WO2011138290A1 - Method for autophoretic coating, coating agent, and multilayer paint finish - Google Patents

Method for autophoretic coating, coating agent, and multilayer paint finish Download PDF

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WO2011138290A1
WO2011138290A1 PCT/EP2011/056983 EP2011056983W WO2011138290A1 WO 2011138290 A1 WO2011138290 A1 WO 2011138290A1 EP 2011056983 W EP2011056983 W EP 2011056983W WO 2011138290 A1 WO2011138290 A1 WO 2011138290A1
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coating
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monomer
acid
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PCT/EP2011/056983
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WO2011138290A8 (en
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Horst HINTZE-BRÜNING
Michael Dornbusch
Sergej Toews
Wolfgang Bremser
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Basf Coatings Gmbh
Universität Paderborn
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Publication date
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    • 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
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/08Anti-corrosive paints
    • C09D5/088Autophoretic paints
    • 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
    • B05D7/14Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B05D7/142Auto-deposited coatings, i.e. autophoretic coatings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2202/00Metallic substrate
    • B05D2202/10Metallic substrate based on Fe

Definitions

  • the present invention relates to a process for the autodeposition of a metallic substrate at a pH of 1 to 4 and a immersion time of the substrate of 1 s to 15 min in an aqueous polymer dispersion containing at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acrylic
  • a block copolymer comprising at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group, at least one olefinically unsaturated monomer (b) other than monomer (a) copolymerized with a crosslinking group B and diphenylethylene, and a coating agent for Implementation of the procedure.
  • Processes and coating compositions for electroless anti-corrosive coating of various metal substrates are known. They offer in comparison to anodic or cathodic dip coating (ATL or KTL), in which the application of electrical voltages is necessary, in particular the advantage of simpler and cheaper process and the shorter process time. In particular, cavities in or edges on the substrates to be coated can be better coated with the electroless methods than with methods in which the application of electrical voltages is necessary.
  • electroless anticorrosive coating also called ACC process (Autophoretic Chemical Coating)
  • polymers for example emulsion polymers containing acrylates or styrene / butadten, are used which are anionically stabilized.
  • chromium-containing aqueous coating compositions are usually processed by rinsing with chromium-containing aqueous coating compositions to improve the corrosion protection.
  • chromium-containing coating agents have great problems with environmental compatibility and must be classified as highly hazardous to health. Therefore, efforts are being made to completely replace chromium in anti-corrosion coatings.
  • ACC coating center! containing salts of the lanthanide and the d-elements and an organic film-forming component also ensure a very good, the chromium-containing coating compositions comparable corrosion protection.
  • WO-A-96/10461 describes an aqueous corrosion inhibitor containing as components anions having a central atom selected from the group titanium, zirconium, hafnium, silicon, and at least 4 fluorine atoms as ligands and an organic polymer dispersion.
  • a disadvantage of the invention according to WO-A-96/10461 is that in the deposition of the corrosion inhibitor on the substrate surface, the polymer dispersion particles flocculate and form a small contact surface with the surface. Furthermore, the latex particles have the disadvantage of having a lower migration rate in the diffusion in cavities or on edges of three-dimensional substrates in comparison to molecular dispersed polymers.
  • DE-A-37 27 382 describes chromium-free aqueous dispersions of adducts of carboxylic acids and isocyanates with epoxides, which are suitable for the autodepositing of metallic surfaces.
  • Such dispersions have in dispersed form a particle diameter of less than 300, preferably between 100 and 250 nm and can be crosslinked after deposition on the metal surface at temperatures between 60 and 200 ° C.
  • Such latex particles also have the disadvantage of a lower diffusion in cavities or on edges of three-dimensional substrates in comparison with molecular dispersed polymers
  • DE-A-103 30 413 describes coating compositions which are suitable for coating metallic surfaces and which may contain caprolactam-modified polyisocyanates based on polyethyleneimine.
  • the coating compositions can be applied by means of dip coating and have after drying thicknesses between 1 and 300 microns. Layers produced in this way also have a high material requirement and tend to crack during drying over the entire area of the surface.
  • DE-A-10 2006 053 291 describes the method mentioned in the introduction. Autophoretically depositable coating compositions of water-dispersible and / or water-soluble polymers are used, the polymer having a gradient in the concentration of covalently bonded hydrophilic groups along the polymer main chain and containing metal ions chelating ligands and crosslinking functional groups. Substrates that will coat with this coating agent in the autodepositing process described therein will subsequently have a complete coating, requiring high material requirements, and also tend to crack over the entire area of the surface.
  • This selective coating was surprisingly dissolved by an aqueous polymer dispersion containing at least one water-soluble and / or water-dispersible (eth) acrylic block copolymer which can be prepared from at least one olefinically unsaturated monomer (a) having one metal ion-coordinating group, at least one of monomer (a) different olefinic unsaturated monomer (b) having a crosslinking group and diphenylethylene, wherein the metallic substrate is not treated with caustic substances prior to autodeposition.
  • a coated according to this method metallic substrate is shown in Figure 1 a and 1b.
  • FIG. 1a an SEM image of a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after an autophoretic coating has been carried out on the grain boundaries and surface defect structures.
  • FIG. 1 b an SEM image of a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after an autophoretic coating has been carried out on the grain boundaries and surface defect structures.
  • FIG. 2a An SEM image of a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after it has been degreased and cleaned in a three-stage solvent process. The cleaning with tetrahydrofuran (THF), isopropane and ethanol is carried out for 10 min in an ultrasonic bath. After each purification step, the substrate is dried in a stream of nitrogen.
  • THF tetrahydrofuran
  • isopropane isopropane
  • ethanol ethanol
  • FIG. 2b An SEM image of a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after it has been degreased and cleaned in a three-stage solvent process has been. Purification with tetrahydrofuran (THF), isopropanol and ethanol is carried out for 10 min in an ultrasonic bath. After each purification step, the substrate is dried in a stream of nitrogen.
  • FIG. 3a Potentiai mapping of the surface of a hot-dip galvanized steel sheet (H DG steel) after it has been degreased and cleaned in a three-stage solvent process.
  • FIG. 3b Diagram of the potential energy along the section from a to f in FIG. 3a.
  • FIG. 4 Element mapping by means of EDX from a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after it has been degreased and cleaned in a three-stage solvent process.
  • the top part shows the SEM image of the measured area.
  • the lower three parts show the Eiementver whatsoeveren of AI, O and Zn.
  • grain boundaries and surface defect structures are understood to mean the areas of the surface of metallic substrates which are not monocrystalline areas of the surface.
  • the microstructure of metallic substrates is predominantly polycrystalline and is formed from a plurality of individual crystallites that are orientated
  • adjacent crystallites with similar interfaces may have different orientations, and the interfaces between them are referred to as grain boundaries, consisting of narrow transition zones with distorted ordering
  • Tendrical grain boundaries and stacking faults also lead to disorder in the uniform atomic arrangement, but are not usually counted among the usual grain boundaries
  • n can generally be summarized under the generic term surface defect structures, which include scratches or other defects, which lead to an abnormal arrangement of the atoms on the surface of the polycrystalline metallic substrate.
  • FIGS. 3a and 3b show a measurement of the chemical potential of a polycrystalline metallic surface. It can be clearly seen that the grain boundaries and the surface defect structures have a lowered chemical potential over the rest of the surface. The reduction in chemical potential at grain boundaries or surface defect structures is greater than 0.02 V from the directly adjacent undisturbed surface. Among other things due to the reduced chemical potential, the grain boundaries and the surface defect structures are the starting point for initial corrosion of the metallic substrate. Blocking grain boundaries and surface defect structures is therefore desirable for effective corrosion protection.
  • FIGS. 2a and 2b show SEM photographs of a degreased and cleaned hot-dip galvanized steel sheet (purified HDG steel) on which the individual grain boundaries and surface defect structures can be clearly seen.
  • Grain boundaries and superficial defect structures differ markedly in the shading in the SEM image and represent irregularities in the otherwise crystalline surface.
  • the grain boundaries are particularly pronounced in depressions on the surface, which can be up to 1 pm wide.
  • Surface defect structures can be both depressions and elevations that stand out from the otherwise crystalline surface. Grain boundaries and surface defect structures continue to be an area in which foreign ions accumulate particularly strongly.
  • the individual crystallites consist of a stoichiometrically uniform composition of the elements of which the substrate consists. Within a single crystallite, this composition usually does not vary. However, grain boundaries and surface defect structures are areas in which not only the arrangement of the atoms varies, but also the relationships of the elements to each other and optionally also other elements are incorporated. Thus, FIG. 4 shows the element mapping by means of EDX of HDG steel. It can be clearly recognized that the composition of the substrate HDG steel in the region of the grain boundaries and Oberfiumbleende Stamm Druckmaschinennen varies greatly over the composition of the crystallites. Above all, the content of the foreign ion AI is greatly increased in the range of grain boundaries and surface defect structures. Thus, grain boundaries and surface defect structures are areas in where the concentration of the elements is different from the concentration of the elements in the adjacent crystallites.
  • etching with corrosive substances By etching with corrosive substances, the surface potential of a metallic substrate is changed.
  • a pretreatment with corrosive substances leads to a leveling out of the difference in the surface of a metallic substrate chemical potential between grain boundaries / surface defect structures and the crystalline surface:
  • An etching preconditioning makes the chemical potential of the metallic surface almost the same over the entire area, which is to be prevented in the spirit of this invention.
  • Corrosive substances include, above all, acids and bases , This also includes acidic or alkaline cleaning agents for metallic substrates.
  • Metal-ion-coordinating groups are contained in ligands A that can complex metal ions, and these ligands A have pairs of electrons, mostly lone pairs, that can be used to coordinate to metal ions As a rule, the ligands A are randomly distributed in the polymer, preference being given to monodentate or multidentate potentially anionic ligands A.
  • Particularly preferred metal ion coordinating groups contained in ligand A are
  • ureas and / or thioureas especially acylthioureas such as benzoylthiourea,
  • Imines and imides in particular imin-functionalized pyridines,
  • Oximes preferably 1,2-dioximes, such as functionalized diacetyldioxime,
  • Organosulfur compounds in particular optionally functionalized thiols such as thioethanol, thiocarboxylic acids, thioaidehydes, thioketones, dithiocarbamates, sulfonamides, thioamides and particularly preferably suifonates,
  • Organophosphorus compounds in particular phosphates, more preferably phosphoric acid esters of (meth) acrylates, and also phosphonates, particularly preferably vinylphosphonic acid and hydroxy-, amino- and amido-functionalized phosphonates,
  • organoboron compounds in particular boric acid esters,
  • polyalcohols in particular carbohydrates and derivatives thereof, and chitosans,
  • optionally functionalized acids such as in particular di- or oligofunktioneüe acids, or optionally functionalized (poly) carboxylic acids, in particular carboxylic acids which can be bound ionically and / or coordinately to metal centers, preferably (poly) methacrylates with acid groups or di- or oligofunktioneüe acids .
  • Optionally functionalized heterocycles such as quinolines, pyridines, in particular imin-functionalized pyridines, pyrimidines, pyrroles, furans, thiophenes, imidazoles, benzimidazoles, preferably mercaptobenzimidazoles, benzothiazoles, oxazoles, thiazoles, pyrazoles or else indoie,
  • the inventive method for autodepositing a metallic substrate is carried out at a pH of 1 to 4 and a dipping time of the substrate of 1 s to 15 min in an aqueous polymer dispersion, wherein the polymer solution at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acrylic Block copolymer comprising at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group, at least one olefinically unsaturated monomer (b) other than monomer (a) copolymerized with a crosslinking group B and diphenylethylene, and wherein the metallic Substrate is not treated with corrosive substances prior to autodeposition.
  • the polymer solution at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acrylic Block copolymer comprising at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group, at least one olefinically unsaturated mono
  • the pH of the aqueous polymer dispersion for the process according to the invention must have a value of 1 to 4. However, it is advantageous if the value is 2 to 3 or 2.2 to 2.8. Particularly preferred is a pH of 2.4 to 2.6.
  • the pH of the aqueous polymer dispersion is adjusted by an inorganic acid, preferably by nitric acid.
  • the immersion time of the substrate in the aqueous polymer dispersion is 1 s to 1 min, in particular 10 s to 40 s. During this time, sufficient coverage at the grain boundaries and surface defect patterns is achieved for most substrates.
  • the substrate is a galvanized, preferably hot-dip galvanized sheet, in particular a hot-dip galvanized sheet steel.
  • the substrate was cleaned prior to coating with at least one detergent, preferably with at least one ether and / or at least one alcohol, in particular with an ether and / or at least one alcohol in the ultrasonic bath.
  • the water-dispersible and / or water-soluble polymers have a gradient in the concentration of covalently bonded hydrophilic groups HG along the polymer backbone and carry ligands A, which form chelates with the metal ions liberated upon corrosion of the substrate, as well as crosslinking functional groups B with them themselves and / or with further functional groups C to crosslinkers V covalent bonds can form.
  • water-dispersible or water-soluble means that the polymers in the aqueous phase form aggregates with an average particle diameter of ⁇ 50, preferably ⁇ 35 and particularly preferably ⁇ 20 nm, or are dissolved in molecular dispersion.
  • Such aggregates differ significantly in their average particle diameter of Dispersion particles, as described for example in DE-A-37 27 382 or WO-A-96/10461.
  • Molecular dispersions of dissolved polymers generally have weight average molecular weights Mw of ⁇ 200,000, preferably ⁇ 120,000, more preferably ⁇ 50,000 Daiton.
  • the size of the aggregates consisting of polymer can preferably be accomplished in a manner known per se by introduction of hydrophilic groups HG on the polymer.
  • hydrophilic groups HG form a gradient in their concentration along the main polymer chain.
  • the gradient is defined by a slope in the spatial concentration of the hydrophilic groups along the polymer backbone.
  • the gradient is preferably generated by suitable arrangement of monomeric units which make up the polymer and which hydrophilic groups and / or groups in which hydrophilic groups HG can be generated, in a manner known per se.
  • Preferred hydrophilic groups HG on the polymer are ionic groups such as in particular sulfate, sulfonate, sulfonium, phosphate, phosphonate, phosphonium, ammonium and / or carboxylate groups and nonionic groups, such as in particular hydroxyl, primary, secondary and or tertiary amine, amide and / or oligo- or polyalkoxy substituents, such as preferably ethoxylated or propoxylated substituents, which may be etherified with further groups.
  • the hydrophilic groups HG may be identical to the ligands A and / or crosslinking functional groups B and B 'described below.
  • the number of hydrophilic groups HG on the polymer depends on the Soivatationssecurity and the steric accessibility of the groups HG and can also beLeeiit by the skilled person in a conventional manner.
  • polymer backbone of the polymers it is possible to use any desired polymers, preferably those having weight-average molecular weights Mw of 500 to 50,000 Daiton, more preferably having molecular weights Mw of 700 to 20,000 Daiton.
  • the polymer backbone used is poly (meth) acrylate used.
  • the polymers can be linear, branched or dendritic.
  • the polymers are preferably stable to hydrolysis in the acidic pH range, in particular at pH values ⁇ 5, particularly preferably at pH values ⁇ 3.
  • ligands A containing metal-ion coordinating groups all groups or compounds capable of forming chelates with the metal ions released upon corrosion of the substrate are suitable. As a rule, the ligands A are randomly distributed in the polymer. Particularly preferred ligands included
  • ureas and / or thioureas especially acylithiureas such as benzoylthiourea,
  • Oximes preferably 1,2-dioximes, such as functionalized diacetyldioxime,
  • Organosulfur compounds in particular optionally functionalized thiols such as thioethanol, thiocarboxylic acids, thioaidehydes, thioketones, dithiocarbamates, sulphonamides, thioamides and particularly preferably sultanates,
  • Organophosphorus compounds in particular phosphates, more preferably phosphoric acid esters of (meth) acrylates, and also phosphonates, particularly preferably vinylphosphonic acid and hydroxy-, amino- and amido-functionalized phosphonates,
  • organoboron compounds in particular boric acid esters,
  • polyhydric alcohols in particular carbohydrates and derivatives thereof, and chitosans
  • Optionally functionalized acids such as in particular di- and / or oligofunctional acids, or optionally functionalized (poly) carboxylic acids, in particular carboxylic acids which can be bound ionically and / or coordinately to metal centers, preferably (poly) methacrylates with acid groups or dioder oligofunktionelle acids .
  • Optionally functionalized heterocycles such as quinolines, pyridines, in particular imin-functionalized pyridines, pyrimidines, pyrroles, furans, thiophenes, iridazoles, benzimidazoles, preferably mercaptobenzimidazoles, benzothiazoles, oxazoles, thiazoles, pyrazoles or also indoles,
  • Suitable crosslinking functional groups B on the polymer are those which can form covalent bonds with themselves and / or with complementary functional groups B '. As a rule, the crosslinking functional groups B are randomly distributed over the polymer.
  • the covalent bonds are preferably formed thermally and / or by the action of radiation. Particularly preferably, the covalent bonds are formed thermally.
  • the crosslinking functional groups B and B ' cause the formation of an intermolecular network between the molecules of the polymer.
  • Thermally crosslinking functional groups B can form covalent bonds with themselves or preferably with complementary crosslinking functional groups B 'under the influence of thermal energy.
  • thermal crosslinking functional groups B and B ' are particularly suitable thermal crosslinking functional groups B and B 'are
  • Acid groups in particular carboxylic acid groups
  • Acid anhydride groups in particular carboxylic anhydride groups,
  • Acid ester groups in particular carboxylic acid ester groups,
  • thermally crosslinking groups B and complementary groups B ' are particularly preferred:
  • Particularly preferred polymers comprise copolymers which can be prepared by single-stage or multistage radical copolymerization in the aqueous medium of a) at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion-coordinating group,
  • the radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or substituted or unsubstituted alkyl, cycloalkyl, alkylcycloalkyl, cycloalkylalkyl, Aryk alkylaryl, Cycloalkylaryi-, Arylalkyi- or Arylcycloalkyireste stand, with with the proviso that at least two of the variables R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are substituted or unsubstituted aryl, Arylalkyi- or Arylcycloalkyireste, in particular substituted or unsubstituted aryl radicals.
  • Suitable hydrophilic monomers which may be suitable both as monomer (a) and as monomers (b) contain at least one hydrophilic group HG, which preferably consists of the group consisting of sulfate, suifonate, suifonium, phosphate, phosphonate -, phosphonium, ammonium and / or carboxylate groups and hydroxyl, primary, secondary and / or tertiary amine, amide group and / or oiigo or polyalkoxy substituents, such as preferably ethoxyüerte or propoxylated substituents which may be etherified with other groups selected.
  • HG hydrophilic group HG, which preferably consists of the group consisting of sulfate, suifonate, suifonium, phosphate, phosphonate -, phosphonium, ammonium and / or carboxylate groups and hydroxyl, primary, secondary and / or tertiary amine, amide group and / or
  • hydrophilic monomers examples include acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid and salts thereof, preferably acrylic acid and methacrylic acid, olefinically unsaturated sulfonic, sulfuric, phosphoric or phosphonic acids, their rates and / or their Teiiester. Also suitable are olefinically unsaturated sulfonium and phosphonium compounds.
  • hydroxyalkyl esters of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids such as hydroxyalkyl esters of acrylic acid, methacrylic acid and ethacrylic acid, in which the hydroxyalkyl group is up to Contains 20 carbon atoms, preferably 2-hydroxyethyl 2-hydroxypropyl, 3-hydroxypropyl, 3-hydroxybutyl, 4-hydroxybutyl acrylate, methacrylate, formaldehyde adducts of aminoalkyl esters of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids and alpha, eta-unsaturated carboxylic acid amides such as N-methylol- and, N-dimethylol-aminoethyl acrylate, -aminoethyimethacrylate, -acrylamide and -meth
  • amine group-containing monomers are suitable; 2-aminoethyl acrylate and methacrylate, N-methyl and N, N-dimethyl-aminoethyl acrylate, or ailylamine.
  • amide group-containing monomers are preferably amides of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids, such as (meth) acrylic acid amide, preferably N-methyl or N, -Dimethy l (meth) acryiklamid used.
  • Preferred ethoxy-containing or propoxylated monomers are acrylic and / or methacrylic acid esters of polyethylene oxide and / or polypropylene oxide units whose chain length is preferably between 2 and 20 ethylene oxide or propylene oxide building blocks.
  • suitable monomers (a) are olefinically unsaturated monomers which have the above-described ligands A as substituents.
  • suitable monomers (a) are esters and / or the amides of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, in particular of acrylic and / or methacrylic acid, which have the ligands A in the ester and / or amide radical
  • Preferred ligands A are optionally functionalized urea and / or Thiourea substituents, optionally functionalized amine and / or Polyaminsubtiuenten, imine and imide substituents, in particular iminfunktionalintestine pyridines, oxime substituents, preferably 1, 2-dioximes such as functionalized Diacetyldioxim, Organosschwefelsubsfituenten, such as in particular derived from optionally functionalized thio
  • Suitable monomers (b) are olefinically unsaturated monomers which have the above-described groups B as substituents.
  • suitable monomers (b) are esters and / or the amides of acrylic acid, methacrylic acid, eihacryic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, in particular of acrylic and / or methacrylic acid, which contain the crosslinking groups B in the ester and / or amide radical exhibit.
  • crosslinking groups B are particularly preferably hydroxyl groups, and for example mercapto and amino groups, Aidehyd tendency, azide groups, acid groups, especially carboxylic acid groups, acid anhydride groups, in particular carboxylic anhydride groups, acid ester groups, in particular
  • the monomers (a) are arranged in the polymer in such a way that the already described gradient of the hydrophilic groups HG results along the main polymer chain. This is generally due to the specific copolymerization parameters of the different monomers (a), (b), (c), and optionally (d) in the aqueous reaction medium.
  • the aforementioned monomers (a) and (b) are preferably random along the polymer backbone It is apparent from the above performance of the monomers (a) and (b) exemplified that the hydrophilic groups HG, the ligands A and the crosslinking groups B can be partially or completely identical. In this case, then also the ligands A and the crosslinking functional groups B usually have a gradient along the polymer main chain.
  • radicals R, R 2 , R 3 and R 4 are each independently Hydrogen atoms or substituted or unsubstituted alkyl, cycloalkyl, alkylcycloalkyl, cycloalkylalkyi, aryl, alkylaryl, cycloalkylaryl, arylalkyl or arylcycloalkyl radicals, with the proviso that at least two of the variables R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are substituted or unsubstituted aryl, arylalkyl or arylcycloalkyl radicals, in particular substituted or unsubstituted aryl radicals.
  • suitable radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are further described, for example, in DE-A-198 58 708.
  • Examples of particularly preferably used monomers (d) are dinaphthylene, cis- or trans-stilbene, vinyl-bis-bis (4-N, N-dimethylaminobenzene), vinylidene bis (4-amtnobenzol) or vinylidene bis (4-nitrobenzoi).
  • the mixture of all monomers is metered into the water phase simultaneously, wherein the gradient of hydrophilic groups along the polymer chain by the formation of oligo- or polymers with initially high concentration of hydrophilic groups along the polymer chain sets and wherein in the course of further chain growth, the number of hydrophilic groups along the polymer chain decreases.
  • the concentration gradient of the hydrophilic groups along the polymer chain can also be realized via an inlet of temporally and / or spatially different compositions of the monomer mixture of (a), (b), (c) and optionally (d) in a manner known per se.
  • At least one polymer which contains at least one unsaturated alkoxysilane monomer, preferably at least one vinylaikoxysilane monomer, in particular triethoxyvinylsilane, copolymerized in addition to other monomers.
  • the incorporation of silane-containing monomers increases the adhesive properties of the polymer, especially the substrate adhesion to metals and metal oxides.
  • the aqueous polymer dispersion has a solids content of 1 to 10 wt .-%, preferably 1 to 5 wt .-%, in particular 2 to 3 wt .-%.
  • the invention also relates to an autodepositing coating composition for the process according to the invention.
  • the composition of the coating agent corresponds to that which has been described in connection with the description of the process.
  • the invention also relates to a multi-layer coating which comprises a layer produced according to the method according to the invention and at least one further lacquer layer which is applied to the autodeposited layer.
  • SEM Sccanning Electron Mircoscope
  • EDX Electronic X-Ray Analysis
  • the potential mapping was performed by means of SKPFM (Scanning Kelvin Probe Force Microscope) with a commercially available AFM instrument.
  • the removal of the AFM tip to the substrate surface was 100 nm at an excitation voltage of 500 mV and a frequency of 60 to 80 kHz.
  • Number average and weight average molecular weights Mn and Mw were measured by GPC (gel permeation chromatography) in tetrahydrofuran (THF) at 25 ° C against polystyrene as standard.
  • the positions of the first reaction stage are introduced into a 2000 ml glass reactor with anchor agitator and heated to 70 ° C. under a nitrogen atmosphere. After the temperature has been reached, the initiator solution is added over a period of 20 minutes and the temperature is kept constant for a further 2.5 hours. Subsequently, the reaction mixture is heated to 90 ° C and after reaching this reaction temperature, the monomer mixture of the second stage is added over a period of 2 hours. The post-reaction time at 90 ° C is still 2 hours.
  • the composition of the individual stages is given in the following Table 1. The figures mean parts by weight.
  • Polymer dispersion PI has a number average molecular weight Mn of 58,000 daltons and weight average molecular weight Mw of 110,000 daltons.
  • the substrate a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel DX 53D + Z 100 NA 0.6mm from Voestalpine AG, Linz, Austria), is degreased and cleaned in a three-stage solvent cleaning process.
  • the cleaning with Tetrahydrofuran, Isorpropanoi and ethanol are each for 10 min in Ultraschallalfbad, After each cleaning step, the substrate is dried in a stream of nitrogen.
  • the substrate a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel DX 53D + Z 100 NA 0.6 mm from Voestalpine AG, Linz, Austria), is cleaned for 5 min at 55 ° C in an alkaline cleaning solution (Rtdoline C72 from Henkel) and then with distilled water rinsed.
  • an alkaline cleaning solution Rostdoline C72 from Henkel
  • the dispersions were adjusted by means of 0.1 N HNO 3 in each case to a solids content of 2.5% by weight and a pH of 2.5.
  • the substrates BK1-BK3 which were autodeposited at grain boundaries and surface defects were obtained.
  • the dispersions PI and P2 were adjusted to a solids content of 2.5% by weight and a pH of 2.5 using 0.1 N HNO 3 in each case.
  • the substrate SF was immersed in the polymer dispersion P1 to P3 for 30 seconds.
  • the autophoretically coated substrates BK1, BK2, BF1 and BF2 were each coated with the CoiiCoating primer Coiltec Universal P CF from BASF Coatings AG.
  • the layer thickness of the primer is 10 ⁇ in all cases. Curing took place at 230 ° C for 30 seconds.
  • a sheet of substrate S was coated only with the CC primer in a layer thickness of 10 .mu.m, without previously a corrosion layer was applied.
  • the salt spray test was carried out in accordance with DIN EN ISO 9927. All test panels were subjected to the salt spray test for 504 hours.
  • the autodepositively coated substrate BK3 was first coated with the Coilcoating primer Coiltec Universal P CF BASF Coatings AG with a layer thickness of 5 ⁇ and then coated with a topcoat (CD33-0649) de layer thickness 20 pm.
  • the PMT peak metal temperature

Abstract

The invention relates to a method for autophoretically coating a metal substrate at a pH value of 1 to 4 and a substrate immersion time of 1 s to 15 min in an aqueous polymer dispersion comprising at least one water-soluble and/or water dispersible (meth)acrylic block copolymer comprising at least one olefinic unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group, at least one olefinic unsaturated monomer (b) different from monomer (a) and having a cross-linking group B and diphenylethylene incorporated by polymerization. The metal substrate is thereby not treated by etching substances prior to the autophoretic coating. The invention further relates to a corresponding coating agent and a multilayer paint finish comprising the corresponding autophoretically deposited layer.

Description

Verfahren zur autophoretischen Beschichtung, Beschichtungsrnittel und Method for autophoretic coating, coating and
ehrschichtlackierung  ehrschichtlackierung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur autophoretischen Beschichtung eines metallischen Substrats bei einem pH-Wert von 1 bis 4 und einer Eintauchzeit des Substrates von 1 s bis 15 min in eine wässrige Polymerdispersion, die mindestens ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares (Meth)acryl-Block- Copolymer, welches mindestens ein olefinisch ungesättigtes Monomer (a) mit einer Metailionen-koordinierenden Gruppe, mindestens ein von Monomer (a) verschiedenes olefinisch ungesättigtes Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B und Diphenylethylen einpolymerisiert umfasst, beinhaltet, und ein Beschichtungsrnittel zur Durchführung des Verfahrens. The present invention relates to a process for the autodeposition of a metallic substrate at a pH of 1 to 4 and a immersion time of the substrate of 1 s to 15 min in an aqueous polymer dispersion containing at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acrylic A block copolymer comprising at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group, at least one olefinically unsaturated monomer (b) other than monomer (a) copolymerized with a crosslinking group B and diphenylethylene, and a coating agent for Implementation of the procedure.
Verfahren und Beschichtungsmittel zur stromfreien Korrasionsschutzbeschichtung verschiedener Metallsubstrate sind bekannt. Sie bieten im Vergleich zur anodischen oder kathodischen Tauchiackierung (ATL beziehungsweise KTL), bei welchen das Anlegen elektrischer Spannungen notwendig ist, insbesondere den Vorteil des einfacheren und preiswerteren Prozesses sowie der kürzeren Prozesszeit. Insbesondere lassen sich mit den stromfreien Verfahren Hohlräume in beziehungsweise Kanten an den zu beschichtenden Substraten besser beschichten als mit Verfahren, bei denen das Anlegen elektrischer Spannungen notwendig ist. Processes and coating compositions for electroless anti-corrosive coating of various metal substrates are known. They offer in comparison to anodic or cathodic dip coating (ATL or KTL), in which the application of electrical voltages is necessary, in particular the advantage of simpler and cheaper process and the shorter process time. In particular, cavities in or edges on the substrates to be coated can be better coated with the electroless methods than with methods in which the application of electrical voltages is necessary.
Bei der stromfreien Korrosionsschutzbeschichtung, auch ACC-Verfahren (Autophoretic Chemical Coating) genannt, werden in der Regel Polymerisate, beispielsweise Emulsionspolymerisate enthaltend Äcrylate oder Styrol/Butadten, eingesetzt, die anionisch stabilisiert sind. Zur Endbehandlung werden solche mittels ACC-Verfahren abgeschiedenen Schichten in der Regel durch Nachspülen mit chromhaltigen wässrigen Beschichtungsmitteln bearbeitet, um den Korrosionsschutz zu verbessern. In jüngerer Zeit hat es sich jedoch herausgestellt, dass chromhaltige Beschichtungsrnittel große Probleme bei der Umweltverträglichkeit aufweisen sowie als hochgradig gesundheitsgefährdend einzustufen sind. Daher ist man bestrebt, Chrom in Korrosionsschutzbeschichtungen vollständig zu ersetzen. In der Folge der Entwicklung chromfreier Beschichtungsmittel wurde weiterhin festgestellt, dass ACC-Beschichtungsmitte! enthaltend Salze der Lanthanid- sowie der d-Elemente sowie eine organische filmbildende Komponente ebenfalls einen sehr guten, den chromhaltigen Beschichtungsmitteln vergleichbaren Korrosionsschutz gewährleisten. In the electroless anticorrosive coating, also called ACC process (Autophoretic Chemical Coating), polymers, for example emulsion polymers containing acrylates or styrene / butadten, are used which are anionically stabilized. For finishing, such deposited by ACC process layers are usually processed by rinsing with chromium-containing aqueous coating compositions to improve the corrosion protection. Recently, however, it has been found that chromium-containing coating agents have great problems with environmental compatibility and must be classified as highly hazardous to health. Therefore, efforts are being made to completely replace chromium in anti-corrosion coatings. As a result of the development of chromium-free coating agents, it was also found that ACC coating center! containing salts of the lanthanide and the d-elements and an organic film-forming component also ensure a very good, the chromium-containing coating compositions comparable corrosion protection.
WO-A-96/10461 beschreibt ein wässriges Korrosionsschutzmittel, das als Komponenten Anionen mit einem Zentralatom, ausgewählt aus der Gruppe Titan, Zirkon, Hafnium, Silizium, und mindestens 4 Fluoratomen als Liganden und eine organische Polymerdispersion enthält. Von Nachteil bei der Erfindung gemäss WO- A-96/10461 ist, dass bei der Abscheidung des Korrosionsschutzmittels auf der Substratoberfläche die Polymerdispersionspartikei ausflocken und eine geringe Kontaktfläche zur Oberfläche ausbilden. Weiterhin haben die Latexpartikel den Nachteil, bei der Diffusion in Hohlräume oder an Kanten von dreidimensional ausgeprägten Substraten im Vergleich zu molekulardispers verteilten Polymerisaten eine geringere Wanderungsgeschwindigkeit zu haben. Zudem werden Schichten einer Dicke zwischen 1 Mikrometer und 1 mm ausgebildet, was einen entsprechenden Materialbedarf pro Flächeneinheit des zu beschichtenden Substrats bedingt. Weiterhin nachteilig ist die Tendenz der aus dem Substrat gebildeten Metailtonen durch die abgeschiedene Korrosionsschutzschicht zu wandern sowie die Verwendung von ökologisch kritischen Substanzen, wie insbesondere Fiusssäure oder Fluoride. WO-A-96/10461 describes an aqueous corrosion inhibitor containing as components anions having a central atom selected from the group titanium, zirconium, hafnium, silicon, and at least 4 fluorine atoms as ligands and an organic polymer dispersion. A disadvantage of the invention according to WO-A-96/10461 is that in the deposition of the corrosion inhibitor on the substrate surface, the polymer dispersion particles flocculate and form a small contact surface with the surface. Furthermore, the latex particles have the disadvantage of having a lower migration rate in the diffusion in cavities or on edges of three-dimensional substrates in comparison to molecular dispersed polymers. In addition, layers of a thickness between 1 micrometer and 1 mm are formed, which requires a corresponding material requirement per unit area of the substrate to be coated. Another disadvantage is the tendency of Metailtonen formed from the substrate to migrate through the deposited corrosion protection layer and the use of ecologically critical substances, such as in particular Fiusic acid or fluorides.
DE-A-37 27 382 beschreibt chromfreie wässrige Dispersionen von Addukten von Carbonsäuren und isocyanaten an Epoxide, welche zur autophoretischen Beschickung metallischer Oberflächen geeignet sind. Solche Dispersionen weisen in dispergierter Form einen Teilchendurchmesser von weniger als 300, bevorzugt zwischen 100 und 250 nm auf und können nach Abscheidung auf der Metalloberfläche bei Temperaturen zwischen 60 und 200 °C vernetzt werden. Auch solche Latexpartikel haben den Nachteil, bei der Diffusion in Hohlräume oder an Kanten von dreidimensional ausgeprägten Substraten im Vergleic zu molekulardispers verteilten Polymerisaten eine geringereDE-A-37 27 382 describes chromium-free aqueous dispersions of adducts of carboxylic acids and isocyanates with epoxides, which are suitable for the autodepositing of metallic surfaces. Such dispersions have in dispersed form a particle diameter of less than 300, preferably between 100 and 250 nm and can be crosslinked after deposition on the metal surface at temperatures between 60 and 200 ° C. Such latex particles also have the disadvantage of a lower diffusion in cavities or on edges of three-dimensional substrates in comparison with molecular dispersed polymers
Wanderungsgeschwindigkeit zu haben. Zudem werden Schichten einer Dicke zwischen 1 Mikrometer und 1 mm ausgebildet, was einen entsprechenden Materialbedarf pro Flächeneinheit des zu beschichtenden Substrats und eine Neigung zur Rissbildung bei der Trocknung bedingt. Weiterhin nachteilig ist die Tendenz der aus dem Substrat gebildeten Metallionen durch die abgeschiedene Korrosionsschutzschicht zu wandern sowie die Verwendung von ökologisch kritischen Substanzen, wie insbesondere Flusssäure oder Fluoriden. To have migration speed. In addition, layers of a thickness between 1 micron and 1 mm are formed, which is a corresponding Required material per unit area of the substrate to be coated and a tendency to cracking during drying. Another disadvantage is the tendency of the metal ions formed from the substrate to migrate through the deposited corrosion protection layer and the use of ecologically critical substances, in particular hydrofluoric acid or fluorides.
In DE-A-103 30 413 werden Beschichtungsmittel beschrieben, weiche zur Beschichtung metallischer Oberflächen geeignet sind und Caprolactam-modifizierte Polyisocyanate auf der Basis von Polyethylen iminen enthalten können. Die Beschichtungsmittel können mittels Tauchlackierung aufgebracht werden und weisen nach der Trocknung Dicken zwischen 1 und 300 Mikrometer auf. Solchermaßen hergestellte Schichten weisen ebenfalls einen hohen Materialbedarf auf und neigen beim Trocknen zur Rissbildung über den gesamten Bereich der Oberfläche. DE-A-10 2006 053 291 beschreibt das eingangs genannte Verfahren. Dabei werden autophoretisch abscheidbare Beschichtungsmittel aus wasserdispergierbaren und/oder wasserlöslichen Polymeren eingesetzt, wobei das Polymer einen Gradienten in der Konzentration von kovalent gebundenen hydrophilen Gruppen entlang der Polymerhauptkette aufweist und Metallionen chelatisierende Liganden sowie vernetzende funktionelle Gruppen enthält. Substrate, die in dem darin beschriebenen autophoretischen Verfahren mit diesem Beschichtungsmittel beschichten werden, weisen hinterher eine vollständige Beschichtung auf, was einen hohen Materialbedarf verlangt, und Neigen ebenfalls zur Rissbildung über den gesamten Bereich der Oberfläche. DE-A-103 30 413 describes coating compositions which are suitable for coating metallic surfaces and which may contain caprolactam-modified polyisocyanates based on polyethyleneimine. The coating compositions can be applied by means of dip coating and have after drying thicknesses between 1 and 300 microns. Layers produced in this way also have a high material requirement and tend to crack during drying over the entire area of the surface. DE-A-10 2006 053 291 describes the method mentioned in the introduction. Autophoretically depositable coating compositions of water-dispersible and / or water-soluble polymers are used, the polymer having a gradient in the concentration of covalently bonded hydrophilic groups along the polymer main chain and containing metal ions chelating ligands and crosslinking functional groups. Substrates that will coat with this coating agent in the autodepositing process described therein will subsequently have a complete coating, requiring high material requirements, and also tend to crack over the entire area of the surface.
Aufgabe und Lösung Task and solution
In Hinblick auf den vorgenannten Standes der Technik, war die Aufgabe der Erfindung, ein ökologisch weitgehend unbedenkliches Verfahren zum Korrosionsschutz zu finden, welches ohne den Einsatz von chormhaltigen Substanzen auskommt und außerdem auch nicht die Verwendung von teuren Salzen der Lanthanid- sowie der d-Elemente erfordert. Zusätzlich sollte Material eingespart werden, um einen kostengünstigen Korrosionsschutz bereitzustellen, der aber dennoch effektiv ist. Überraschenderweise wurde diese Aufgabe gelöst, indem durch ein erfindungsgemäßes autophoretisches Verfahren ein metallisches Substrat selektiv an den Korngrenzen und Oberflächendefektstrukiuren beschichtet wird. Durch die selektive Abscheidung an den Korngrenzen und den Oberfiächendefektstrukturen sinkt der Materialaufwand des Beschichtungsmittels erheblich gegenüber einer Vollbeschichtung. Diese selektive Beschichtung wurde überraschenderweise durch eine wässrige Polymerdispersion gelöst, die mindestens ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares ( eth)acryl-Block-Copolymer enthält, welches herstellbar ist aus mindestens einem olefinisch ungesättigten Monomer (a) mit einer Metaliionen-koordinierenden Gruppe, mindestens einem von Monomer (a) verschiedenen olefinischen ungesättigten Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe und Diphenylethyien, wobei das metallische Substrat vor der autophoretischen Beschichtung nicht mit ätzenden Substanzen behandelt wird. Ein nach diesem Verfahren beschichtetes metallisches Substrat ist in Figur 1 a und 1b gezeigt. In view of the aforementioned prior art, the object of the invention to find an ecologically largely harmless process for corrosion protection, which does not require the use of chormhaltigen substances and also not the use of expensive salts of lanthanide and the d-elements requires. In addition, material should be saved to provide cost effective corrosion protection, but still effective. Surprisingly, this object has been achieved by a metallic substrate is selectively coated at the grain boundaries and Oberflächenendefektstrukiuren by an inventive autophoretic method. The selective deposition at the grain boundaries and the Oberfiächendefektstrukturen the material cost of the coating decreases significantly compared to a full coating. This selective coating was surprisingly dissolved by an aqueous polymer dispersion containing at least one water-soluble and / or water-dispersible (eth) acrylic block copolymer which can be prepared from at least one olefinically unsaturated monomer (a) having one metal ion-coordinating group, at least one of monomer (a) different olefinic unsaturated monomer (b) having a crosslinking group and diphenylethylene, wherein the metallic substrate is not treated with caustic substances prior to autodeposition. A coated according to this method metallic substrate is shown in Figure 1 a and 1b.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
Figur 1a: Eine SEM-Aufnahme von einem feuerverzinktem Stahlblech (HDG-Stahl), nachdem eine autophoretische Beschichtung an den Korngrenzen und Oberfiächendefektstrukturen durchgeführt wurde. FIG. 1a: an SEM image of a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after an autophoretic coating has been carried out on the grain boundaries and surface defect structures.
Figur 1 b: Eine SEM-Aufnahme von einem feuerverzinktem Stahlblech (HDG-Stahl), nachdem eine autophoretische Beschichtung an den Korngrenzen und Oberfiächendefektstrukturen durchgeführt wurde. FIG. 1 b: an SEM image of a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after an autophoretic coating has been carried out on the grain boundaries and surface defect structures.
Figur 2a: Eine SEM-Aufnahme von einem feuerverzinktem Stahlblech (HDG-Stahl), nachdem es in einem dreistufigen Lösungsmittelprozess entfettet und gereinigt wurde. Die Reinigung mit Tetra hydrofu ran (THF), Isorpropanot und Ethanol erfolgt für jeweils 10 Min im Ultraschallbad. Nach jedem Reinigungsschritt wird das Substrat im Stickstoffstrom getrocknet. FIG. 2a: An SEM image of a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after it has been degreased and cleaned in a three-stage solvent process. The cleaning with tetrahydrofuran (THF), isopropane and ethanol is carried out for 10 min in an ultrasonic bath. After each purification step, the substrate is dried in a stream of nitrogen.
Figur 2b: Eine SEM-Aufnahme von einem feuerverzinktem Stahlblech (HDG-Stahl), nachdem es in einem dreistufigen Lösungsmittelprozess entfettet und gereinigt wurde. Die Reinigung mit Tetrahydrofuran (THF), isorpropanol und Ethanol erfolgt für jeweils 10 Min im Ultraschallbad. Nach jedem Reinigungsschritt wird das Substrat im Stickstoffstrom getrocknet. Figur 3a: Potentiai-Mapping der Oberfläche eines feuerverzinkten Stahlbleches (H DG -Stahl), nachdem es in einem dreistufigen Lösungsmittelprozess entfettet und gereinigt wurde. FIG. 2b: An SEM image of a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after it has been degreased and cleaned in a three-stage solvent process has been. Purification with tetrahydrofuran (THF), isopropanol and ethanol is carried out for 10 min in an ultrasonic bath. After each purification step, the substrate is dried in a stream of nitrogen. FIG. 3a: Potentiai mapping of the surface of a hot-dip galvanized steel sheet (H DG steel) after it has been degreased and cleaned in a three-stage solvent process.
Figur 3b: Diagramm des Potentiaiveriaufes entlang des Schnittes von a nach f in Figur 3a. FIG. 3b: Diagram of the potential energy along the section from a to f in FIG. 3a.
Figur 4: Element-Mapping mittels EDX von einem feuerverzinktem Stahlblech (HDG- Stahl), nachdem es in einem dreistufigen Lösungsmittelprozess entfettet und gereinigt wurde. Der oberste Teil zeigt die SEM-Aufnahme des vermessenen Bereiches. Die unteren drei Teile zeigen die Eiementverteilungen von AI, O und Zn. FIG. 4: Element mapping by means of EDX from a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel) after it has been degreased and cleaned in a three-stage solvent process. The top part shows the SEM image of the measured area. The lower three parts show the Eiementverteilungen of AI, O and Zn.
Unter „Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen" sollen im Folgenden die Bereiche der Oberfläche von metallischen Substraten verstanden werden, die keine monokristallinen Bereiche der Oberfläche darstellen. Die Mikrostruktur von metallischen Substraten ist überwiegend polykristallin. Sie wird aus einer Vielzahl einzelner Kristallite gebildet, die sich in der Orientierung oder auch der Struktur ihrer atomaren Anordnung voneinander unterscheiden. So können benachbarte Kristallite mit gleichen Grenzflächen unterschiedliche Orientierungen besitzen. Die zwischen ihnen befindlichen Grenzflächen werden als Korngrenzen bezeichnet. Sie bestehen aus schmalen Übergangszonen mit gestörter Anordnung. Die fehlgelagerten Atome bewirken in ihrer Umgebung Druck- oder Zugspannungen. Kleinwänkelkorngrenzen und Stapelfehler führen ebenfalls zu einer Fehlordnung in der gleichmäßigen atomaren Anordnung, werden aber in der Regel nicht zu den üblichen Korngrenzen gezählt. Diese Fehlordungen können aber allgemein unter den Oberbegriff Oberflächendefektstukturen zusammengefasst werden, zu denen auch Kratzer oder andere Defekte gehören, welche zu einer abnormalen Anordnung der Atome auf der Oberfläche des polykristallinen metallischen Substrates führen. Sowohl Korngrenzen als auch Oberflächendefektstrukturen führen zu einer Herabsetzung des chemischen Potentials. Figur 3a und 3b zeigen eine Messung des chemischen Potentials von einer polykristailinen metallischen Oberfläche. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Korngrenzen und die Oberfiächendefektstrukturen über ein abgesenktes chemisches Potential verfügen gegenüber dem Rest der Oberfläche. Die Herabsetzung des chemischen Potentials an einer Komgrenzen oder einer Oberfiächendefektstrukturen beträgt mehr als 0,02 V gegenüber der direkt angrenzenden ungestörten Oberfläche. Unter anderem durch das herabgesetzte chemische Potential sind die Korngrenzen und die Oberfiächendefektstrukturen der Startpunkt für eine beginne Korrosion des metallischen Substrates. Eine Blockierung der Komgrenzen und der Oberfiächendefektstrukturen ist daher wünschenswert für einen effektiven Korrosionsschutz. In the following, "grain boundaries and surface defect structures" are understood to mean the areas of the surface of metallic substrates which are not monocrystalline areas of the surface.The microstructure of metallic substrates is predominantly polycrystalline and is formed from a plurality of individual crystallites that are orientated For example, adjacent crystallites with similar interfaces may have different orientations, and the interfaces between them are referred to as grain boundaries, consisting of narrow transition zones with distorted ordering Tendrical grain boundaries and stacking faults also lead to disorder in the uniform atomic arrangement, but are not usually counted among the usual grain boundaries However, n can generally be summarized under the generic term surface defect structures, which include scratches or other defects, which lead to an abnormal arrangement of the atoms on the surface of the polycrystalline metallic substrate. Both grain boundaries and surface defect structures lead to a reduction of the chemical potential. FIGS. 3a and 3b show a measurement of the chemical potential of a polycrystalline metallic surface. It can be clearly seen that the grain boundaries and the surface defect structures have a lowered chemical potential over the rest of the surface. The reduction in chemical potential at grain boundaries or surface defect structures is greater than 0.02 V from the directly adjacent undisturbed surface. Among other things due to the reduced chemical potential, the grain boundaries and the surface defect structures are the starting point for initial corrosion of the metallic substrate. Blocking grain boundaries and surface defect structures is therefore desirable for effective corrosion protection.
Komgrenzen und Oberfiächendefektstrukturen auf metallischen Oberflächen können mittels verschiedenster Mikroskopiearten nachgewiesen werden, wie zum Beispiel mit Üchtmikroskopie, SEM und AFM. So zeigen zum Beispiel Figur 2a und 2b SEM- Aufnahmen von einem entfetteten und gereinigten feuerverzinktem Stahlblech {gereinigter HDG-Stahl), auf denen die einzelnen Korngrenzen und Oberfiächendefektstrukturen deutlieh zu erkennen sind. Korngrenzen und Oberfiächendefektstrukturen unterscheiden sich in der SEM-Aufnahme deutlich in der Schattierung und stellen Unregelmäßigkeiten in der sonst kristallinen Oberfläche dar. Komgrenzen äußern sich vor allem in Vertiefungen an der Oberfläche, die bis zu 1 pm breit werden können. Oberflächendefektstukturen können sowohl Vertiefungen als auch Erhöh ngen sein, die sich von der sonst kristallinen Oberfläche abheben. Korngrenzen und Oberfiächendefektstrukturen sind weiterhin ein Bereich, in dem sich Fremdionen besonders stark anreichern. Die einzelnen Kristallite bestehen aus einer stöchiometisch einheitlich Zusammensetzung der Elemente aus dem das Substrat besteht. Innerhalb eines einzelnen Kristailites varriert diese Zusammensetzung in der Regel nicht. Allerdings sind Korngrenzen und Oberfiächendefektstrukturen Bereiche, in denen nicht nur die Anordnung der Atome variiert, sondern auch die Verhältnisse der Elemente zueinander und gegebenenfalls auch andere Elemente eingebaut sind. So zeigt Figur 4 das Element-Mapping mittels EDX von HDG-Stahl. Dabei ist deutlich zuerkennen, das die Zusammensetzung des Substrates HDG-Stahl im Bereich der Korngrenzen und Oberfiächendefektstrukturen stark variiert gegenüber dem Zusammensetzung der Kristallite. Vor allem der Gehalt vom Fremdion AI ist im Bereich der Korngrenzen und Oberfiächendefektstrukturen stark erhöht. Damit sind Komgrenzen und Oberfiächendefektstrukturen Bereiche, in denen die Konzentration der Elemente verschiedenen ist von der Konzentration der Elemente in den angrenzenden Kristalliten. The grain boundaries and surface defect structures on metallic surfaces can be detected by various types of microscopy, such as microscopy, SEM, and AFM. For example, FIGS. 2a and 2b show SEM photographs of a degreased and cleaned hot-dip galvanized steel sheet (purified HDG steel) on which the individual grain boundaries and surface defect structures can be clearly seen. Grain boundaries and superficial defect structures differ markedly in the shading in the SEM image and represent irregularities in the otherwise crystalline surface. The grain boundaries are particularly pronounced in depressions on the surface, which can be up to 1 pm wide. Surface defect structures can be both depressions and elevations that stand out from the otherwise crystalline surface. Grain boundaries and surface defect structures continue to be an area in which foreign ions accumulate particularly strongly. The individual crystallites consist of a stoichiometrically uniform composition of the elements of which the substrate consists. Within a single crystallite, this composition usually does not vary. However, grain boundaries and surface defect structures are areas in which not only the arrangement of the atoms varies, but also the relationships of the elements to each other and optionally also other elements are incorporated. Thus, FIG. 4 shows the element mapping by means of EDX of HDG steel. It can be clearly recognized that the composition of the substrate HDG steel in the region of the grain boundaries and Oberfiächendefektstrukturen varies greatly over the composition of the crystallites. Above all, the content of the foreign ion AI is greatly increased in the range of grain boundaries and surface defect structures. Thus, grain boundaries and surface defect structures are areas in where the concentration of the elements is different from the concentration of the elements in the adjacent crystallites.
Unter„ätzenden Substanzen" sollen Substanzen verstanden werden, welche die Oberfläche eines metallischen Substrates chemisch angreifen, anätzen. Durch ein anätzendes Behandeln mit ätzenden Substanzen wird das Oberflächenpotential eines metallischen Substrates verändert. Vor allem führt eine Vorbehandlung mit ätzenden Substanzen zu einer Egalisierung des Unterschiedes im chemischen Potential zwischen Korngrenzen/Oberflächendefektstrukturen und der kristallinen Oberfläche. Durch eine anätzende Vorhandlung wird das chemische Potential der metallischen Oberfläche über den gesamten Bereich nahezu gleich, was im Geiste dieser Erfindung verhindert werden soll. Zu diesen„ätzenden Substanzen" zählen vor allem Säuren und Basen. Hierunter sind auch saure oder alkalische Reinigungsmittel für metallische Substrate zu verstehen. By etching with corrosive substances, the surface potential of a metallic substrate is changed., In particular, a pretreatment with corrosive substances leads to a leveling out of the difference in the surface of a metallic substrate chemical potential between grain boundaries / surface defect structures and the crystalline surface: An etching preconditioning makes the chemical potential of the metallic surface almost the same over the entire area, which is to be prevented in the spirit of this invention. "Corrosive substances" include, above all, acids and bases , This also includes acidic or alkaline cleaning agents for metallic substrates.
„Metallionen-koordinierende Gruppen" sind in Liganden A enthalten, die Metallionen komplexieren können. Diese Liganden A weisen Elektronenpaare auf, meist freie Elektronenpaare, mit denen sie an Metailionen koordinieren können. Als Liganden A sind alle Gruppen oder Verbindungen geeignet, welche mit den bei der Korrosion des Substrats freigesetzten Metailionen Cheiate bilden können. In der Regel sind die Liganden A statistisch im Polymerisat verteilt. Bevorzugt sind ein- oder mehrzähnige potentiell anionische Liganden A. "Metal-ion-coordinating groups" are contained in ligands A that can complex metal ions, and these ligands A have pairs of electrons, mostly lone pairs, that can be used to coordinate to metal ions As a rule, the ligands A are randomly distributed in the polymer, preference being given to monodentate or multidentate potentially anionic ligands A.
Besonders bevorzugte Metallionen-koordinierende Gruppen, welche in den Liganden A enthalten, sind  Particularly preferred metal ion coordinating groups contained in ligand A are
- gegebenenfalls funktionalisierte Harnstoffe und/oder Thioharnstoffe, insbesondere Acylthioharnstoffe wie beispielsweise Benzoylthioharnstoff,  optionally functionalized ureas and / or thioureas, especially acylthioureas such as benzoylthiourea,
- gegebenenfalls funktionalisierte Amine und/oder Polyamine, wie insbesondere - Optionally functionalized amines and / or polyamines, in particular
EDTA, EDTA,
- gegebenenfalls funktionalisierte Amide, insbesondere Carbonsäureamide  - Optionally functionalized amides, especially carboxylic acid amides
- Imine und Imide, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine,  Imines and imides, in particular imin-functionalized pyridines,
- Oxime, bevorzugt 1 ,2-Dioxime wie funktionalisiertes Diacetyldioxim,  Oximes, preferably 1,2-dioximes, such as functionalized diacetyldioxime,
- Organoschwefelverbindungen, wie insbesondere gegebenenfalls funktionalisierte Thiole wie Thioethanol, Thiocarbonsäuren, Thioaidehyde, Thioketone, Dithiocarbamate, Sulfonamide, Thioamide und besonders bevorzugt Suifonate, - Organophosphorverbindungen, wie insbesondere Phosphate, besonders bevorzugt Phosphorsäureester von (Meth)acryiaten, sowie Phosphonate, besonders bevorzugt Vinylphosphonsäure und hydroxy-, amino- und amidofunktipnalisierte Phosphonate,Organosulfur compounds, in particular optionally functionalized thiols such as thioethanol, thiocarboxylic acids, thioaidehydes, thioketones, dithiocarbamates, sulfonamides, thioamides and particularly preferably suifonates, Organophosphorus compounds, in particular phosphates, more preferably phosphoric acid esters of (meth) acrylates, and also phosphonates, particularly preferably vinylphosphonic acid and hydroxy-, amino- and amido-functionalized phosphonates,
- gegebenenfalls funktionalisierte Organoborverbindungen, wie insbesondere Borsäureester, optionally functionalized organoboron compounds, in particular boric acid esters,
- gegebenenfalls funktionalisierte Polyalkohole, wie insbesondere Kohlenhydrate und deren Derivate sowie Chitosane,  optionally functionalized polyalcohols, in particular carbohydrates and derivatives thereof, and chitosans,
- gegebenenfalls funktionaiisierte Säuren, wie insbesondere di- oder oligofunktioneüe Säuren, oder gegebenenfalls funktionalisierte (Poly)carbonsäuren, wie insbesondere Carbonsäuren, die ionisch und/oder koordinativ an Metallzentren gebunden werden können, bevorzugt (Poly)methacrylate mit Säuregruppen oder di- oder oligofunktioneüe Säuren,  - optionally functionalized acids, such as in particular di- or oligofunktioneüe acids, or optionally functionalized (poly) carboxylic acids, in particular carboxylic acids which can be bound ionically and / or coordinately to metal centers, preferably (poly) methacrylates with acid groups or di- or oligofunktioneüe acids .
- gegebenenfalls funktionaiisierte Carbene,  optionally functionalized carbenes,
- Acetylacetonate,  Acetylacetonates,
- Gegebenenfalls funktionalisierte Heterocyclen, wie Chinoline, Pyridine, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine, Pyrimidine Pyrrole, Furane, Thiophene, Imidazole, Benzimidazole, bevorzugt Mercaptobenzimidazole , Benzthiazole, Oxazo!e, Thiazole, Pyrazoie oder auch indoie, Optionally functionalized heterocycles, such as quinolines, pyridines, in particular imin-functionalized pyridines, pyrimidines, pyrroles, furans, thiophenes, imidazoles, benzimidazoles, preferably mercaptobenzimidazoles, benzothiazoles, oxazoles, thiazoles, pyrazoles or else indoie,
- gegebenenfalls funktionalisierte Acetylene, sowie  - optionally functionalized acetylenes, as well
- Phytinsäure und deren Derivate. - phytic acid and its derivatives.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur autophoretischen Beschichtung eines metallischen Substrats wird bei einem pH-Wert von 1 bis 4 und einer Eintauchzeit des Substrates von 1 s bis 15 min in eine wässrige Polymerdispersion durchgeführt, wobei die Polymerlösung mindestens ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares (Meth)acryl-Block-Copolymer, welches mindestens ein olefinisch ungesättigtes Monomer (a) mit einer Metallionen-koordinierenden Gruppe, mindestens ein von Monomer (a) verschiedenes olefinisch ungesättigtes Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B und Diphenylethylen einpolymensiert umfasst, beinhaltet und wobei das metallische Substrat vor der autophoretischen Beschichtung nicht mit ätzenden Substanzen behandelt wird. Der pH-Wert der wässrigen Poiymerdispersion für das erfindungsgemäße Verfahren muss einen Wert von 1 bis 4 haben. Allerdings ist es vorteilhaft wenn der Wert von 2 bis 3 ist oder 2,2 bis 2,8. Besonders bevorzug wird ein pH-Wert von 2,4 bis 2,6. Die Einstellung des pH -Wertes der wässrigen Polymerdispersion erfolgt durch eine anorganische Säure, vorzugsweiße durch Salpetersäure. The inventive method for autodepositing a metallic substrate is carried out at a pH of 1 to 4 and a dipping time of the substrate of 1 s to 15 min in an aqueous polymer dispersion, wherein the polymer solution at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acrylic Block copolymer comprising at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group, at least one olefinically unsaturated monomer (b) other than monomer (a) copolymerized with a crosslinking group B and diphenylethylene, and wherein the metallic Substrate is not treated with corrosive substances prior to autodeposition. The pH of the aqueous polymer dispersion for the process according to the invention must have a value of 1 to 4. However, it is advantageous if the value is 2 to 3 or 2.2 to 2.8. Particularly preferred is a pH of 2.4 to 2.6. The pH of the aqueous polymer dispersion is adjusted by an inorganic acid, preferably by nitric acid.
Vorteilhaft beträgt die Eintauchzeit des Substrates in die wässrige Polymerdispersion 1 s bis 1 min, insbesondere 10 s bis 40 s. In dieser Zeit wird bei den meisten Substraten eine ausreichende Beschichtung an der Korngrenzen und OberfSächendefektstrukturen erzielt. Advantageously, the immersion time of the substrate in the aqueous polymer dispersion is 1 s to 1 min, in particular 10 s to 40 s. During this time, sufficient coverage at the grain boundaries and surface defect patterns is achieved for most substrates.
Vorteilhaft ist, wenn das Substrat ein verzinktes, vorzugsweise feuerverzinktes Blech, insbesondere ein feuerverzinktes Stahlblech ist. Durch die Kombination von Verzinkung und erfindungsgemäßer Abscheidung wird ein guter Korrosionsschutz erreicht. It is advantageous if the substrate is a galvanized, preferably hot-dip galvanized sheet, in particular a hot-dip galvanized sheet steel. By the combination of galvanizing and inventive deposition a good corrosion protection is achieved.
Vorteilhaft wurde das Substrat vor der Beschichtung mit mindestens einem Detergens gereinigt, vorzugsweise mit mindestens einem Ether und/oder mindestens einem Alkohol, insbesondere mit einem Ether und/oder mindestens einem Alkohol im Ultraschallbad. Advantageously, the substrate was cleaned prior to coating with at least one detergent, preferably with at least one ether and / or at least one alcohol, in particular with an ether and / or at least one alcohol in the ultrasonic bath.
Die wasserdispergierbaren und/oder wasserlöslichen Polymere weisen einen Gradienten in der Konzentration von kovalent gebundenen hydrophilen Gruppen HG entlang der Polymerhauptkette auf und tragen Liganden A, weiche mit den bei der Korrosion des Substrats freigesetzten Metallionen Chelate bilden, sowie vernetzende funktionelle Gruppen B, die mit sich selbst und/oder mit weiteren funktionellen Gruppen C an Vernetzern V kovalente Bindungen ausbilden können. Im Sinne der Erfindung wasserdispergierbar oder wasserlöslich bedeutet, dass die Polymerisate in der wässrigen Phase Aggregate mit einem mittleren Teiichendurchmesser von < 50, bevorzugt < 35 und besonders bevorzugt < 20 nm ausbilden, beziehungsweise molekulardispers gelöst sind. Damit unterscheiden sich solche Aggregate in ihrem mittleren Teilchendurchmesser maßgeblich von Dispersionsteilchen, wie sie beispielsweise in DE-A-37 27 382 oder WO-A-96/10461 beschrieben werden. Molekulardispers gelöste Polymerisate weisen in der Regel gewichstmittlere Molekulargewichte Mw von < 200.000, bevorzugt < 120.000, besonders bevorzugt < 50.000 Daiton auf. Die Größe der Aggregate bestehend aus Polymerisat kann vorzugsweise in an sich bekannter Weise durch Einführung von hydrophilen Gruppen HG am Polymerisat bewerkstelligt werden. The water-dispersible and / or water-soluble polymers have a gradient in the concentration of covalently bonded hydrophilic groups HG along the polymer backbone and carry ligands A, which form chelates with the metal ions liberated upon corrosion of the substrate, as well as crosslinking functional groups B with them themselves and / or with further functional groups C to crosslinkers V covalent bonds can form. For the purposes of the invention, water-dispersible or water-soluble means that the polymers in the aqueous phase form aggregates with an average particle diameter of <50, preferably <35 and particularly preferably <20 nm, or are dissolved in molecular dispersion. Thus, such aggregates differ significantly in their average particle diameter of Dispersion particles, as described for example in DE-A-37 27 382 or WO-A-96/10461. Molecular dispersions of dissolved polymers generally have weight average molecular weights Mw of <200,000, preferably <120,000, more preferably <50,000 Daiton. The size of the aggregates consisting of polymer can preferably be accomplished in a manner known per se by introduction of hydrophilic groups HG on the polymer.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass die hydrophilen Gruppen HG einen Gradienten in ihrer Konzentration entlang der Polymerhauptkette bilden. Der Gradient ist durch ein Gefälle in der räumlichen Konzentration der hydrophilen Gruppen entlang der Polymerhauptkette definiert. Essential for the invention is that the hydrophilic groups HG form a gradient in their concentration along the main polymer chain. The gradient is defined by a slope in the spatial concentration of the hydrophilic groups along the polymer backbone.
Der Gradient wird vorzugsweise durch geeignete Anordnung monomerer Einheiten, welche das Polymer aufbauen und welche hydrophile Gruppen und/oder Gruppen, bei welchen hydrophile Gruppen HG erzeugt werden können, tragen, in an sich bekannter Weise erzeugt. The gradient is preferably generated by suitable arrangement of monomeric units which make up the polymer and which hydrophilic groups and / or groups in which hydrophilic groups HG can be generated, in a manner known per se.
Bevorzugte hydrophile Gruppen HG am Polymerisat sind ionische Gruppen wie insbesondere Sulfat-, Sulfonat-, Sulfonium-, Phosphat-, Phosphonat-, Phosphonium-, Ammonium- und/oder Carboxylatgruppen sowie nicht-ionische Gruppen, wie insbesondere Hydroxyl-, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Amin-, Amidgruppen und/oder oligo- oder poiyalkoxy-Substituenten, wie vorzugsweise ethoxylierte oder propoxylierte Substituenten, welche mit weiteren Gruppen verethert sein können. Die hydrophilen Gruppen HG können mit den nachstehend beschriebenen Liganden A und/oder vernetzenden funktionellen Gruppen B bzw. B' identisch sein. Preferred hydrophilic groups HG on the polymer are ionic groups such as in particular sulfate, sulfonate, sulfonium, phosphate, phosphonate, phosphonium, ammonium and / or carboxylate groups and nonionic groups, such as in particular hydroxyl, primary, secondary and or tertiary amine, amide and / or oligo- or polyalkoxy substituents, such as preferably ethoxylated or propoxylated substituents, which may be etherified with further groups. The hydrophilic groups HG may be identical to the ligands A and / or crosslinking functional groups B and B 'described below.
Die Zahl der hydrophilen Gruppen HG am Polymerisat hängt vom Soivatationsvermögen und der sterischen Zugänglichkeit der Gruppen HG ab und kann vom Fachmann ebenfalls in an sich bekannter Weise eingesteiit werden. The number of hydrophilic groups HG on the polymer depends on the Soivatationsvermögen and the steric accessibility of the groups HG and can also be eingeeiit by the skilled person in a conventional manner.
Als Polymerrückgrat der Polymerisate können an sich beliebige Polymerisate eingesetzt werden, vorzugsweise solche mit gewichtsmittleren Molekulargewichten Mw von 500 bis 50.000 Daiton, besonders bevorzugt mit Molekulargewichten Mw von 700 bis 20.000 Daiton. Als Polymerrückgrat werden Poiy(meth)acryiate eingesetzt. Die Polymerisate können linear, verzweigt oder dendritisch aufgebaut sein. As the polymer backbone of the polymers it is possible to use any desired polymers, preferably those having weight-average molecular weights Mw of 500 to 50,000 Daiton, more preferably having molecular weights Mw of 700 to 20,000 Daiton. The polymer backbone used is poly (meth) acrylate used. The polymers can be linear, branched or dendritic.
Die Polymerisate sind vorzugsweise im sauren pH-Bereich hydroiysestabil, insbesondere bei pH-Werten < 5, besonders bevorzugt bei pH-Werten < 3. The polymers are preferably stable to hydrolysis in the acidic pH range, in particular at pH values <5, particularly preferably at pH values <3.
Ais Liganden A, die Metalüonen-koordinierende Gruppen enthalten, sind alle Gruppen oder Verbindungen geeignet, weiche mit den bei der Korrosion des Substrats freigesetzten Metaliionen Chelate bilden können. In der Regel sind die Liganden A statistisch im Polymerisat verteilt. Besonders bevorzugte Liganden enthalten As ligands A containing metal-ion coordinating groups, all groups or compounds capable of forming chelates with the metal ions released upon corrosion of the substrate are suitable. As a rule, the ligands A are randomly distributed in the polymer. Particularly preferred ligands included
- gegebenenfalls funktionalisierte Harnstoffe und/oder Thiohamstoffe, insbesondere Acyithiohamstoffe wie beispielsweise Benzoylthioharnstoff,  optionally functionalized ureas and / or thioureas, especially acylithiureas such as benzoylthiourea,
- gegebenenfalls funktionalisierte Amine und/oder Polyamine, wie insbesondere EDTA,  optionally functionalized amines and / or polyamines, in particular EDTA,
- gegebenenfalls funktionalisierte Amide, insbesondere Carbonsäureamide  - Optionally functionalized amides, especially carboxylic acid amides
- Imine und Imide, wie insbesondere iminfunktionaüsierte Pyridine,  Imines and imides, in particular iminfunktionaüsierte pyridines,
- Oxime, bevorzugt 1 ,2-Dioxime wie funktionalisiertes Diacetyldioxim,  Oximes, preferably 1,2-dioximes, such as functionalized diacetyldioxime,
- Organoschwefelverbindungen, wie insbesondere gegebenenfalls funktionalisierte Thiole wie Thioethanol, Thiocarbonsäuren, Thioaidehyde, Thioketone, Dithiocarbamate, Sulfonamide, Thioamide und besonders bevorzugt Sultanate, Organosulfur compounds, in particular optionally functionalized thiols such as thioethanol, thiocarboxylic acids, thioaidehydes, thioketones, dithiocarbamates, sulphonamides, thioamides and particularly preferably sultanates,
- Organophosphorverbindungen, wie insbesondere Phosphate, besonders bevorzugt Phosphorsäureester von (Meth)acrylaten, sowie Phosphonate, besonders bevorzugt Vinylphosphonsäure und hydroxy-, amino- und amidofunktionalisierte Phosphonate,Organophosphorus compounds, in particular phosphates, more preferably phosphoric acid esters of (meth) acrylates, and also phosphonates, particularly preferably vinylphosphonic acid and hydroxy-, amino- and amido-functionalized phosphonates,
- gegebenenfalls funktionalisierte Organoborverbindungen, wie insbesondere Borsäureester, optionally functionalized organoboron compounds, in particular boric acid esters,
- gegebenenfalls funktionalisierte PolyaSkohole, wie insbesondere Kohlenhydrate und deren Derivate sowie Chitosane,  optionally functionalized polyhydric alcohols, in particular carbohydrates and derivatives thereof, and chitosans,
- gegebenenfalls funktionalisierte Säuren, wie insbesondere Di- und/oder oligofunktionelle Säuren, oder gegebenenfalls funktionalisierte (Poly)carbonsäuren, wie insbesondere Carbonsäuren, die ionisch und/oder koordinativ an Metallzentren gebunden werden können, bevorzugt (Poly)methacrylate mit Säuregruppen oder dioder oligofunktionelle Säuren,  - Optionally functionalized acids, such as in particular di- and / or oligofunctional acids, or optionally functionalized (poly) carboxylic acids, in particular carboxylic acids which can be bound ionically and / or coordinately to metal centers, preferably (poly) methacrylates with acid groups or dioder oligofunktionelle acids .
- gegebenenfalls funktionalisierte Carbene, - Acety!acetonate, optionally functionalized carbenes, Acetic! Acetonates,
- Gegebenenfalls funktionalisierte Heterocyclen, wie Chinoline, Pyridine, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine, Pyrimidine Pyrrole, Furane, Thiophene, Irnidazole, Benzimidazole, bevorzugt Mercaptobenzimidazole, Benzthiazole, Oxazole, Thiazoie, Pyrazole oder auch Indole,  Optionally functionalized heterocycles, such as quinolines, pyridines, in particular imin-functionalized pyridines, pyrimidines, pyrroles, furans, thiophenes, iridazoles, benzimidazoles, preferably mercaptobenzimidazoles, benzothiazoles, oxazoles, thiazoles, pyrazoles or also indoles,
- gegebenenfalls funktionalisierte Acetyiene, sowie  - optionally functionalized acetylenes, as well as
- Phytinsäure und deren Derivate.  - phytic acid and its derivatives.
Als vernetzende funktionelle Gruppen B am Polymerisat sind solche geeignet, die mit sich selbst und/oder mit komplementären funktionellen Gruppen B' kovalente Bindungen ausbilden können. In der Regel sind die vernetzenden funktionellen Gruppen B statistisch über das Polymerisat verteilt. Bevorzugt werden die kovalenten Bindungen thermisch und/oder durch Einwirkung von Strahlung ausgebildet. Besonders bevorzugt werden die kovalenten Bindungen thermisch ausgebildet. Die vernetzenden funktionellen Gruppen B und B' bewirken die Ausbildung eines intermolekularen Netzwerks zwischen den Molekülen des Polymerisats. Suitable crosslinking functional groups B on the polymer are those which can form covalent bonds with themselves and / or with complementary functional groups B '. As a rule, the crosslinking functional groups B are randomly distributed over the polymer. The covalent bonds are preferably formed thermally and / or by the action of radiation. Particularly preferably, the covalent bonds are formed thermally. The crosslinking functional groups B and B 'cause the formation of an intermolecular network between the molecules of the polymer.
Thermisch vernetzende funktionelle Gruppen B können mit sich selbst oder vorzugsweise mit komplementären vernetzenden funktionellen Gruppen B' unter Einwirkung von thermischer Energie kovalente Bindungen ausbilden. Thermally crosslinking functional groups B can form covalent bonds with themselves or preferably with complementary crosslinking functional groups B 'under the influence of thermal energy.
Besonders gut geeignete thermisch vernetzende funktionelle Gruppen B und B' sindParticularly suitable thermal crosslinking functional groups B and B 'are
- besonders bevorzugt Hydroxylgruppen - Particularly preferably hydroxyl groups
- ercapto- und Aminogruppen,  ercapto and amino groups,
- Aldehydgruppen, - aldehyde groups,
- Azidgruppen,  - azide groups,
- Säuregruppen, insbesondere Carbonsäuregruppen,  Acid groups, in particular carboxylic acid groups,
- Säureanhydridgruppen, insbesondere Carbonsäureanhydridgruppen,  Acid anhydride groups, in particular carboxylic anhydride groups,
- Säureestergruppen, insbesondere Carbonsäureestergruppen,  Acid ester groups, in particular carboxylic acid ester groups,
- Ethergruppen, Ether groups,
- besonders bevorzugt Carbamatgruppen,  particularly preferably carbamate groups,
- Harnstoffgruppen,  - urea groups,
- Epoxidgruppen, - besonders bevorzugt Isocyanatgruppen, welche ganz besonders bevorzugt mit Blockierungsmitteln umgesetzt sind, welche bei den Einbrenntemperaturen der Beschächtungsmittel deblockieren und in das sich bildende Netzwerk eingebaut werden. - epoxide groups, - Particularly preferably isocyanate groups, which are very particularly preferably reacted with blocking agents which deblockieren at the stoving temperatures of the Verstächtungsmittel and incorporated into the network forming.
Besonders bevorzugte Kombinationen aus thermisch vernetzenden Gruppen B und komplementären Gruppen B' sind: Particularly preferred combinations of thermally crosslinking groups B and complementary groups B 'are:
- Hydroxylgruppen mit Isocyanat- und/oder Carbamaigruppen,  Hydroxyl groups with isocyanate and / or carbamayl groups,
- Aminogruppen mit Isocyanat- und/oder Carbamatgruppeo,  Amino groups with isocyanate and / or carbamate group,
- Carbonsäuregruppen mit Epoxidgruppen. - Carboxylic acid groups with epoxide groups.
Besonders bevorzugte Polymerisate enthalten Mischpolymerisate, herstellbar durch ein- oder mehrstufige, radikalische Copolymerisation im wässrigen Medium von a) mindestens einem olefinisch ungesättigten Monomer (a) mit einer Metaliionen- koordinierenden Gruppe, Particularly preferred polymers comprise copolymers which can be prepared by single-stage or multistage radical copolymerization in the aqueous medium of a) at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion-coordinating group,
b) mindestens einem vom Monomer (a) verschiedenen olefinisch ungesättigten Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B, b) at least one olefinically unsaturated monomer (b) other than monomer (a) having a crosslinking group B,
c) Diphenyletyhien und c) diphenylethyls and
d) gegebenenfalls mindestens einem von den olefinisch ungesättigten Monomeren (a), (b) und (c) verschiedenen olefinisch ungesättigten Monomer der allgemeinen Formel I d) if appropriate at least one of the olefinically unsaturated monomers (a), (b) and (c) different olefinically unsaturated monomer of the general formula I.
R1 R2C CR3R4 (I) R 1 R 2 C CR 3 R 4 (I)
.worin die Reste R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoffatome oder substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkylcycloalkyl-, Cycloalkylalkyl-, Aryk Alkylaryl-, Cycloalkylaryi-, Arylalkyi- oder Arylcycloalkyireste stehen, mit der Massgabe, dass mindestens zwei der Variablen R1 , R2, R3 und R4 für substituierte oder unsubstituierte Aryl-, Arylalkyi- oder Arylcycloalkyireste, insbesondere substituierte oder unsubstituierte Arylreste, stehen. Geeignete hydrophile Monomere, die sowohl als Monomer (a) als auch als Monomere (b) geeignet sein können, enthalten mindestens eine hydrophile Gruppe HG, die bevorzugt aus der Gruppe, bestehend aus Sulfat-, Suifonat-, Suifonium-, Phosphat-, Phosphonat-, Phosphonium-, Ammonium- und/oder Carboxylatgruppen sowie Hydroxyl-, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Amin-, Amidgruppe und/oder oiigo oder polyalkoxy-Substituenten, wie vorzugsweise ethoxyüerte oder propoxylierte Substituenten, welche mit weiteren Gruppen verethert sein können, ausgewählt sind. Beispiele gut geeigneter hydrophiler Monomere sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Itacon säure und deren Salze, bevorzugt Acrylsäure und Methacrylsäure, olefinisch ungesättigte Suifon-, Schwefel-, Phosphor- oder Phosphonsäuren, deren Satze und/oder deren Teiiester. Weiterhin gut geeignet sind olefinisch unsgesättigte Sulfonium- und Phosphoniumverbindungen. Weiterhin gut geeignet sind Monomere, die mindestens eine Hydroxylgruppe oder Hydroxymethylaminogruppe pro Molekül tragen und im wesentlichen säuregruppenfrei sind, wie insbesondere Hydroxyalky!ester von alpha, beta-olefinisch ungesättigten Carbonsäuren, wie Hydroxyalkylester der Acrylsäure, Methacrylsäure und Ethacrylsäure, in denen die Hydroxyalkylgruppe bis zu 20 Kohlenstoffatome enthält, wie bevorzugt 2- Hydroxyethyh 2-Hydroxypropyl-, 3-Hydroxypropyi-, 3-Hydroxybutyl-, 4- Hydroxybutylacrylat, -methacrylat, Formaldehydaddukte von Aminoalkylestern von alpha, beta-olefinisch ungesättigten Carbonsäuren und von alpha, eta-ungesättigten Carbonsäureamiden, wie N-Methylol- und ,N-Dimethy!ol-aminoethylacrylat, - aminoethyimethacrylat, -acrylamid und -methacrylamid. Als Amingruppen-haltige Monomere sind geeignet; 2-Aminoethylacrylat und -methacrylat, N-Methyl- und N,N- Dimethyl-aminoethylacrylat, oder Ailylamin. Ais Amidgruppenhaltige Monomere werden bevorzugt Amide von alpha, beta-olefinisch ungesättigten Carbonsäuren, wie (Meth)Acrylsäureamid, bevorzugt N-Methyl- oder N , -Dimethy l(meth)acryisäureamid , eingesetzt. Als ethoxyüerte oder propoxylierte Monomere werden bevorzugt Acryl- und/oder Methacrylsäureester von Polyethylenoxid- und/oder Polypropylenoxid- Einheiten eingesetzt, deren Ketteniänge vorzugsweise zwischen 2 und 20 Ethylenoxid- oder Propylenoxid-Bausteinen beträgt. .worin the radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or substituted or unsubstituted alkyl, cycloalkyl, alkylcycloalkyl, cycloalkylalkyl, Aryk alkylaryl, Cycloalkylaryi-, Arylalkyi- or Arylcycloalkyireste stand, with with the proviso that at least two of the variables R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are substituted or unsubstituted aryl, Arylalkyi- or Arylcycloalkyireste, in particular substituted or unsubstituted aryl radicals. Suitable hydrophilic monomers which may be suitable both as monomer (a) and as monomers (b) contain at least one hydrophilic group HG, which preferably consists of the group consisting of sulfate, suifonate, suifonium, phosphate, phosphonate -, phosphonium, ammonium and / or carboxylate groups and hydroxyl, primary, secondary and / or tertiary amine, amide group and / or oiigo or polyalkoxy substituents, such as preferably ethoxyüerte or propoxylated substituents which may be etherified with other groups selected. Examples of suitable hydrophilic monomers are acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid and salts thereof, preferably acrylic acid and methacrylic acid, olefinically unsaturated sulfonic, sulfuric, phosphoric or phosphonic acids, their rates and / or their Teiiester. Also suitable are olefinically unsaturated sulfonium and phosphonium compounds. Also very suitable are monomers which carry at least one hydroxyl group or hydroxymethylamino group per molecule and are essentially free of acid groups, in particular hydroxyalkyl esters of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids, such as hydroxyalkyl esters of acrylic acid, methacrylic acid and ethacrylic acid, in which the hydroxyalkyl group is up to Contains 20 carbon atoms, preferably 2-hydroxyethyl 2-hydroxypropyl, 3-hydroxypropyl, 3-hydroxybutyl, 4-hydroxybutyl acrylate, methacrylate, formaldehyde adducts of aminoalkyl esters of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids and alpha, eta-unsaturated carboxylic acid amides such as N-methylol- and, N-dimethylol-aminoethyl acrylate, -aminoethyimethacrylate, -acrylamide and -methacrylamide. As amine group-containing monomers are suitable; 2-aminoethyl acrylate and methacrylate, N-methyl and N, N-dimethyl-aminoethyl acrylate, or ailylamine. As amide group-containing monomers are preferably amides of alpha, beta-olefinically unsaturated carboxylic acids, such as (meth) acrylic acid amide, preferably N-methyl or N, -Dimethy l (meth) acryisäureamid used. Preferred ethoxy-containing or propoxylated monomers are acrylic and / or methacrylic acid esters of polyethylene oxide and / or polypropylene oxide units whose chain length is preferably between 2 and 20 ethylene oxide or propylene oxide building blocks.
Vorteilhafte Beispiele gut geeigneter Monomere (a) sind olefinisch ungesättigte Monomere, welche die vorstehend beschriebenen Liganden A als Substituenten aufweisen. Beispiele geeigneter Monomerer (a) sind Ester und/oder die Amide der Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure, insbesondere der Acryl- und/oder der Methacrylsäure, welche die Liganden A in Ester- und/oder Amidrest aufweisen. Als Liganden A werden bevorzugt gegebenenfalls funktionalisierte Harnstoff und/oder Thioharnstoffsubtituenten, gegebenenfalls funktionalisierte Amin- und/oder Polyaminsubtiuenten, Imin- und Imidsubstituenten, wie insbesondere iminfunktionalisierte Pyridine, Oximsubstituenten, bevorzugt 1 ,2-Dioxime wie funktionalisfertes Diacetyldioxim, Organoschwefelsubsfituenten, wie insbesondere ableitbar aus gegebenenfalls funktionatisierten Thiolen wie Thioethanol, Thiocarbonsäuren, Thioaldehyde, Thioketone, Dithiocarbamate, Sulfonamide, Thioamide und besonders bevorzugt Sulfonate, Organophosphorsubstituenten, wie insbesondere ableitbar aus Phosphaten, besonders bevorzugt Phosphorsäureestern von (Meth)acrylaten, sowie Phosphonaten, besonders bevorzugt Vinylphosphonsäuren und hydroxy-, amino- und amidofunktionalisierte Phosphonaten, gegebenenfalls funktionalisierte Organoborsubstituenten, wie insbesondere ableitbar von Borsäureestern, gegebenenfalls funktionalisierte Polyalkoholsubstituenten, wie insbesondere ableitbar aus Kohlenhydraten und deren Derivaten sowie Chitosanen, gegebenenfalls funktionalisierte Säuresubstituenten, wie insbesondere ableitbar aus di- und/oder oligofunktionellen Säuren, oder gegebenenfalls funktionalisierten (Poly)carbonsäu ren , wie insbesondere Carbonsäuren, die ionisch und/oder koordinativ an Metallzentren gebunden werden können, bevorzugt (Poly)methacrylate mit Säuregruppen oder di- oder oligofunktionelle Säuren, Substutuenten mit gegebenenfalls funktionalisierten Carbene, Acetylacetonaten, gegebenenfalls funktionalisierte Acetylene, sowie Phytinsäuren und deren Derivate. Advantageous examples of suitable monomers (a) are olefinically unsaturated monomers which have the above-described ligands A as substituents. Examples of suitable monomers (a) are esters and / or the amides of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, in particular of acrylic and / or methacrylic acid, which have the ligands A in the ester and / or amide radical , Preferred ligands A are optionally functionalized urea and / or Thiourea substituents, optionally functionalized amine and / or Polyaminsubtiuenten, imine and imide substituents, in particular iminfunktionalisierte pyridines, oxime substituents, preferably 1, 2-dioximes such as functionalized Diacetyldioxim, Organosschwefelsubsfituenten, such as in particular derived from optionally functionalized thiols such as thioethanol, thiocarboxylic acids, thioaldehydes, thioketones , Dithiocarbamate, sulfonamides, thioamides and particularly preferably sulfonates, organophosphorus, such as in particular derivable from phosphates, more preferably phosphoric acid esters of (meth) acrylates, and phosphonates, particularly preferably vinylphosphonic and hydroxy-, amino- and amido-functionalized phosphonates, optionally functionalized Organoborsubstituenten, in particular derivable from boric acid esters, optionally functionalized polyalcohol substituents, in particular derivable from carbohydrates and derivatives thereof and chitosans, g if appropriate, functionalized acid substituents, such as in particular derivable from di- and / or oligofunctional acids, or optionally functionalized (poly) carboxylic acids, in particular carboxylic acids which can be bound ionically and / or coordinately to metal centers, preferably (poly) methacrylates with acid groups or di - or oligofunctional acids, substituents with optionally functionalized carbenes, acetylacetonates, optionally functionalized acetylenes, and phytic acids and derivatives thereof.
Vorteilhafte Beispiele gut geeigneter Monomerer (b) sind olefinisch ungesättigte Monomere, welche die vorstehend beschriebenen Gruppen B als Substituenten aufweisen. Beispiele geeigneter Monomerer (b) sind Ester und/oder die Amide der Acryisäure, Methacrylsäure, Eihacryisäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure oder itaconsäure, insbesondere der Acryl- und/oder der Methacrylsäure, welche die vernetzenden Gruppen B in Ester- und/oder Amidrest aufweisen. Als vernetzende Gruppen B werden besonders bevorzugt Hydroxylgruppen, sowie beispielsweise Mercapto- und Aminogruppen, Aidehydgruppen, Azidgruppen, Säuregruppen, insbesondere Carbonsäuregruppen, Säureanhydridgruppen, insbesondere Carbonsäureanhydridgruppen, Säureestergruppen, insbesondereAdvantageous examples of well-suited monomers (b) are olefinically unsaturated monomers which have the above-described groups B as substituents. Examples of suitable monomers (b) are esters and / or the amides of acrylic acid, methacrylic acid, eihacryic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid or itaconic acid, in particular of acrylic and / or methacrylic acid, which contain the crosslinking groups B in the ester and / or amide radical exhibit. As crosslinking groups B are particularly preferably hydroxyl groups, and for example mercapto and amino groups, Aidehydgruppen, azide groups, acid groups, especially carboxylic acid groups, acid anhydride groups, in particular carboxylic anhydride groups, acid ester groups, in particular
Carbonsäureestergruppen, Ethergruppen, besonders bevorzugt Carbamatgruppen, beispielsweise Harnstoffgruppen, Epoxidgruppen, sowie besonders bevorzugt Isocyanatgruppen, weiche ganz besonders bevorzugt mit Blockierungsmitteln umgesetzt sind, welche bei den Einbre ntemperaturen der Beschichtungsmitteln deblockieren und in das sich bildende Netzwerk eingebaut werden. Die Monomeren (a) sind solchermassen im Polymerisat angeordnet, dass sich der schon beschriebene Gradient der hydrophilen Gruppen HG entlang der Polymerhauptkette ergibt. Dies ergibt sich in der Regel durch die spezifischen Gopolymerisationsparameter der unterschiedlichen Monomeren (a), (b), (c), und gegebenenfalls (d) im wässrigen Reaktionsmedium, Die vorgenannten Monomeren (a) und (b) sind vorzugsweise statistisch entlang der Polymerhauptkette angeordnet Aus den vorstehenden Aufführung der beispielhaft genannten Monomeren (a) und (b) geht hervor, dass die hydrophilen Gruppen HG, die Liganden A sowie die vernetzenden Gruppen B teilweise oder völlig identisch sein können. In diesem Fall weisen dann auch die Liganden A und die vernetzenden funktionellen Gruppen B in der Regel einen Gradienten entlang der Polymerhauptkette auf. Carboxylic acid ester groups, ether groups, particularly preferably carbamate groups, for example urea groups, epoxide groups, and particularly preferably Isocyanate groups, which are very particularly preferably reacted with blocking agents which deblock at the Einre ntemperaturen the coating compositions and are incorporated into the network forming. The monomers (a) are arranged in the polymer in such a way that the already described gradient of the hydrophilic groups HG results along the main polymer chain. This is generally due to the specific copolymerization parameters of the different monomers (a), (b), (c), and optionally (d) in the aqueous reaction medium. The aforementioned monomers (a) and (b) are preferably random along the polymer backbone It is apparent from the above performance of the monomers (a) and (b) exemplified that the hydrophilic groups HG, the ligands A and the crosslinking groups B can be partially or completely identical. In this case, then also the ligands A and the crosslinking functional groups B usually have a gradient along the polymer main chain.
Als Monomere (d), welche nur nicht unbedingt verwendet werden müssen, aber deren Verwendung vorteilhaft ist, werden Verbindungen der allgemeinen Formel I verwendet, In der allgemeinen Formel I stehen die Reste R , R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoffatome oder substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkylcycloalkyl-, Cycloalkylalkyi-, Aryl-, Alkylaryl-, Cycloalkylaryl-, Ary!alkyl- oder Arylcycloa!kyireste, mit der Maßgabe, dass mindestens zwei der Variablen R1, R2, R3 und R4 für substituierte oder unsubstituierte Aryl-, Arylalkyl- oder Ärylcycloalkylreste, insbesondere substituierte oder unsubstituierte Arylreste, stehen. Beispiele geeigneter Reste R1, R2, R3 und R4 sind des Weiteren beispielsweise in der DE-Ä-198 58 708 beschrieben. As monomers (d), which need not necessarily be used but whose use is advantageous, compounds of the general formula I are used. In the general formula I, the radicals R, R 2 , R 3 and R 4 are each independently Hydrogen atoms or substituted or unsubstituted alkyl, cycloalkyl, alkylcycloalkyl, cycloalkylalkyi, aryl, alkylaryl, cycloalkylaryl, arylalkyl or arylcycloalkyl radicals, with the proviso that at least two of the variables R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are substituted or unsubstituted aryl, arylalkyl or arylcycloalkyl radicals, in particular substituted or unsubstituted aryl radicals. Examples of suitable radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are further described, for example, in DE-A-198 58 708.
Beispiele für besonders bevorzugt verwendete Monomere (d) sind Dinaphthalinethylen, eis- oder trans-Stilben, Vinyltden-bis(4-N,N- dimethylaminobenzol), Vinyliden-bis(4-amtnobenzol) oder Vinyliden-bis(4- nitrobenzoi). Examples of particularly preferably used monomers (d) are dinaphthylene, cis- or trans-stilbene, vinyl-bis-bis (4-N, N-dimethylaminobenzene), vinylidene bis (4-amtnobenzol) or vinylidene bis (4-nitrobenzoi).
Bei der Herstellung der Mischpolymerisate wird vorzugsweise die Mischung aller Monomere gleichzeitig in die Wasserphase eindosiert, wobei der Gradient an hydrophilen Gruppen entlang der Polymerkette durch die Ausbildung von Oligo- oder Polymeren mit anfangs hoher Konzentration an hydrophilen Gruppen entlang der Polymerkette einstellt und wobei im Laufe des weiteren Kettenwachstums die Zahl der hydrophilen Gruppen entlang der Polymerkette abnimmt. Das Konzentrationsgefälle der hydrophilen Gruppen entlang der Polymerkette kann auch über einen Zulauf von zeitlich und/oder räumlich unterschiedlichen Zusammensetzungen des Monomerengemischs aus (a), (b), (c) und gegebenenfalls (d) in an sich bekannter Weise realisiert werden. Bezüglich der Hersteilung der Mischpolymerisate sei weiterhin auf die Lehren der DE-A-198 58 708, der DE-A-102 06 983 und der DE-A-102 56 226 verwiesen. In the preparation of the copolymers preferably the mixture of all monomers is metered into the water phase simultaneously, wherein the gradient of hydrophilic groups along the polymer chain by the formation of oligo- or polymers with initially high concentration of hydrophilic groups along the polymer chain sets and wherein in the course of further chain growth, the number of hydrophilic groups along the polymer chain decreases. The concentration gradient of the hydrophilic groups along the polymer chain can also be realized via an inlet of temporally and / or spatially different compositions of the monomer mixture of (a), (b), (c) and optionally (d) in a manner known per se. With regard to the preparation of the copolymers, reference should also be made to the teachings of DE-A-198 58 708, DE-A-102 06 983 and DE-A-102 56 226.
Vorteilhaft wird mindestens ein Polymer verwendet, das mindestens ein ungesättigtes Alkoxysiian-Monomer, vorzugsweise mindestens ein Vinylaikoxysilan- Monomer, insbesondere Triethoxyvinylsilan neben anderen Monomeren einpolymerisiert enthält. Der Einbau von Silan-haltigen Monomeren erhöht die Hafteigenschaften des Polymers, vor allem die Substrathaftung auf Metallen und Metalloxiden. Advantageously, at least one polymer is used which contains at least one unsaturated alkoxysilane monomer, preferably at least one vinylaikoxysilane monomer, in particular triethoxyvinylsilane, copolymerized in addition to other monomers. The incorporation of silane-containing monomers increases the adhesive properties of the polymer, especially the substrate adhesion to metals and metal oxides.
Vorteilhaft hat die wässrige Polymerdispersion einen Festkörperanteil von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 2 bis 3 Gew.-%. Advantageously, the aqueous polymer dispersion has a solids content of 1 to 10 wt .-%, preferably 1 to 5 wt .-%, in particular 2 to 3 wt .-%.
Es ist ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass keine ganzfiächige Beschächtung des Substrates erfolgt, sondern selektiv die Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen beschichtet werden. Hierdurch wird eine erhebliche Materialeinsparung erzielt und trotzdem ein guter Korrosionsschutz erreicht Die Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen sind in der Regel der Ausgangspunkt für Korrosion. Durch ihre Blockierung mittels der Abscheidung des Polymers wird ein guter Korrosionsschutz erhalten. Die Erfindung betrifft auch ein autophoretisches Beschichtungsmittel für das erfindungsgemäße Verfahren. Die Zusammensetzung des Beschichtungsmitteis entspricht derjenigen, die in Zusammenhang mit der Beschreibung des Verfahrens beschrieben wurde. Die Erfindung betrifft auch eine Mehrschichtlackierung, die eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schicht und mindestens eine weitere Lackschicht, die auf der autophoretisch abgeschiedenen Schicht aufgebracht ist, umfasst. It is a significant advantage of the present invention that there is no integral substrate saturation but selective coating of the grain boundaries and surface defect structures. As a result, a considerable saving of material is achieved and nevertheless a good corrosion protection is achieved. The grain boundaries and surface defect structures are generally the starting point for corrosion. By their blocking by means of the deposition of the polymer, a good corrosion protection is obtained. The invention also relates to an autodepositing coating composition for the process according to the invention. The composition of the coating agent corresponds to that which has been described in connection with the description of the process. The invention also relates to a multi-layer coating which comprises a layer produced according to the method according to the invention and at least one further lacquer layer which is applied to the autodeposited layer.
Die Bestimmung des Festkörpergehaltes erfolgte bei 120°C für 60 Minuten, Was danach zurückgeblieben ist, entspricht dem Festkörper im untersuchten System. The determination of the solids content was carried out at 120 ° C for 60 minutes, What remained after, corresponds to the solid in the system under study.
Die SEM (Scanning Electron Mircoscope)-Aufnahmen und das Element-Mapping mittels EDX (Energy Dispersive X-Ray Analysis) wurden mit einem handelüblichen SEM-Gerät durchgeführt. Die SEM-Aufnahmen wurden bei 3 kV mit einer Entfernung von 5 mm gemessen. Das Element-Mapping erfolgte bei 6 kV und einer Entfernung von 5 mm. SEM (Scanning Electron Mircoscope) images and Element Mapping by EDX (Energy Dispersive X-Ray Analysis) were performed with a commercial SEM instrument. The SEM images were measured at 3 kV with a distance of 5 mm. The element mapping was at 6 kV and a distance of 5 mm.
Das Potential-Mapping wurde mittels SKPFM (Scanning Kelvin Probe Force Microscope) mit einem handelsüblichen AFM-Gerät durchgeführt. Die Entfernung der AFM-Spitze zur Substratoberfläche betrug 100nm bei einer Anregungsspannung von 500 mV und einer Frequenz von 60 bis 80 kHz. The potential mapping was performed by means of SKPFM (Scanning Kelvin Probe Force Microscope) with a commercially available AFM instrument. The removal of the AFM tip to the substrate surface was 100 nm at an excitation voltage of 500 mV and a frequency of 60 to 80 kHz.
Zahlenmittlere und gewichtsmittlere Molekulargewichte Mn und Mw wurden mittels GPC (Gel-Permeations-Chromatographie) in Tetrahydrofuran (THF) bei 25°C gegen Polystyrol als Standard gemessen. Number average and weight average molecular weights Mn and Mw were measured by GPC (gel permeation chromatography) in tetrahydrofuran (THF) at 25 ° C against polystyrene as standard.
Herstellungsbeispiel von Polymerdispersionen P1 - P3 Production example of polymer dispersions P1-P3
Sn einem 2000-ml-Gl.asreaktor mit Ankerrührer werden die Positionen der ersten Reaktionsstufe vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 70°C erwärmt. Nach Erreichen der Temperatur wird über einen Zeitraum von 20 Min. die initfatorlösung zugegeben und die Temperatur für weitere 2,5 Stunden konstant gehalten. Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf 90°C erwärmt und nach Erreichen dieser Reaktionstemperatur das Monomergemisch der zweiten Stufe über einen Zeitraum von 2 Stunden zugegeben. Die Nachreaktionszeit beträgt bei 90°C weiter 2 Stunden. Die Zusammensetzung der einzelnen Stufen ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Die Angaben bedeuten Gewichtsanteile.  The positions of the first reaction stage are introduced into a 2000 ml glass reactor with anchor agitator and heated to 70 ° C. under a nitrogen atmosphere. After the temperature has been reached, the initiator solution is added over a period of 20 minutes and the temperature is kept constant for a further 2.5 hours. Subsequently, the reaction mixture is heated to 90 ° C and after reaching this reaction temperature, the monomer mixture of the second stage is added over a period of 2 hours. The post-reaction time at 90 ° C is still 2 hours. The composition of the individual stages is given in the following Table 1. The figures mean parts by weight.
Tabelle 1 : Table 1 :
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Poiymerdispersion PI hat ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 58000 Dalton und gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw von 110000 Dalton. Polymer dispersion PI has a number average molecular weight Mn of 58,000 daltons and weight average molecular weight Mw of 110,000 daltons.
Herstellungsbeispiel für ein vorbehandeltes Substrat SK Production example of a pretreated substrate SK
Das Substrat, ein feuerverzinktes Stahlblech (HDG-Stahl DX 53D + Z 100 NA 0.6mm von Voestalpine AG, Linz, Österreich), wird in einem dreistufigem Lösemittelreinigungsprozess entfettet und gereinigt. Die Reinigung mit Tetrahydrofuran, Isorpropanoi und Ethanol erfolgt für jeweils 10 Min im Ultraschalfbad, Nach jedem Reinigungsschritt wird das Substrat im Stickstoffstrom getrocknet. The substrate, a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel DX 53D + Z 100 NA 0.6mm from Voestalpine AG, Linz, Austria), is degreased and cleaned in a three-stage solvent cleaning process. The cleaning with Tetrahydrofuran, Isorpropanoi and ethanol are each for 10 min in Ultraschallalfbad, After each cleaning step, the substrate is dried in a stream of nitrogen.
Herstetlungsbeispiel für ein vorbehandeites Substrat SF Production example for a pretreated substrate SF
Das Substrat, ein feuerverzinktes Stahlblech (HDG-Stahl DX 53D + Z 100 NA 0.6mm von Voestalpine AG, Linz, Österreich), wird 5 Min bei 55°C in einer alkalischen Reinigungslösung (Rtdoline C72 von Henkel) gereinigt und danach mit destilliertem Wasser abgespült.  The substrate, a hot-dip galvanized steel sheet (HDG steel DX 53D + Z 100 NA 0.6 mm from Voestalpine AG, Linz, Austria), is cleaned for 5 min at 55 ° C in an alkaline cleaning solution (Rtdoline C72 from Henkel) and then with distilled water rinsed.
Herstellungsbeispiel für eine autophoretische Beschichtung an den Komgrenzen und Oberflächendefekten eines Substrates BK1 - BKS Production example for an autodeposition coating at the grain boundaries and surface defects of a substrate BK1 - BKS
Zur Abscheidung der Polymerdispersionen P1 bis P3 wurden die Dispersionen mittel 0,1 n HNO3 jeweils auf einen Feskörperanteil von 2,5 Gew.-% und einen pH-Wert von 2,5 eingestellt. Durch Eintauchen des Substrat SK in die Polymerdispersionen P1 bis P3 für 30s wurden die an den Komgrenzen und Oberflächendefekten autophoretisch beschichteten Substrate BK1- BK3 erhalten. For the deposition of the polymer dispersions P1 to P3, the dispersions were adjusted by means of 0.1 N HNO 3 in each case to a solids content of 2.5% by weight and a pH of 2.5. By immersing the substrate SK in the polymer dispersions P1 to P3 for 30 seconds, the substrates BK1-BK3 which were autodeposited at grain boundaries and surface defects were obtained.
Vergleichsbeispiel für eine flächendeckende autophoretische Beschichtung BF1 - BF2 Comparative Example for a Nationwide Autophoretic Coating BF1 - BF2
Zur Abscheidung der Polymerdispersionen PI und P2 wurden die Dispersionen mittel 0,1 n HN03 jeweils auf einen Festkörperanteil von 2,5 Gew.-% und einen pH- Wert von 2,5 eingestellt. Das Substrat SF wurde für 30s in die Polymerdispersion P1 bis P3 eingetaucht. To deposit the polymer dispersions PI and P2, the dispersions were adjusted to a solids content of 2.5% by weight and a pH of 2.5 using 0.1 N HNO 3 in each case. The substrate SF was immersed in the polymer dispersion P1 to P3 for 30 seconds.
Korrosionstest 1 mit dem Saizsprühnebeitest (DIN EM ISO 9227) Corrosion test 1 with the Saizsprühnebeitest (DIN EM ISO 9227)
Für den Saizsprühnebeitest wurden die autophoretisch beschichteten Substrate BK1 , BK2, BF1 und BF2 jeweils mit dem CoiiCoating-Primer Coiltec Universal P CF von BASF Coatings AG beschichtet. Die Schichtdicke des Primers beträgt in allen Fällen 10 μιη. Die Härtung erfolgte bei 230°C für 30s.  For the Saizsprühnebeitest the autophoretically coated substrates BK1, BK2, BF1 and BF2 were each coated with the CoiiCoating primer Coiltec Universal P CF from BASF Coatings AG. The layer thickness of the primer is 10 μιη in all cases. Curing took place at 230 ° C for 30 seconds.
Als Referenz R1 wurde ein Blech des Substrates S nur mit dem CC-Primer in einer Schichtdicke von 10 pm beschichtet, ohne das vorher eine Korrosionsschicht aufgebracht wurde. Der Salzsprühnebeitest wurde nach DIN EN ISO 9927 durchgeführt. Alle Prüfbleche wurden für 504 Stunden dem Salzsprühnebeitest unterzogen. As reference R1, a sheet of substrate S was coated only with the CC primer in a layer thickness of 10 .mu.m, without previously a corrosion layer was applied. The salt spray test was carried out in accordance with DIN EN ISO 9927. All test panels were subjected to the salt spray test for 504 hours.
Die Auswertung erfolgte in Abwandlung von der DIN, da die Unterwanderung nicht an zehn zufäliigen Stellen entlang des Ritzes gemessen wurde, sondern an den 10 größten Unterwanderungen, In der folgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse angegeben. The evaluation was carried out as a modification of the DIN, since the infiltration was measured not at ten zufäliigen points along the scribe, but at the 10 largest sub-migrations, in the following Table 1, the results are given.
Tabelle 2: Table 2:
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Korrosionstest 2 mit dem Salzsprühnebeitest (DIN EN ISO 9227) Corrosion test 2 with salt spray test (DIN EN ISO 9227)
Für den Salzsprühnebeitest an BK3 wurde das autophoretisch beschichtete Substrat BK3 zuerst mit dem CoilCoating-Primer Coiltec Universal P CF von BASF Coatings AG mit einer Schichtdicke von 5 μητι beschichtet und anschließend mit einem Decklack (CD33-0649) de Schichtdicke 20 pm beschichtet. Bei der Härtung betrug die PMT (peak metall temperature) 245°C.  For the Salzsprühnebeitest to BK3, the autodepositively coated substrate BK3 was first coated with the Coilcoating primer Coiltec Universal P CF BASF Coatings AG with a layer thickness of 5 μητι and then coated with a topcoat (CD33-0649) de layer thickness 20 pm. When cured, the PMT (peak metal temperature) was 245 ° C.
Als Referenz R2 wurde der gieiche Zweischichtlackaufbau wie für BK3 direkt auf ein Blech des Substrates SK aufgebracht. Der Salzsprühnebeitest wurde nach DIN EN ISO 9927 durchgeführt. Alle Prüfbieche wurden für 360 Stunden dem Salzsprühnebeitest unterzogen, die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben. Tabelie 3: As reference R2, the same two-layer lacquer structure as for BK3 was applied directly to a metal sheet of the substrate SK. The salt spray test was carried out in accordance with DIN EN ISO 9927. All test bends were subjected to the salt spray test for 360 hours, the results are given in Table 2 below. Table 3:
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Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zur autophoretischen Besch ichtung eines metallischen Substrats bei einem pH-Wert von 1 bis 4 und einer Eintauchzeit des Substrates von 1 s bis 15 min in eine wässrige Polymerdispersion, die mindestens ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares (Meth)acryS-Block-Copolymer, welches mindestens ein olefinisch ungesättigtes Monomer (a) mit einer Metallionen-koordinierenden Gruppe, mindestens ein von Monomer (a) verschiedenes olefinisch ungesättigtes Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B und Diphenyiethyien einpolymerisiert umfasst, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Substrat vor der autophoretischen Beschichtung nicht mit ätzenden Substanzen behandelt wird. 1. A method for the autodepositing of a metallic substrate at a pH of 1 to 4 and a immersion time of the substrate of 1 s to 15 min in an aqueous polymer dispersion comprising at least one water-soluble and / or water-dispersible (meth) acryS block A copolymer comprising at least one olefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion-coordinating group, at least one of monomer (a) different olefinically unsaturated monomer (b) copolymerized with a crosslinking group B and Diphenyiethyien, characterized in that the metallic Substrate is not treated with corrosive substances prior to autodeposition.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polymerdispersion einen pH-Wert von 2 bis 3, vorzugsweise 2,2 bis 2,8, insbesondere 2,4 bis 2,6 hat. 2. The method according to claim 1, characterized in that the aqueous polymer dispersion has a pH of 2 to 3, preferably 2.2 to 2.8, in particular 2.4 to 2.6.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der wässrigen Polymerdisperston durch eine anorganische Säure eingestellt wurde, vorzugsweiße durch Salpetersäure. 3. The method according to claim 1 to 2, characterized in that the pH of the aqueous polymer dispersion was adjusted by an inorganic acid, preferably white by nitric acid.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchzeit des Substrates in die wässrige Polymerdisperston 1 s bis 1 min, insbesondere 10 s bis 40 s beträgt. 4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the immersion time of the substrate in the aqueous Polymerdisperston 1 s to 1 min, in particular 10 s to 40 s.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein verzinktes, vorzugsweise feuerverzinktes Blech, insbesondere ein feuerverzinktes Stahlblech ist. 5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the substrate is a galvanized, preferably hot-dip galvanized sheet, in particular a hot-dip galvanized steel sheet.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vor der Beschichtung mit mindestens einem Detergens gereinigt wurde, vorzugsweise mit mindestens einem Ether und/oder mindestens einem Alkohol, insbesondere mit einem Ether und/oder mindestens einem Alkohol im Ultraschallbad. 6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the substrate has been cleaned prior to coating with at least one detergent, preferably with at least one ether and / or at least one alcohol, in particular with an ether and / or at least one alcohol in the ultrasonic bath.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer mindestens ein (Meth)acryl-Block-Copolymer eingesetzt wird, welches erhältlich ist durch die radikalische Polymerisation von 7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that at least one (meth) acrylic block copolymer is used as the polymer, which is obtainable by the radical polymerization of
a) mindestens einem otefinisch ungesättigten Monomer (a) mit einer Metallionen- koordinierenden Gruppe, a) at least one otefinically unsaturated monomer (a) having a metal ion coordinating group,
b) mindestens einem vom Monomer (a) verschiedenen oiefinisch ungesättigten Monomer (b) mit einer vernetzenden Gruppe B, b) at least one unsaturated monomer (b) other than monomer (a) having a crosslinking group B,
c) Diphenyletyhlen und c) diphenylethyls and
d) gegebenenfalls mindestens einem von den oiefinisch ungesättigten Monomeren (a), (b) und (c) verschiedenen oiefinisch ungesättigten Monomer der allgemeinend) optionally at least one of the oily unsaturated monomers (a), (b) and (c) different oily unsaturated monomer of the general
Formel I Formula I
R R2C=CR3R4 (I) RR 2 C = CR 3 R 4 (I)
.worin die Reste R\ R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoffatome oder substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Cycioalkyl-, Alkyicycioalkyl-, Cycloalkylalkyl-, Aryi-, Alkylaryh Cycloalkylaryl-, Arylalkyl- oder Arylcycloaikylreste stehen, mit der Massgabe, dass mindestens zwei der Variablen R1, R2, R3 und R4 für substituierte oder unsubstituierte Aryl-, Arylalkyl- oder Arylcycloaikylreste, insbesondere substituierte oder unsubstituierte Arylreste, stehen. .worin the radicals R \ R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or substituted or unsubstituted alkyl, Cycioalkyl-, Alkyicycioalkyl-, Cycloalkylalkyl-, Aryi-, Alkylaryh Cycloalkylaryl-, arylalkyl or Arylcycloaylreste stand with the Provision is made that at least two of the variables R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are substituted or unsubstituted aryl, arylalkyl or arylcycloalkyl radicals, in particular substituted or unsubstituted aryl radicals.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Polymer verwendet wird, das mindestens ein ungesättigtes Alkoxysilan-Monomer, vorzugsweise mindestens ein Vinylafkoxysilan-Monomer, insbesondere Triethoxyvinylsilan neben anderen Monomeren einpolymerisiert enthält, 8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that at least one polymer is used which contains at least one unsaturated alkoxysilane monomer, preferably at least one vinylafkoxysilane monomer, in particular triethoxyvinylsilane polymerized in addition to other monomers,
9. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wässnge Polymerdispersion einen Festkörperanteil von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew,-%, insbesondere 2 bis 3 Gew.-% hat. 9. The method according to claim 1 to 8, characterized in that the aqueous polymer dispersion has a solids content of 1 to 10 wt .-%, preferably 1 to 5 wt -%, in particular 2 to 3 wt .-% has.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass selektiv die Korngrenzen und Oberflächendefektstrukturen beschichtet werden. 10. The method according to claim 1 to 9, characterized in that selectively the grain boundaries and surface defect structures are coated.
11. Autophoretisches Beschichtungsmittel für das Verfahren gemäß den Ansprüchen11. Autophoretic coating composition for the process according to the claims
1 bis 10. 1 to 10.
12. MehrschiGhtiackierung umfassend eine gemäß den Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10 hergesteilte Schicht und mindestens einer weiteren Lackschicht, die auf der autophoretisch abgeschiedenen Schicht aufgebracht ist. 12. multi-layer coating comprising a layer produced by the processes according to claims 1 to 10 and at least one further lacquer layer which is applied to the autodeposited layer.
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