ausgesetzt sind als diejenigen, die weiter vom inneren Zylinder entfernt sind. Dieser Unterschied der wirkenden Zentrifugalkräfte drängt die Fluidpartikel vom Innen- zum Außenzylinder. Der Zentrifugalkraft wirkt die Viskositätskraft entgegen, da bei der Bewegung der Fluidpartikel die Reibung überwunden werden muß. Nimmt die Rotationsgeschwindigkeit zu, dann nimmt auch die Zentrifugalkraft zu. Die Taylor-Wirbel entstehen, wenn die Zentrifugalkraft größer als die stabilisierende Viskositätskraft wird.At low angular speeds, the laminar Couette flow, a simple shear flow, forms. If the speed of rotation of the inner cylinder is further increased, opposite rotating (counter-rotating) vortices with axes along the circumferential direction occur alternately above a critical value. These so-called Taylor vortices are rotationally symmetrical and have a diameter that is approximately as large as the gap width. Two adjacent vertebrae form a pair of vertebrae or a vertebral cell. This behavior is based on the fact that when the inner cylinder rotates with the outer cylinder at rest, the fluid particles near the inner cylinder are subjected to a stronger centrifugal force than those which are further away from the inner cylinder. This difference in the acting centrifugal forces pushes the fluid particles from the inner to the outer cylinder. The centrifugal force counteracts the viscosity force, since the friction has to be overcome when the fluid particles move. If the rotational speed increases, then the centrifugal force also increases. The Taylor vortices arise when the centrifugal force becomes greater than the stabilizing viscosity force.
Bei der Taylor-Strömung mit einem geringen axialen Strom wandert jedes Wirbelpaar durch den Spalt, wobei nur ein geringer Stoffaustausch zwischen benachbarten Wirbelpaaren auftritt. Die Vermischung innerhalb solcher Wirbelpaare ist sehr hoch, wogegen die axiale Vermischung über die Paargrenzen hinaus nur sehr gering ist. Ein Wirbelpaar kann daher als gut durchmischter Rührkessel betrachtet werden. Das Strömungsystem verhält sich somit wie ein ideales Strömungsrohr, indem die Wirbelpaare mit konstanter Verweilzeit wie ideale Rührkessel durch den Spalt wandern.In the Taylor flow with a small axial flow, each pair of vortices travels through the gap, with only a small mass exchange occurring between adjacent pairs of vortices. The mixing within such vortex pairs is very high, whereas the axial mixing beyond the pair boundaries is only very low. A pair of vortices can therefore be regarded as a well-mixed stirred kettle. The flow system thus behaves like an ideal flow tube in that the vortex pairs move through the gap with a constant dwell time like ideal stirred tanks.
Erfmdungsgemäß von Vorteil sind hierbei Taylorreaktoren mit einer äußeren Reaktorwand und einem hierin befindlichen konzentrisch oder exzentrisch angeordneten Rotor, einem Reaktorboden und einem Reaktordeckel, welche zusammen das ringspaltförmige Reaktorvolumen definieren, mindestens einer Vorrichtung zur Zudosierang von Edukten sowie einer Vorrichtung für den Produktablauf, wobei die Reaktorwand und/oder der Rotor geometrisch derart gestaltet ist oder sind, daß auf im wesentlichen der gesamten Reaktorlänge im Reaktorvolumen die Bedingungen für die Taylorströmung erfüllt sind, d.h., daß sich der Ringspalt in Durchflußrichtung verbreitert. Der Anteil des Bestandteils (A) an dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff kann sehr breit variieren und richtet sich vor allem danach, was für eine Flexibilität der hieraus hergestellte erfindungsgemäße Sol-Gel-Überzug aufweisen soll. Der Anteil ist nach oben begrenzt; so darf er nicht so hoch gewählt werden, daß es in dem erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoff zu einer Phasentrennung kommt oder die Härte und die Kratzfesigkeit des Sol-Gel-Überzugs zu stark abnimmt. Der Fachmann kann daher den jeweils optimalen Anteil aufgrund seines Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einfacher Vorversuche bestimmen.According to the invention, Taylor reactors with an outer reactor wall and a concentrically or eccentrically arranged rotor located therein, a reactor bottom and a reactor cover, which together define the annular-shaped reactor volume, at least one device for metering in starting materials and a device for the product outlet are advantageous, the reactor wall and / or the rotor is or are geometrically designed such that the conditions for the Taylor flow are met over substantially the entire length of the reactor in the reactor volume, ie the annular gap widens in the direction of flow. The proportion of constituent (A) in the coating material according to the invention can vary very widely and depends in particular on what flexibility the sol-gel coating according to the invention produced therefrom should have. The share is capped; so it must not be chosen so high that there is a phase separation in the coating material according to the invention or the hardness and scratch resistance of the sol-gel coating decrease too much. The person skilled in the art can therefore determine the optimum proportion in each case on the basis of his specialist knowledge, if necessary with the aid of simple preliminary tests.
Der weitere wesentliche Bestandteil des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs ist der Stammlack (B). Auch er ist vorzugsweise frei von aromatischen Lösemitteln.The other essential constituent of the coating material of the invention is the base lacquer (B). It is also preferably free of aromatic solvents.
Er wird hergestellt durch kontrollierte Hydrolyse und Kondensation mindestens eines organisch modifizierten hydrolysierbaren Silans (Bl). Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, mindestens zwei Silane (Bl) zu verwenden.It is produced by controlled hydrolysis and condensation of at least one organically modified hydrolyzable silane (B1). According to the invention, it is advantageous to use at least two silanes (B1).
Bei dem hydrolysierbaren Silan (Bl) handelt es sich um Verbindungen der allgemeinen Formel IThe hydrolyzable silane (B1) is a compound of the general formula I
SiRt (D,SiRt (D,
worin die Reste R gleich oder verschieden sein können und aus hydrolysierbaren Gruppen, Hydroxygruppen und nicht hydrolysierbaren Gruppen ausgewählt sind.wherein the radicals R can be the same or different and are selected from hydrolyzable groups, hydroxyl groups and non-hydrolyzable groups.
Die nicht hydrolysierbaren Gruppen R in der allgemeinen Formel I werden vorzugsweise ausgewählt aus Alkylgruppen, insbesondere mit 1 bis 4 C-Atomen, wie z.B. Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylgruppen; Alkenylgrappen, insbesondere mit 2 bis 4 C-Atomen, wie z.B. Vinyl-, 1-Propenyl-, 2-Propenyl- und Butenylgruppen; Alkinylgrappen, insbesondere mit 2 bis 4 C-Atomen wie Acetylenyl- und Propargylgrappen; und Arylgruppen, insbesondere mit 6 bis 10 C-Atomen, wie z.B. Phenyl- und Naphthylgrapppen. Als nicht hydrolysierbare Gruppen R werden bevorzugt Alkylgruppen eingesetzt.The non-hydrolyzable groups R in the general formula I are preferably selected from alkyl groups, in particular with 1 to 4 carbon atoms, such as, for example, methyl, ethyl, propyl and butyl groups; Alkenyl groups, in particular with 2 to 4 carbon atoms, such as vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl and butenyl groups; Alkynyl groups, in particular with 2 to 4 carbon atoms, such as acetylenyl and propargyl groups; and aryl groups, in particular with 6 to 10 carbon atoms, such as phenyl and naphthyl grapppen. Alkyl groups are preferably used as non-hydrolyzable groups R.
Beispiele für hydrolysierbare Gruppen R in der vorstehend genannten Formel I sind Wasserstoffatome; Alkoxygrappen, insbesondere mit 1 bis 20 C-Atomen, wie z.B. Methoxy-, Ethoxy-, n-Propoxy-, i-Propoxy, n-Butoxy-, tert.-Butoxy- und sec.-Butoxygruppen; alkoxysubstituierte Alkoxygrappen, wie z.B. beta-Methoxy- ethoxygrappen; Acyloxygrappen, insbesondere mit 1 bis 4 C-Atomen wie z.B. Acetoxy- und Propionyloxygruppen; und Alkylcarbonylgrappen wie z.B. Acetylgruppen.Examples of hydrolyzable groups R in formula I mentioned above are hydrogen atoms; Alkoxy groups, in particular with 1 to 20 carbon atoms, such as e.g. Methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy, n-butoxy, tert-butoxy and sec-butoxy groups; alkoxy-substituted alkoxy groups, e.g. beta methoxy ethoxy groups; Acyloxy groups, in particular with 1 to 4 carbon atoms, e.g. Acetoxy and propionyloxy groups; and alkylcarbonyl groups such as e.g. Acetyl groups.
Besonders bevorzugte hydrolysierbare Gruppen R sind solche, die keinen Substituenten tragen und zu aromatenfreien Hydrolyseprodukten mit niedrigem Molekulargewicht, wie z.B. niederen Alkoholen, wie Methanol, Ethanol, Propanol, n-Butanol, i-Butanol, sec.-Butanol und tert.-Butanol führen.Particularly preferred hydrolyzable groups R are those which have no substituent and give aromatics-free hydrolysis products with a low molecular weight, e.g. lower alcohols, such as methanol, ethanol, propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol and tert-butanol.
Wenigstens eine Gruppe R der Formel I muß eine hydrolysierbare Gruppe sein. Silane (Bl) mit zwei, vorzugsweise und vier insbesondere drei hydrolysierbaren Gruppen R sind besonders bevorzugt.At least one group R of formula I must be a hydrolyzable group. Silanes (B1) with two, preferably and four, in particular three, hydrolyzable groups R are particularly preferred.
Die nicht hydrolysierbaren Gruppen R der Silane (Bl) können mindestens eine funktionelle Gruppe enthalten. Bei diesen funktioneilen Gruppen kann es sich beispielsweise um Epoxidgrappen, Aminograppen, olefmisch ungesättigte Gruppen wie Vinyl- oder (Meth)acrylgruppen, Mercaptograppen,The non-hydrolyzable groups R of the silanes (B1) can contain at least one functional group. These functional groups can be, for example, epoxy groups, amino groups, olefinically unsaturated groups such as vinyl or (meth) acrylic groups, mercapto groups,
Isocyanatgrapppen und/oder deren Umsetzungsprodukte mit weiteren reaktiven Verbindungen handeln. Beispiele für gut geeignete erfindungsgemäß zu verwendende hydrolysierbare Silane (Bl) sind Methyltriethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Tetramethylorthosilikat, Tetraethylorthosilikat, 3-Trade isocyanate grapppen and / or their reaction products with other reactive compounds. Examples of suitable hydrolyzable silanes (B1) to be used according to the invention are methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, 3-
Glycidyloxypropyltrimethoxysilan oder 3-Aminopropyltriethoxysilan.Glycidyloxypropyltrimethoxysilane or 3-aminopropyltriethoxysilane.
Die Silane (Bl) können ganz oder teilweise in Form von Vorkondensaten eingesetzt werden, d.h. Verbindungen, die durch teilweise Hydrolyse der Silane (Bl), entweder allein oder im Gemisch mit anderen hydrolysierbaren Verbindungen entstanden sind.All or part of the silanes (B1) can be used in the form of precondensates, i.e. Compounds that are formed by partial hydrolysis of the silanes (B1), either alone or in a mixture with other hydrolyzable compounds.
Zur Hydrolyse und Kondensation werden die Silane (Bl) im gewünschten Mischungsverhältnis mit Wasser vorkondensiert. Die Wassermenge wird so zudosiert, daß lokale Überkonzentrationen vermieden werden. Dies gelingt z.B. durch Eintragen der Wassermenge in das Reaktionsgemisch mit Hilfe von feuchtigkeitsbeladenen Adsorbentien, z.B. Kieselgel oder Molekularsieben, wasserhaltigen organischen Lösungsmitteln, z.B. 80%igem Ethanol, oder Salzhydraten, z.B. CaCl2 x 6H2O. Vorzugsweise erfolgt die Vorkondensation in Gegenwart eines Hydrolyse- und Kondensationskatalysators jedoch in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels.For the hydrolysis and condensation, the silanes (B1) are precondensed with water in the desired mixing ratio. The amount of water is metered in so that local over-concentrations are avoided. This is achieved, for example, by adding the amount of water to the reaction mixture with the aid of moisture-laden adsorbents, for example silica gel or molecular sieves, water-containing organic solvents, for example 80% ethanol, or salt hydrates, for example CaCl 2 x 6H 2 O. Pre-condensation is preferably carried out in the presence of hydrolysis - And condensation catalyst, however, in the absence of an organic solvent.
In einer weiteren Variante wird die Hydrolyse und Kondensation der hydrolysierbaren Silane (Bl) in der Gegenwart eines vorzugsweise aromatenfreien organischen Lösemittels, wie ein aliphatischer Alkohol, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol oder Butanol, ein Ether wie Dimethoxiethan, ein Ester wie Dimethylglycolacetat oder Methoxypropylacetat und/oder 2-Ethoxyethanol (Ethylglykol) oder ein Keton wie Aceton oder Methylethylketon, durchgeführt.In a further variant, the hydrolysis and condensation of the hydrolyzable silanes (B1) is carried out in the presence of a preferably aromatic-free organic solvent, such as an aliphatic alcohol, such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol or butanol, an ether such as dimethoxyethane, an ester such as dimethylglycol acetate or Methoxypropylacetate and / or 2-ethoxyethanol (ethyl glycol) or a ketone such as acetone or methyl ethyl ketone.
Gegebenenfalls können bei der Hydrolyse und Kondensation auch Metallverbindungen und/oder Metalloxide als Nanopartikel anwesend sein. Diese Nanopartikel sind < 50 nm. Es kann sich beispielsweise um Al2O3, ZrO und/oder TiO2 handeln.If appropriate, metal compounds and / or metal oxides can also be present as nanoparticles in the hydrolysis and condensation. These nanoparticles are <50 nm. For example, they can be Al 2 O 3 , ZrO and / or TiO 2 .
Beispiele geeigneter Metallverbindungen sind hydrolysierbare Metallverbindungen (B2) der allgemeinen Formel IIExamples of suitable metal compounds are hydrolyzable metal compounds (B2) of the general formula II
MRn (II).MR n (II).
In der allgemeinen Formel II steht die Variable M für Aluminium, Titan oder Zirkonium, insbesondere aber Aluminium. Dementsprechend steht der Index n für 3 oder 4.In the general formula II, the variable M stands for aluminum, titanium or zirconium, but in particular aluminum. Accordingly, the index n stands for 3 or 4.
In der allgemeinen Formel II hat die Variable R die gleiche Bedeutung wie vorstehend bei der allgemeinen Formel I angegeben. Es ist hierbei von Vorteil, wenn im Falle von Aluminium mindestens zwei, insbesondere drei, und im Falle von Titan oder Zirkonium drei, insbesondere vier, hydrolysierbare Gruppen vorhanden sind.In the general formula II, the variable R has the same meaning as given above for the general formula I. It is advantageous here if in the case of aluminum at least two, in particular three, and in the case of titanium or zirconium, three, in particular four, hydrolyzable groups are present.
Hierbei sind die vorstehend beschriebenen Alkoxygrappen besonders vorteilhaft und werden deshalb bevorzugt verwendet. Ganz besonders bevorzugt werden sec.-Butyloxygruppen verwendet. Ein Beispiel für eine ganz besonders bevorzugt verwendete hydrolysierbare Metallverbindung (B2) ist demnach Aluminium-tri- sec.-butylat.The alkoxy groups described above are particularly advantageous and are therefore used with preference. Sec-butyloxy groups are very particularly preferably used. An example of a hydrolyzable metal compound (B2) which is used with very particular preference is accordingly aluminum tris-sec-butoxide.
Das molare Verhältnis von Metall M zu Silizium kann breit variiert werden und richtet sich vor allem danach, welche Kratzfestigkeit und Härte in den erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzügen eingestellt werden soll. Im allgemeinen kann durch den Ersatz eines Teils des Siliziums durch insbesondere Aluminium die Kratzfestigkeit der erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge erhöht werden. Insbesondere kann das molare Verhältnis M : Si bei 1 : 10 bis 1 : 1,5, vorzugsweise 1 : 6 bis 1 : 3, liegen.The molar ratio of metal M to silicon can be varied widely and depends primarily on the scratch resistance and hardness to be adjusted in the sol-gel coatings according to the invention. In general, the replacement of part of the silicon by aluminum in particular can increase the scratch resistance of the sol-gel coatings according to the invention. In particular, the molar ratio M: Si can be 1:10 to 1: 1.5, preferably 1: 6 to 1: 3.
Als Hydrolyse- und Kondensationskatalysatoren eignen sich protonen- oder hydroxylionenabspaltende Verbindungen und Amine. Spezielle Beispiele sind organisch oder anorganische Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure,Proton- or hydroxyl-ion-releasing compounds and amines are suitable as hydrolysis and condensation catalysts. Specific examples are organic or inorganic acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid,
Phosphorsäure, Ameisensäure oder Essigsäure sowie organische oder anorganische Basen wie Ammoniak, Alkali- oder ErdalJkalimetallhydroxide, z.B.Phosphoric acid, formic acid or acetic acid as well as organic or inorganic bases such as ammonia, alkali or alkaline earth metal hydroxides, e.g.
Natrium, Kalium- oder Calciumhydroxid, und im Reaktionsmedium lösliche Amine, z.B. niedere Alkylamine oder Alkanolamine. Hierbei sind flüchtigeSodium, potassium or calcium hydroxide, and amines soluble in the reaction medium, e.g. lower alkylamines or alkanolamines. Here are volatile
Säuren und Basen, insbesondere Salzsäure, Essigsäure, Ammoniak oderAcids and bases, especially hydrochloric acid, acetic acid, ammonia or
Triethylamin besonders bevorzugt.Triethylamine particularly preferred.
Die Vorkondensation wird so weit geführt, daß der resultierende Stammlack (B) noch flüssige Konsistenz hat. Vorzugsweise weist er einen Festkörpergehalt von weniger als 80 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 60 Gew.-% und insbesondere weniger als 40 Gew.-% auf.The precondensation is carried out so far that the resulting base lacquer (B) still has a liquid consistency. It preferably has a solids content of less than 80% by weight, particularly preferably less than 60% by weight and in particular less than 40% by weight.
Auch der Anteil des Bestandteils (B) an dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff kann sehr breit variieren und richtet sich vor allem danach, was für eine Kratzfestigkeit und Härte der hieraus hergestellte erfindungsgemäße Sol-Gel-Überzug aufweisen soll. Der Anteil ist nach oben begrenzt; so darf er nicht so hoch gewählt werden, daß es in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff zu einer Phasentrennung kommt und/oder daß die hiermit hergestellten erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge zu hart und spröde werden. Der Fachmann kann daher den jeweils optimalen Anteil aufgrund seines Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einfacher Vorversuche bestimmen. Der dritte wesentliche Bestandteil des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs ist die Additivlösung (C).The proportion of component (B) in the coating material according to the invention can also vary very widely and depends primarily on the scratch resistance and hardness of the sol-gel coating according to the invention produced therefrom. The share is capped; it should not be chosen so high that phase separation occurs in the coating material according to the invention and / or that the sol-gel coatings according to the invention thus produced become too hard and brittle. The person skilled in the art can therefore determine the optimum proportion in each case on the basis of his specialist knowledge, if necessary with the aid of simple preliminary tests. The third essential component of the coating material of the invention is the additive solution (C).
Sie enthält mindestens eine ethylenisch ungesättigte Verbindung (cl), welche mindestens eine Epoxidgrappe aufweist. Ein Beispiel einer geeigneten Verbindung (cl) ist Glycidyl(meth)acrylat.It contains at least one ethylenically unsaturated compound (cl) which has at least one epoxy group. An example of a suitable compound (cl) is glycidyl (meth) acrylate.
Des weiteren enthält sie als Komponente (c2) mindestens ein Silan (Bl) mit mindestens einer nicht hydrolysierbaren Gruppe R, welche mindestens eine Epoxidgrappe aufweist. Ein Beispiel einer geeigneten Verbindung (c2) ist 3- Glycidyloxypropyltrimethoxysilan.Furthermore, it contains as component (c2) at least one silane (B1) with at least one non-hydrolyzable group R which has at least one epoxy group. An example of a suitable compound (c2) is 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.
Nicht zuletzt enthält sie mindestens ein Addukt (c3) mindestens eines Silans (Bl) mit mindestens einer nicht hydrolysierbaren Gruppe R, welche mindestens eine Aminograppe aufweist, und mindestens einem cyclischen ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäureanhydrid. Ein Beispiel für ein geeignetes Silan (Bl) ist 3-Aminopropyltriethoxysilan. Beispiele für geeignete Dicarbonsäureanhydride sind Malemsäureanhydrid und Itaconsäureanhydrid.Last but not least, it contains at least one adduct (c3) of at least one silane (B1) with at least one non-hydrolyzable group R, which has at least one amino group, and at least one cyclic ethylenically unsaturated dicarboxylic acid anhydride. An example of a suitable silane (B1) is 3-aminopropyltriethoxysilane. Examples of suitable dicarboxylic anhydrides are maleic anhydride and itaconic anhydride.
In der Additivlösung sind die Komponenten (cl), (c2) und (c3) in einem Gewichtsverhältnis von (1 bis 10) : (1 bis 30) : 1, insbesondere (2 bis 6) : (10 bis 20) : 1 enthalten. Vorzugsweise liegt der Festkörpergehalt der Additivlösung (C) unter 80 Gew.-%, vorzugsweise unter 60 Gew.-% und insbesondere unter 50Components (cl), (c2) and (c3) are contained in the additive solution in a weight ratio of (1 to 10): (1 to 30): 1, in particular (2 to 6): (10 to 20): 1 . The solids content of the additive solution (C) is preferably below 80% by weight, preferably below 60% by weight and in particular below 50
Gew.-%.% By weight.
Auch der Anteil der Additivlösung (C) an dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff kann breit variieren. Der Fachmann kann den jeweils optimalen Anteil aufgrund seines Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einfacher Vorversuche bestimmen. Besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Beschichtungsstoffe enthalten, jeweils bezogen auf ihre Gesamtmenge, 5 bis 20, vorzugsweise 10 bis 15 und insbesondere 11 bis 14 Gew.-% der Acrylatcopolymerisatlösung (A), 40 bis 85, vorzugsweise 45 bis 80 und insbesondere 50 bis 75 Gew.-% des Stammlacks (B) sowie 0,5 bis 3, vorzugsweise 1 bis 2 und insbesondere 1,2 bis 1,7 Gew.-% der Additivlösung (C).The proportion of additive solution (C) in the coating material of the invention can also vary widely. The person skilled in the art can determine the optimum proportion in each case on the basis of his specialist knowledge, if necessary with the aid of simple preliminary tests. Particularly advantageous coating materials according to the invention contain, based on their total amount, 5 to 20, preferably 10 to 15 and in particular 11 to 14% by weight of the acrylate copolymer solution (A), 40 to 85, preferably 45 to 80 and in particular 50 to 75% by weight. % of the base lacquer (B) and 0.5 to 3, preferably 1 to 2 and in particular 1.2 to 1.7% by weight of the additive solution (C).
Hierbei ist es erfindungsgemäß von ganz besonderem Vorteil, wenn die Festkörpergehalte der erfindungswesentlichen Bestandteile (A), (B) und (C) derart gewählt werden, daß sie in einem Gewichtsverhältnis von (A) : (B) : (C) vonIt is particularly advantageous according to the invention if the solids contents of constituents (A), (B) and (C) which are essential to the invention are selected such that they have a weight ratio of (A): (B): (C) from
I bis 10 : 30 bis 60 : 1I to 10:30 to 60: 1
- vorzugsweise 2 bis 8 : 35 bis 55 : 1 und- preferably 2 to 8: 35 to 55: 1 and
insbesondere 2,5 bis 6 : 40 bis 50 : 1in particular 2.5 to 6: 40 to 50: 1
zueinander stehen.to stand by each other.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff kann des weiteren mindestens einen Härter (D) enthalten. Beispiele geeigneter Härter (D) sind quaternäre Ammoniumverbindungen wie Tetraalkylammoniumsalze, insbesondere Tetramethylammoniumiodid. Vorzugsweise kann der Härter (D) in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff in einer Menge von 0,001 bis 1 Gew.-% enthalten sein.The coating material of the invention may further contain at least one hardener (D). Examples of suitable hardeners (D) are quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium salts, in particular tetramethylammonium iodide. The hardener (D) can preferably be contained in the coating material according to the invention in an amount of 0.001 to 1% by weight.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff kann des weiteren größere Mengen an vorzugsweise nicht aromatischen Lösemitteln als Bestandteil (E) enthalten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn besonders dünne erfindungsgemäße Sol-Gel- Überzüge hergestellt werden sollen. Beispiele geeigneter Lösemittel (E) sind die vorstehend genannten niederen Alkohole, insbesondere Ethanol, oder Glykolether wie Ethylglykol oder Butylglykol.The coating material of the invention can furthermore contain relatively large amounts of preferably non-aromatic solvents as component (E). This is particularly the case when particularly thin sol-gel Coatings are to be made. Examples of suitable solvents (E) are the abovementioned lower alcohols, in particular ethanol, or glycol ethers such as ethyl glycol or butyl glycol.
Außerdem kann der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff übliche und bekannte Lackadditive (F) enthalten. Geeignet sind alle Lackadditive (F), welche das Eigenschaftsprofil der erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge, insbesondere deren optische Eigenschaften (Appearance) und Kratzfestigkeit, nicht nachteilig beeinflussen, sondern in vorteilhafter Weise variieren und verbessern.In addition, the coating material of the invention can contain customary and known paint additives (F). Suitable are all paint additives (F) which do not adversely affect the property profile of the sol-gel coatings according to the invention, in particular their optical properties (appearance) and scratch resistance, but rather vary and improve them in an advantageous manner.
Beispiele geeigneter Lackadditive (F) sindExamples of suitable paint additives (F) are
Lichtschutzmittel wie UV-Absorber;Light stabilizers such as UV absorbers;
- Radikallanger;- radical length;
Katalysatoren für die Vernetzung;Crosslinking catalysts;
Slipadditive;Slip additives;
Polymerisationsinhibitoren;Polymerization inhibitors;
Entschäumer;Defoamers;
- Emulgatoren, insbesondere nicht ionische Emulgatoren wie alkoxylierte- Emulsifiers, especially non-ionic emulsifiers such as alkoxylated
Alkanole und Polyole, Phenole und Alkylphenole oder anionische Emulgatoren wie Alkalisalze oder Ammoniumsalze von Alkancarbon- säuren, Alkansulfonsäuren, und Sulfonsäuren von alkoxylierten Alkanolen und Polyolen, Phenolen und Alkylphenole; Netzmittel wie Siloxane, fluorhaltige Verbindungen,Alkanols and polyols, phenols and alkylphenols or anionic emulsifiers such as alkali salts or ammonium salts of alkane carboxylic acids, alkanesulfonic acids, and sulfonic acids of alkoxylated alkanols and polyols, phenols and alkylphenols; Wetting agents such as siloxanes, fluorine-containing compounds,
Carbonsäurehalbester, Phosphorsäureester, Polyacrylsäuren und deren Copolymere oder Polurethane;Carboxylic acid esters, phosphoric acid esters, polyacrylic acids and their copolymers or polyurethanes;
- Haftvermittler;- adhesion promoter;
Verlaufmittel;Leveling agent;
filmbildende Hilfsmittel wie Cellulose-Derivate;film-forming aids such as cellulose derivatives;
Flammschutzmittel oderFlame retardants or
rheologiesteuernde Additive wie die aus den Patentschriften WO 94/22968, EP-A-0 276 501, EP-A-0 249 201 oder WO 97/12945 bekannten; vernetzte polymere Mikroteilchen, wie sie beispielsweise in der EP-A-0 008 127 offenbart sind; anorganische Schichtsilikate wie Aluminium-Magnesium-Silikate, Natrium-Magnesium- undrheology-controlling additives such as those known from the patent specifications WO 94/22968, EP-A-0 276 501, EP-A-0 249 201 or WO 97/12945; crosslinked polymeric microparticles, such as are disclosed, for example, in EP-A-0 008 127; inorganic layered silicates such as aluminum-magnesium silicates, sodium-magnesium and
Natrium-Magnesium-Fluor-Lithium-Schichtsilikate desSodium magnesium fluorine lithium layered silicates of the
Montmorillonit-Typs; Kieselsäuren wie Aerosile; oder synthetische Polymere mit ionischen und/oder assoziativ wirkenden Gruppen wieMontmorillonite type; Silicas such as aerosils; or synthetic polymers with ionic and / or associative groups such as
Polyvinylalkohol, Poly(meth)acrylamid, Poly(meth)acrylsäure,Polyvinyl alcohol, poly (meth) acrylamide, poly (meth) acrylic acid,
Polyvinylpyrrolidon, Styrol-Maleinsäureanhydrid- oderPolyvinylpyrrolidone, styrene-maleic anhydride or
Ethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere und ihre Derivate oder hydrophob modifizierte ethoxylierte Urethane oder Polyacrylate.Ethylene-maleic anhydride copolymers and their derivatives or hydrophobically modified ethoxylated urethanes or polyacrylates.
Weitere Beispiele geeigneter Additive (E) werden in dem Lehrbuch „Lackadditive" von Johan Bieleman, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, beschrieben. Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff weist einen Festkörpergehalt von bis zu 80, vorzugsweise bis zu 60, besonders bevorzugt bis zu 40 und insbesondere bis zu 20 Gew.-% auf. Sollen besonders dünne erfmdungsgemäße Sol-Gel- Überzüge, d.h. Überzüge einer Stärke < 5 μm hergestellt werden, empfiehlt es sich, einen Festkörpergehalt von weniger als 20 Gew.-% zu wählen.Further examples of suitable additives (E) are described in the textbook "Lackadditive" by Johan Bieleman, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998. The coating material of the invention has a solids content of up to 80, preferably up to 60, particularly preferably up to 40 and in particular up to 20% by weight. If particularly thin sol-gel coatings according to the invention are to be produced, ie coatings with a thickness of <5 μm, it is advisable to choose a solids content of less than 20% by weight.
Die Herstellung des erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoffs weist keine Besonderheiten auf, sondern erfolgt in üblicher und bekannter Weise durch Vermischen seiner wesentlichen Bestandteile (A), (B) und (C) sowie gegebenenfalls (D), (E) und/oder (F) in üblichen und bekannten Mischaggregaten wie Dissolvern. Die Bestandteile können hierbei in beliebiger Weise miteinander vermischt werden. Beispielsweise können sie auf einmal in das Mischaggregat eingefüllt und miteinander vermischt werden. Erfindungsgemäß ist es indes von Vorteil, den Stammlack (B) vorzulegen, um dann die übrigen Bestandteile nacheinander einzelnen zuzugeben. Hierbei hat es sich bewährt, die Acrylatcopolymerisatlösung (A) vor der Additivlösung (C) zuzusetzen. Wird ein Lösemittel (E) verwendet, wird es vorteilhafterweise nach der Zugabe der Acrylatcopolymerisatlösung (A) und vor der Zugabe der Additivlösung (C) zugesetzt. Werden Lackadditive (F) verwendet, werden sie vorteilhafterweise nach der Zugabe der Acrylatcopolymerisatlösung (A) zugesetzt. Der Härter (D) wird vorteilhafterweise zuletzt zugegeben.The production of the coating material according to the invention has no special features, but is carried out in a customary and known manner by mixing its essential constituents (A), (B) and (C) and, if appropriate, (D), (E) and / or (F) in the customary manner and known mixing units such as dissolvers. The components can be mixed with one another in any way. For example, they can be poured into the mixing unit at once and mixed together. According to the invention, however, it is advantageous to present the base lacquer (B) in order to then add the remaining constituents one after the other. It has proven useful here to add the acrylate copolymer solution (A) before the additive solution (C). If a solvent (E) is used, it is advantageously added after the addition of the acrylate copolymer solution (A) and before the addition of the additive solution (C). If paint additives (F) are used, they are advantageously added after the addition of the acrylate copolymer solution (A). The hardener (D) is advantageously added last.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe sind hervorragend für die Herstellung der erfmdungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge, insbesondere Sol-Gel- Klarlacke, geeignet.The coating materials of the invention are outstandingly suitable for the production of the sol-gel coatings according to the invention, in particular sol-gel clearcoats.
Erfindungsgemäß kann mit ihnen jedes denkbare Substrat beschichtet werden.According to the invention, every conceivable substrate can be coated with them.
Beispielhaft seien Substrate aus Metall, Kunststoff, Glas, Holz oder Keramik genannt. Diese Substrate können mit einer Grundierung versehen sein. Im Falle von Kunststoff kann es sich um eine sogenannte Hydro-Grandierang handeln. Im Falle von Metall kann das Substrat auch einer Oberflächenbehandlung, beispielsweise einer Galvanisierang oder einer Phosphatierang oder Eloxierang, unterzogen worden sein. Des weiteren kann auf dem Metallsubstrat ein Elektrotauchlack und ein Füller als Grandierang vorhanden sein.Examples include substrates made of metal, plastic, glass, wood or ceramic. These substrates can be provided with a primer. In the case of plastic, it can be a so-called hydro grandier rank. in the In the case of metal, the substrate can also have been subjected to a surface treatment, for example an electroplating line or a phosphating line or anodizing line. Furthermore, an electro dip coating and a filler may be present on the metal substrate as a grandiose rank.
Die Applikation der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern es können die üblichen Applikationsmethoden wie Spritzen, Rakeln, Streichen, Gießen, Tauchen oder Walzen angewandt werden.The application of the coating materials according to the invention has no special features in terms of method, but rather the customary application methods, such as spraying, knife coating, brushing, pouring, dipping or rolling, can be used.
Nach ihrer Applikation werden die erfindungsggemäßen Beschichtungsstoffe gehärtet, wodurch die erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge resultieren. Vor der Härtung kann gegebenenfalls noch eine Vortrocknung erfolgen. Auch hierfür können die üblichen und bekannten Verfahren und Vorrichtungen wie Umluftöfen angewandt werden. Die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe können auch mit mittlerer IR-Strahlung gehärtet werden. Hierdurch wird es möglich, nur Teile von Substraten oder ein- oder mehrschichtigen Lackierangen an beschädigten oder an besonders exponierten Stellen gezielt zu beschichten und kratzfest auszurüsten, ohne daß dabei die übrigen Teile durch thermische Belastung in Mitleidenschaft gezogen werden. Dies macht die vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe in der Autoreparaturlackierang möglich. Da hierbei außerdem die Menge des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs auf ein Minimum beschränkt werden kann, ist seine Verwendung auch besonders wirtschaftlich.After their application, the coating materials according to the invention are cured, which results in the sol-gel coatings according to the invention. If necessary, pre-drying can also be carried out before curing. The usual and known methods and devices such as forced air ovens can also be used for this. The coating materials of the invention can also be cured with medium IR radiation. This makes it possible to coat only parts of substrates or single-layer or multi-layer painting rods in a targeted manner at damaged or particularly exposed locations and to provide them with a scratch-resistant finish, without the other parts being affected by thermal stress. This makes the advantageous use of the coating materials according to the invention possible in automotive refinishing. Since the amount of coating material according to the invention can also be kept to a minimum, its use is also particularly economical.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe können direkt auf die vorstehend genannten ungrandierten oder grundierten Substrate appliziert werden, um hierauf nach dem Aushärten einen kratzfesten erfindungsgemäßen Sol-Gel- Überzug zu bilden. In dieser Weise können Substrate, wie sie üblicherweise für die Herstellung von Fahrzeugen, von sonstigen Bauteilen und Gerätschaften, wie Radiatoren oder Container, oder von Möbeln kratzfest ausgerüstet werden.The coating materials of the invention can be applied directly to the above-mentioned ungrounded or primed substrates in order to then form a scratch-resistant sol-gel coating according to the invention after curing. In this way, substrates as they are usually used for the manufacture of vehicles, other components and devices, such as radiators or containers, or furniture is made scratch-resistant.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe treten indes besonders offen zutage, wenn sie für die Beschichtung von einschichtigen oder mehrschichtigen Lackierangen mit den erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzügen verwendet werden.However, the particular advantages of the coating materials according to the invention are particularly evident when they are used for coating single-layer or multi-layer coating compositions with the sol-gel coatings according to the invention.
Demgemäß eignen sich die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe für die Beschichtung einschichtiger oder mehrschichtiger Lackierangen, insbesondere einschichtiger oder mehrschichtiger effekt- und/oder farbgebende Lackierangen wie sie auf den Gebieten der Automobilerstlackierang, der Autoreparaturlackierang, der industriellen Lackierang, inklusive Container Coatings, der Kunststofflackierang und der Möbellackierang üblich und bekannt sind.Accordingly, the coating materials according to the invention are suitable for the coating of single-layer or multi-layer lacquering coats, in particular single-layer or multi-layer effect and / or color-imparting lacquer coats such as are customary in the fields of automotive OEM coats, automotive refinish coats, industrial lacquer coats, including container coatings, plastic lacquer coats and furniture lacquer coats and are known.
Beispiele einschichtiger Lackierangen dieser Art sind die eingangs beschriebenen, von der Automobilerstlackierang und Autoreparaturlackierang her bekannten Unidecklacke, insbesondere die auf Basis der Zweikomponenten(2K)- Unidecklacke, oder klare, transparente Lackierangen auf Basis der nachstehend beschriebenen Klarlacke, insbesondere der Einkomponenten(lK)-Klarlacke, der Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke, der Pulverklarlacke und der UV-härtbaren Klarlacke.Examples of single-layer paint coats of this type are the solid-color top coats described at the outset, known from automotive primer coats and car refinish coats, in particular those based on the two-component (2K) single-coat lacquers, or clear, transparent lacquer coats based on the clear coats described below, in particular the one-component (LC). Clearcoats, two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clearcoats, powder clearcoats and UV-curable clearcoats.
Beispiele für mehrschichtige Lackierangen sind die Lackierangen, welche eine effekt-und/oder f arbgebenden Basislackschicht, insbesondere eine auf Basis eines Wasserbasislacks, und eine Klarlackschicht, insbesondere auf Basis eines Einkomponenten(lK)-Klarlacks, Zweikomponenten(2K)- oderExamples of multi-layer paint coats are the paint coats, which have an effect and / or color-imparting base coat layer, in particular one based on a water-based paint, and a clear coat layer, in particular based on a one-component (IC) clear coat, two-component (2K) or
Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacks, Pulverklarlacks, Pulverslurryklarlacks oder UV-härtbaren Klarlacks, insbesondere eines Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacks, enthalten und im Rahmen der Automobilerstlackierang nach dem Naß-in-naß-Verfahren oder im Rahmen der Autoreparaturlackierang erzeugt werden.Multi-component (3K, 4K) clearcoat, powder clearcoat, powder slurry clearcoat or UV-curable clearcoat, especially a two-component (2K) - or Multi-component (3K, 4K) clear varnish, are included and are produced in the context of the automotive painting process using the wet-on-wet process or in the context of car repair painting.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe sind insbesondere für Beschichtung von mehrschichtigen Lackierangen dieser Art besonders hervorragend geeignet.The coating materials of the invention are particularly outstandingly suitable, in particular, for coating multi-layer coating oranges of this type.
Beispiele geeigneter Wasserbasislacke sowie der entsprechenden mehrschichtigen Lackierangen sind aus den Patentschriften EP-A-0 089 497, EP-A-0 256 540, EP- A-0 260447, EP-A-0 297 576, WO 96/12747, EP-A-0 523 610, EP-A-0 228 003, EP-A-0 397 806, EP-A-0 574 417, EP-A-0 531 510, EP-A-0 581 211, EP-A-0 708 788, EP-A-0 593 454, DE-A-43 28 092, EP-A-0 299 148, EP-A-0 394 737, EP-A-0 590 484, EP-A-0 234 362, EP-A-0 234 361, EP-A-0 543 817, WO 95/14721, EP-A-0 521 928, EP-A-0 522 420, EP-A-0 522 419, EP-A-0 649 865, EP-A-0 536 712, EP-A-0 596 460, EP-A-0 596 461, EP-A-0 584 818, EP-A- 0 669 356, EP-A-0 634 431, EP-A-0 678 536, EP-A-0 354 261, EP-A-0 424 705, WO 97/49745, WO 97/49747 oder EP-A-0401 565 bekannt.Examples of suitable waterborne basecoats and the corresponding multi-layer painting rods can be found in the patents EP-A-0 089 497, EP-A-0 256 540, EP-A-0 260447, EP-A-0 297 576, WO 96/12747, EP- A-0 523 610, EP-A-0 228 003, EP-A-0 397 806, EP-A-0 574 417, EP-A-0 531 510, EP-A-0 581 211, EP-A- 0 708 788, EP-A-0 593 454, DE-A-43 28 092, EP-A-0 299 148, EP-A-0 394 737, EP-A-0 590 484, EP-A-0 234 362, EP-A-0 234 361, EP-A-0 543 817, WO 95/14721, EP-A-0 521 928, EP-A-0 522 420, EP-A-0 522 419, EP-A -0 649 865, EP-A-0 536 712, EP-A-0 596 460, EP-A-0 596 461, EP-A-0 584 818, EP-A-0 669 356, EP-A-0 634 431, EP-A-0 678 536, EP-A-0 354 261, EP-A-0 424 705, WO 97/49745, WO 97/49747 or EP-A-0401 565.
Bei der Verwendung von Zweikomponenten(2K)-Unidecklacken oder von Einkomponenten(lK)-Klarlacken, Zweikomponenten(2K)- oderWhen using two-component (2K) undercoat lacquers or one-component (1K) clearcoats, two-component (2K) - or
Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacken, Pulverklarlacken und UV-härtbaren Klarlacken, insbesondere von Zweikomponenten(2K)- oderMulti-component (3K, 4K) clearcoats, powder clearcoats and UV-curable clearcoats, especially two-component (2K) - or
Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacken, zur Herstellung von einschichtigen oder mehrschichtigen Lackierungen ergibt sich der weitere wesentliche Vorteil, daß nicht nur die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe für die Herstellung der Sol- Gel-Überzüge in Betracht kommen, sondern auch herkömmliche Sol-Gel- Klarlacke, wenn die besagten Lacke nach ihrer Applikation und vor dem Auftragen der Sol-Gel-Klarlacke teilweise ausgehärtet werden. Hiernach werden die besagten Lacke gemeinsam mit den Sol-Gel-Klarlacken vollständig ausgehärtet. Durch diese erfindungsgemäße Vorgehensweise resultiert eine besonders gute Haftung zwischen den Lackschichten und den Sol-Gel-Überzügen. Besonders hervorragende Ergebnisse werden erhalten, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe verwendet werden.Multi-component (3K, 4K) clearcoats, for the production of single-layer or multi-layer coatings, there is the further significant advantage that not only the coating materials of the invention are suitable for the production of the sol-gel coatings, but also conventional sol-gel clearcoats if the said lacquers are partially cured after their application and before the sol-gel clear lacquers are applied. After that, the said lacquers are fully cured together with the sol-gel clear lacquers. This procedure according to the invention results in a particularly good adhesion between the layers of paint and the sol-gel coatings. Particularly excellent results are obtained if the coating materials of the invention are used in the process according to the invention.
Beispiele geeigneter Einkomponenten(lK)-, Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke sind beispielsweise aus den Patentschriften DE-A-42 04 518, US-A-5 ,474,811, US-A-5,356,669, US-A-5,605,965, WO 94/10211, WO 94/10212, WO 94/10213, EP-A-0 594 068, EP-A-0 594 071, EP- A-0 594 142, EP-A-0 604 992, WO 94/22969, EP-A-0 596 460 oder WO 92/22615 bekannt.Examples of suitable one-component (IC), two-component (2K) or multicomponent (3K, 4K) clearcoats are known, for example, from the patents DE-A-42 04 518, US-A-5, 474,811, US-A-5,356,669, US -A-5,605,965, WO 94/10211, WO 94/10212, WO 94/10213, EP-A-0 594 068, EP-A-0 594 071, EP-A-0 594 142, EP-A-0 604 992, WO 94/22969, EP-A-0 596 460 or WO 92/22615.
Einkomponenten(lK)-Klarlacke enthalten bekanntermaßen hydroxylgrappenhaltige Bindemittel und Vernetzungsmittel wie blockierte Polyisocyanate, Tris(alkoxycarbonylamino)triazine und/oder Aminoplastharze. In einer weiteren Variante enthalten sie als Bindemittel Polymere mit seitenständigen Carbamat- und oder Allophanatgrappen und gegebenenfalls carbamat- und oder allophanatmodifizerten Aminoplastharzen als Vernetzungsmittel .One-component (IC) clearcoats are known to contain binders and crosslinking agents containing hydroxyl groups, such as blocked polyisocyanates, tris (alkoxycarbonylamino) triazines and / or aminoplast resins. In a further variant, they contain, as binders, polymers with pendant carbamate and or allophanate groups and optionally carbamate and or allophanate-modified aminoplast resins as crosslinking agents.
Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke enthalten als wesentliche Bestandteile bekanntermaßen hydroxylgrappenhaltige Bindemittel und Polyisocyanate als Vernetzungsmittel, welche bis zu ihrer Verwendung getrennt gelagert werden.Two-component (2K) or multicomponent (3K, 4K) clearcoats contain, as is known, essential constituents of hydroxyl group-containing binders and polyisocyanates as crosslinking agents, which are stored separately until they are used.
Beispiele geeigneter Pulverklarlacke sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE-A-42 22 194 oder der Produkt-Information der Firma BASF Lacke + Farben AG, „Pulverlacke", 1990 bekannt. Pulverklarlacke enthalten als wesentliche Bestandteile bekanntermaßen epoxidgrappenhaltige Bindemittel und Polycarbonsäuren als Vernetzungsmittel.Examples of suitable powder clearcoats are known, for example, from German patent specification DE-A-42 22 194 or the product information from BASF Lacke + Farben AG, "Powder coatings", 1990. Powder clear lacquers are known to contain binders containing epoxy groups and polycarboxylic acids as crosslinking agents.
Beispiele geeigneter Pulverslurry-Klarlacke sind beispielsweise aus der US- Patentschrift US-A-4,268,542 und den deutschen Patentanmeldungen DE-A-195 18 392.4 und DE-A-196 13 547 bekannt oder werden in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE-A-198 14471.7 beschrieben.Examples of suitable powder slurry clearcoats are known, for example, from US Pat. No. 4,268,542 and German patent applications DE-A-195 18 392.4 and DE-A-196 13 547 or are described in the unpublished German patent application DE-A-198 14471.7.
Pulverslurry-Klarlacke enthalten bekanntermaßen Pulverklarlacke in einem wäßrigen Medium dispergiert.Powder slurry clearcoats are known to contain powder clearcoats dispersed in an aqueous medium.
UV-härtbare Klarlacke gehen beispielsweise aus den Patentschriften EP-A-0 540 884, EP-A- 0 568 967 oder US-A-4,675,234 hervor.UV-curable clearcoats are known, for example, from the patents EP-A-0 540 884, EP-A-0 568 967 or US-A-4,675,234.
Sie enthalten bekanntermaßen mit aktinischem Licht und/oder Elektronenstrahlung härtbare niedermolekulare, oligomere und/oder polymere Verbindungen, vorzugsweise strahlenhärtbare Bindemittel, insbesondere auf Basis ethylenisch ungesättigter Präpolymerer und/oder ethylenisch ungesättigter Oligomerer, gegebenenfalls einen oder mehrere Reaktivverdünner sowie gegebenenfalls einen oder mehrere Photoinitiatoren. Beispiele geeigneter strahlenhärtbarer Bindemittel sind (meth)acrylfunktionelleAs is known, they contain low molecular weight, oligomeric and / or polymeric compounds curable with actinic light and / or electron radiation, preferably radiation-curable binders, in particular based on ethylenically unsaturated prepolymers and / or ethylenically unsaturated oligomers, optionally one or more reactive diluents and optionally one or more photoinitiators. Examples of suitable radiation-curable binders are (meth) acrylic-functional ones
(Meth)Acrylcopolymere, Polyetheracrylate, Polyesteracrylate, ungesättigte Polyester, Epoxyacrylate, Urethanacrylate, Aminoacrylate, Melaminacrylate, Silikonacrylate und die entsprechenden Methacrylate. Bevorzugt werden Bindemittel eingesetzt, die frei von aromatischen Siraktoreinheiten sind.(Meth) acrylic copolymers, polyether acrylates, polyester acrylates, unsaturated polyesters, epoxy acrylates, urethane acrylates, amino acrylates, melamine acrylates, silicone acrylates and the corresponding methacrylates. It is preferred to use binders which are free from aromatic siractor units.
Es können indes auch mehrschichtige Klarlackschichten angewandt werden wie etwa eine Klarlackschicht auf der Basis von hydroxylgruppenhaltigenHowever, multilayer clear lacquer layers can also be used, such as a clear lacquer layer based on hydroxyl groups
Bindemitteln und blockierten Polyisocyanaten und Aminoplasten als Vernetzungsmittel, die der Wasserbasislackschicht unmittelbar aufliegt und über der sich eine weitere Klarlackschicht auf der Basis von carbamat- und/oder allophanatgrappenhaltigen Bindemitteln und Aminoplasten als Vernetzungsmittel befindet.Binders and blocked polyisocyanates and aminoplasts as crosslinking agents, which lie directly on the waterborne basecoat and over which contains a further clear lacquer layer based on binders containing carbamate and / or allophanate groups and aminoplasts as crosslinking agents.
Die erfmdungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge, welche aus den erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff en vorzugsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, zeichnen sich durch eine hervorragende Kratzfestigkeit bei sehr guter Haftung, auch nach der Belastung mit Schwitzwasser, aus. Auch die Appearance ist sehr gut. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher insbesondere für die Lackierang von Fahrzeugkarosserien, insbesondere von Automobilkarosserien, mit Mehrschichtlackierangen, für die industrielle Lackierang, inklusive Container Coatings, und für die Möbellackierang.The sol-gel coatings according to the invention, which are preferably produced from the coating materials according to the invention by the process according to the invention, are notable for excellent scratch resistance with very good adhesion, even after exposure to condensation water. The appearance is also very good. The method according to the invention is therefore particularly suitable for painting vehicle bodies, in particular automobile bodies, with multi-layer paint bars, for industrial paint shops, including container coatings, and for furniture paint shops.
BeispieleExamples
HerstellbeispielManufacturing example
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Sol-Gel-KIarlacksThe preparation of the sol-gel clear coat according to the invention
1. Die Herstellung eines Stammlacks1. The production of a base coat
In einem geeigneten Reaktionsgefäß wurden unter Stickstoff 30 Teile vollentsalztes Wasser, 40 Teile Ethylglykol, 5 Teile Essigsäure (100 %ig), 66,5 Teile Methyltriethoxisilan und 4,1 Teile 3-Glycidyloxypropyl-trimethoxysilan vorgelegt und unter Rühren auf 60 °C erhitzt. Nach weiteren 3 Stunden bei 60 °C wurde die Reaktionsmischung unter Rühren auf 90 °C erhitzt und während 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Danach wurden 70 Teile der Reaktionsmischung azeotrop bei 85 °C abdestilliert. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur wurden der Reaktionsmischung 5 Teile Methoxypropylacetat und 0J Teile BYK® 301 (Verlaufsmittel der Firma BYK) zugesetzt. Es resultierte der Stammlack 1 mit einem theoretischen Festkörpergehalt von 37 Gew.-% und einem experimentell ermittelten Festkörpergehalt von 46,9 Gew.-% (1 Stunde/130 °C). Für die Herstellung des Sol-Gel-Klarlacks 4b wurde der Festkörper auf 40,3 Gew.-% eingestellt.30 parts of demineralized water, 40 parts of ethyl glycol, 5 parts of acetic acid (100%), 66.5 parts of methyltriethoxysilane and 4.1 parts of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane were placed in a suitable reaction vessel under nitrogen and heated to 60 ° C. with stirring. After a further 3 hours at 60 ° C., the reaction mixture was heated to 90 ° C. with stirring and kept at this temperature for 2 hours. Then 70 parts of the reaction mixture were distilled off azeotropically at 85 ° C. After cooling to room temperature, the reaction mixture was 5 parts methoxypropylacetate and 0J parts of BYK® 301 (leveling agent from BYK) were added. This resulted in master varnish 1 with a theoretical solids content of 37% by weight and an experimentally determined solids content of 46.9% by weight (1 hour / 130 ° C.). The solids content was set at 40.3% by weight for the production of the sol-gel clearcoat 4b.
2. Die Herstellung eines Acrylatcopolymerisats zur Modifikation des Sol-Gel-Klarlacks (Lösung zur organischen Modifikation 2)2. The preparation of an acrylate copolymer for modifying the sol-gel clearcoat (solution for organic modification 2)
In einem geeigneten Rührkessel mit Rückflußkühler und Rühren wurden 39 Teile Ethoxyethylpropionat vorgelegt und auf 130 °C erhitzt. In einem ersten Monomerzulaufgefaß wurden 9,598 Teile Butylmethacrylat, 7,708 Teile Methylmethacrylat, 8,003 Teile Styrol, 4,253 Teile Methacrylester 13.0 (Methacrylsäureester mit einem langen Alkylrest im Esterteil) und 9,096 Teile Hydroxyethylacrylat vorgemischt. In einem zweiten Monomerzulaufgefaß wurden 3,810 Teile Hydroxyethylacrylat, 1,831 Teile Acrylsäure und 0,916 Teile Ethoxyethylpropionat vorgelegt. In einen Initiatorzulauf gefäß wurden 3,692 Teile Peroxid TBPEH (tert.-Butylperethylhexanoat) und 6,025 Teile Ethoxyethylpropionat vorgelegt. Der Inhalt des ersten Monomerzulaufgefäßes wurde während vier Stonden gleichmäßig in den Reaktor dosiert. Nach zwei Stunden und 30 Minuten nach dem Beginn des ersten Monomerzulaufs wurde mit dem zweiten Monomerzulauf begonnen. Zu diesem Zweck wurde der Inhalt des zweiten Monomerzulaufgefäßes während einer Stunde und 30 Minuten gleichmäßig in den Reaktor dosiert. Der Inhalt des Initiatorzulaufgefäßes wurde während vier Stonden und 30 Minuten gleichmäßig in den Reaktor dosiert, wobei mit dem Initiatorzulauf fünf Minuten vor dem ersten Monomerzulauf begonnen wurde. Nach Beendigung der Zuläufe wurde die resultierende Reaktionsmischung während zwei Stunden bei 130 °C polymerisiert bis eine Originalviskosität von 2,2 dPas, ein Festkörpergehalt von 50 Gew.-% (15 Minuten/180 °C) und eine Säurezahlen von 30 mg KOH/g erreicht waren. Hiernach wurde das Ethoxyethylpropionat im Vakuum bei 100 °C abdestilliert, bis ein Festkörpergehalt von 81 Gew.-% (15 Minuten/180 °C) erreicht war. Die resultierende Reaktionsmischung wurde auf 80 °C abgekühlt und mit Butylglykol und Ethoxyethylpropionat (Gewichtsverhältnis 5 : 1) auf einen Festkörpergehalt von 75 Gew.-% eingestellt.39 parts of ethoxyethyl propionate were placed in a suitable stirred kettle with reflux condenser and stirring and heated to 130.degree. In a first monomer feed vessel, 9.598 parts of butyl methacrylate, 7.708 parts of methyl methacrylate, 8.003 parts of styrene, 4.253 parts of methacrylic ester 13.0 (methacrylic acid ester with a long alkyl radical in the ester part) and 9.096 parts of hydroxyethyl acrylate were premixed. In a second monomer feed vessel, 3.810 parts of hydroxyethyl acrylate, 1.831 parts of acrylic acid and 0.916 parts of ethoxyethyl propionate were introduced. 3,692 parts of peroxide TBPEH (tert-butyl perethylhexanoate) and 6.025 parts of ethoxyethyl propionate were placed in an initiator feed vessel. The contents of the first monomer feed vessel were metered evenly into the reactor during four hours. The second monomer feed was started two hours and 30 minutes after the start of the first monomer feed. For this purpose, the contents of the second monomer feed vessel were metered uniformly into the reactor over an hour and 30 minutes. The contents of the initiator feed vessel were metered evenly into the reactor over four hours and 30 minutes, starting with the initiator feed five minutes before the first monomer feed. After the feeds had ended, the resulting reaction mixture was polymerized at 130 ° C. for two hours until an original viscosity of 2.2 dPas, a solids content of 50% by weight (15 minutes / 180 ° C.) and an acid number of 30 mg KOH / g were reached. After that it was Ethoxyethyl propionate was distilled off in vacuo at 100 ° C. until a solids content of 81% by weight (15 minutes / 180 ° C.) was reached. The resulting reaction mixture was cooled to 80 ° C. and adjusted to a solids content of 75% by weight with butyl glycol and ethoxyethyl propionate (weight ratio 5: 1).
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Sol-Gel-Klarlacks wurde die Lösung des Acrylatcopolymerisats mit Butylglykol auf einen Festkörpergehalt von 20 Gew.-% eingestellt, und es resultierte die Lösung zur organischen Modifikation 2.For the preparation of the sol-gel clearcoat material according to the invention, the solution of the acrylate copolymer with butyl glycol was adjusted to a solids content of 20% by weight, and the solution for organic modification 2 resulted.
Die Herstellung einer AdditivlösungThe preparation of an additive solution
15 Teile Ethylglykol, 2 Teile Methacrylsäure-2,3-epoxypropylester (Glycidylmethacrylat), 7,5 Teile 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 0,5 Teile eines Addukts aus Maleinsäureanhydrid und 3-Aminopropyltriethoxysilan sowie 0J Teile Azodicarbonsäurediamid (GenitronR AZDN - M) wurden unter Rühren während sechs Stunden bei 100 °C miteinander vermischt. Es resultierte die Additivlösung 3 mit einem experimentell ermittelten Festkörpergehalt von 40 Gew.-% (15 Minuten/180 °C).15 parts of ethyl glycol, 2 parts of 2,3-epoxypropyl methacrylic acid (glycidyl methacrylate), 7.5 parts of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 0.5 part of an adduct of maleic anhydride and 3-aminopropyltriethoxysilane and 0J part of azodicarboxylic acid diamide (GenitronR) were stirred with AZDN - M mixed together at 100 ° C for six hours. The additive solution 3 with an experimentally determined solids content of 40% by weight (15 minutes / 180 ° C.) resulted.
Das Addukt selbst wurde hergestellt, indem man 220 Teile 3- Aminopropyltriethoxysilan und 100 Teile Maleinsäureanhydrid miteinander umsetzte.The adduct itself was prepared by reacting 220 parts of 3-aminopropyltriethoxysilane and 100 parts of maleic anhydride.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Sol-Gel-Klarlacke 4a und 4bThe preparation of the sol-gel clearcoats 4a and 4b according to the invention
4.1 Der Sol-Gel-Klarlack 4a4.1 The sol-gel clear coat 4a
Der Sol-Gel-Klarlack 4a wurde erhalten, indem man zu 61,2 Teilen des Stammlacks 4 (46,9 Gew.- %ig in Ethylglykol) unter Rühren nacheinander 14,77 Teile der Lösung zur organischen Modifikation 2, 20,8 TeileThe sol-gel clearcoat 4a was obtained by adding 14.77 to 61.2 parts of the base coat 4 (46.9% by weight in ethyl glycol) with stirring Parts of the organic modification solution 2, 20.8 parts
Methoxypropylacetat, 0,014 Teile BYK® 301, 1,57 Teile der Additivlösung 3, 0,8 Teile Tinuvin® 384 und 0,6 Teile Tinuvin® 123 (Lichtschutzmittel der Firma Ciba-Geigy) miteinander vermischte. Zu der resultierenden Mischung wurden 7,0 Teile Tetramethylammoniumiodid-Lösung (3 %ig in Methanol Wasser 1 : 1) hinzugegeben. Der resultierende Sol-Gel-Klarlack 4a wurde während 30 Minuten bei Raumtemperator gerührt. Er wies einen Festkörpergehalt von 32 Gew.-% auf (15 Minuten/180 °C). Der Sol-Gel-Klarlack 4a wurde für die Herstellung eines Sol-Gel-Überzugs auf einer einschichtigen Lackierang auf Basis eines Zweikomponenten(2K)-Unidecklacks verwendet (Beispiel 1).Methoxypropylacetate, 0.014 parts BYK® 301, 1.57 parts of additive solution 3, 0.8 parts Tinuvin® 384 and 0.6 parts Tinuvin® 123 (light stabilizer from Ciba-Geigy) were mixed together. 7.0 parts of tetramethylammonium iodide solution (3% in methanol water 1: 1) were added to the resulting mixture. The resulting sol-gel clearcoat 4a was stirred at room temperature for 30 minutes. It had a solids content of 32% by weight (15 minutes / 180 ° C.). Sol-gel clearcoat 4a was used for the production of a sol-gel coating on a one-layer coating system based on a two-component (2K) undercoat (example 1).
4. 2 Der Sol-Gel-Klarlack 4b4. 2 The Sol-Gel Clear Coat 4b
Der Sol-Gel-Klarlack 4b wurde erhalten, indem man zu 71,3 Teilen des Stammlacks 4 (40,3 Gew.-%ig in Ethylglykol) unter Rühren nacheinander 11,77 Teile der Lösung zur organischen Modifikation 2, 14,89 Teile Methoxypropylacetat, 0,47 Teile BYK® 301 und 1,57 Teile der Additivlösung 3 hinzugab. Der resultierende Sol-Gel-Klarlack 4b wurde für die Herstellung eines Sol-Gel-Überzugs auf einer mehrschichtigen Lackierung mit einer Klarlackschicht auf Basis eines handelsüblichen Zweikomponenten(2K)- Klarlacks verwendet (Beispiel 2).The sol-gel clearcoat 4b was obtained by adding 11.77 parts of the organic modification solution 2, 14.89 parts to 71.3 parts of the base coat 4 (40.3% by weight in ethyl glycol) with stirring Methoxypropylacetate, 0.47 parts BYK® 301 and 1.57 parts of additive solution 3 were added. The resulting sol-gel clearcoat 4b was used for the production of a sol-gel coating on a multilayer coating with a clearcoat layer based on a commercially available two-component (2K) clearcoat (example 2).
Beispiel 1example 1
Die Herstellung eines erfmdungsgemäßen Sol-Gel-Überzugs auf einer einschichtigen LackierungThe production of a sol-gel coating according to the invention on a single-layer coating
Auf mit einem handelsüblichen Elektrotauchlack kathodisch beschichteten Stahltafeln (Elektrotauchlackierang mit einer Schichtdicke von 18 - 22 μm) wur- den mit einer Becherpistole zunächst ein handelsüblicher Füller von BASF Coatings AG appliziert und eingebrannt. Es resultierte eine Füllerschicht mit einer Schichtdicke von 35 bis 40 μm. Auf die Füllerschicht wurde ein handelsüblicher Zweikomponenten (2 K)-Unidecklack (AK66-1110 Ral 9005 Schwarz der Firma BASF Coatings AG) aufgetragen und während 15 Minuten bei 50 °C vorgetrocknet und teilweise gehärtet.Steel panels coated with a commercially available electrocoat (electrocoat with a layer thickness of 18-22 μm) were first applied and burned in with a cup gun using a commercially available filler from BASF Coatings AG. The result was a filler layer with a layer thickness of 35 to 40 μm. A commercially available two-component (2-component) uni topcoat (AK66-1110 Ral 9005 black from BASF Coatings AG) was applied to the filler layer and predried for 15 minutes at 50 ° C. and partially cured.
Nach dem Abkühlen der Tafeln wurde der Sol-Gel-Klarlack 4a aufgetragen. Hiernach wurden die Unidecklackschicht und die Sol-Gel-Klarlack-Schicht gemeinsam während 4 Stonden bei 90 °C ausgehärtet.After the panels had cooled, the sol-gel clear lacquer 4a was applied. The solid-color topcoat and the sol-gel clearcoat were then cured together at 90 ° C. for 4 hours.
Es resultierte eine Lackierung mit einer Unidecklackschicht einer Stärke von 45 μm und dem erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzug einer Stärke von 8 μm. Die Lackierung war frei von Rissen und machte einen sehr guten optischen Gesamteindrack.The result was a coating with a solid-color lacquer layer with a thickness of 45 μm and the sol-gel coating according to the invention with a thickness of 8 μm. The paint was free of cracks and made a very good overall optical impression.
Beispiel 2Example 2
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzugs auf einer mehrschichtigen LackierungThe production of a sol-gel coating according to the invention on a multilayer coating
Auf mit einem handelsüblichen Elektrotauchlack kathodisch beschichteten Stahltafeln (Elektrotauchlackierang mit einer Schichtdicke von 18 - 22 μm) wurden mit einer Becherpistole zunächst ein handelsüblicher Füller von BASF Coatings AG appliziert und eingebrannt. Es resultierte eine Füllerschicht mit einer Schichtdicke von 35 bis 40 μm. Anschließend wurde auf den Füller in gleicher Weise ein grüner Metallic-Wasserbasislack (EcostarR Dschungelgrün der Firma BASF Coatings AG) appliziert und während 10 min bei 80 °C vorgetrocknet. Nach dem Kühlen der Tafeln wurde eine Schicht aus einem handelsüblichen Zweikomponenten(2K)-Klarlack (FF95-0111 der Firma BASF Coatings AG) aufgetragen und während 10 min bei 80 °C vorgetrocknet und teilweise ausgehärtet.A commercially available filler from BASF Coatings AG was first applied and baked onto a steel pistol coated with a commercially available electrocoat (cathodic dip coat with a layer thickness of 18 - 22 μm). The result was a filler layer with a layer thickness of 35 to 40 μm. A green metallic water-based paint (Ecostar R jungle green from BASF Coatings AG) was then applied in the same way to the filler and predried at 80 ° C. for 10 minutes. After the panels had been cooled, a layer of a commercially available two-component (2K) clearcoat (FF95-0111 from BASF) was applied Coatings AG) applied and pre-dried for 10 min at 80 ° C and partially cured.
Nach dem Abkühlen der beschichteten Tafeln wurde der erfindungsgemäße Sol- Gel-Klarlack 4b gemäß dem Herstellbeispiel appliziert. Die Wasserbasislackschicht, die Klarlackschicht und die Sol-Gel-Klarlack-Schicht wurden anschließend gemeinsam während 30 Minuten bei 150 °C ausgehärtet.After the coated sheets had cooled, the sol-gel clearcoat 4b according to the invention was applied in accordance with the preparation example. The water-based lacquer layer, the clear lacquer layer and the sol-gel clear lacquer layer were then cured together at 150 ° C. for 30 minutes.
Es resultierte eine mehrschichtige Lackierung mit einer Basislackschicht einer Stärke von 15 μm, einer Klarlackschicht einer Stärke von 44 μm und dem erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzug einer Stärke von 8 μm. Die Lackierang war frei von Rissen und machte einen sehr guten optischen Gesamteindrack.The result was a multilayer coating with a basecoat layer with a thickness of 15 μm, a clear lacquer layer with a thickness of 44 μm and the sol-gel coating according to the invention with a thickness of 8 μm. The paint shop was free of cracks and made a very good overall visual impression.
Beispiel 3Example 3
Die Prüfung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge der Beispiele 1 und 2Testing the properties of the sol-gel coatings according to the invention of Examples 1 and 2
3.1 Haftung des Sol-Gel-Überzugs3.1 Liability of the sol-gel coating
Die Tabelle 1 gibt einen Überblick über die durchgeführten Tests und die hierbei erhaltenen Ergebnisse.Table 1 gives an overview of the tests carried out and the results obtained.
Tabelle 1:Table 1:
Haftfestigkeit der erfmdungsgemäßen Sol-Gel-ÜberzügeAdhesive strength of the sol-gel coatings according to the invention
Testmethoden BeispielTest methods example
1 2 Kratzprobe nach DBL 7399 [Note 0 bis 5] 0 01 2 Scratch test according to DBL 7399 [grade 0 to 5] 0 0
Kratzprobe nach 240 Stonden Schwitzwasser- Konstantklima (SKK) [Note 0 bis 5] 0 0Scratch test after 240 hours of condensation water constant climate (SKK) [grade 0 to 5] 0 0
Gitterschnitt nach DIN 53151 (2 mm) [Note 0 bis 5] 0 0Cross cut according to DIN 53151 (2 mm) [grade 0 to 5] 0 0
Gitterschnitt nach 240 Stunden SKK und 24 Stunden Regeneration 0 0Cross-cut after 240 hours of SKK and 24 hours of regeneration 0 0
[Note 0 bis 5]: 0 = bester Wert; 5 = schlechtester Wert[Grade 0 to 5]: 0 = best value; 5 = worst value
Die Ergebnisse der Tabelle 1 belegen die hervorragende Haftung der erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge auf den jeweiligen Lackierangen.The results in Table 1 demonstrate the excellent adhesion of the sol-gel coatings according to the invention to the respective coating rods.
3.2 Die Kratzfestigkeit des Sol-Gel-Überzugs3.2 The scratch resistance of the sol-gel coating
3.2.1 Nach dem Bürstentest3.2.1 After the brush test
Für diesen Test wurden die Prüftafeln wurden nach Applikation der Lacke mindestens 2 Wochen bei Raumtemperatur gelagert, bevor die Prüfung durchgeführt wurde.For this test, the test panels were stored at room temperature for at least 2 weeks after application of the paints before the test was carried out.
Die Kratzfestigkeit des Sol-Gel-Überzugs auf den Prüftafeln wurde mit Hilfe des in Fig. 2 auf Seite 28 des Artikels von P. Betz und A. Bartelt, Progress in Organic Coatings, 22 (1993), Seiten 27 - 37, beschriebenen BASF-Bürstentests, der allerdings bezüglich des verwendeten Gewichts (2000 g statt der dort genannten 280 g) abgewandelt wurde, folgendermaßen beurteilt:The scratch resistance of the sol-gel coating on the test panels was determined using the BASF described in FIG. 2 on page 28 of the article by P. Betz and A. Bartelt, Progress in Organic Coatings, 22 (1993), pages 27-37 -Brush tests, the however, with regard to the weight used (2000 g instead of the 280 g mentioned there), was assessed as follows:
Bei dem Test wurde qie Lackoberfläche mit einem Siebgewebe, welches mit einer Masse belastet wurde, geschädigt. Das Siebgewebe und die Lackoberfläche wurden mit einer Waschmittel-Lösung reichlich benetzt. Die Prüftafel wurde mittels eines Motorantriebs in Hubbewegungen unter dem Siebgewebe vor- und zurückgeschoben.In the test, the paint surface was damaged with a sieve fabric that was loaded with a mass. The screen fabric and the varnish surface were wetted liberally with a detergent solution. The test panel was moved back and forth under the screen fabric in a lifting motion by means of a motor drive.
Der Prüfkörper war mit Nylon-Siebgewebe (Nr. 11, 31 μm Maschenweite, Tg 50 °C) bespanntes Radiergummi (4,5 x 2,0 cm, breite Seite senkrecht zur Kratzrichtong). Das Auflagegewicht betragt 2000 g.The test specimen was eraser covered with nylon sieve cloth (No. 11, 31 μm mesh size, Tg 50 ° C.) (4.5 x 2.0 cm, wide side perpendicular to the scratch direction). The coating weight is 2000 g.
Vor jeder Prüfung wurde das Siebgewebe erneuert, dabei war die Laufrichtung der Gewebemaschen parallel zur Kratzrichtong. Mit einer Pipette wurde ca. 1 ml einer frisch aufgerührten 0,25%igen Persil-Lösung vor dem Radiergummi aufgebracht. Die Umdrehungszahl des Motors wurde so eingestellt, daß in einer Zeit von 80 s 80 Doppelhübe ausgeführt wurden. Nach der Prüfung wurde die verbleibende Waschflüssigkeit mit kaltem Leitungswasser abgespült und die Prüftafel mit Druckluft trockengeblasen. Hierbei zeigte es sich, daß die erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge überhaupt nicht zerkratzt waren.Before each test, the screen fabric was renewed, the direction of the mesh was parallel to the scratch direction. With a pipette, approx. 1 ml of a freshly stirred 0.25% Persil solution was applied in front of the eraser. The number of revolutions of the motor was set so that 80 double strokes were carried out in a time of 80 s. After the test, the remaining washing liquid was rinsed off with cold tap water and the test panel was blown dry with compressed air. It was found that the sol-gel coatings of the invention were not scratched at all.
3.2.2 Nach dem Sandtest3.2.2 After the sand test
Zusätzlich wurde die Kratzfestigkeit nach dem Sandtest bestimmt. Hierzu wurden die Lackoberflächen mit Sand belastet (20g Quarz-Silbersand 1,5-2,0 mm). Der Sand wurde in einen Becher (Boden plan abgeschnitten) gegeben, der fest auf der Prüftafel befestigt wurde. Es wurden die gleichen Prüftafeln wie oben im Bürstentest beschrieben verwendet. Mittels eines Motorantriebes wurde die Tafel mit dem Becher und dem Sand in Schüttelbewegungen versetzt. Die Bewegung des losen Sandes verursachte dabei die Beschädigung der Lackoberfläche (100 Doppelhübe in 20 s). Nach der Sandbelastung wurde die Prüffläche vom Abrieb gereinigt, unter einem kalten Wasserstrahl vorsichtig abgewischt und anschließend mit Druckluft getrocknet. Gemessen wurde der Glanz nach DIN 67530 vor und nach Beschädigung.In addition, the scratch resistance was determined after the sand test. For this purpose, the paint surfaces were loaded with sand (20g quartz-silver sand 1.5-2.0 mm). The sand was placed in a beaker (floor cut off flat), which was firmly attached to the test panel. The same test panels as described above in the brush test were used. The table with the cup and the sand was shaken by means of a motor drive. The movement The loose sand caused damage to the paint surface (100 double strokes in 20 s). After exposure to sand, the test area was cleaned of abrasion, carefully wiped under a cold water jet and then dried with compressed air. The gloss was measured according to DIN 67530 before and after damage.
Hierbei zeigte es sich, daß durch die Belastung der GlanzIt was found that the gloss caused by the load
bei Beispiel 1 nur um 9 Glanzeinheiten undin Example 1 only by 9 gloss units and
bei Beispiel 2 nur um 13 Glanzeinheiten abnahm,in Example 2 only decreased by 13 gloss units,
was ein weiterer Beleg für die außerordentlich hohe Kratzfestigkeit des erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzugs ist.which is further evidence of the extraordinarily high scratch resistance of the sol-gel coating according to the invention.
3.3.3 Nach Amtec3.3.3 According to Amtec
Die Kratzfestigkeit wurde bei Beispiel 1 noch nach Amtec bestimmt. Hierbei nahm durch die Belastung der Glanz vom Ausgangswert 68 nur um 5 Glanzeinheiten ab, was die hohe Kratzfestigkeit des erfindungsgemäßen Sol-Gel- Überzugs weiter untermauert.The scratch resistance was determined in Example 1 by Amtec. As a result of the load, the gloss decreased from the initial value 68 by only 5 gloss units, which further underpins the high scratch resistance of the sol-gel coating according to the invention.
3.4 Chemikalienbeständigkeit3.4 Chemical resistance
3.4.1 Chemikalienbeständigkeit nach dem MB-Gradientenofen-Test3.4.1 Chemical resistance according to the MB gradient oven test
Bei dem dem Fachmann gutbekannten MB-Gradientenofen-Test wurden dieIn the MB gradient oven test which is well known to the person skilled in the art, the
Prüftafeln der Beispiele 1 und 2 definiert der Schädigung durch Schwefelsäure,Test panels of Examples 1 and 2 define the damage caused by sulfuric acid,
Wasser, Pankreatin und Baumharz ausgesetzt. Hierzu wurden die Probesubstanzen im Abstand von je einer Segmentbreite (Einstellung des Gradienten auf 30 - 75°C [1°C pro Heizsegment]) aufgetragen. Nach einer Lagerung von 72 Stonden im Normklima 23 °C wurden die Prüftafeln auf einem Gradientenofen (z.B. Typ: 2615 Fa. BYK-Gardner) während 30 min belastet. Ermittelt wurde die Temperatur, bei der die erste sichtbare Veränderung auftrat.Exposed to water, pancreatin and tree sap. For this purpose, the test substances were spaced one segment width apart (setting the Gradients applied to 30 - 75 ° C [1 ° C per heating segment]). After storage of 72 stonde in a standard climate of 23 ° C., the test panels were loaded on a gradient oven (eg type: 2615 from BYK-Gardner) for 30 minutes. The temperature at which the first visible change occurred was determined.
Die Versuchsergebnisse finden sich in der Tabelle 2.The test results can be found in Table 2.
Tabelle 2: Chemikalienbeständigkeit nach dem MB-Gradientenofen-TestTable 2: Chemical resistance according to the MB gradient oven test
Prüf Substanz Beispiel 1 Beispiel2Test substance Example 1 Example 2
1. Markierung 1. Markierung bei °C bei °C1st marking 1st marking at ° C at ° C
Schwefelsäure 1%-ig 61 55Sulfuric acid 1% 61 55
Wasser dest. > 75 > 75Distilled water > 75> 75
Pankreatin < 50 < 50Pancreatin <50 <50
Baumharz > 75 > 75Tree resin> 75> 75
Die Ergebnisse des MB-Gradientenofen-Tests untermauern die hohe Chemikalienbeständigkeit des erfmdungsgemäßen Sol-Gel-Überzugs.The results of the MB gradient oven test confirm the high chemical resistance of the sol-gel coating according to the invention.
3.4.2 Nach dem MEK-Test Die Lösemittelbeständigkeit der erfindungsgemäßen Sol-Gel-Überzüge der Beispiele 1 und 2 wurden gemäß der Vorschrift des dem Fachmann gut bekannten MEK-Tests getestet. Selbst nach 200 Doppelhüben mit mit Methylethylketon getränkten Wattebäuschen waren keine Schädigungen zu sehen.3.4.2 After the MEK test The solvent resistance of the sol-gel coatings of Examples 1 and 2 according to the invention were tested in accordance with the specification of the MEK test well known to the person skilled in the art. Even after 200 double strokes with cotton balls soaked in methyl ethyl ketone, no damage was seen.
3.5 Steinschlagtest3.5 stone impact test
Der der Fachwelt bekannte VDA Steinschlagtest unter Multi-Stoßbelastong (2 x 500 Gramm/2 bar) lieferte bei beiden Beispielen 1 und 2 einen Kennwert von 3 und einen Rostgrad von 2. Demnach erwies sich der erfindungsgemäße Sol-Gel- Überzug zusammen mit der einschichtigen (Beispiel 1) und der mehrschichtigen Lackierang (Beispiel 2) als ausreichend stabil gegenüber Steinschlag.The VDA stone impact test known to the experts under multi-impact load (2 x 500 grams / 2 bar) provided a characteristic value of 3 and a degree of rust of 2 in both Examples 1 and 2. Accordingly, the sol-gel coating according to the invention, together with the single-layer coating, proved to be (Example 1) and the multi-layer painting line (Example 2) as sufficiently stable against stone chips.
3.6 Erichsentiefung3.6 Erichsen deepening
Die Erichsentiefung nach DIN EN ISO 1520: 1995-04 lag bei 0,5 mm (Beispiel 1) bzw. bei 0,4 mm (Beispiel 2). The Erichsen depth according to DIN EN ISO 1520: 1995-04 was 0.5 mm (example 1) or 0.4 mm (example 2).

Claims

Patentansprüche claims
1. Sol-Gel-Beschichtungsstoff, enthaltend1. Sol-gel coating material containing
(A) eine Acrylatcopolymerisatlösung, enthaltend mindestens ein(A) an acrylate copolymer solution containing at least one
Acrylatcopolymerisat (AI), herstellbar durch Copolymerisation von mindestens den folgenden Monomeren:Acrylate copolymer (AI), obtainable by copolymerization of at least the following monomers:
al) mindestens einen im wesentlichen säuregrappenfreien (Meth)acrylsäureester,al) at least one essentially acid-free (meth) acrylic acid ester,
a2) mindestens ein ethylenisch ungesättigtes Monomer, das mindestens eine Hydroxylgruppe pro Molekül trägt und im wesentlichen säuregrappenfrei ist, unda2) at least one ethylenically unsaturated monomer which carries at least one hydroxyl group per molecule and is essentially free of acid groups, and
a3) mindestens ein mindestens eine Säuregrappe, die in die entsprechende Säureaniongruppe überführbar ist, pro Molekül tragendes ethylenisch ungesättigtes Monomer;a3) at least one at least one acid group, which can be converted into the corresponding acid anion group, per molecule-carrying ethylenically unsaturated monomer;
(B) einen Stammlack, herstellbar durch Hydrolyse und Kondensation mindestens eines hydrolysierbaren Silans (Bl) der allgemeinen Formel I(B) a base lacquer which can be prepared by hydrolysis and condensation of at least one hydrolyzable silane (B1) of the general formula I
SiR, (I),SiR, (I),
worin die Variable R die folgende Bedeutung hat:where the variable R has the following meaning:
R = hydrolysierbare Gruppen, Hydroxygruppen und nicht hydrolysierbare Gruppen, mit der Maßgabe, daß mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, hydrolysierbare Grappe(n) vorhanden ist oder sind;R = hydrolyzable groups, hydroxyl groups and non-hydrolyzable groups, with the proviso that at least one, preferably at least there are two hydrolyzable grappa;
undand
(C) eine Additivlösung, enthaltend(C) containing an additive solution
cl) mindestens eine mindestens eine Epoxidgrappe enthaltende ethylenisch ungesättigte Verbindung,cl) at least one ethylenically unsaturated compound containing at least one epoxy group,
c2) mindestens ein Silan (Bl) mit mindestens einer nicht hydrolysierbaren Gruppe R, welche mindestens eine Epoxidgrappe aufweist, undc2) at least one silane (B1) with at least one non-hydrolyzable group R, which has at least one epoxy group, and
c3) mindestens ein Addukt mindestens eines Silans (Bl) mit mindestens einer nicht hydrolysierbaren Gruppe R, welche mindestens eine Aminograppe aufweist, und mindestens einem cyclischen ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäureanhydrid.c3) at least one adduct of at least one silane (B1) with at least one non-hydrolyzable group R, which has at least one amino group, and at least one cyclic ethylenically unsaturated dicarboxylic acid anhydride.
2. Der Sol-Gel-Beschichtungsstoff nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß er, jeweils bezogen auf seine Gesamtmenge, 5 bis 20, vorzugsweise 10 bis 15 und insbesondere 11 bis 14 Gew.-% der Acrylatcopolymerisatlösung (A), 40 bis 85, vorzugsweise 45 bis 80 und insbesondere 50 bis 75 Gew.- des Stammlacks (B) sowie 0,5 bis 3, vorzugsweise 1 bis 2 und insbesondere 1,2 bis 1,7 Gew.-% der Additivlösung (C) enthält. 2. The sol-gel coating material according spoke 1, characterized in that it, based in each case on its total amount, 5 to 20, preferably 10 to 15 and in particular 11 to 14 wt .-% of the acrylate copolymer solution (A), 40 to 85 , preferably 45 to 80 and in particular 50 to 75% by weight of the base coating (B) and 0.5 to 3, preferably 1 to 2 and in particular 1.2 to 1.7% by weight of the additive solution (C).
. Der Sol-Gel-Beschichtongsstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergehalte der Bestandteile (A), (B) und (C) in einem Gewichtsverhältnis von (A) : (B) : (C) von. The sol-gel coating material according to claim 1 or 2, characterized in that the solids contents of the components (A), (B) and (C) in a weight ratio of (A): (B): (C) from
1 bis 10 : 30 bis 60 : 11 to 10: 30 to 60: 1
vorzugsweise 2 bis 8 : 35 bis 55 : 1 undpreferably 2 to 8: 35 to 55: 1 and
insbesondere 2,5 bis 6 : 40 bis 50 : 1in particular 2.5 to 6: 40 to 50: 1
zueinander stehen.to stand by each other.
4. Der Sol-Gel-Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stammlack (B) mindestens eine hydrolysierbare Metallverbindung der allgemeinen Formel II4. The sol-gel coating material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the base lacquer (B) at least one hydrolyzable metal compound of the general formula II
MRn (IT),MR n (IT),
worin die Variablen und der Index die folgende Bedeutung haben:where the variables and the index have the following meaning:
M = Aluminium, Titan oder Zirkonium,M = aluminum, titanium or zirconium,
R = hydrolysierbare Gruppen, Hydroxygruppen und nicht hydrolysierbare Gruppen, mit der Maßgabe, daß mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, hydrolysierbare Gruppe(n) vorhanden ist oder sind, undR = hydrolyzable groups, hydroxyl groups and non-hydrolyzable groups, with the proviso that at least one, preferably at least two, hydrolyzable group (s) is or are present, and
n 3 oder 4; enthält.n 3 or 4; contains.
5. Der Sol-Gel-Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß5. The sol-gel coating material according to one of claims 1 to 4, characterized in that
die nicht hydrolysierbaren Grappen R Alkylgruppen, insbesondere mit 1 bis 4 C-Atomen; Alkenylgruppen, insbesondere mit 2 bis 4 C-Atomen; Alkinylgrappen, insbesondere mit 2 bis 4 C-Atomen; und/oder Arylgrappen, insbesondere mit 6 bis 10 C-Atomen; undthe non-hydrolyzable Grappen R alkyl groups, in particular with 1 to 4 carbon atoms; Alkenyl groups, in particular with 2 to 4 carbon atoms; Alkynyl groups, in particular with 2 to 4 carbon atoms; and / or aryl groups, in particular with 6 to 10 carbon atoms; and
die hydrolysierbaren Grappen R Wasserstoffatome, Alkoxygrappen, insbesondere mit 1 bis 20 C-Atomen; alkoxysubstituierte Alkoxygrappen mit 3 bis 20 C-Atomen; Acyloxygrappen, insbesondere mit 1 bis 4 C-Atomen; Alkylcarbonylgruppen, insbesondere mit 2 bis 6 C-Atomen; sind.the hydrolyzable groups R hydrogen atoms, alkoxy groups, in particular with 1 to 20 C atoms; alkoxy-substituted alkoxy groups with 3 to 20 C atoms; Acyloxy groups, in particular with 1 to 4 carbon atoms; Alkylcarbonyl groups, in particular with 2 to 6 carbon atoms; are.
6. Der Sol-Gel-Beschichtongsstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß6. The sol-gel coating material according to claim 5, characterized in that
- die hydrolysierbaren Grappen R Methoxy-, Ethoxy-, n-Propoxy-, i-- the hydrolyzable Grappen R methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-
Propoxy, n-Butoxy-, sec-Butoxy-, beta-Methoxy-ethoxy-, Acetoxy- , Propionyloxy und/oder Acetylgrappen und diePropoxy, n-butoxy, sec-butoxy, beta-methoxy-ethoxy, acetoxy, propionyloxy and / or acetyl groups and the
die nicht hydrolysierbaren Grappen R Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl- Vinyl-, 1-Propenyl-, 2-Propenyl-, Butenyl-, Acetylenyl-,the non-hydrolyzable Grappen R methyl, ethyl, propyl, butyl vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl, butenyl, acetylenyl,
Propargyl-, Phenyl- und/oder und Naphthylgrappen sind.Are propargyl, phenyl and / or and naphthyl groups.
7. Der Sol-Gel-Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht hydrolysierbaren Gruppen R mindestens eine funktionelle Gruppe, insbesondere mindestens eine Epoxidgruppe, Aminograppe, olefmisch ungesättigte Gruppe, Mercaptograppe, und/oder Isocyanatgrapppe und/oder deren Umsetzungsprodukte mit weiteren reaktiven Verbindungen, enthalten.7. The sol-gel coating material according to one of claims 1 to 6, characterized in that the non-hydrolyzable groups R at least one functional group, in particular at least one Epoxy group, amino group, olefinically unsaturated group, mercapto group, and / or isocyanate group and / or their reaction products with other reactive compounds.
8. Der Sol-Gel-Beschichtongsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Sol-Gel-Klarlack handelt.8. The sol-gel coating material according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is a sol-gel clear coat.
9. Die Verwendung des Sol-Gel-Beschichtongsstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung kratzfester Sol-Gel-Überzüge, insbesondere für einschichtige oder mehrschichtige Lackierangen.9. The use of the sol-gel coating material according to any one of claims 1 to 8 for the production of scratch-resistant sol-gel coatings, in particular for single-layer or multi-layer coating oranges.
10. Die Verwendung des Sol-Gel-Beschichtongsstoffs nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ausgehärtete einschichtige oder mehrschichtige Lackierangen handelt.10. The use of the sol-gel coating material according to spoke 9, characterized in that it is cured single-layer or multi-layer coating rods.
11. Die Verwendung des Sol-Gel-Beschichtongsstoffs nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Lackierangen um Automobilerstlackierangen, Autoreparaturlackierangen, industrielle Lackierangen, inklusive Container Coatings, Kunststofflackierangen und Möbellackierungen handelt.11. The use of the sol-gel coating material according to claim 9 or 10, characterized in that it is in the painting rods to automotive painting rods, auto repair painting rods, industrial painting rods, including container coatings, plastic coating rods and furniture lacquers.
12. Verfahren zur Herstellung kratzfester Sol-Gel-Überzüge durch Applikation und Aushärten von Sol-Gel-Beschichtungsstoffen auf ungrandierten oder grundierten Substraten oder ungrandierten oder grundierten Substraten, welche mit einer einschichtigen oder mehrschichtigen Lackierang versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß man hierbei einen Sol-Gel- Beschichtongsstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet.12. A method for producing scratch-resistant sol-gel coatings by applying and curing sol-gel coating materials on ungranded or primed substrates or ungranded or primed substrates, which are provided with a single-layer or multi-layer coating, characterized in that a sol -Gel- coating material according to one of claims 1 to 8 used.
13. Verfahren zur Herstellung kratzfester Sol-Gel-Überzüge durch Applikation und Aushärten von Sol-Gel-Beschichtungsstoffen auf ungrandierten oder grandierten Substraten, welche mit einer einschichtigen oder mehrschichtigen Lackierang versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Applikation des Sol-Gel-Beschichtongsstoffs13. Process for the production of scratch-resistant sol-gel coatings by application and curing of sol-gel coating materials on ungrounded or sized substrates, which are provided with a single-layer or multi-layer painting, characterized in that before the application of the sol-gel coating material
(il) eine einschichtige Lackierang auf Basis eines(il) a single-layer painting line based on a
Einkomponenten(lK)-Klarlacks, Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacks, Pulverklarlacks oder UV- härtbaren Klarlacks,One-component (1K) clearcoat, two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clearcoat, powder clearcoat or UV-curable clearcoat,
(i2) eine mehrschichtige effekt- und/oder farbgebende Lackierang mit einer obersten Schicht auf Basis eines Einkomponenten(lK)- Klarlacks, Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacks, Pulverklarlacks oder UV-härtbaren Klarlacks, insbesondere eines Einkomponenten(lK)-Klarlacks, Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-(i2) a multi-layer effect and / or color-imparting coating with a top layer based on a one-component (IC) clear coat, two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clear coat, powder clear coat or UV-curable clear coat, in particular one One-component (lK) clearcoat, two-component (2K) - or multi-component (3K, 4K) -
Klarlacks, oderClear coats, or
(i3) eine einschichtige effekt- und/oder farbgebende Lackierang auf Basis eines Zweikomponenten(2K)-Unidecklacks(i3) a one-layer effect and / or color-imparting coating system based on a two-component (2K) uni top coat
appliziert und teilweise aushärtet.applied and partially cured.
14. Das Verfahren nach Ansprach 13, dadurch gekennzeichnet, daß man hierbei einen Sol-Gel-Beschichtungsstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet.14. The method according spoke 13, characterized in that one uses a sol-gel coating material according to one of claims 1 to 8.
15. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man den applizierten Sol-Gel-Beschichtungsstoff durch Bestrahlen mit mittlerer IR-Strahlung aushärtet. 15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the applied sol-gel coating material is cured by irradiation with medium IR radiation.
16. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß daß es sich bei den Lackierangen um Automobilerstlackierangen, Autoreparatorlackierangen, industrielle Lackierangen, inklusive Container Coatings, und Möbellackierangen handelt.16. The method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that it is in the Lackierangen to Automotive OEM Lackangen, Autoreparatorlackierangen, industrial Lackierangen, including container coatings, and Möbelackierangen.
17. Sol-Gel-Überzüge, herstellbar aus einem Sol-Gel-Beschichtungsstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16.17. Sol-gel coatings, producible from a sol-gel coating material according to one of claims 1 to 8 and / or by the method according to one of claims 12 to 16.
18. Substrate, enthaltend mindestens einen Sol-Gel-Überzug gemäß Anspruch 17. 18. Substrates containing at least one sol-gel coating according to claim 17.
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