NL9101275A

NL9101275A - Polyesters toepasbaar in buitenduurzame coatingsystemen.

Info

Publication number: NL9101275A
Application number: NL9101275A
Authority: NL
Original assignee: Dsm Nv
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1993-02-16
Also published as: US5376460A; JPH05239196A; AU649151B2; TW213482B; FI923319A0; FI923319A; AU2046292A; NO922889L; EP0525871A1; CA2074210A1; NO922889D0

Description

POLYESTERS TOEPASBAAR IN BUITENDUURZAME COATINGSYSTEMEN

De uitvinding betreft polyesters toepasbaar buitenduurzame coatingsystemen zoals bijvoorbeeld coilcoatingsystemen en automotive topcoats.

De toepassing van polyesters in coilcoatingsystemen is door Gary Williams beschreven in het artikel 'Developments in Coil Coatings' in Polymers Paint Colour Journal (December 13, 1989; Volume 179, No. 4251).

Een nadeel van de in het artikel beschreven siliconen gemodificeerde polyesters is dat zij te bros zijn.

Gezocht wordt naar polyesters die een goede buitenduurzaamheid kombineren met goede mechanische eigenschappen waardoor zij beter geschikt zijn voor buitenduurzame toepassingen.

De polyester volgens de uitvinding is gebaseerd op tenminste 50 mol % 1,4-cyclohexaandicarbonzuur en hexahydroftaalzuur(anhydride) als zure komponenten.

Hierdoor wordt bereikt dat polyesters worden verkregen die resulteren in coilcoatingsystemen die een uitstekende buitenduurzaamheid combineren met goede mechanische eigenschappen.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de polyester gebaseerd op 55-100 mol % 1,4-cyclohexaandicarbonzuur en hexahydroftaalzuur(anhydride) als zure komponenten.

De polyester volgens de uitvinding is een hydroxylfunctionele polyester met een molekuulgewicht (Mn) dat bij voorkeur tussen 1000 en 10.000 ligt. Het molekuulgewicht kan afhankelijk van de gewenste toepassing gevarieerd worden..

De hydroxylfunctionele polyester volgens de uitvinding kan worden verkregen door reaktie van zuren of zuuranhydride met polyalcoholen. De molverhouding tussen polyalcoholen en zuren of zuuranhydriden ligt voor de bereiding van de hydroxylfunctionele polyester volgens de uitvinding meestal tussen 1,2:1,0 en 1,0:1,0.

De polyester kan naast de twee noodzakelijke zure komponenten 1,4-cyclohexaandicarbonzuur en hexahydroftaalzuur(anhydride), op maximaal 50 mol % andere zure komponenten zoals bijvoorbeeld isoftaalzuur, tereftaalzuur, adipinezuur, sebacinezuur, decaandicarbonzuur, en/of gedimeriseerde vetzuren of zuuranhydriden zoals bijvoorbeeld ftaalzuuranhydride en barnsteenzuuranhydride, gebaseerd zijn.

Geschikte polyalcoholen voor de bereiding an de hydroxylfunctionele polyester zijn bijvoorbeeld ethyleenglycol, propyleenglycol, butaandiol-(1,4), hexaandiol-(1,6), neopentylglycol, trimethylpentaandiol, hydroxypivalineneopentylglycolester, tricyclodecaan-dimethanol, cyclohexaandimethanol en trimethylolpropaan.

Bij voorkeur worden neopentylglycol en hydroxypivalineneopentylglycolester toegepast.

De veresteringsreaktie vindt bij voorkeur plaats onder een stikstofatmosfeer bij temperaturen tussen 180°C en 260°C. Als additieven kunnen katalysatoren zoals bijvoorbeeld dibutyltinoxide, tinchloride of tetrabutoxytitanaat en antioxidantia zoals bijvoorbeeld trifenylfosfiet woren toegevoegd. Tijdens de reaktie wordt het vrijkomende reaktiewater afgedestilleerd en de gewenste veresteringsgraad wordt bereikt door in de laatste fase een azeotropische destillatie of vacuum toe te passen. De reaktie resulteert in een hydroxylfunktionele polyester die vervolgens kan worden opgelost in een organisch oplosmiddel of een mengsel van oplosmiddelen. Hiervoor kunnen bijvoorbeeld gemengde aromatische koolwaterstoffen en glycoletheresters zoals methylpropyleenglycolacetaat of ethylpropyleenglycolacetaat of glycolethers zoals butylglycol toegepast worden.

De verhouding cyclohexaandicarbonzuur/ hexahydroftaalzuur(anhydride) en eventueel andere zure komponenten wordt afhankelijk van de gewenste toepassing gekozen. De molverhouding 1,4-cyclohexaandicarbonzuur:hexa-hydroftaalzuur(anhydride) kan bijvoorbeeld liggen tussen 4:1 en 1:4.

De coatingsamenstelling kan worden verkregen door eerst een pigmentpasta te bereiden waarbij de hydroxylfunctionele polyesterhars volgens de uitvinding en pigment, bijvoorbeeld titaandioxide, in gewichtsverhoudingen tussên 80:120 en 120:80, bij voorkeur in een gewichtsverhouding die nagenoeg 1:1 is, worden gemengd. Vervolgens kunnen na afkoelen tot kamertemperatuur aan de gerede pasta crosslinkers zoals een aminohars, bijvoorbeeld hexamethoxymelamine, of een isocyanaatfunctionele verharder, bijvoorbeeld biureet van 1,6 HDI (Desmodur N) worden toegevoegd. Voorts kan een katalysator, bijvoorbeeld paratolueensulfonzuur of dibutyltindilauraat, in hoeveelheden van minder dan 2 gew.% t.o.v. de coatingsamenstelling, worden toegevoegd. Eventueel kunnen ook additieven zoals vloeiverbeteraars en substraatbevoch-tigers worden toegevoegd.

Bij deze bereiding ligt de gewichtsverhouding polyesterhars: aminohars of isocyanaatfünctionele verharder meestal tussen 60:40 en 95:50.

De samenstelling kan worden afgedund met oplosmiddelen zoals bijvoorbeeld aromatische koolwaterstoffracties bijvoorbeeld Solvesso 150 (van Esso), methylpropyleenglycolacetaat (MPA) of butylglycol. Op deze wijze kan een samenstelling met een vaste stof gehalte tussen bijvoorbeeld 60% en 80% worden verkregen.

De verkregen coatingsamenstelling kan met een draadcoater worden opgebracht op 'special chromated alucoil' met een droge laagdikte van 15-30 pm. De moffelcyclus bedraagt 45-50 seconden bij 295°C hetgeen overeenkomt met een peak metal temperature (PMT) van 232°C-241°C.

De coatingsamenstelling volgens de uitvinding vindt vooral toepassing in de zogenaamde 'outdoordurable coil coatings' doch zij kan ook toepassing vinden in bijvoorbeeld automotive topcoats voor plastic ondergronden.

De uitvinding wordt nader toegelicht door de volgende voorbeelden, echter zouden daartoe beperkt te zijn.

Voorbeelden

Voorbeeld I

Bereiding polyesterhars 2,1 mol hydroxypivalineneopentylglycolester (Esterdiol 204), 8,5 mol neopentylglycol (NPG), 4,7 mol 1,4-cyclohexaandicarbonzuur (CHDA), 5,3 mol hexahydroftaalzuuranhydride (HHPZA) en 0,05 gewichtsdelen dibutyltinoxide werden in een glazen reaktiekolf met een mechanische roerder, een thermometer en een destillatieopzet met vigreux onder een stikstofatmosfeer opgewarmd. De veresteringsreaktie startte bij 180°C en het gevormde reaktiewater werd afgedestilleerd. De maximum reaktietemperatuur was 240°C. Nadat het reaktiemengsel helder was, werd overgegaan op azeotropische destillatie met een aromatische koolwaterstoffractie (Solvesso 150 van Esso) totdat een zuurgetal kleiner dan 7 bereikt werd.

Het eindzuurgetal van de vaste hars lag tussen 4 en 7. De viscositeit gemeten als 60 % oplossing in Solvesso 150/butylglycol (4:1) in een Emila met spindel 100 bij 23°C was 9,5-10,5 dPa.s.

Het molekuulgewicht Mn was 4500 en de hydroxylfunctionaliteit 2.0.

Voorbeeld II Bereiding polyesterhars

Voorbeeld I werd herhaald waarbij i.p.v. 8,5 mol NPG en 2,1 mol Esterdiol 204 6,8 mol NPG, 2,0 mol Esterdiol 204 en 1,8 hexaandiol-1,6 werden toegepast. Voorts werden i.p.v. 4,7 mol CHDA en 5,3 mol HHPZA 4,35 mol CHDA, 1,15 mol HHPZA en 4,50 mol IPZ (isoftaalzuur) toegepast.

Het eindzuurgetal van de vaste hars lag tussen 4 en 7. De viscositeit gemeten in een Emila met spindel 100 bij 23°C lag tussen 27 en 30 dPa.s.

Het molekuulgewicht (Mn) was 4500 en de hydroxylfunctionaliteit 2.0.

Voorbeelden III-IV

Voorbeeld I werd herhaald waarbij als zure komponenten en polyalcoholen de in Tabel I genoemde komponenten werden toegepast (in molen)

Tabel I

Voorbeeld III IV

neopentylglycol 8,3 8,3 trimethylolpropaan 3,7 3,7 CHDA 5,0 3,33 HHPZA 5,0 3,33 adipinezuur - 3,33

Mn 1400 1400 functionaliteit-OH 3,9 3,9

Voorbeeld V

Bereiding coatinqsamenstellinq

Aan 45.8 gewichtsdelen van een hydroxylfunctionele polyesterhars verkregen volgens Voorbeeld I (opgelost in Solvesso 150 en butylglycol (4:1), 27.50 gewichtsdelen vaste stof) werden 50.0 gewichtsdelen titaandioxide (Kronos 2310) toegevoegd. Vervolgens werd dit mengsel tot pigmentpasta gemalen.

Na afkoeling tot kamertemperatuur werden vervolgens 15.0 gewichtsdelen polyesterhars volgens Voorbeeld I (opgelost in Solvesso 150 en butylglycol (4:1), 15.0 gewichtsdelen vaste stof) met 7.5 gewichtsdelen hexamethoxymelamine (7.5 gewichtsdelen vaste stof) en 0,75 gewichtsdelen paratolueensulfonzuur (Nacure 2500x van King Industries) gemengd. Eindviscositeit van de harssamenstelling was tussen 80-130 sek DIN cup 4.

De verkregen samenstelling werd opgebracht met een draadcoater op 'special chromated alucoil' met een laagdikte 100 jum. De droge laagdikte was 19-23 μπι na een moffelcyclus van 45-50 seconden bij 295°C, hetgeen overeenkomt met een PMT van 232°C-241°C.

De eigenschappen van de verkregen coating na uitharding zijn in Tabel II opgenomen.

Voorbeeld VI

Bereiding coatinqsamenstellinq

Voorbeeld V werd herhaald waarbij als polyester de polyester verkregen volgens Voorbeeld II werd toegepast. De eigenschappen van de verkregen coating na uitharding zijn in Table II opgenomen.

Tabel II

coatingsamenstelling vlgs. V VI

- Flexibiliteit1} OT 0,5 T

- Hardheid2 ^ HB HB

- Slagvastheid2^ 80 80 - 0UV^ (verlies 50% glans) gemeten onder hoek van 20° >3000 uur 1250 uur

De flexibiliteit werd gemeten via de 'T-bend Test' (ASTM-D-4145) 2) 1 De hardheid werd bepaald via 'Pencilhardness'

De slagvastheid werd bepaald via ASTM-D-2794-69 (reversed impact) ^ 0UV werd bepaald via ASTM-G-53.

Uit deze voorbeelden bleek dat met de polyester volgens de uitvinding coilcoatings werden verkregen met goede mechanische eigenschappen en een zeer goede buitenduurzaamheid.

Claims

1. Polyester, toepasbaar in buitenduurzame coatingsysteraen, met het kenmerk, dat de polyester is gebaseerd op tenminste 50 mol % 1,4-cyclohexaandicarbonzuur en hexahydroftaalzuur(anhydride).

2. Polyester volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de polyester is gebaseerd op 55-100 mol % 1,4-cyclohexaandicarbonzuur en hexahydroftaalzuur(anhydride).

3. Polyester volgens een der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat het molekuulgewicht (Mn) van de polyester tussen 1000 en 10.000 ligt.

4. Toepassing van een polyester volgens een der conclusies 1-3.

5. Coatingsamenstelling op basis van een polyester volgens een der conclusies 1-3.

6. Coilcoatingsamenstelling op basis van een polyester volgens een der conclusies 1-3.

7. Polyester, toepassing, coating en coilcoating zoals in hoofdzaak is beschreven en/of in de voorbeelden nader is toegelicht.