WO1994007932A1 - Wasserverdünnbare bindemittelzusammensetzungen und deren verwendung zur formulierung von dickschicht-beschichtungsmaterialien - Google Patents
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Abstract
Description
Wasserverdünnbare Bindemittelzusammensetzunaen und deren Verwenduna zur Formulierung von Dickschicht Beschichtungsmaterialien Die Erfindung betrifft wasserverdünnbare Bindemittelzusammensetzungen auf der Basis von Kombinationen wasserverdünnbarer urethanmodifizierter Polyesterharze mit wässrigen Polymerdispersionen und gegebenenfalls mit Vernetzungskomponenten, Wachsdispersionen und Entschäumern, sowie deren Verwendung zur Formulierung von Dickschicht-Beschichtungsmaterialien. Als Unterbodenschutz, Antidröhnbelag u. ä. werden in der Kraftfahrzeugtechnik gegenwärtig vor allem Produkte auf Basis von Polyvinylchlorid (PVC) eingesetzt, welche mit ihrem Eigenschaftsbild alle wesentlichen Anforderungen der Verarbeiter erfüllen. Die Industrie wird jedoch zunehmend dazu angehalten, diese Produkte durch vor allem für die Entsorgung umweltverträglichere Beschichtungsmaterialien zu ersetzen. Dieser Ersatz ist durch Kombinationen von wasserverdünnbaren urethanmodifizierten Polyesterharzen mit wässrigen Polymerdispersionen und gegebenenfalls mit Vernetzungskomponenten, Wachsdispersionen und Entschäumern, unter Berücksichtigung bestimmter Auswahlkriterien möglich. Die Erfindung betrifft demgemäss wasserverdünnbare Bindemittelzusammensetzungen auf der Basis von Kombinationen wasserverdünnbarer urethanmodifizierter Polyesterharze mit wässrigen Polymerdispersionen und gegebenenfalls zusätzlichen Komponenten, bestehend aus, jeweils bezogen auf den Feststoffgehalt, (A) 40 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.-%, eines nach vollständiger oder teilweiser Neutra lisation der Carboxylgruppen wasserverdünnbaren urethanmodifizierten Polyesterharzes, welches erhalten wurde durch die Umsetzung von (Aa) 10 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Gew.-, eines Polyurethanharzes, welches Carboxylgruppen entsprechend einer Säure zahl von 70 bis 160 mg KOH/g und im Molekül mindestens eine endständige blockierte Iso cyanatgruppe, jedoch weder freie Hydroxyl gruppen noch Fettsäurereste mit mehr als 12 C-Atomen enthält, und eine Grenzviskosi tätszahl von 6,5 bis 12,0 ml/g, vorzugswei se von 8,0 bis 11,0 ml/g, gemessen in N,N Dimethylformamid (DMF) bei 200C, aufweist, mit (Ab) 20 bis 90 Gew. -ci;, vorzugsweise 60 bis 85 Gew.-%, eines gegebenenfalls urethaninodifi- zierten Polyesterharzes mit einer Hydroxyl zahl von 50 bis 500 mg KOH/g, einer Säure zahl von weniger als 20 mg KOH/g und einer Grenzviskositätszahl von 8,0 bis 13,0 ml/g, vorzugsweise von 9,5 bis 12,0 ml/g, gemes sen in N,N-Dimethylformamid (DMF) bei 200C, wobei die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 90 und 1700C, vorzugsweise bei einer Temperatur, die 10 bis 20"C über der Abspaltungstemperatur des Blockierungsmittels für die endständigen Iso cyanatgruppen der Komponente (Aa) liegt, bis zu einer Grenzviskositätszahl von 13,5 bis 18,0 ml/g, vorzugsweise von 14,5 bis 16,5 ml/g, gemes sen in N,N-Dimethylformamid (DMF) bei 200C, ge führt wurde, (B) 10 bis 60 Gew.-t, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%, einer wässrigen Polymerdispersion auf der Basis von chlorfreien Copolymerisaten aus (Meth) acrylsäureestern und/oder Styrol und/oder Buta dien mit einer mittleren Teilchengrösse von 200 bis 800 nm und einer Oberflächenladung von 100 bis 500 MMol/g, sowie, bezogen auf die Mischung von (A) mit (B), (C) 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 30 Gew.-%, einer Vernetzungskomponente auf der Basis eines Aminoharzes und/oder eines blockierten Polyiso cyanats, (D) 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, einer wässrigen Wachsdispersion auf der Basis von Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder Natur wachsen mit einer mittleren Teilchengrösse von 200 bis 800 nm und einer Oberflächenladung von 100 bis 500 MMol/g und (E) 0 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, eines Schaumreduzierungsmittels auf der Basis eines Fettsäureoligoesters mit einer Säurezahl von weniger als 10 mg KOH/g. Die Erfindung betrifft weiters die Verwendung dieser Bindemittelzusammensetzungen, zusammen mit Pigmenten, Füllstoffen und Lackhilfsmitteln, zur Formulierung von wässrigen Dickschicht-Beschichtungsmaterialien, insbesonders von Produkten für den Unterbodenschutz oder für Antidröhnbeschichtungen von Kraftfahrzeugen. Als wasserverdünnbares urethanmodifiziertes Poly der noch nicht zum Stand der Technik gehörenden Anmeldung AT-B-396 245 beschrieben sind. Es handelt sich dabei um nach vollständiger oder teilweiser Neutralisation wasserverdünnbare urethanmodifizierte Polyesterharze, die durch eine partielle Umsetzung eines Carboxylgruppen und blockierte Isocyanatgruppen aufweisenden Polyurethanharzes mit einem Hydroxylgruppen tragenden, gegebenenfalls urethanmodifizierten Polyesterharz erhalten werden. Diese Bindemittel bringen besonders interessante lacktechnische Eigenschaften für Dickschicht Beschichtungsmaterialien ein, wie eine verbesserte Haftung auf ETL-Grundierungen, sowie eine Strukturviskosität und eine gute Pigmentierbarkeit. Als wässrige Polymerdispersion (B) werden Handelsprodukte verwendet, die als wesentliche Rohstoffkomponenten (Meth)acrylsäureester und/oder Styrol und/oder Butadien enthalten. Anspruchsgemäss werden dabei Polymerdispersionen ausgewählt, die eine mittlere Teilchengrösse von 200 bis 800 nm und eine Oberflächenladung von 100 bis 500 pMol/g aufweisen. Durch diese Auswahlkriterien ist einerseits eine gute Verträglichkeit mit der Komponente (A) gegeben, andererseits wird aufgrund der hohen Scherstabilität die einwandfreie Einarbeitung von Pigmenten und Füllstoffen sichergestellt. Weiters können die erfindungsgemässen Bindemittelzusammensetzungen folgende Komponenten enthalten: Soferne das urethanmodifizierte Polyesterharz (A) selbst nicht über ein ausreichendes Mass an vernetzenden Gruppen verfügt, ist die Mitverwendung zusätzlicher Vernetzungskomponenten (C) erforderlich. Dafür können entweder Aminoharze, wie Melamin-, Harnstoff-, Benzoguanamin-Formaldehyd-Kondensate, verschiedener Reaktivität oder blockierte Polyisocyanatverbindungen eingesetzt werden. Zur Verhinderung des Absetzens von Pigmenten und Füllstoffen ist es vorteilhaft, dass die Bindemittelzusammensetzung gegebenenfalls eine handelsübliche wässrige Wachsdispersion (D) auf der Basis von Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder Naturwachsen enthält. Vorzugsweise werden Wachsdispersionen auf Basis von oxidierten Polyethylenen eingesetzt, welche eine mittlere Teilchengrösse von 200 bis 800 nm und eine Oberflächenladung von 100 bis 500 AMol/g aufweisen. Gegebenenfalls enthalten die Bindemittelzusammensetzungen ein handelsübliches Schaumreduzierungsmittel (E) auf Basis eines Fettsäure-Oligoesters mit einer Säurezahl von weniger als 10 mg KOH/g. Die Bindemittelzusammensetzungen bestehen erfindungsgemäss aus folgenden Komponenten, jeweils bezogen auf den Feststoffgehalt: Komponente (A) 40 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.- Komponente (B) 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-% sowie, bezogen auf die Mischung von (A) und (B), Komponente (C) 0 bis 40 Gew.-, vorzugsweise 15 bis 30 Gew.-% Komponente (D) 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.- Komponente (E) 0 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%. Die mit den erfindungsgemässen Bindemittelzusammensetzungen formulierten Dickschicht-Beschichtungsmaterialien enthalten meist Pigmente, Füllstoffe und gegebenenfalls Lackhilfsmittel. Als Pigmente werden üblicherweise Titandioxid und Russ, als Füllstoffe vorzugsweise Talkum, Calcit, Aluminiumoxihydrat und feines Gummimehl, etwa aus recyclierten Autoreifen, eingesetzt. Die Kornfeinheit sollte unter 500 ssm liegen. Eine entsprechende Auswahl der Füllstoffe bezüglich ihrer Form (kugelig, faserig, röhrenförmig etc.) kann überdies die Verdunstung des Verdünnungswassers begünstigen. Die Menge der eingesetzten Pigmente bzw. Füllstoffe richtet sich nach dem Verwendungszweck und liegt zwischen 0 und 500 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Teile Feststoffgehalt der Bindemittelzusammensetzung. Die Herstellung der Beschichtungsmassen und ihre Verarbeitung erfolgt nach bekannten Methoden. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie in ihrem Umfang zu beschränken. Alle Angaben in Teilen oder Prozenten beziehen sich, soferne nichts anderen angegeben ist, auf Gewichtseinheiten. 1. Bindemittelzusammensetzunaen (Beispiele 1 bis 5) und dam formulierte Unterbodenschutzmassen Komponente (Al): Wasserverdünnbarer, urethanmodifi zierter, gesättigter Polyester, Lieferform: 35%ig in Wasser, neu tralisiert mit Dimethylethanolamin (RESYDROLe VWA 5490/35, Herstel ler: VIANOVA KUNSTHARZ AG, AT). Komponente (A2): Wasserverdünnbarer, urethanmodifi zierter, gesättigter Polyester gemäss AT-B-396 245 (A-1400/91), Beispiel I/4 (Herstellung siehe weiter unten). Komponente (B1): Wässrige Polymerdispersion auf der Basis von Acrylsäureestern, Fest stoffgehalt: ca. 60 %, (MOWITONe VDM 3750, Hersteller: HOECHST AG, DE). Komponente (B2): Wässrige Polymerdispersion auf der Basis eines carboxylgruppenhalti gen Styrol-Butadien-Copolymeri sats, Feststoffgehalt: ca. 50 % (LIPATONs X5521, Hersteller: HÜLS AG, DE). Komponente (C1): Hexamethoxymethylmelamin, lösemit telfrei, Feststoffgehalt: ca. 95 % (MAPRENALs MF 904, Hersteller: HOECHST AG, DE). Komponente (C2): Mit Butanonoxim blockiertes Poly isocyanat (trimeres Hexamethylen diisocyanat mit Biuretstruktur), lösemittelfrei, Feststoffgehalt: 100 % (DESMODUR(9, N 100, Herstel ler: BAYER AG, DE). Komponente (D1): Wässrige Wachsdispersion auf Basis von Naturwachsen, Feststoffgehalt: ca. 30 % in Wasser (LUBA-printe CA 30, Hersteller: L. P. BADER + CO. GMBH, DE). Komponente (El): Wasserunlöslicher, oligomerer Fettsäureester, Lieferform: nied rigviskose Flüssigkeit (ADDITOLe VXW 4926, Hersteller: VIANOVA KUNSTHARZ AG, AT). Herstellung der Komponente (A2) Polvcarboxylkomponente Folgende Abkürzungen werden verwendet: DGM Diethylenglykoldimethylether MIBK Methylisobutylketon TDI Toluylendiisocyanat (handelsübliches Isomerengemisch mit ca. 80 % 2,4-TDI und ca. 20 % 2,6-TDI) In einem geeigneten Reaktionsgefäss wird eine Lösung von 810 Tlen (6 Mol) Dimethylolpropionsäure in 946 Tlen DGM und 526 Tlen MIBK vorgelegt.- Innerhalb von 4 Stunden wird zu dieser Lösung bei 100"C eine Mischung aus 870 Tlen (5 Mol) TDI und 528 Tlen (2 Mol) eines mit Ethylenglykolmonoethylether halbblockierten TDI gleichzeitig zugegeben. Sobald alle NCO-Gruppen umgesetzt sind, wird der Ansatz mit einer Mischung aus DGM und MIBK (2 : 1) auf einen Feststoffgehalt von 60 % verdünnt. Die Komponente (Al) weist eine Säurezahl von 140 mg KOH/g und eine Grenzviskositätszahl, gemessen in N,N-Dimethylformamid (DMF) bei 200C, von 9,3 ml/g auf. Das halbblockierte TDI wird durch Zugabe von 90 Tlen (1 Mol) Ethylenglykolmonoethylether zu 174 Tlen (1 Mol) TDI innerhalb von 2 Stunden bei 30"C und anschliessender Reaktion bis zu einem NCO-Wert von 16 bis 17 % hergestellt. Polvhvdroxvlkomonente 259 Tle (1,35 Mol) Tripropylenglykol, 25 Tle (0,15 Mol) Isophthalsäure und 97 Tle (0,5 Mol) Trimellithsäureanhydrid werden in Gegenwart von 0,2 Tlen Dibutylzinndilaurat bei 220"C bis zu einer Säurezahl von 15 mg KOH/g verestert. Die Viskosität nach DIN 53211/20"C einer 50%igen Lösung in Ethylenglykolmonobutylether beträgt 60 Sekunden. Die Grenzviskositätszahl, gemessen in N,N-Dimethylformamid (DMF) bei 200C, beträgt 11,4 ml/g. Komponente (A2) Die Polycarboxylkomponente und die Polyhydroxylkomponente werden im Verhältnis 23 : 77 Teile (bezogen auf den Feststoffgehalt) miteinander gemischt. Das Lösungsmittel wird während des Aufheizens auf 150 1600C unter Vakuum weitgehend entfernt. Diese Reaktionstemperatur wird gehalten, bis eine Säurezahl von ca. 35 mg/KOH und eine Grenzviskositätszahl von ca. 15,5 ml/g, gemessen in N,N-Dimethylformamid (DMF) bei 200C erreicht worden ist, wobei eine Probe nach der Neutralisation mit Dimethylethanolamin einwandfrei wasserverdünnbar ist. Die Komponente (A2) wird bei 40 - 1000C mit der Komponente (C2) gemischt und mit Dimethylethanolamin auf einen Neutralisationsgrad von ca. 90 % eingestellt. Es ist auch möglich, das Reaktionsprodukt vor der Zugabe der Komponente (C2) zu neutralisieren. Anschliessend wird mit deionisiertem Wasser auf den gewünschten Feststoffgehalt, z.B. 35 Gew.-t, verdünnt. Die Bindemittelzusammensetzungen werden durch Mischen der Komponenten hergestellt, wobei die Komponenten (C) und (E) zuerst in die Komponente (A) eingemischt werden, bevor über die Komponente (B) und gegebenenfalls über die Komponente (D) weitere Anteile an Wasser in die Bindemittelzusammensetzung eingebracht werden. Die Mengenverhältnisse und Kennzahlen sind in der Tabelle 1 zusammengefasst. Die Unterbodenschutzmassen werden entsprechend den Rezepturen in Tabelle 1 zusammen mit den erforderlichen Mengen an Verdünnungswasser und Dimethylethanolamin zur Nachstellung des pH-Werts am Dissolver hergestellt. Die Kennzahlen der Unterbodenschutzmassen sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengefasst. 2. Lacktechnische Prüfung der Unterbodenschutzmassen Die pastösen Unterbodenschutzmassen werden mit einer Aufziehrakel auf grundierte Bleche (kathodisch abscheidbare ETL-Grundierung, 20 min 1800C) in Trockenfilmstärken von ca. 200 pm aufgebracht. Nach einer Vortrocknung von 5 min bei 1000C wird die Klebfreiheit beurteilt, anschliessend werden die Filme 20 min bei 1650C gehärtet. Tabelle 1 Beispiele 1 bis 5 (Bindemittelzusammensetzungen, Rezepturen und Kennzahlen der Unterbodenschutzmassen) EMI11.1 <tb> Bindemittelkomponenten <SEP> Beispiel <tb> <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <tb> Mischung <tb> (A2) <SEP> : <SEP> (C2) <SEP> = <SEP> 65 <SEP> : <SEP> 25 <SEP> 70 <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP> 55 <tb> (Al) <SEP> 55 <tb> (B1) <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 25 <tb> (B2) <SEP> 30 <tb> (Cl) <SEP> 15 <tb> (D1) <SEP> 20 <tb> (El) <SEP> 10 <SEP> 10 <tb> Titandioxid <SEP> Rutiltyp <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50 <tb> Millicarb <SEP> 150 <SEP> 200 <SEP> 150 <SEP> 50 <tb> Mikrotalkum <SEP> 20 <SEP> 1 <SEP> <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 30 <tb> Gummimehl <SEP> 40 <SEP> 40 <tb> Russ <SEP> 0,2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2 <tb> Pigment/Bindemittel <SEP> 1/2,2 <SEP> 1/2,7 <SEP> 1/2,5 <SEP> 1/1,2 <SEP> 1/1,3 <tb> Feststoffgehalt <SEP> in <SEP> 70 <SEP> 76 <SEP> 75 <SEP> 59 <SEP> 61 <tb> Gew. <SEP> -% <SEP> <tb> pH-Wert <SEP> (10%ig <SEP> in <SEP> 8,4 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> 7,8 <SEP> 8,2 <tb> Wasser) <tb> Viskosität <SEP> pastöslpastös <SEP> pastös <SEP> pastös <SEP> pastös <tb> Prüfmethoden Klebfreiheit: Prüfung mit der Zeigefingerkuppe, 1 = klebfrei, 5 = noch völlig klebrig. Steinschlaatest: Das Prüfblech wird auf einer Fläche von 85 x 75 mm mit 1 kg Stahlschrott (kantig, 4 bis 5 mm) unter einem Druck von ca. 3.105 Pa beschossen, Kennzahlen 1 (keine Absplitterungen) bis 10 (Totalablösung). Nach der ersten Bewertung wird das Prüfblech 240 Stunden in einer Feuchtkammer bei 400C und 100 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und anschliessend noch einmal unter denselben Bedingungen beschossen, siehe 2. Bewertung. Als Vergleichsbeispiel wurde ein handelsüblicher PVC Unterbodenschutz herangezogen. Tabelle 2 Ergebnisse der lacktechnischen Ausprüfung von Unterbodenschutzmassen EMI12.1 <tb> Beispiel <SEP> Nr. <SEP> - <SEP> <SEP> Kleber <SEP> Steinschlag <tb> <SEP> 1. <SEP> Bewertung <SEP> 2. <SEP> Bewertung <tb> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 1-2 <SEP> 1 <SEP> 2 <tb> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 3 <tb> Beispiel <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <tb> Beispiel <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <tb> Beispiel <SEP> 5 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 3 <tb> Vergleich <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 3 <tb>
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