EP1723209A1 - Perhydropolysilazane enthaltende beschichtungen für metall- und polymeroberflächen - Google Patents

Perhydropolysilazane enthaltende beschichtungen für metall- und polymeroberflächen

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EP1723209A1
EP1723209A1 EP05707567A EP05707567A EP1723209A1 EP 1723209 A1 EP1723209 A1 EP 1723209A1 EP 05707567 A EP05707567 A EP 05707567A EP 05707567 A EP05707567 A EP 05707567A EP 1723209 A1 EP1723209 A1 EP 1723209A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
perhydropolysilazane
rims
coating according
metal
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Withdrawn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
EP05707567A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Brand
Andreas Dierdorf
Hubert Liebe
Andreas Wacker
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.)
Clariant Finance BVI Ltd
Original Assignee
Clariant International Ltd
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 Clariant International Ltd filed Critical Clariant International Ltd
Publication of EP1723209A1 publication Critical patent/EP1723209A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09D183/00—Coating 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
    • C09D183/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09D183/16—Coating 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 all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
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    • C09D183/00—Coating 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
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    • C09D183/02—Polysilicates
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    • Y10T428/31652—Of asbestos
    • Y10T428/31663—As siloxane, silicone or silane

Definitions

  • the present invention relates to the coating based on perhydropolysilazane for producing an easy-to-clean protective coating for metal or plastic surfaces.
  • the coating shows particularly good properties as a protective coating for rims, in particular aluminum rims.
  • a disadvantage of aluminum rims is their susceptibility to corrosion and their tendency to become dirty. In addition, scratches are much more noticeable on the shiny surface of an aluminum rim than on a steel rim.
  • Aluminum rims are therefore provided with a coating at the end of the manufacturing process, which usually consists of a pretreatment of the aluminum (chromate or chromate-free), a primer, a pigmented base coat and finally a clear coat. This complex coating is necessary in order to achieve an adequate
  • WO 02 / 088269A1 describes the use of a perhydropolysilazane solution for the production of hydrophilic, dirt-repellent surfaces.
  • the use in the automotive sector (on the body and the rims) is also described there, with perhydropolysilazane solutions with a weight fraction of 0.3 to 2% being recommended.
  • perhydropolysilazane solutions with a weight fraction of 0.3 to 2% being recommended.
  • a highly diluted solution with a weight fraction of only 0.5% perhydropolysilazane is used, with which a very thin coating of approximately 0.2 microns layer thickness on steel is obtained.
  • Such a thin coating is, on the one hand, unsuitable for preventing the scratching of the paint surface and, moreover, is not able to guarantee adequate corrosion protection and to prevent brake dust from being eaten.
  • the thin layer is not sufficient to level the relatively inhomogeneous clear lacquer layer and to obtain a really smooth, glass-like surface that is easy to clean.
  • the present invention had for its object to develop a coating with which it is possible to have rims with a hard, scratch-resistant
  • a perhydropolysilazane solution can be used to produce sufficiently thick protective layers which protect the rim from corrosion, scratching and corrosion of the brake dust and also make the rim easier to clean.
  • the invention therefore relates to a coating for surfaces, in particular for metal and polymer surfaces, containing at least perhydropolysilazane of the formula 1
  • n is an integer and n is such that the polysilazane has a number average molecular weight of 150 to 150,000 g / mol, as well as a solvent and a catalyst and optionally one or more co-binders.
  • the coating according to the invention is particularly suitable for producing an easy-to-clean protective coating on rims, in particular aluminum rims.
  • Another object of the invention is the use of the above-mentioned coating containing at least one perhydropolysilazane of the formula 1 in one.
  • a formulation contains a co-binder as an additional component, which further increases the flexibility of the perhydropolysilazane without losing properties such as the high scratch resistance, anti-corrosion effect and the scratch-resistant surface Production of an easy-to-clean protective coating on rims, especially aluminum rims.
  • the hardened coating preferably has a thickness of at least 1 micrometer, preferably 2 to 20 micrometers, particularly preferably 3 to 10 micrometers, and ensures adequate protection against corrosion, scratching and the ingestion of brake dust on the rim and thereby also makes the rims even lighter are clean.
  • the co-binder can either be an organopolysilazane of the formula 2,
  • R ', R ", R'” can be the same or different and are either hydrogen or organic radicals, with the proviso that R ', R “and R'” must not be hydrogen at the same time and in which n is so dimensioned is that the organopolysilazane has a number average molecular weight of 150 to 150,000 g / mol
  • lacquers such as cellulose derivatives, e.g. Cellulose acetobutyrate, polyester or modified polyester, phenolic or melamine resins, acrylates, epoxies or polyisocyanates.
  • Particularly suitable solvents for the perhydropolysilazane formulation are organic solvents which contain no water and no reactive groups (such as hydroxyl or amine groups). These are, for example, aliphatic or aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, esters such as ethyl acetate or butyl acetate, ketones such as acetone or methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran or dibutyl ether, and also mono- and _.polyalkylene glycol dialyl ethers (GIymes) _or mixtures of these solvents.
  • a further component of the perhydropolysilazane formulation can be additives, e.g. Viscosity of the formulation, substrate wetting, film formation or that
  • Influence ventilation behavior or be organic and inorganic UV absorbers.
  • the coating according to the invention contains 1 to 40% by weight of at least one perhydropolysilazane of the formula (I), in particular 5 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, and 0.001 to 5% by weight, preferably 0, 01 to 2 wt .-% of a catalyst.
  • Suitable catalysts are N-heterocyclic compounds, such as 1-methylpiperazine, 1-methylpiperidine, 4,4'-trimethylene dipiperidine, 4,4'-trimethylene (1-methylpiperidine), diazobicyclo- (2,2,2) octane, cis- 2,6-dimethylpiperazine.
  • Suitable catalysts are mono-, di- and trialkylamines such as methylamine, dimethylamine, trimethylamine, phenylamine, diphenylamine and triphenylamine, DBU (1,8-diazabicyclo (5,4,0) -7-undecene), DBN (1,5- Diazabicyclo (4,5,0) -5-nonen), 1, 5,9-triazazyclododecane and 1, 4,7-triazazyclononane.
  • DBU 1,8-diazabicyclo (5,4,0) -7-undecene
  • DBN 1,5- Diazabicyclo (4,5,0) -5-nonen
  • 1, 5,9-triazazyclododecane 1, 4,7-triazazyclononane.
  • Suitable catalysts are organic and inorganic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, maleic acid, stearic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, chloric acid and hypochlorous acid.
  • Suitable catalysts are metal carboxylates of the general formula (RCOO) nM of saturated and unsaturated, aliphatic or alicyclic -CC 22 carboxylic acids and metal ions such as Ni, Ti, Pt, Rh, Co, Fe, Ru, Os, Pd, Ir, and Al ; n is the charge of the metal ion.
  • Suitable catalysts are acetylacetonate complexes of metal ions such as Ni, Pt, -Pd, Al and Rh - .._ _ .. _ - ... , ,
  • Suitable catalysts are metal powders such as Au, Ag, Pd or Ni with a particle size of 20 to 500 nm.
  • Suitable catalysts are peroxides such as hydrogen peroxide, metal chlorides and organometallic compounds such as ferrocene and zirconocene.
  • the coating with the polysilazane formulation can be carried out by methods which are usually used in painting. This can be spraying, dipping or flooding, for example. A thermal aftertreatment can then be carried out in order to accelerate the curing of the coating. Depending on the perhydropolysilazane formulation and catalyst used, curing takes place at room temperature, but can be accelerated by heating. Before the coating is applied, a primary layer can first be applied, for example to improve the adhesion.
  • the invention therefore furthermore relates to a process for producing a protective layer on a rim, the polysilazane solution which may contain co-binders being applied to the rim by suitable processes such as spraying or dipping and then hardened.
  • the hardened coating has a thickness of at least 1 micrometer, preferably 2 to 20 micrometers, particularly preferably 3 to 10 micrometers, and ensures excellent protection of the surfaces against corrosion and scratching. With rims coated in this way, brake dust is prevented from seizing in and cleaning is made considerably easier.
  • the coating according to the invention can also be applied to surfaces that have already been painted, e.g. on rims on which clear varnish has already been applied to additionally protect the rim from scratching, corrosion or the ingestion of brake dust.
  • Perhydropolysilazane solution can also be used as the only protective layer that replaces the commonly used clear lacquer.
  • the coating cures at room temperature and below, but can can be accelerated by increasing the temperature.
  • the coating is preferably cured at a temperature in the range from 10 to 200 ° C., in particular 25 to 160 ° C., preferably 80 to 150 ° C.
  • the maximum possible temperature for curing essentially depends on the substrate to which the coating is applied. In the case of metals such as aluminum, these can be higher temperatures, from 180 to 200 ° C or higher.
  • the coating is applied to an already existing lacquer layer (either basecoat or clear lacquer), it is advisable to work at a lower temperature so that the lower lacquer layer does not soften, preferably at 25 to 160 ° C, particularly preferably at 80 to 150 ° C.
  • the air humidity also has an influence on the curing of the coating.
  • faster curing takes place, which can be an advantage, conversely curing in an atmosphere with little humidity, for example in a drying cabinet, results in a slow and even curing process. Therefore, the coating according to the invention can be cured at a relative atmospheric humidity of 0 to 100%.
  • Coating with the perhydropolysilazane formulation can be followed by a further aftertreatment with which the surface energy of the coating is adjusted. In this way, either hydrophilic or hydrophobic surfaces can be created that influence the tendency to soiling.
  • the perhydropolysilazanes used are products from
  • the average molar mass of the perhydropolysilazane is approximately 2000 g / mol.
  • NP110-20 is a 20%
  • NL120A-20 is a 20%
  • NP 140-005 is a 0.5% perhydropolysilazane solution in xylene and Pegasol AN 45, the 4,4'-trimethylene-bis-
  • the aluminum rims are commercially available aluminum rims, as can be obtained from the car accessories trade, parts of these rims that were obtained by sawing entire rims or test sheets made of a suitable material. The coating was either sprayed with a commercially available
  • Spray gun or carried out by diving in a commercially available diving apparatus Spray gun or carried out by diving in a commercially available diving apparatus.
  • a non-pretreated aluminum sheet of the alloy AlMgSi 0.5 is coated with a 0.5% perhydropolysilazane solution NP 140-005 (Clariant Japan) by spraying. To cure the coating, leave it at room temperature and normal humidity for 5 days before testing. The result is a coating with a layer thickness of 0.2 ⁇ m.
  • Example 1 coating of an aluminum rim by spraying
  • a commercially available aluminum rim is 20% with a solution consisting of 97 parts Perhydropolysilazane solution NP110-20 (Clariant Japan), 2.4 parts Tego Protect 5001 (Tego Chemie), 0.5 part Byk 411 and 0.1 part Byk 333 (Byk-Chemie) coated by spraying.
  • the mixture is then vented in air for about 10 minutes and then dried at 80 ° C. for 60 minutes.
  • the result is a clear, transparent and crack-free coating on the surface.
  • the gloss level of the coated rim has increased by 5 gloss units compared to the uncoated rim.
  • Example 2 coating a coated sheet with basecoat and clearcoat by dipping
  • a painted aluminum sheet which is provided with a commercially available pigmented basecoat and a clearcoat, is placed in an immersion apparatus which contains a solution consisting of 97 parts of 20% perhydropolysilazane solution NP110-20 (Clariant Japan), 2.4 parts of Tego Protect 5001 (Tego Chemistry),
  • Example 3 coating of a polished aluminum sheet by spraying
  • a polished aluminum sheet is coated with a 20% perhydropolysilazane solution NL110A-20 (Clariant Japan) by spraying.
  • the mixture is then vented in air for about 10 minutes and then dried at 130 ° C. for 60 minutes.
  • the result is a clear, transparent, crack-free coating.
  • Example 4 coating of a polished aluminum sheet by dipping
  • a polished aluminum sheet is immersed in a diving apparatus filled with a 20% perhydropolysilazane solution NL110A-20 (Clariant Japan) and pulled out at a speed of 120 cm / min. The mixture is then vented in air for about 10 minutes and in a drying cabinet for 60 minutes at 180 ° C dried. The result is a clear, transparent and crack-free coating.
  • Example 5 coating of a polished aluminum sheet by spraying
  • a polished aluminum sheet is coated with a solution consisting of 100 parts of 20% perhydropolysilazane solution NL110A-20 (Clariant Japan) and 3.5 parts of polymethylpolysilazane by spraying. The mixture is then vented in air for about 10 minutes and then dried at 130 ° C. for 60 minutes. The result is a clear, transparent, crack-free coating.
  • a non-pretreated aluminum sheet of the alloy AlMgSi 0.5 is coated with a 20% perhydropolysilazane solution NP110-20 (Clariant Japan) by spraying. The mixture is then vented in air for about 10 minutes and dried at 130 ° C. for 60 minutes. The result is a clear, transparent, crack-free coating with a layer thickness of 2.6 ⁇ m.
  • Several sheets obtained in this way are subjected to a salt spray test according to ISO 7253 and a condensate test according to ISO 6270. After 1000 h, there are no traces of corrosion either in the salt spray test or in the condensed water test, while an uncoated comparative sheet is badly corroded.
  • the coated sheet from Comparative Example 1 shows clear signs of corrosion.
  • a coated aluminum rim from Example 1 is mounted on the front axle of a commercially available car. On the other side there is a rim of the same type which is not provided with the additional coating according to the invention. The car is then driven several thousand kilometers under everyday conditions. During this time the
  • the coated rim can Dirt can be easily removed with a paper towel or with a water jet, while this is not possible on the uncoated rim. Eating of brake dust is not observed on the coated rim, while over time black spots are observed on the uncoated rim, which can only be removed with difficulty or not at all by cleaning.
  • the scratch resistance is determined by repeated loading (five double strokes) with a steel wool of type 00 and a force of 3 N. The scratch is assessed visually according to the following scale: very good (no scratches), good (few scratches), satisfactory (significant scratches), sufficient (badly scratched) and poor (very badly scratched).

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Abstract

Beschichtung für Oberflächen, enthaltend mindestens ein Perhydropolysilazan der Formel (I) wobei es sich bei n um eine ganze Zahl handelt und n so bemessen ist, dass das Perhydropolysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist, ein Lösemittel und einen Katalysator und gegebenenfalls ein oder mehrere Co-Bindemittel. Die gehärtete Beschichtung weist eine Dicke von mindestens 1 Mikrometer, bevorzugt 2 bis 20 Mikrometer auf. Sie ist insbesondere geeignet als Schutzbeschichtung für Felgen, insbesondere für Aluminiumfelgen.

Description

Beschreibung
Perhydropolysilazane enthaltende Beschichtungen für Metall- und Polymeroberflächen
Die vorliegende Erfindung betrifft die Beschichtung auf Perhydropolysilazanbasis zur Herstellung einer leicht zu reinigenden Schutzbeschichtung für Metall- oder Kunststoffoberflächen. Besonders gute Eigenschaften zeigt die Beschichtung als Schutzbeschichtung für Felgen, insbesondere Aluminiumfelgen.
Der Einsatz von Aluminiumfelgen im Automobilbau hat in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Zum einen bieten die leichteren Aluminiumfelgen gegenüber Stahlfelgen Gewichtsvorteile und ermöglichen damit Kraftstoffeinsparungen, der wesentliche Aspekt ist aber, dass Aluminiumfelgen vor allem aus optischen Gründen eingesetzt werden, da diese dem Fahrzeug ein hochwertiges und edles Aussehen verleihen.
Ein Nachteil der Aluminiumfelgen ist vor allem deren Anfälligkeit gegenüber Korrosion und ihre Neigung zur Verschmutzung. Außerdem fallen Kratzer auf der glänzenden Oberfläche einer Aluminiumfelge deutlich stärker auf als auf einer Stahlfelge. Aluminiumfelgen werden daher am Ende des Fertigungsprozesses mit einer Beschichtung versehen, die in der Regel aus einer Vorbehandlung des Aluminiums (Chromatierung oder chromatfrei), einer Grundierung, aus einem pigmentierten Basislack und zuletzt einer Klarlackschicht besteht. Diese aufwendige Beschichtung ist notwendig, um einen ausreichenden
Korrosionsschutz zu gewährleisten. Trotz der Lackierung bereitet die Korrosion Probleme, z.B. durch die Verwendung von Streusalz im Winter. Schließlich frisst sich Bremsstaub, der sich auf der Aluminiumfelge niederschlägt mit der Zeit ebenfalls in die Lackierung hinein und lässt sich nicht mehr entfernen. Darüber hinaus kommt es bei der Benutzung von Schneeketten leicht zum Verkratzen der Aluminiumfelgen. Eine weitere Ursache für Kratzer ist die Reinigung der Aluminiumfelgen mit abrasiven Mitteln, wie Bürsten oder Spülschwämmen. Zunehmend größere Verbreitung finden auch sogenannte polierte oder glanzgedrehte Aluminiumfelgen, deren Oberfläche aus einer optisch ansprechenden, glänzenden Oberfläche aus reinem Aluminium besteht, die lediglich von einer dünnen Klarlackschicht geschützt ist, um den natürlichen Glanz des Aluminiums zu erhalten. Bei dieser Art von Felgen ist der Korrosionsschutz durch die dünne Klarlackschicht, die außerdem für das menschliche Auge möglichst nicht erkennbar sein soll, nur sehr schwer zu bewerkstelligen.
WO 02/088269A1 beschreibt die Verwendung einer Perhydropolysilazanlösung zur Herstellung hydrophiler, schmutzabweisender Oberflächen. Dort ist unter anderem auch die Verwendung im Automobilbereich (auf der Karosserie und den Felgen) beschrieben, wobei Perhydropolysilazanlösungen mit einem Gewichtsanteil von 0,3 bis 2 % empfohlen werden. In Beispiel 1 wird dabei eine stark verdünnte Lösung mit einem Gewichtsanteil von lediglich 0,5 % Perhydropolysilazan verwendet, mit der eine sehr dünne Beschichtung von ca. 0,2 Mikrometer Schichtdicke auf Stahl erhalten wird.
Eine solch dünne Beschichtung ist zum einen nicht geeignet, das Verkratzen der Lackoberfläche zu verhindern und außerdem nicht in der Lage, einen ausreichenden Korrosionsschutz zu gewährleisten, sowie das Einfressen von Bremsstaub zu unterbinden. Darüber hinaus reicht die dünne Schicht nicht aus, um die relativ inhomogene Klarlackschicht zu nivellieren und eine wirklich glatte, glasartige Oberfläche zu erhalten, die sich leicht reinigen lässt.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtung zu entwickeln, mit der es möglich ist, Felgen mit einer harten, kratzfesten
Beschichtung zu versehen, die sich leichter reinigen lässt und die Aluminiumfelge vor Korrosion und vor dem Einfressen von Bremsstaub schützt.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass man mit einer Perhydropolysilazanlösung ausreichend dicke Schutzschichten erzeugen kann, die die Felge vor Korrosion, Verkratzung und Einfressen des Bremsstaubes schützen und außerdem eine leichtere Reinigung der Felge ermöglichen. Gegenstand der Erfindung ist daher eine Beschichtung für Oberflächen, insbesondere für Metall- und Polymeroberflächen, enthaltend mindestens Perhydropolysilazan der Formel 1
worin es sich bei n um eine ganze Zahl handelt und n so bemessen ist, dass das Polysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist, sowie ein Lösemittel und einen Katalysator und gegebenenfalls ein oder mehrere Co-Bindemittel. Die erfindungsgemäße Beschichtung eignet sich insbesondere zur Herstellung einer leicht zu reinigenden Schutzbeschichtung auf Felgen, insbesondere Aluminiumfelgen.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der obengenannten Beschichtung enthaltend mindestens ein Perhydropolysilazans der Formel 1 in einer. Formulierung, die neben dem.Perhydropolysilazan,-dem Lösemittel und dem Katalysator als zusätzlichen Bestandteil ein Co-Bindemittel enthält, wodurch die Flexibilität des Perhydropolysilazans weiter erhöht wird, ohne dass die Eigenschaften wie die hohe Kratzfestigkeit, Korrosionsschutzwirkung und die kratzbeständige Oberfläche verloren gehen, zur Herstellung einer leicht zu reinigenden Schutzbeschichtung auf Felgen, insbesondere Aluminiumfelgen. Die gehärtete Beschichtung weist vorzugsweise eine Dicke von mindestens 1 Mikrometer, bevorzugt 2 bis 20 Mikrometer, besonders bevorzugt 3 bis 10 Mikrometer auf und gewährleistet einen ausreichenden Schutz vor Korrosion, Verkratzung und dem Einfressen von Bremsstaub auf der Felge und wodurch die Felgen außerdem noch leichter zu reinigen sind.
Bei dem Co-Bindemittel kann es sich entweder um ein Organopolysilazan der Formel 2 handeln,
-(SiR'R"-NR"')n- (2) wobei R', R", R'" gleich oder unterschiedlich sein können und es sich entweder um Wasserstoff oder organische Reste handelt, mit der Maßgabe, dass R', R" und R'" nicht gleichzeitig Wasserstoff sein dürfen und worin n so bemessen ist, dass das Organopolysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist
oder um ein anderes Bindemittel unterschiedlichsten Typs, wie es üblicherweise zur Herstellung von Lacken verwendet wird, wie beispielsweise Cellulosederivate, wie z.B. Celluloseacetobutyrat, Polyester oder modifizierte Polyester, Phenol- oder Melaminharze, Acrylate, Epoxide oder Polyisocyanate.
Als Lösemittel für die Perhydropolysilazanformulierung eignen sich besonders organische Lösemittel, die kein Wasser sowie keine reaktiven Gruppen (wie Hydroxyl- oder Amingruppen) enthalten. Dabei handelt es sich beispielsweise um aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe, Ester wie Ethylacetat oder Butylacetat, Ketone wie Aceton oder Methylethylketon, Ether wie Tetrahydrofuran oder Dibutylether, sowie Mono- und _.Polyalkylenglykoldial ylether (GIymes)_oder.Mischungen aus diesen Lösemitteln. Weiterer Bestandteil der Perhydropolysilazanformulierung können Additive, die z.B. Viskosität der Formulierung, Untergrundbenetzung, Filmbildung oder das
Ablüftverhalten beeinflussen oder organische sowie anorganische UV-Absorber sein.
Die erfindungsgemäße Beschichtung enthält 1 bis 40 Gew.-% mindestens eines Perhydropolysilazans der Formel (I), insbesondere 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, und 0,001 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 2 Gew.-% eines Katalysators.
Geeignete Katalysatoren sind N-heterozyklische Verbindungen, wie 1- Methylpiperazin, 1-Methylpiperidin, 4,4'-Trimethylendipiperidin, 4,4'-Trimethylen-(1- methylpiperidin), Diazobizyklo-(2,2,2)oktan, cis-2,6-Dimethylpiperazin. Weitere geeignete Katalysatoren sind Mono-, Di- und Trialkylamine wie Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Phenylamin, Diphenylamin und Triphenylamin, DBU (1,8-Diazabizyklo(5,4,0)-7-undecen), DBN (1,5- Diazabizyklo(4,5,0)-5-nonen), 1 ,5,9-Triazazyklododekan und 1 ,4,7-Triazazyklononan.
Weitere geeignete Katalysatoren sind organische und anorganische Säuren wie Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Maleinsäure, Stearinsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chlorsäure und hypochlorige Säure.
Weitere geeignete Katalysatoren sind Metallcarboxylate der allgemeinen Formel (RCOO)nM von gesättigten und ungesättigten, aliphatischen oder alizyklischen Cι-C22 Carbonsäuren und Metallionen wie Ni, Ti, Pt, Rh, Co, Fe, Ru, Os, Pd, Ir, und AI; n ist die Ladung des Metallions.
Weitere geeignete Katalysatoren sind Acetylacetonat-Komplexe von Metallionenwie Ni, Pt,-Pd, AI und Rh - .._ _ .. _ - .. . . .
Weitere geeignete Katalysatoren sind Metallpulver wie Au, Ag, Pd oder Ni mit einer Partikelgröße von 20 bis 500 nm.
Weitere geeignete Katalysatoren sind Peroxide wie Wasserstoffperoxid, Metallchloride und metallorganische Verbindungen wie Ferrocene und Zirconocene,
Die Beschichtung mit der Polysilazanformulierung kann durch Verfahren erfolgen wie sie üblicherweise in der Lackierung angewendet werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Sprühen, Tauchen oder Fluten handeln. Anschließend kann eine thermische Nachbehandlung erfolgen, um die Aushärtung der Beschichtung zu beschleunigen. Je nach verwendeter Perhydropolysilazanformulierung und Katalysator erfolgt die Aushärtung bereits bei Raumtemperatur, kann aber durch Erhitzen beschleunigt werden. Vor dem Aufbringen der Beschichtung kann zunächst eine Primärschicht aufgebracht werden, um beispielsweise die Haftung zu verbessern.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht auf einer Felge, wobei die gegebenenfalls Co-Bindemittel enthaltende Polysilazanlösung durch geeignete Verfahren wie beispielsweise Sprühen oder Tauchen auf die Felge gebracht und anschließend gehärtet wird. Die gehärtete Beschichtung weist eine Dicke von mindestens 1 Mikrometer, bevorzugt 2 bis 20 Mikrometer, besonders bevorzugt 3 bis 10 Mikrometer auf und gewährleistet einen hervorragenden Schutz der Oberflächen vor Korrosion und Verkratzung. Bei derartig beschichteten Felgen wird ein Einfressen von Bremsstaub verhindert und die Reinigung erheblich erleichtert. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann auch auf bereits lackierten Oberflächen, z.B. auf Felgen auf denen bereits Klarlack aufgebracht wurde, um die Felge zusätzlich vor Verkratzen, Korrosion oder dem Einfressen von Bremsstaub zu schützen, aufgebracht werden. Zusätzlich erhöht sich nach dem Aufbringen der Beschichtung der Glanzgrad gegenüber dem Klarlack. Altema.tLv_isLes rnöglich, auf_dJeJ<larlacks_cbicriL.zu verzichten und die.. Beschichtung bereits auf den pigmentierten Basislack aufzubringen, was die Einsparung eines Lackierschrittes ermöglicht.
Im Falle von nicht vorlackierten Materialien, wie beispielsweise polierten oder sogenannten glanzgedrehten Aluminiumfelgen kann die
Perhydropolysilazanlösung auch als einzige Schutzschicht verwendet werden, die den üblicherweise eingesetzten Klarlack ersetzt.
Somit ist es möglich eine Schutzschicht zu erzeugen, die eine deutlich geringere Dicke als die herkömmlichen Lackschichten aufweist, verbunden mit einem geringeren Verbrauch an Material und weniger Emission an Lösemitteln, die zusätzlich überlegene Eigenschaften als die herkömmlichen Lacke aufweist.
Grundsätzlich erfolgt die Härtung der Beschichtung aufgrund der hohen Reaktivität des Perhydropolysilazans bereits bei Raumtemperatur und darunter, kann aber durch Temperaturerhöhung beschleunigt werden. Bevorzugt wird die Beschichtung bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 200°C, insbesondere 25 bis 160 °C, vorzugsweise 80 bis 150°C gehärtet. Die maximal mögliche Temperatur zur Härtung hängt im Wesentlichen vom Substrat ab, auf das die Beschichtung aufgebracht wird. Im Falle von Metallen, wie beispielsweise Aluminium können dies höhere Temperaturen, von 180 bis 200°C oder höher sein. Wird die Beschichtung auf eine bereits vorhandene Lackschicht (entweder Basislack oder Klarlack) aufgebracht, empfiehlt es sich bei niedrigerer Temperatur zu arbeiten, so dass es nicht zur Erweichung der unteren Lackschicht kommt, bevorzugt bei 25 bis 160°C, besonders bevorzugt bei 80 bis 150°C.
Des Weiteren hat die Luftfeuchtigkeit einen Einfluss auf die Aushärtung der Beschichtung. Bei höherer Luftfeuchtigkeit findet eine schnellere Aushärtung statt, was von Vorteil sein kann, umgekehrt bringt die Aushärtung in einer Atmosphäre mit nur wenig Luftfeuchtigkeit, beispielsweise in einem Trockenschrank, einen langsamen und gleichmäßigen Härtungsprozess. Daher kann die Aushärtung der erfindungsgemäßen Beschichtung bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 0 bis 100 % erfolgen.
Dem Beschichten mit der Perhydropolysilazanformulierung kann eine weitere Nachbehandlung folgen, mit der die Oberflächenenergie der Beschichtung angepasst wird. Damit können entweder hydrophile oder hydrophobe Oberflächen erzeugt werden, die die Beschmutzungsneigung beeinflussen.
Beispiele
Bei den verwendeten Perhydropolysilazanen handelt es sich um Produkte der Fa.
Clariant Japan K.K. Die mittlere Molmasse des Perhydropolysilazans beträgt ca. 2000 g/mol. Bei NP110-20 handelt es sich um eine 20 %ige
Perhydropolysilazanlösung in Xylol, die 4,4,-Trimethylenbis-(1-methyIpiperidin) als
Katalysator enthält. Bei NL120A-20 handelt es sich um eine 20 %ige
Perhydropolysilazanlösung in Dibutylether, die Palladiumpropionat als Katalysator enthält. Bei NP 140-005 handelt es sich um eine 0,5 %ige Perhydropolysilazanlösung in Xylol und Pegasol AN 45, die 4,4'-Trimethylen-bis-
(1-methylpiperidin) als Katalysator enthält.
In den folgenden Beispielen sind Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen.
Bei den Aluminiumfelgen handelt es sich um handelsübliche Aluminiumfelgen, wie sie über den Autozubehörhandel bezogen werden können, um Teile dieser Felgen, die durch Zersägen ganzer Felgen erhalten wurden oder um Testbleche bestehend aus geeignetem Material. Die Beschichtung_wurde entweder durch Sprühen mit einer handelsüblichen
Lackierpistole oder durch Tauchen in einer handelsüblichen Tauchapparatur durchgeführt.
Vergleichsbeispiel 1
Ein nicht-vorbehandeltes Aluminiumblech der Legierung AlMgSi 0,5 wird mit einer 0,5 %igen Perhydropolysilazanlösung NP 140-005 (Clariant Japan) durch Sprühen beschichtet. Zum Aushärten der Beschichtung wird 5 Tage bei Raumtemperatur und gewöhnlicher Luftfeuchtigkeit belassen, bevor Tests durchgeführt werden. Es resultiert eine Beschichtung mit einer Schichtdicke von 0,2 μm.
Beispiel 1 (Beschichtung einer Aluminiumfelge durch Sprühen)
Eine handelsübliche Aluminiumfelge, wie sie im Automobilzubehörhandel bezogen werden kann, wird mit einer Lösung bestehend aus 97 Teilen 20 %iger Perhydropolysilazanlösung NP110-20 (Clariant Japan), 2,4 Teilen Tego Protect 5001 (Tego Chemie), 0,5 Teilen Byk 411 sowie 0,1 Teilen Byk 333 (Byk-Chemie) durch Sprühen beschichtet. Anschließend wird für ca. 10 min an der Luft abgelüftet und danach für 60 min bei 80°C getrocknet. Es resultiert eine klare, transparente und rissfreie Beschichtung auf der Oberfläche. Der Glanzgrad der beschichteten Felge hat dabei im Vergleich zur unbeschichteten Felge um 5 Glanzeinheiten zugenommen.
Beispiel 2 (Beschichtung eines lackierten Bleches mit Basislack und Klarlack durch Tauchen)
Ein lackiertes Aluminiumblech, das mit einer handelsüblichen pigmentierten Basislack und einem Klarlack versehen ist, wird in eine Tauchapparatur, die mit einer Lösung bestehend aus 97 Teilen 20 %iger Perhydropolysilazanlösung NP110-20 (Clariant Japan), 2,4 Teilen Tego Protect 5001 (Tego Chemie),
0,5 Teilen Byk 411 sowie 0,1 Teilen Byk 333 (Byk-Chemie) gefüllt ist, getaucht und mit einer Geschwindigkeit von 120 cm/min herausgezogen. Anschließend wird ca. 10 min an der Luft abgelüftet und für 60 min bei 80°C im Trockenschrank getrocknet. Es resultiert eine klare, transparente und rissfreie Beschichtung.
Beispiel 3 (Beschichtung eines polierten Aluminiumbleches durch Sprühen)
Ein poliertes Aluminiumblech wird mit einer 20 %igen Perhydropolysilazanlösung NL110A-20 (Clariant Japan) durch Sprühen beschichtet. Anschließend wird für ca. 10 min an der Luft abgelüftet und danach 60 min bei 130°C getrocknet. Es resultiert eine klare, transparente, rissfreie Beschichtung.
Beispiel 4 (Beschichtung eines polierten Aluminiumbleches durch Tauchen)
Ein poliertes Aluminiumblech wird in eine Tauchapparatur, die mit einer 20 %igen Perhydropolysilazanlösung NL110A-20 (Clariant Japan) gefüllt ist, getaucht und mit einer Geschwindigkeit von 120 cm/min herausgezogen. Anschließend wird ca. 10 min an der Luft abgelüftet und für 60 min bei 180°C im Trockenschrank getrocknet. Es resultiert eine klare, transparente und rissfreie Beschichtung.
Beispiel 5 (Beschichtung eines polierten Aluminiumbleches durch Sprühen)
Ein poliertes Aluminiumblech wird mit einer Lösung bestehend aus 100 Teilen 20 %iger Perhydropolysilazanlösung NL110A-20 (Clariant Japan) und 3,5 Teilen Polymethylpolysilazan durch Sprühen beschichtet. Anschließend wird für ca. 10 min an der Luft abgelüftet und danach 60 min bei 130°C getrocknet. Es resultiert eine klare, transparente, rissfreie Beschichtung.
Beispiel 6 (Korrosionstest)
Ein nicht-vorbehandeltes Aluminiumblech der Legierung AlMgSi 0,5 wird mit einer 20 %igen Perhydropolysilazanlösung NP110-20 (Clariant Japan) durch Sprühen beschichtet. Anschließend wird für ca. 10 min an der Luft abgelüftet und 60 min bei 130°C getrocknet. Es resultiert eine klare, transparente, rissfreie Beschichtung mit einer Schichtstärke von 2.6 μm. Mehrere auf diese Weise erhaltene Bleche werden einem Salzsprühnebeitest nach ISO 7253 sowie einem Kondenswassertest nach ISO 6270 unterzogen. Dabei zeigen sich nach 1000 h weder im Salzsprühnebeitest noch im Kondenswassertest Spuren von Korrosion, während ein nichtbeschichtetes Vergleichsblech stark korrodiert ist. Das beschichtete Blech aus Vergleichsbeispiel 1 weist deutliche Korrosionsspuren aus.
Beispiel 7 (Schmutzabweisende Wirkung)
Eine beschichtete Aluminiumfelge aus Beispiel 1 wird an einem handelsüblichen PKW auf die Vorderachse montiert. Auf der anderen Seite befindet sich eine Felge gleichen Typs, die nicht mit der zusätzlichen erfindungsgemäßen Beschichtung versehen ist. Anschließend wird der PKW mehrere tausend Kilometer unter Alltagsbedingungen gefahren. Während dieser Zeit wird die
Verschmutzungsneigung der Felgen regelmäßig geprüft. Dabei zeigt sich, dass die beschichtete Felge wesentlich sauberer ist, als die unbeschichtete Vergleichsfelge. Beim Versuch, die Felgen zu reinigen, kann auf der beschichteten Felge der Schmutz mit einem Papiertuch oder mit einem Wasserstrahl einfach entfernt werden, während dies auf der unbeschichteten Felge nicht gelingt. Ein Einfressen von Bremsstaub wird auf der beschichteten Felge nicht beobachtet, während auf der unbeschichteten Felge mit der Zeit schwarze Flecken beobachtet werden, die auch durch Reinigung nur sehr schwer oder gar nicht mehr entfernt werden können.
Beispiel 8 (Bestimmung der Kratzfestigkeit)
Die Bestimmung der Kratzfestigkeit erfolgt durch mehrfache Belastung (fünf Doppelhübe) mit einer Stahlwolle vom Typ 00 und einer Kraft von 3 N. Dabei erfolgt die Bewertung der Verkratzung visuell nach folgender Skala: sehr gut (keine Kratzer), gut (wenige Kratzer), befriedigend (deutliche Kratzer), ausreichend (stark verkratzt) und mangelhaft (sehr stark verkratzt).

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtung für Oberflächen, enthaltend mindestens ein Perhydropolysilazan der Formel 1
wobei es sich bei n um eine ganze Zahl handelt und n so bemessen ist, dass das Perhydropolysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist, ein Lösemittel und einen Katalysator und gegebenenfalls ein oder mehrere Co-Bindemittel.
2. Beschichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Co-Bindemittel ein Organopolysilazan der Formel 2 ist, . .. -.(SiRΗ'l-NFOn- ... _(2)_
wobei R', R", R'" gleich oder unterschiedlich sein können und es sich entweder um Wasserstoff oder gegebenenfalls substituierte organische Reste handelt, mit der Maßgabe, dass R', R" und R'" nicht gleichzeitig Wasserstoff sein dürfen und wobei n so bemessen ist, dass das Organopolysilazan ein zahlenmittleres
Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist, mit der Maßgabe, dass der Massenanteil des Organopolysilazans bezogen auf das Perhydropolysilazan mindestens 1 % und höchstens 100 %, bevorzugt 10 bis 70 %, besonders bevorzugt 15 bis 50 % beträgt.
3. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Co-Bindemittel enthält, wie sie üblicherweise zur Herstellung von Lacken verwendet werden, mit der Maßgabe, dass der Massenanteil des Co-Bindemittels bezogen auf das Perhydropolysilazan mindestens 1 % und höchstens 100 %, bevorzugt 10 bis 70 %, besonders bevorzugt 20 bis 50 % beträgt.
4. Beschichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Co- Bindemittel ein Cellulosederivate, ein Polyester oder modifizierter Polyester, ein Phenol- oder Melaminharz, ein Acrylat, Epoxid oder Polyisocyanat ist.
5. Beschichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese 1 bis 40 Gew.-% eines Perhydropolysilazans der Formel (I), bevorzugt 5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-% enthält.
6. Beschichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese 0,001 bis 5 Gew.-% eines Katalysators enthält.
7. Beschichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine N-heterocyclische Verbindung, ein Mono-, Di- oder Trialkylamin, eine organische oder anorganische Säure, ein Peroxid, ein Metallcarboxylat, ein Acetylacetonatkomplex oder ein Metallpulver oder eine metallorganische Verbindung ist.
8. Verwendung einer Beschichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 als Schutzbeschichtung für Oberflächen.
9. Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Metall- oder Polymeroberflächen handelt.
10. Verwendung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gehärtete Beschichtung eine Dicke von mindestens 1 Mikrometer, bevorzugt 2 bis 20 Mikrometer, besonders bevorzugt 3 bis 10 Mikrometer aufweist.
11. Verwendung gemäß mindestens einer der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Schutzbeschichtung auf Felgen, insbesondere Aluminiumfelgen, handelt.
12. Verfahren zur Herstellung einer Schutzbeschichtung auf gegebenenfalls bereits lackierten Metall- oder Kunststoffoberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung gemäß mindestens einer der Ansprüche 1 bis 7 auf die Oberfläche aufgebracht und anschließend bei einer Temperatur von 10 bis 200°C, bevorzugt bei 25 bis 160°C, besonders bevorzugt bei 80 bis 150°C gehärtet wird.
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