WO2012126796A1 - Zink-imidazol-carboxylat-komplex katalysierte beschichtungsmittelzusammensetzung - Google Patents

Zink-imidazol-carboxylat-komplex katalysierte beschichtungsmittelzusammensetzung Download PDF

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radical
coating
zinc
imidazole
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Elke Westhoff
Peter Hoffmann
Bernadette MÖLLER
Benedikt Schnier
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Basf Coatings Gmbh
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    • Y10T428/31551—Of polyamidoester [polyurethane, polyisocyanate, polycarbamate, etc.]

Definitions

  • the invention relates to coating compositions containing an isocyanate group-containing component, a hydroxyl-containing component and a zinc-imidazole-carboxylate complex, and to the use of a zinc-imidazole-carboxylate complex as catalyst system for the urethane reaction in coating compositions.
  • Two component polyurethane systems are widely used as paints, foams, fibers and non-porous molded articles. If the crosslinking partners are already reactive at room temperature, the polymer is obtained by mixing and subsequent reaction of an isocyanate group-containing component with a hydroxyl-containing component. Frequently, the reaction of the isocyanate group with the hydroxyl group is catalysed with the addition of basic compounds, such as tertiary amines or compounds containing amidine groups. Examples of such compounds are 1, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane or 1, 8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene (DBU).
  • organometallic compounds such as dibutyltin dilaurate or various zinc carboxylates have a significantly higher catalytic activity.
  • the amount of catalyst used is determined on the one hand, to ensure a sufficiently long processing time for the application, on the other hand thereby to reach as early as possible after the application sufficient for the post-processing property profile. In particular, it is important for automotive refinish to achieve fast assembly stability.
  • tin-based catalysts such as dibutyltin dilaurate, dioctyltin dilaurate, dibutyltin diacetate, dibutyltin maleate or tetrabutylstannoxane diacetate, are good catalysts for urethane bond formation, but these compounds are toxic. Because of the toxicity of many tin compounds, attempts have been made for a long time to find replacement catalysts suitable for coating compositions.
  • 4,006,124 describes general amidine-metal complexes as catalysts for the isocyanate polyaddition reaction.
  • WO 2004/029121 discloses the use of acids having a pKa of between 2.8 and 4.5 as catalysts for the urethane reaction. All these catalysts have in common that they lead either to a too slow curing of the coating system or to a shortened working time (Pot Life). In addition, a number of the above catalysts lead to a discoloration of the paints or cause a subsequent yellowing of the applied paints. Such compounds are unsuitable for high-quality clearcoat systems.
  • amines can also catalyze the polyurethane reaction.
  • their pot life is not sufficient for processing in the car repair sector. Due to the high vapor pressure of low molecular weight amines, only amines such as diazabicycloundecene (DBU) or diazabicyclononene (DBN) are suitable for this application, if at all.
  • DBU diazabicycloundecene
  • DBN diazabicyclononene
  • metal complexes are disclosed as catalysts for the crosslinking of polyurethane-based systems.
  • amidine compounds of zinc are described for the catalysis of the reaction of hydroxyl-containing components with components containing isocyanate groups. These catalysts should be adsorbed on fumed silica.
  • amidine-zinc complexes are also used as catalysts in 2-component polyurethane coating systems. These catalysts should be particularly resistant to hydrolysis and are also suitable for use in aqueous systems.
  • the catalysts disclosed in these three documents do not have sufficient cure properties. The comparison of the reactivity of these systems with tin-catalyzed systems shows that these zinc-amidine-based catalysts have poorer curing properties with the same processing time.
  • the object underlying the invention is to provide coating systems with suitable catalysts which both exhibit rapid curing of the system and, on the other hand, have a long processing time.
  • the paint systems should allow the user a quick further processing of the thus painted surfaces / objects.
  • these systems should show no color changes before and after curing.
  • the catalyst may neither have a natural color, nor may it lead to the usual paint components to a discoloration in the mixing or curing of the paint.
  • the incorporation of the catalyst into the coating systems should not adversely affect the storage stability of the coating composition from the beginning.
  • the object according to the invention is achieved by a coating material composition which
  • R 1 is an acyclic or cyclic, saturated or unsaturated hydrocarbon radical, an aromatic hydrocarbon radical or a radical R v -aryl, where R v is an alkylene radical and aryl is an aromatic radical,
  • R 2 , R 3 and R 4 independently of one another represent hydrogen, an acyclic or cyclic, saturated or unsaturated hydrocarbon radical, an aromatic hydrocarbon radical or a radical R v -aryl, where R v is an alkylene radical and aryl is an aromatic radical, with the proviso that
  • Zinc (1-methylimidazole) bis (2-ethylhexanoate) complexes obtainable by reacting zinc (II) bis (2-ethylhexanoate) with 1-methylimidazole in a molar ratio of 1 to ⁇ 2.2 are excluded, and - at least one monomeric aromatic carboxylic acid (S) in which the carboxyl group is in conjugation to a pi-electron system, contains.
  • a catalyst system comprising at least one zinc imidazole-carboxylate complex (D) as defined above and at least one monomeric aromatic carboxylic acid (S) in which the carboxyl group is in conjugation to a pi-electron system
  • the corresponding coating systems have excellent curing properties, an early workability and an increased processing time, in addition, these catalyst systems are resistant to hydrolysis and show no discoloration or yellowing of the coating system.
  • the present invention relates to coating compositions containing
  • R 1 is an acyclic or cyclic, saturated or unsaturated hydrocarbon radical, an aromatic hydrocarbon radical or a radical R v -aryl, where R v is an alkylene radical and aryl is an aromatic radical
  • R 2 , R 3 and R 4 independently of one another represent hydrogen, an acyclic or cyclic, saturated or unsaturated hydrocarbon radical, an aromatic hydrocarbon radical or a radical R v -aryl, where R v is an alkylene radical and aryl is an aromatic radical, with the proviso that
  • Zinc (1-methylimidazole) bis (2-ethylhexanoate) complexes D) obtainable by reacting zinc (II) bis (2-ethylhexanoate) with 1-methylimidazole in a molar ratio of 1 to ⁇ 2.2 , are excluded, and - at least one monomeric aromatic carboxylic acid (S), wherein the carboxyl group is in conjugation to a pi-electron system.
  • At least one polyhydroxyl-containing component (A) it is possible to use all compounds known to the person skilled in the art which have at least 2 hydroxyl groups per molecule and are oligomeric and / or polymeric.
  • the preferred oligomeric and / or polymeric polyols (A) have mass-average molecular weights Mw> 500 daltons, measured by gel permeation chromatography (GPC) against a polystyrene standard, preferably between 800 and 100,000 daltons, in particular between 1000 and 50,000 daltons.
  • GPC gel permeation chromatography
  • polyester polyols particularly preferred are polyester polyols, polyurethane polyols, polysiloxane, polyacrylate and / or polymethacrylate and their copolymers.
  • the polyols preferably have an OH number of 30 to 400 mg KOH / g, in particular between 100 and 300 mg KOH / g.
  • the hydroxyl number (OH number) indicates how many mg of potassium hydroxide are equivalent to the amount of acetic acid bound by 1 g of substance in the acetylation.
  • the glass transition temperatures, measured by means of DSC measurements according to DIN-EN-ISO 1 1357-2, of the polyols are preferably between -150 and 100 ° C., more preferably between -120 ° C. and 80 ° C.
  • Suitable polyester polyols are described, for example, in EP-A-0 994 1 17 and EP-A-1 273 640.
  • Polyurethane polyols are preferably prepared by reaction of Polyesterpolyol prepolymers prepared with suitable di- or polyisocyanates and are described for example in EP-A-1 273 640.
  • Suitable polysiloxane polyols are described, for example, in WO-A-01/09260, where the polysiloxane polyols cited therein can preferably be used in combination with other polyols, in particular those having higher glass transition temperatures.
  • the poly (meth) acrylate polyols very particularly preferred according to the invention are generally copolymers and preferably have mass-average molecular weights Mw between 1000 and 20,000 daltons, in particular between 1500 and 10,000 daltons, in each case measured by gel permeation chromatography (GPC) against a polystyrene standard.
  • the glass transition temperature of the copolymers is generally between -100 and 100 ° C, in particular between -50 and 80 ° C (measured by DSC measurements according to DIN-EN-ISO 1 1357-2).
  • the poly (meth) acrylate polyols preferably have an OH number of 60 to 250 mg KOH / g, in particular between 70 and 200 KOH / g, and an acid number between 0 and 30 mg KOH / g.
  • Preferred hydroxyl-containing monomer building blocks are hydroxyalkyl acrylates and / or hydroxyalkyl methacrylates, in particular 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxybutyl acrylate, 3-hydroxybutyl methacrylate and in particular 4- Hydroxybutyl acrylate and / or 4-hydroxybutyl methacrylate used.
  • Other monomer building blocks used for the poly (meth) acrylate polyols are preferably alkyl acrylates and / or alkyl methacrylates, such as preferably ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, isopropyl acrylate, isopropyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, isobutyl acrylate, isobutyl methacrylate, tert-butyl acrylate, tert-butyl methacrylate, amyl acrylate , Amyl methacrylate, hexyl acrylate, hexyl methacrylate, ethylhexyl acrylate, Ethylhexyl methacrylate, 3,3,5-trimethylhexyl acrylate, 3,3,5-trimethylhexyl methacrylate, stearyl acrylate, ste
  • Other monomer building blocks for the poly (meth) acrylate polyols may be vinylaromatic hydrocarbons, such as vinyltoluene, alpha-methylstyrene or, in particular, styrene, amides or nitriles of acrylic or methacrylic acid, vinyl esters or vinyl ethers, and in minor amounts, in particular, acrylic and / or methacrylic acid be used.
  • vinylaromatic hydrocarbons such as vinyltoluene, alpha-methylstyrene or, in particular, styrene, amides or nitriles of acrylic or methacrylic acid, vinyl esters or vinyl ethers, and in minor amounts, in particular, acrylic and / or methacrylic acid be used.
  • Suitable at least one polyisocyanate group-containing component (B) are known per se known substituted or unsubstituted aromatic, aliphatic, cycloaliphatic and / or heterocyclic polyisocyanates.
  • preferred polyisocyanates are: 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, diphenylmethane-4,4'-diisocyanate, diphenylmethane-2,4'-diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, biphenyl diisocyanates, 3,3'-dimethyl 4,4'-diphenylene diisocyanate, tetramethylene-1,4-diisocyanate, hexamethylene-1,6-diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexane-1,6-diisocyanate, isophorone diisocyanate, ethylene diisocyanate, 1,12-dode
  • Preferred polyisocyanates are also the biuret dimers and the isocyanurate trimers of the aforementioned diisocyanates.
  • Particularly preferred polyisocyanates (B) are hexamethylene-1,6-diisocyanate, isophorone diisocyanate and 4,4'-methylenedicyclohexyl diisocyanate, their biuret dimers and / or their isocyanurate trimers and / or asymmetric trimers such as the commercially available under the name Desmodur ® XP2410 asymmetric HDI trimer.
  • the polyisocyanate group-containing component (B) may be present in a suitable solvent.
  • suitable solvents are those which provide sufficient solubility of the polyisocyanate component and are free of isocyanate-reactive groups. Examples of such solvents are acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isobutyl ketone, methyl isoamyl ketone, diisobutyl ketone, ethyl acetate, n-butyl acetate, ethylene glycol diacetate, butyrolactone, diethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, ⁇ , ⁇ -dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, N Ethylpyrrolidone, methylal, butylal, 1,3-dioxolane, glycerolformal, benzene, toluene, n-hex
  • the coating compositions according to the invention may optionally contain, in addition to the polyhydroxyl-containing component (A), one or more hydroxyl-containing compounds (C) other than component (A).
  • These compounds (C) preferably contain from 1 to 20% by weight, more preferably from 1 to 10% by weight, very preferably from 1 to 5% by weight, based in each case on the binder content of the coating composition.
  • hydroxyl-containing compound (C) low molecular weight polyols are used.
  • Suitable low molecular weight polyols are, for example, diols, such as, preferably, ethylene glycol, neopentyl glycol, 1,2-propanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 1,4.
  • the polyhydroxy-containing component (A) may be present in a suitable solvent.
  • suitable solvents are those which allow sufficient solubility of the polyhydroxy component. Examples of such solvents are acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isobutyl ketone, methyl isoamyl ketone, diisobutyl ketone, ethyl acetate, n-butyl acetate,
  • the solvents may also carry isocyanate-reactive groups.
  • Examples of such reactive solvents are those which have an average functionality towards isocyanate-reactive groups of at least 1.8.
  • the solvents suitable as reactive diluents in this application differ from the polyhydroxyl-containing component (A) and (C).
  • the solvents useful as reactive diluents are monomers and may be, for example, low molecular weight diamines (e.g., ethylenediamine).
  • the at least one zinc imidazole-carboxylate complex (D) as defined above is a complex of zinc (II) with the imidazoles of general formula (I) and carboxylate as ligands, wherein zinc (1-methylimidazole) -bis (2 Ethylhexanoate) - complexes (D) obtainable by reaction of zinc (II) bis (2-ethylhexanoate) with 1-methylimidazole in a molar ratio of 1 to ⁇ 2.2 are excluded from the definition.
  • R 1 is a saturated or unsaturated, straight-chain or branched hydrocarbon radical having up to 20 carbon atoms, a 5- or 6-membered aromatic hydrocarbon radical having up to 10 carbon atoms or a radical R v -aryl, wherein R v is an alkylene radical having 1 to 6 carbon atoms and aryl is a 5- or 6-membered aromatic ring having up to 10 carbon atoms, and wherein all of the abovementioned radicals may optionally contain heteroatoms such as, for example, oxygen, sulfur or nitrogen,
  • R 2 , R 3 and R 4 independently of one another represent hydrogen, a saturated or unsaturated, straight-chain or branched hydrocarbon radical having up to 20 carbon atoms, a 5- or 6-membered aromatic hydrocarbon radical having up to 10 carbon atoms or a radical R v -aryl wherein R v is an alkylene radical having 1 to 6 carbon atoms and aryl is a 5- or 6-membered aromatic ring having up to 10 carbon atoms, and wherein all of the aforementioned radicals may optionally contain heteroatoms such as oxygen, sulfur or nitrogen.
  • R 1 is a saturated, straight-chain or branched alkyl radical having up to 12 carbon atoms, very particularly preferably up to 6 carbon atoms, a 5- or 6-membered aromatic hydrocarbon radical having up to 6 carbon atoms, very particularly preferably 3 to 6 carbon atoms or a radical R v -aryl, wherein R v is preferably an alkylene radical having 1 or 2 carbon atoms and aryl is a 5- or 6-membered aromatic radical having 3 to 6 carbon atoms, and wherein all the aforementioned radicals optionally may contain heteroatoms such as oxygen, sulfur or nitrogen.
  • the radicals R 2 , R 3 and R 4 are preferably hydrogen or a saturated, straight-chain or branched alkyl radical having up to 12 carbon atoms, very particularly preferably up to 6 carbon atoms, a 5- or 6-membered aromatic hydrocarbon radical with bis to 10 carbon atoms, very particularly preferably 3 to 6 carbon atoms or a radical R v -aryl, wherein R v is preferably an alkylene radical having 1 or 2 carbon atoms and aryl is a 5- or 6-membered aromatic ring having 3 to 6 carbon atoms , Wherein all the aforementioned radicals may optionally contain heteroatoms such as, for example, oxygen, sulfur or nitrogen.
  • radicals R 3 and R 4 are hydrogen.
  • the alkyl radical preferably has 1 to 6 carbon atoms (for example methyl, ethyl, n-butyl) Propyl, iso-propyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, hexyl)
  • Examples of particularly suitable 1-position monosubstituted imidazoles are 1-methylimidazole, 1-ethylimidazole, 1-propylimidazole, 1-butylimidazole, 1-phenylimidazole and 1,1-methylene-bis-imidazole.
  • 1, 2-dialkylimidazoles such as, for example, 1, 2-dimethylimidazole
  • all the aforementioned radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may optionally contain heteroatoms such as, for example, oxygen, sulfur or nitrogen.
  • oxygen can be present as ether oxygen between two carbon atoms or in the form of an ester group.
  • the term of the aromatic radicals or aryl radicals thus also includes in its broadest definition heteroaromatic radicals or heteroaryl radicals, for example imidazole radicals.
  • the term aliphatic radical also includes heteroaliphatic radicals.
  • radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be substituted or unsubstituted. If the radicals are substituted, typical substituents are, for example, hydroxyl groups, thiol groups, primary and secondary amino groups, ester groups or halogens such as chlorine or fluorine.
  • An example of an OH-substituted alkyl radical is a hydroxyalkyl radical as in 1-hydroxyethylimidazole.
  • the radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are unsubstituted.
  • the zinc-imidazole-carboxylate complexes (D) can be prepared by reacting at least one Zn (II) biscarboxylate with one or more of the abovementioned imidazoles.
  • Suitable Zn (II) biscarboxylates are in particular those in which the carboxylate radicals are selected from the linear or branched aliphatic, optionally substituted monocarboxylic acids having up to 12 carbon atoms and / or aromatic, optionally substituted monocarboxylic acids having from 6 to 12 carbon atoms in the aromatic
  • the carboxylate radical essentially determines the solubility of the resulting complex in the other components of the coating composition of the invention.
  • zinc imidazole-carboxylate complexes (D) in which the carboxylate is a linear or branched aliphatic monocarboxylic acid, in particular a branched or unbranched alkanoate having from 6 to 10 carbon atoms, for example a 2-ethylhexanoate, are therefore very particularly preferred.
  • the preparation of the zinc imidazole-carboxylate complexes (D) can be carried out by reacting at least one Zn (II) biscarboxylates with one or more of the abovementioned imidazoles. Up to four moles of an imidazole or a mixture of two or more imidazoles can thus be reacted with one mole of the Zn (II) biscarboxylates.
  • the reaction of the zinc or (II) biscarboxylates with the imidazole or the imidazole mixture is usually carried out in a solvent.
  • Suitable solvents are, in particular, those solvents which enable a sufficient solubility of the zinc (II) biscarboxylates and imidazoles as well as the resulting zinc imidazole-carboxylate complexes (D). These are preferably free of isocyanate-reactive groups. Examples of such solvents are the typical solvents for polyisocyanates known to those skilled in the art.
  • reaction of the zinc (II) biscarboxylates with the imidazole or the imidazole mixture can also be carried out in the polyhydroxyl-containing component (A) and / or in the low molecular weight alcohols listed as component (C), optionally in admixture with other isocyanate-inert solvents.
  • the reaction of the zinc (II) biscarboxylates with the imidazole or the imidazole mixture is usually carried out at room temperature (20 ° C) or elevated temperature of up to 1 00 ° C.
  • the zinc (II) biscarboxylate in the solvent or the components (A) and / or (C) is initially charged and the imidazole component (optionally dissolved in one of the abovementioned solvents) is slowly added dropwise.
  • the resulting heat development is awaited, then stirring is continued for a period of for example 2 hours at an elevated temperature of, for example, 60 ° C. or more.
  • the coating compositions are two-component coating agents, to prepare the zinc imidazole-carboxylate complex (D) in situ.
  • the coating composition according to the invention is then prepared by mixing the imidazole-containing hydroxyl-containing binder component (A) and optionally (C) and the initially stored separately polyisocyanate-containing component (B), which also contains the Zn (II) biscarboxylate.
  • the coating agent contains at least one monomeric, optionally substituted carboxylic acid (S) whose carboxyl group is in conjugation to a pi-electron system.
  • the number of carboxyl groups may vary, the carboxylic acids preferably having a carboxyl group.
  • the monomeric aromatic, optionally substituted carboxylic acids (S) preferably have a molecular weight ⁇ 500 g / mol, more preferably ⁇ 300 g / mol.
  • the pKs value corresponds to the pH at the half-equivalent point, with the dissolution medium preferably being water. If the indication of a pKa value in water is not possible for an acid, it is preferable to use DMSO as the medium or another suitable medium in which the acid is soluble.
  • Suitable are monomeric aromatic mono- and polycarboxylic acids, the corresponding alkyl and aryl-substituted aromatic mono- and polycarboxylic acids and the corresponding hydroxyl-containing aromatic mono- and polycarboxylic acids such as phthalic acid and terephthalic acid, alkyl- or aryl-substituted phthalic acid and terephthalic acid, benzoic acid and alkyl- or aryl-substituted benzoic acid, aromatic carboxylic acids having further functional groups such as salicylic acid and acetylsalicylic acid, alkyl- or aryl-substituted salicylic acid or isomers thereof, polynuclear aromatic carboxylic acids such as the isomers of naphthalenecarboxylic acid and derivatives thereof.
  • the coating composition contains as monomeric aromatic carboxylic acid (S) benzoic acid, tert-butylbenzoic acid, 3,4-dihydroxybenzoic acid, salicylic acid and / or acetylsalicylic acid, more preferably benzoic acid. If it is one-component coating compositions, then polyisocyanate-containing compounds (B) are selected whose free isocyanate groups are blocked with blocking agents.
  • S monomeric aromatic carboxylic acid
  • B polyisocyanate-containing compounds
  • the isocyanate groups may be substituted with pyrazoles, especially with alkyl-substituted pyrazoles, such as 3-methylpyrazole, 3,5-dimethylpyrazole, 4-nitro-3,5-dimethypyrazole, 4-bromo-3,5-dimethylpyrazole and the like. ⁇ . be blocked. Most preferably, the isocyanate groups of component (B) are blocked with 3,5-dimethylpyrazole.
  • a coating component comprising the polyhydroxyl-containing compound (A) and further components described below, with a further coating component containing the polyisocyanate-containing compound (B ) and optionally further of the components described below are mixed in a manner known per se, the lacquer component containing the compound (A) generally having the zinc imidazole-carboxylate complex (D) as defined above and a part of the optionally present one Contains solvent.
  • the proportions by weight of the polyhydroxyl-containing component (A) and optionally (C) and the polyisocyanate group-containing component (B) are preferably selected such that the molar equivalent ratio of the hydroxyl groups of the polyhydroxyl-containing compound (A) plus, if appropriate, (C) to the isocyanate groups of component (B) is between 1: 0.9 and 1: 1, 5, preferably between 1: 0.9 and 1: 1, 1 particularly preferably between 1: 0.95 and 1: 1, 05 is ,
  • coating compositions which contain from 30 to 80% by weight, preferably from 50 to 70% by weight, based in each case on the binder content of the coating composition, of at least one polyhydroxyl-containing component (A), preferably at least one polyhydroxyl group. containing polyacrylate (A) and / or at least one polyhydroxyl-containing polymethacrylate (A).
  • coating compositions which contain from 5 to 50% by weight, preferably from 25 to 40% by weight, based in each case on the Binder content of the coating agent containing polyisocyanate group-containing component (B).
  • the coating compositions according to the invention preferably contain the zinc imidazole-carboxylate complex (D) as defined above in such an amount that the zinc content of the complex, based in each case on the binder content of the coating composition, is between 35 and 2000 ppm, preferably between 35 and 1000 ppm and more preferably between 100 and 1000 ppm.
  • D zinc imidazole-carboxylate complex
  • the coating compositions according to the invention preferably also contain 0.2 to 15.0% by weight, preferably 0.5 to 8.0% by weight and more preferably 0.5 to 5.0% by weight, of at least one monomeric aromatic carboxylic acid (S), wherein the percentages by weight are in each case based on the binder content of the coating composition.
  • S monomeric aromatic carboxylic acid
  • the coating composition is particularly preferably a 2-component system, characterized in that the at least one polyisocyanate group-containing component (B) is stored separately from the at least one polyhydroxyl-containing component (A) and the components are only shortly before Processing are mixed together.
  • Both the zinc-imidazole-carboxylate complex (D) as defined above and the monomeric aromatic carboxylic acid (S) can be present in both components in the case of a 2-component system, preferably only one component contains the named substances both monomeric aromatic carboxylic acid (S) and the zinc imidazole-carboxylate complex (D) dissolved in the polyol component.
  • the imidazole of the general formula (I) may also be dissolved in the polyol component and the zinc bis (carboxylate) component in the polyisocyanate component. Only after mixing the polyisocyanate component and the polyol component is then formed in situ, the active zinc imidazole-carboxylate complex (D).
  • the coating agents are preferably nonaqueous coating agents.
  • the coating compositions may contain solvents or be formulated as solvent-free systems. Examples of suitable solvents are those already described in US Pat
  • Polyhydroxyl phenomenon-containing compound (A) and optionally (C) and in the polyisocyanate-containing compound (B) listed solvents are preferably used in the coating compositions of the invention in an amount such that the solids content of the coating composition is at least 50% by weight, particularly preferably at least 60% by weight.
  • the coating compositions of the invention 0 to 30 wt .-%, preferably 0 to 15 wt .-%, each based on the binder content of the coating agent, one or more aminoplast resins and / or one or more tris (alkoxycarbonylamino) triazines (E) ,
  • suitable aminoplast resins (E) are all amino resins conventionally used in the paint industry, wherein the properties of the resulting coating compositions can be controlled by the reactivity of the aminoplast resin. These are condensation products of aldehydes, in particular formaldehyde, and for example urea, melamine,
  • the aminoplast resins contain alcohol, preferably methylol, groups which are usually partially or preferably fully etherified with alcohols.
  • etherified amino resins are used with lower alcohols.
  • methanol and / or ethanol and / or butanol etherified aminoplast resins are preferred with methanol and / or ethanol and / or butanol etherified aminoplast resins, for example in the trade
  • the binder mixture according to the invention or the coating composition according to the invention at least one conventional and known paint additive (F) in effective amounts, ie, in amounts preferably up to 30% by weight, more preferably up to 25 wt .-% and in particular up to 20 Wt .-%, each based on the binder content of the coating composition.
  • Suitable paint additives (F) are:
  • UV absorber in particular UV absorber
  • light stabilizers such as HALS compounds, benzotriazoles or oxalanilides
  • Ingredients or water are reactive, such as incozole or aspartic acid esters
  • film-forming aids such as cellulose derivatives
  • Sodium magnesium fluorine lithium phyllosilicates of the montmorillonite type Silicas such as Aerosile®; or synthetic polymers having ionic and / or associative groups such as poly (meth) acrylamide, poly (meth) acrylic acid, polyvinylpyrrolidone, styrene-maleic anhydride or ethylene-maleic anhydride copolymers and their derivatives or hydrophobically modified ethoxylated urethanes or polyacrylates;
  • the hydroxyl-containing component (C) 0 to 10 wt .-%, based on the binder content of the coating composition, the hydroxyl-containing component (C),
  • the binder mixture according to the invention or the coating composition according to the invention may contain further pigments and / or fillers and for the production of pigmented topcoats or pigmented undercoats or fillers, in particular pigmented topcoats.
  • the pigments and / or fillers used for this purpose are known to the person skilled in the art.
  • the pigments are usually employed in an amount such that the pigment-to-binder ratio is between 0.05: 1 and 1.5: 1, in each case based on the binder content of the coating composition.
  • the invention further relates to the use according to the invention of a catalyst system comprising at least one zinc imidazole-carboxylate complex (D) as defined above and at least one monomeric aromatic carboxylic acid (S) in which the carboxyl group is conjugated to a pi-electron system, for catalyzing the urethane reaction in coating compositions containing at least one
  • the catalyst system is characterized by the combined use of the at least one zinc imidazole-carboxylate complex (D) as defined above and the at least one monomeric aromatic carboxylic acid (S) in which the carboxyl group is in conjugation to a pi-electron system ,
  • the catalytic reaction is conducted at 20 to 60 ° C.
  • the coating agent compositions contain the previously described at least one polyhydroxyl group-containing component (A) and the at least one polyisocyanate group-containing component (B).
  • the application of the coating compositions according to the invention can be carried out by all customary application methods, such as, for example, spraying, knife coating, brushing, pouring, dipping, impregnating, trickling or rolling.
  • the substrate to be coated can rest as such, wherein the application device or -anläge is moved.
  • the substrate to be coated in particular a coil, can also be moved, with the application system resting relative to the substrate or being moved in a suitable manner.
  • spray application methods are used, such as compressed air spraying, airless spraying, high rotation, electrostatic spray application (ESTA), optionally combined with hot spray application such as hot air hot spraying.
  • the coatings according to the invention prepared from the coating compositions according to the invention also adhere excellently to already cured electrodeposition coatings, surfacer finishes, basecoats or customary and known clearcoats, they are excellently suitable for automotive refinishing and / or for use in automotive OEM (OEM) painting Coating of automotive components and / or the coating of commercial vehicles.
  • OEM automotive OEM
  • the curing of the applied coating compositions according to the invention can take place after a certain rest period.
  • the rest period serves, for example, for the course and degassing of the paint layers or for the evaporation of volatile components such as solvents.
  • the rest period can be supported and / or shortened by the application of elevated temperatures and / or by a reduced air humidity, provided that no damage or changes in the paint layers occur, such as premature complete crosslinking.
  • the thermal curing of the coating compositions has no special features, but is carried out by the usual and known methods such as heating in a convection oven or irradiation with IR lamps. Here, the thermal curing can also be done gradually.
  • Another preferred curing method is near infrared (NIR) curing.
  • the thermal curing is carried out at a temperature of 20 to 200 ° C for a period of 1 min to 10 h, with longer curing times can be used at low temperatures.
  • lower temperatures are applied, which are preferably between 20 and 80 ° C, in particular between 20 and 60 ° C.
  • the coating compositions according to the invention are suitable for any type of coatings, such as electrocoating paints, coil coating paints, wire enamels and automotive coatings as powdery, solvent-containing, solvent-free and aqueous coating compositions.
  • the coating compositions according to the invention are particularly preferably used in automotive refinish, preferably as automotive topcoats (Uni + CC).
  • the coating compositions of the invention are outstandingly suitable as decorative, protective and / or effect, coatings and coatings of bodies of vehicles (especially motor vehicles, such as motorcycles, buses, trucks or passenger cars) or parts thereof; of buildings in the interior and exterior; of furniture, windows and doors; of plastic moldings, in particular CompactDisks and windows; of industrial small parts, of coils, containers and packaging; of white goods; of films; of optical, electrotechnical and mechanical components as well as glass hollow bodies and everyday objects.
  • the coating compositions according to the invention can therefore be applied, for example, to an optionally precoated substrate, it being possible for the coating compositions of the invention to be both pigmented and unpigmented.
  • the coating compositions and finishes of the invention in particular the clearcoats, in the technologically and aesthetically particularly demanding field of automotive OEM (OEM) and for coating plastic attachments for car bodies, especially for bodies of cars of the upper class, such.
  • OEM automotive OEM
  • the automotive refinishing and the painting of commercial vehicles such as trucks, chain-driven construction vehicles, such as crane vehicles, wheel loaders and concrete mixers, buses, rail vehicles, watercraft, aircraft and agricultural equipment such as tractors and combines, and parts thereof.
  • the plastic parts usually consist of ASA (acrylonitrile-styrene-acrylic ester), polycarbonates, blends of ASA and polycarbonates, polypropylene, polymethylmethacrylates or impact-modified polymethylmethacrylates, in particular of blends of ASA and polycarbonates, preferably having a polycarbonate content> 40%, in particular> 50%. , used.
  • ASA acrylonitrile-styrene-acrylic ester
  • ASA is generally understood to mean impact-modified styrene / acrylonitrile polymers in which graft copolymers of vinylaromatic compounds, in particular styrene, and of vinyl cyanides, in particular acrylonitrile, are present on polyalkyl acrylate rubbers in a copolymer matrix of, in particular, styrene and acrylonitrile.
  • the coating compositions of the invention are particularly preferably used in multistage coating processes, in particular in processes in which a pigmented basecoat film is applied to an optionally precoated substrate, followed by a coating with the coating composition of the invention.
  • the invention therefore also relates to effect and / or coloring multicoat paint systems comprising at least one pigmented basecoat film and at least one clearcoat film disposed thereon, which are preferably characterized in that the clearcoat film has been prepared from the novel coating composition.
  • the applied basecoat is first dried, that is, the basecoat film is at least a portion of the organic solvent or of the water in a Abdunstphase withdrawn.
  • the drying is preferably carried out at temperatures from room temperature to 80 ° C. After drying, the coating composition according to the invention is applied.
  • the two-coat finish is preferably baked under conditions used in automotive OEM finishing at temperatures of 20 to 200 ° C for a period of 1 min to 10 h, wherein at the applied temperatures for the automotive refinishing, generally between 20 and 80 ° C, especially between 20 and 60 ° C, even longer curing times can be used.
  • the coating composition of the invention is used as a transparent clearcoat for coating plastic substrates, in particular plastic attachment parts.
  • the plastic add-on parts are preferably likewise coated in a multi-stage coating process in which a pigmented basecoat film and then a coating are applied to a substrate which has been pre-coated or pretreated for better adhesion of the subsequent coatings (eg flaming, corona or plasma treatment of the substrate) be applied with the coating compositions of the invention.
  • the invention further relates to coatings prepared from the coating compositions of the invention or using a catalyst system of at least one zinc imidazole-carboxylate complex (D) as defined above and at least one aromatic carboxylic acid (S) in which the carboxyl group in conjugation to a pi-electron system, were prepared in combination.
  • These coatings are preferably used in the automotive sector.
  • the coatings can also serve for the production of multicoat paint systems. So that the invention also describes multilayer systems which contain at least one coating according to the invention. Preferably, the multi-layer systems are automotive finishes.
  • the hydroxyl number is calculated via the proportion of OH-functional components used and stated in mg KOH per gram of solid resin.
  • the hydroxyl number (OH number) indicates how many mg of potassium hydroxide are equivalent to the amount of acetic acid bound by 1 g of substance in the acetylation.
  • the acid number here indicates the number of mg of potassium hydroxide which is consumed to neutralize 1 g of the respective compound (DIN EN ISO 21 14).
  • Binder content is to be understood as meaning in each case the proportion of the coating agent which is soluble in tetrahydrofuran (THF) before crosslinking.
  • THF tetrahydrofuran
  • P a small sample
  • insoluble constituents are filtered off, the THF evaporated and then the solids of the previously dissolved in THF components determined by 60 minutes at 130 ° C is dried, cooled in a desiccator and then weighed again.
  • the residue corresponds to the binder content of the sample (P).
  • ZTT Zapon-Tack Test
  • An aluminum strip 0.5 mm thick, 2.5 cm wide and 1 1 cm long is bent at a 1 10 ° angle to create an area of 2.5 X 2.5 cm.
  • the long side of the sheet is bent after another 2.5 cm by about 15 ° so that the sheet is held straight by a centered on the square surface placed weight (5g) in balance.
  • the bent sheet metal is placed on the paint film and weighted for 30 s with a weight of 100g. After removal of the weight of the paint is considered tack-free, if the sheet metal angle falls within 5 s.
  • the test is repeated every 15 minutes. Before using the test, the tackiness of the paint film is qualitatively assessed by touch. For elevated temperature tests, the test panels are stored at room temperature for 10 minutes prior to the cooling test.
  • the paint film is applied to a glass sheet by means of a 100 micrometer doctor blade. After drying for 30 minutes at 60 ° C, the glass sheet is placed on a standard laboratory balance within 10 minutes after removal from the oven. By means of thumb pressure, the film is then loaded for 20 s with a weight of 2 kg. This test is repeated every 10 minutes. In apparently still soft or sticky paint film is first waited until the paint film has reached a sufficient freedom from tack and hardness. The evaluation of the tests is carried out after a storage time of 24 hours. For this purpose, the surface of the paint is washed off with an aqueous surfactant solution (commercially available washing-up liquid) and a soft cloth in order to eliminate grease markings.
  • an aqueous surfactant solution commercially available washing-up liquid
  • the paint is applied by means of a 100 micrometer doctor blade.
  • the Byk-Dry-Time Recorder needles are pulled across the film at a defined speed.
  • Phase 1 The needle track starts to close again
  • Phase 2 The needle track leads to a deep furrow in the paint film
  • Phase 3 The needle injures the film only superficially
  • the assessment is always against a standard.
  • the stock paint is initially charged and the hardener is added. The solution is homogenized by stirring.
  • the viscosity measurements adjusted to the specified viscosity by addition of solvent.
  • the glass elevators omitted the adjustment of the viscosity.
  • the paint film is applied to glass panels by means of a 100 m icrometer caster nrakel, so that a film layer thickness of 30-35 micrometers is achieved.
  • the pendulum hardness test the film is cast on glass plates, before the film hardness is determined by Koenig, the layer thickness of the coated film is determined on the scribe (DIN 50933).
  • the samples are also drawn with a 100 micrometer box doctor blade on suitable glass strips of about 280 mm in length and about 25 mm wide; the resulting layer thicknesses are 30 - 35 micrometers.
  • Table 1 shows the properties of the inventive examples compared to a standard formulation of a DBTL catalyzed 2K polyurethane clearcoat.
  • Table 2 shows the achieved values for the adhesive freedom after the print test ! were achieved.

Abstract

Die Erfindung betrifft Beschichtungsmittelzusammensetzungen, enthaltend eine Isocyanatgruppen-haltige Komponente, eine Hydroxylgruppen-haltige Komponente einen Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex und eine monomere aromatische Carbonsäure, sowie die Verwendung eines Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplexes in Gegenwart einer monomeren aromatischen Carbonsäure als Katalysatorsystem für die Urethanreaktion in Beschichtungsmittelzusammensetzungen.

Description

Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex katalysierte
Beschichtungsmittelzusammensetzung
Die Erfindung betrifft Beschichtungsmittelzusammensetzungen, enthaltend eine Isocyanatgruppen-haltige Komponente, eine Hydroxylgruppen-haltige Komponente und einen Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex, sowie die Verwendung eines Zink- Imidazol-Carboxylat-Komplexes als Katalysatorsystem für die Urethanreaktion in Beschichtungsmittelzusammensetzungen.
Zwei Komponenten-Polyurethansysteme finden als Lacke, Schaumstoffe, Fasern und nicht poröse Formkörper breite Anwendung. Sofern die Vernetzungpartner bereits bei Raumtemperatur reaktiv sind, wird das Polymer durch Mischen und anschließende Reaktion einer Isocyanatgruppen-haltigen Komponente mit einer Hydroxylgruppen-haltigen Komponente erhalten. Häufig wird dabei die Reaktion der Isocyanatgruppe mit der Hydroxylgruppe unter Zusatz basischer Verbindungen, wie tertiärer Amine oder Amidingruppen-haltiger Verbindungen katalysiert. Beispiele für solche Verbindungen sind 1 ,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan oder 1 ,8-Diazabicyclo[5.4.0] undec-7-en (DBU). Eine deutlich höhere katalytische Wirkung besitzen jedoch metallorganische Verbindungen, wie Dibutylzinndilaurat oder verschiedene Zinkcarboxylate. Die Menge des eingesetzten Katalysators ist zum einen dadurch bestimmt, für den Anwendungsbereich eine ausreichend lange Verarbeitungszeit zu gewährleisten, zum anderen dadurch, nach der Applikation möglichst früh ein für die Nachbearbeitung ausreichendes Eigenschaftsprofil zu erreichen. Insbesondere ist es für die Autoreparaturlackierung wichtig, eine schnelle Montagefestigkeit zu erreichen.
Die aus dem Stand der Technik gut bekannten Katalysatoren auf Zinnbasis, wie Dibutylzinndilaurat, Dioctylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinnmaleat oder Tetrabutylstannoxandiacetat, stellen gute Katalysatoren für die Bildung der Urethanbindung dar, jedoch sind diese Verbindungen toxisch. Aufgrund der Toxizität vieler Zinnverbindungen wird schon seit langem versucht, für Beschichtungsmittelzusammensetzungen geeignete Ersatzkatalysatoren zu finden.
In dem Artikel„Catalysis of the Isocyanate-Hydroxyl Reaction by Non-Tin Catalysts" von Werner J. Blank, Z.A. He und Ed. T. Hesseil der Firma King Industries Inc. werden daher Alternativen zu den üblichen zinnhaltigen Katalysatoren auf Basis verschiedener Metallsalze und Metallkomplexe, wie Zirkoniumchelate, Aluminiumchelat und Wismutcarboxylat, beschrieben. In der WO 2009/135600 werden Katalysatoren auf Basis von N-heterocyclischen Carbenen zur Synthese von Polyurethanen beschrieben. In der EP 1 460 094 werden Katalysatoren auf Basis von Metallsalzen in Verbindung mit bicyclischen tertiären Aminverbindungen und einem quartären Ammoniumsalz offenbart. In der US 4,006,124 werden allgemeine Amidin-Metall-Komplexe als Katalysatoren für die Isocyanatpolyadditionsreaktion beschrieben. Die WO 2004/029121 offenbart die Verwendung von Säuren mit einem pKs-Wert zwischen 2,8 und 4,5 als Katalysatoren für die Urethanreaktion. All diesen Katalysatoren ist gemeinsam, dass sie entweder zu einer zu langsamen Aushärtung des Beschichtungssystems führen oder jedoch zu einer verkürzten Arbeitszeit (Pot Life). Außerdem führen eine Reihe der oben genannten Katalysatoren zu eine Verfärbung der Lacke bzw. verursachen eine nachträglichen Vergilbung der applizierten Lacke. Derartige Verbindungen sind für hochwertige Klarlacksysteme ungeeignet. Zusätzlich beschreiben die oben genannten Schriften auch Cadmium und bleihaltige Katalysatoren, die aufgrund Ihrer Toxizität auch als Alternative zu Zinn-basierten Katalysatoren ausscheiden. Die in den oben genannten Schriften beschriebenen Wismut- oder Zirkonium-basierten Katalysatoren sind hydrolyseempfindlich und sollten deshalb nur im Härter angelöst werden. Aufgrund der Hydrolyseempfindlichkeit besitzen Beschichtungssysteme auf der Basis von Wismut- und Zirkoniumkatalysatoren außerdem eine geringe Lagerstabilität.
Wie bereits oben beschrieben, können auch Amine katalysierend auf die Polyurethanreaktion wirken. Allerdings ist deren Pot Life für die Verarbeitung im Autoreparaturbereich nicht ausreichend. Aufgrund des hohen Dampfdruckes niedermolekularer Amine kommen für diese Anwendung, wenn überhaupt, nur Amine, wie Diazabicycloundecen (DBU) oder Diazabicyclononen (DBN), in Frage. Der Einsatz dieser Amine führt allerdings zu stark gefärbten Mischungen und die resultierenden katalysierten Lacksysteme neigen zu einer inakzeptablen Vergilbung. In US 2006/0036007 werden o rg an o metallische Komplexe als Katalysatoren für die Vernetzung von Polyurethan-basierten Systemen offenbart. Dabei werden vor allem Amidin-Verbindungen des Zinks für die Katalyse der Reaktion Hydroxylgruppen- haltiger Komponenten mit Isocyanatgruppen-haltigen Komponenten beschrieben. Dabei sollen diese Katalysatoren auf pyrogenem Siliziumdioxid adsorbiert sein. In US 2006/0247341 und US 2009/001 1 124 werden ebenfalls Amidin-Zink-Komplexe als Katalysatoren in 2-Komponenten-Polyurethanbeschichtungssystemen verwendet. Diese Katalysatoren sollen dabei besonders hydrolysestabil sein und sich auch für den Einsatz in wässrigen Systemen eignen. Doch weisen die in diesen drei Dokumenten offenbarten Katalysatoren Systeme keine ausreichenden Härtungseigenschaften auf. Der Vergleich der Reaktivität dieser Systeme mit zinnkatalysierten Systemen zeigt, dass diese Zink-Amidin-basierten Katalysatoren schlechtere Härtungseigenschaften bei gleicher Verarbeitungszeit aufweisen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, Beschichtungssysteme mit geeigneten Katalysatoren bereitzustellen, die sowohl eine schnelle Härtung des Systems zeigen als auch andererseits eine lange Verarbeitungszeit aufweisen. Zudem sollen die Lacksysteme dem Verwender eine schnelle Weiterverarbeitung der damit lackierten Oberflächen/Gegenstände ermöglichen. Außerdem sollen diese Systeme keine Farbveränderungen vor und nach der Aushärtung aufzeigen. Besonders im Bereich von Klarlacken in der Automobilindustrie bestehen hohe Anforderungen an die Eigenfarbe der Systeme. So darf der Katalysator weder eine Eigenfarbe aufweisen, noch darf er mit den üblichen Lackkomponenten zu einer Verfärbung bei der Anmischung oder der Aushärtung des Lackes führen. Des Weiteren sollte dem Beschichtungssystem der Katalysator von vornherein zugegeben werden können. Jedoch soll die Beimischung des Katalysators zu den Beschichtungssystemen von Anfang an nicht die Lagerstabilität der Beschichtungszusammensetzung negativ beeinflussen. Zudem sollte der Katalysator hydrolyseunempfindlich sein, da selbst in organisch gelösten Systemen die üblicherweise hohe Konzentration an Hydroxylgruppen zu einer Reduzierung der Katalysatoraktivität über die Lagerzeit führen kann. Speziell im Bereich der Autoreparaturlackierung ist eine extrem hohe Lagerstabilität auch bei höheren Temperaturen von Vorteil. Überraschenderweise wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Beschichtungsstoffzusammensetzung gelöst wird, welche
- mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente (A),
- mindestens eine Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B),
- mindestens einen Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) herstellbar durch Umsetzung mindestens eines Zn(ll)biscarboxylates mit einem oder mehreren Imidazolen der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000005_0001
worin
R1 für einen acyclischen oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest Rv-Aryl steht, wobei Rv für einen Alkylenrest und Aryl für einen aromatischen Rest steht,
R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen acyclischen oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoff rest, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest Rv-Aryl stehen, wobei Rv für einen Alkylenrest und Aryl für einen aromatischen Rest steht, mit der Maßgabe, dass
Zink-(1 -Methylimidazol)-bis(2-Ethylhexanoat)-Komplexe (D), die durch Umsetzung von Zink(ll)bis(2-Ethylhexanoat) mit 1 -Methylimidazol in einem Molverhältnis von 1 zu < 2,2 erhältlich sind, ausgeschlossen sind, und - mindestens eine monomere aromatische Carbonsäure (S), bei der die Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi-Elektronensystem steht, enthält. Durch die Verwendung eines Katalysatorsystems umfassend mindestens einen wie oben definierten Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) und mindestens eine monomere aromatische Carbonsäure (S), bei der die Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi-Elektronensystem steht, in Beschichtungsmittel mit mindestens einer Polyisocyanatgruppen-haltigen Komponente und mindestens einer Polyhydroxylgruppen-haltigen Komponente weisen die entsprechenden Beschichtungssysteme ausgezeichnete Härtungseigenschaften, eine frühe Bearbeitbarkeit und eine erhöhte Verarbeitungszeit auf, zudem sind diese Katalysatorsysteme hydrolyseunempfindlich und zeigen keine Verfärbung oder Vergilbung des Beschichtungssystems.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungsmittelzusammensetzungen, enthaltend
- mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente (A),
- mindestens eine Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B),
- mindestens einen Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) herstellbar durch Umsetzung mindestens eines Zn(ll)biscarboxylates mit einem oder mehreren Imidazolen der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000006_0001
worin
R1 für einen acyclischen oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest Rv-Aryl steht, wobei Rv für einen Alkylenrest und Aryl für einen aromatischen Rest steht, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen acyclischen oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoff rest, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest Rv-Aryl stehen, wobei Rv für einen Alkylenrest und Aryl für einen aromatischen Rest steht, mit der Maßgabe, dass
Zink-(1 -Methylimidazol)-bis(2-Ethylhexanoat)-Komplexe (D), die durch Umsetzung von Zink(ll)bis(2-Ethylhexanoat) mit 1 -Methylimidazol in einem Molverhältnis von 1 zu < 2,2 erhältlich sind, ausgeschlossen sind, und - mindestens eine monomere aromatische Carbonsäure (S), bei der die Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi-Elektronensystem steht.
Als die mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente (A) können alle dem Fachmann bekannten Verbindungen eingesetzt werden, welche mindestens 2 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweisen und oligomer und/oder polymer sind.
Die bevorzugten oligo- und/oder polymeren Polyole (A) weisen massenmittlere Molekulargewichte Mw > 500 Dalton, gemessen mittels Gelpermeations- chromatographie (GPC) gegen einen Polystyrolstandard, bevorzugt zwischen 800 und 100000 Dalton, insbesondere zwischen 1000 und 50000 Dalton auf.
Besonders bevorzugt sind Polyesterpolyole, Polyurethanpolyole, Polysiloxanpolyole, Polyacrylatpolyole und/oder Polymethacrylatpolyole sowie deren Mischpolymerisate.
Die Polyole weisen bevorzugt eine OH-Zahl von 30 bis 400 mg KOH/g, insbesondere zwischen 100 und 300 mgKOH/g, auf. Die Hydroxylzahl (OH-Zahl) gibt an, wie viel mg Kaliumhydroxid der Essigsäure-Menge äquivalent sind, die von 1 g Substanz bei der Acetylierung gebunden wird.
Die Glasübergangstemperaturen, gemessen mit Hilfe von DSC-Messungen nach DIN-EN-ISO 1 1357-2, der Polyole liegen bevorzugt zwischen -150 und 100 °C, besonders bevorzugt zwischen -120°C und 80 °C.
Geeignete Polyesterpolyole sind beispielsweise in EP-A-0 994 1 17 und EP-A-1 273 640 beschrieben. Polyurethanpolyole werden vorzugsweise durch Umsetzung von Polyesterpolyol-Präpolymeren mit geeigneten Di- oder Polyisocyanaten hergestellt und sind beispielsweise in EP-A-1 273 640 beschrieben. Geeignete Polysiloxanpolyole sind beispielsweise in der WO-A-01 /09260 beschrieben, wobei die dort angeführten Polysiloxanpolyole bevorzugt in Kombination mit weiteren Poly- olen, insbesondere solchen mit höheren Glasübergangstemperaturen, zum Einsatz kommen können.
Die erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugten Poly(meth)acrylatpolyole sind in der Regel Copolymerisate und weisen vorzugsweise massenmittlere Molekulargewichte Mw zwischen 1000 und 20000 Dalton, insbesondere zwischen 1500 und 10000 Dalton auf, jeweils gemessen mittels Gelpermeations- chromatographie (GPC) gegen einen Polystyrolstandard.
Die Glasübergangstemperatur der Copolymerisate liegt in der Regel zwischen -100 und 100 °C, insbesondere zwischen -50 und 80 °C (gemessen mittels DSC- Messungen nach DIN-EN-ISO 1 1357-2).
Die Poly(meth)acrylatpolyole weisen bevorzugt eine OH-Zahl von 60 bis 250 mg KOH/g, insbesondere zwischen 70 und 200 KOH/g, sowie eine Säurezahl zwischen 0 und 30 mg KOH/g, auf.
Als hydroxylgruppenhaltige Monomerbausteine werden bevorzugt Hydroxy- alkylacrylate und/oder Hydroxyalkylmethacrylate, wie insbesondere 2- Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 2- Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3- Hydroxybutylacrylat, 3-Hydroxybutylmethacrylat sowie insbesondere 4- Hydroxybutylacrylat und/oder 4-Hydroxybutylmethacrylat eingesetzt.
Als weitere Monomerbausteine werden für die Poly(meth)acrylatpolyole bevorzugt Alkylacrylate und/oder Alkylmethacrylate eingesetzt, wie vorzugsweise Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, Isopropylacrylat, Isopropylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, Isobutylacrylat, Isobutylmethacrylat, tert-Butylacrylat, tert-Butylmethacrylat, Amylacrylat, Amylmethacrylat, Hexylacrylat, Hexylmethacrylat, Ethylhexylacrylat, Ethylhexylmethacrylat, 3,3,5-Trimethylhexylacrylat, 3,3,5-Trimethylhexylmethacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat, Laurylacrylat oder Laurylmethacrylat, Cycloalkylacrylate und/oder Cycloalkylmethacrylate, wie Cyclopentylacrylat, Cyclopentylmethacrylat, Isobornylacrylat, Isobornylmethacrylat oder insbesondere Cyclohexylacrylat und/oder Cyclohexylmethacrylat.
Als weitere Monomerbausteine für die Poly(meth)acrylatpolyole können vinyl- aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Vinyltoluol, alpha-Methylstyrol oder insbesondere Styrol, Amide oder Nitrile der Acryl- oder Methacrylsäure, Vinylester oder Vinylether, sowie in untergeordneten Mengen insbesondere Acryl- und/oder Methacrylsäure eingesetzt werden.
Bevorzugt werden Poly(meth)acrylatpolyole und/oder Polyesterharze, besonders bevorzugt Poly(meth)acrylatpolyole als Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente (A) eingesetzt.
Als die mindestens eine Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B) sind an sich bekannte substituierte oder unsubstituierte aromatische, aliphatische, cycloaliphatische und/oder heterocyclische Polyisocyanate geeignet. Beispiele für bevorzugte Polyisocyanate sind: 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat, Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Diphenylmethan-2,4'-diisocyanat, p-Phenylendi- isocyanat, Biphenyldiisocyanate, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenylendiisocyanat, Tetramethylen-1 ,4-diisocyanat, Hexamethylen-1 ,6-diisocyanat, 2,2,4-Tri- methylhexane-1 ,6-diisocyanat, Isophorondiisocyanat, Ethylendiisocyanat, 1 ,12- Dodecandiisocyanat, Cyclobutan-1 ,3-diisocyanat, Cyclohexan-1 ,3-diisocyanat, Cyclohexan-1 ,4-diisocyanat, Methylcyclohexyldiisocyanate, Hexahydrotoluol-2,4- diisocyanat, Hexahydrotoluol-2,6-diisocyanat, Hexahydrophenylen-1 ,3-diisocyanat, Hexahydrophenylen-1 ,4-diisocyanat, Perhydrodiphenylmethan-2,4'-diisocyanat, 4,4'- Methylendicyclohexyldiisocyanat (z.B. Desmodur ® W der Fa. Bayer AG), Tetramethylxylyldiisocyanate (z.B. TMXDI ® der Fa. American Cyanamid) und Mischungen der vorgenannten Polyisocyanate. Bevorzugte Polyisocyanate sind auch die Biuret-Dimere und die Isocyanurat-Trimere der vorgenannten Diisocyanate. Besonders bevorzugte Polyisocyanate (B) sind Hexamethylen-1 ,6-diisocyanat, Isophorondiisocyanat und 4,4'-Methylendicyclohexyldiisocyanat, deren Biuret-Dimere und/oder deren Isocyanurat-Trimere und/oder deren asymmetrische Trimere, wie z.B. das im Handel unter der Bezeichung Desmodur®XP2410 erhältliche asymmetrische HDI-Trimer.
Überdies können aber auch die an sich bekannten Folgeprodukte der vorgenannten organischen aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen oder heterocyclischen Polyisocyanate mit Carbodiimid-, Uretonimin-, Uretdion-, Allophanat-, Biuret- und/oder Isocyanurat-Struktur, sowie Prepolymere, die durch Umsetzung des Polyisocyanats mit Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffen erhalten werden, eingesetzt werden.
Die Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B) kann in einem geeigneten Lösemittel vorliegen. Geeignete Lösemittel sind solche, die eine ausreichende Löslichkeit der Polyisocyanatkomponente ermöglichen und frei von gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen sind. Beispiele für solche Lösemittel sind Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylisobutylketon, Methylisoamylketon, Diisobutylketon, Ethylacetat, n-Butylacetat, Ethylenglykoldiacetat, Butyrolacton, Diethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Ν,Ν-Dimethylformamid, N,N- Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, N-Ethylpyrrolidon, Methylal, Butylal, 1 ,3- Dioxolan, Glycerolformal, Benzol, Toluol, n-Hexan, Cyclohexan, Solventnaphtha, 2- Methoxypropylacetat (MPA), und Ethylethoxypropionat.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel können ggf. außer der Polyhydroxylgruppen-haltigen Komponente (A) noch ein oder mehrere, von der Komponente (A) verschiedene, Hydroxylgruppen-haltige Verbindungen (C) enthalten. Bevorzugt nehmen diese Verbindungen (C) einen Anteil von 1 bis 20 Gew.-% besonders bevorzugt von 1 bis 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 1 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, ein.
Als hydroxylgruppenhaltige Verbindung (C) werden niedermolekulare Polyole eingesetzt.
Als niedermolekulare Polyole werden beispielsweise Diole, wie bevorzugt Ethylenglykol, Neopentylglykol, 1 ,2,-Propandiol, 2,2,-Dimethyl-1 ,3-Propandiol,1 ,4- Butandiol, 1 ,3-Butandiol, 1 ,5,-Pentandiol, 2,2,4-Trimethyl-1 ,3-pentandiol, 1 ,6- Hexandiol, 1 ,4-Cyclohexandimethanol und 1 ,2-Cyclohexandimethanol, sowie Polyole, wie bevorzugt Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Trimethylolhexan, 1 ,2,4- Butantriol, Pentaerythritol sowie Dipentaerythritol, eingesetzt.
Die Polyhydroxygruppen-haltige Komponente (A) kann in einem geeigneten Lösemittel vorliegen. Geeignete Lösemittel sind solche, die eine ausreichende Löslichkeit der Polyhydroxykomponente ermöglichen. Beispiele für solche Lösemittel sind Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylisobutylketon, Methylisoamylketon, Diisobutylketon, Ethylacetat, n-Butylacetat,
Ethylenglykoldiacetat, Butyrolaction, Diethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, N,N-Dimethylformamid, Ν,Ν-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, N-Ethylpyrrolidon, Methylal, Ethylal, Butylal, 1 ,3-Dioxolan, Glycerolformal, Benzol, Toluol, n-Hexan, Cyclohexan, Solventnaphtha, 2-Methoxypropylacetat (MPA) ) und Ethylethoxypropionat und deren Gemische. Darüber hinaus können die Lösemittel auch gegenüber Isocyanaten reaktive Gruppen tragen. Beispiele für solche Reaktivlösemittel sind solche, die eine mittlere Funktionalität gegenüber Isocyanaten reaktiver Gruppen von mindestens 1 ,8 aufweisen. Dabei unterscheiden sich die als Reaktivverdünner geeigneten Lösemittel in dieser Anmeldung von der Polyhydroxylgruppen-haltigen Komponente (A) und (C). Die als Reaktivverdünner geeigneten Lösemittel sind Monomere und können beispielsweise niedermolekulare Diamine (z.B. Ethylendiamin) sein.
Der mindestens eine wie oben definierte Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) ist ein Komplex aus Zink(ll) mit den Imidazolen der allgemeinen Formel (I) und Carboxylat als Liganden, wobei Zink-(1 -Methylimidazol)-bis(2-Ethylhexanoat)- Komplexe (D), die durch Umsetzung von Zink(ll)bis(2-Ethylhexanoat) mit 1 - Methylimidazol in einem Molverhältnis von 1 zu < 2,2 erhältlich sind, von der Definition ausgeschlossen sind.
Für die Imidazole der allgemeinen Formel (I)
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gilt unter der Maßgabe der obigen allgemeinen Definition vorzugsweise, dass
R1 für einen gesättigten oder ungesättigten, geradkettigen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen oder einen Rest Rv-Aryl steht, wobei Rv für einen Alkylenrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und Aryl für einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen Ring mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen steht, und wobei sämtliche vorgenannten Reste optional Heteroatome wie beispielsweise Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff enthalten können,
R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen gesättigten oder ungesättigten, geradkettigen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen oder einen Rest Rv-Aryl steht, wobei Rv für einen Alkylenrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und Aryl für einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen Ring mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen steht, und wobei sämtliche vorgenannten Reste optional Heteroatome wie beispielsweise Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff enthalten können.
Besonders bevorzugt steht R1 für einen gesättigten, geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, ganz besonders bevorzugt bis zu 6 Kohlenstoffatomen, einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen, ganz besonders bevorzugt 3 bis 6 Kohlenstoffatomen oder einen Rest Rv-Aryl, wobei Rv bevorzugt für einen Alkylenrest mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen und Aryl für einen 5- oder 6 gliedrigen aromatischen Rest mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen steht, und wobei sämtliche vorgenannten Reste optional Heteroatome wie beispielsweise Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff enthalten können.
Unabhängig voneinander stehen die Reste R2, R3 und R4 bevorzugt für Wasserstoff oder für einen gesättigten, geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, ganz besonders bevorzugt bis zu 6 Kohlenstoffatomen, einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, ganz besonders bevorzugt 3 bis 6 Kohlenstoff atomen oder einen Rest Rv-Aryl, wobei Rv bevorzugt für einen Alkylenrest mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen und Aryl für einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen Ring mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen steht, und wobei sämtliche vorgenannten Reste optional Heteroatome wie beispielsweise Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff enthalten können. Ganz besonders bevorzugt stehen die Reste R3 und R4 für Wasserstoff. Generell gilt, dass an 1 -Stellung monosubstiuierte Imidazole (R2 = R3 = R4 = H) und an 1 - und 2-Stellung disubstituierte Imidazole (R2 H, R3 = R4 = H) bevorzugt sind.
Unter den in 1 -Stellung monosubstituierten Imidazolen werden ganz besonders bevorzugt 1 -Alkylimidazole (R1 = Alkyl, R2 = R3 = R4 = H), worin der Alkylrest vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist (beispielsweise Methyl, Ethyl, n- Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Hexyl) , 1 -Arylimidazole (R1 = Aryl, R2 = R3 = R4 = H), worin der Arylrest ein 5- oder 6-gliedriger aromatischer Rest mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, beispielsweise ein Phenylrest ist oder 1 - Aralkylimidazole (R1 = Aralkyl = Rv-Aryl , R2 = R3 = R4 = H), worin Rv für CH2 und Aryl für einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen Ring mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen steht, beispielsweise einen Imidazolrest oder Phenylrest, eingesetzt.
Beispiele besonders geeigneter in 1 -Stellung monosubstituierter Imidazole sind 1 - Methylimidazol, 1 -Ethylimidazol, 1 -Propylimidazol, 1 -Butylimidazol, 1 -Phenylimidazol und 1 ,1 -Methylen-bis-imidazol.
Unter den an 1 - und 2-Stellung disubstituierten Imidazolen sind insbesondere 1 ,2- Dialkylimidazole, wie beispielsweise 1 ,2-Dimethylimidazol, besonders bevorzugt. Wie oben beschrieben können sämtliche vorgenannten Reste R1 , R2, R3 und R4 optional Heteroatome wie beispielsweise Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff enthalten. In aliphatischen Resten kann Sauerstoff beispielsweise als Ethersauerstoff zwischen zwei Kohlenstoffatomen vorliegen oder in Form einer Estergruppe. Der Begriff der aromatischen Reste bzw. Aryl-Reste umfasst hierin in seiner weitesten Definition somit auch heteroaromatische Reste bzw. Heteroaryl- Reste wie beispielsweise Imidazolreste. In gleicher Weise umfasst der Begriff des aliphatischen Rests auch heteroaliphatische Reste. In jeder der oben genannten Definitionen der Reste R1 , R2, R3 und R4 können die Reste substituiert oder unsubsituiert vorliegen. Liegen die Reste substituiert vor, so sind typische Substituenten beispielsweise Hydroxylgruppen, Thiolgruppen, primäre und sekundäre Aminogruppen, Estergruppen oder Halogene wie Chlor oder Fluor. Ein Beispiel für einen OH-substituierten Alkylrest ist ein Hydroxyalkylrest wie im 1 - Hydroxyethyl-imidazol. Bevorzugt liegen die Reste R1, R2, R3 und R4 jedoch unsubstituiert vor.
Die Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplexe (D) sind herstellbar durch Umsetzung mindestens eines Zn(ll)biscarboxylates mit einem oder mehreren der oben genannten Imidazole.
Als Zn(ll)biscarboxylate sind insbesondere solche geeignet, bei welchen die Carboxylat-Reste, gewählt sind aus den linearen oder verzweigten aliphatischen, gegebenenfalls substituierten Monocarbonsäuren mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen und/oder aromatischen, gegebenenfalls substituierten Monocarbonsäuren mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen im aromatischen Rest. Der Carboxylatrest bestimmt im Wesentlichen die Löslichkeit des resultierenden Komplexes in den weiteren Komponenten der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittelzusammensetzung. Ganz besonders bevorzugt werden daher in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmittelzusammensetzungen solche Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplexe (D), in denen das Carboxylat eine lineare oder verzweigte aliphatische Monocarbonsäure, insbesondere ein verzweigtes oder unverzweigtes Alkanoat mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise ein 2-Ethylhexanoat, ist. Die Herstellung der Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplexe (D) kann durch Umsetzung mindestens eines Zn(ll)biscarboxylates mit einem oder mehreren der oben genannten Imidazole erfolgen. Bis zu vier Mol eines Imidazols oder einer Mischung aus zwei oder mehr Imidazolen können so mit einem Mol des Zn(ll)biscarboxylates umgesetzt werden.
Die Umsetzung des beziehungsweise der Zink(ll)biscarboxylate mit dem Imidazol oder der Imidazolmischung erfolgt üblicherweise in einem Lösemittel. Als Lösemittel kommen hierbei insbesondere solche Lösemittel zum Einsatz, die eine ausreichende Löslichkeit der Zink(ll)biscarboxylate und Imidazole sowie der resultierenden Zink- Imidazol-Carboxylat-Komplexe (D) ermöglichen. Vorzugsweise sind diese frei von gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Gruppen. Beispiele für solche Lösemittel sind die dem Fachmann bekannten typischen Lösemittel für Polyisocyanate. Die Umsetzung der Zink(ll)biscarboxylate mit dem Imidazol oder der Imidazolmischung kann jedoch auch in der Polyhydroxylgruppen-haltigen Komponente (A) und/oder in den als Komponente (C) aufgeführten niedermolekularen Alkoholen gegebenenfalls im Gemisch mit anderen gegenüber Isocyanaten inerten Lösemitteln erfolgen.
Die Umsetzung der Zink(ll)biscarboxylate mit dem Imidazol oder der Imidazolmischung erfolgt üblicherweise bei Raumtemperatur (20 °C) oder erhöhter Temperatur von bis zu 1 00 °C. Dabei wird in der Regel das Zink(ll)biscarboxylat im Lösemittel beziehungsweise den Komponenten (A) und/oder (C) vorgelegt und die Imidazolkomponente (gegebenenfalls gelöst in einem der vorgenannten Lösemittel), langsam zugetropft. Die entstehende Wärmeentwicklung wird abgewartet, dann wird über einen Zeitraum von beispielsweise 2 Stunden bei erhöhter Temperatur von beispielsweise 60 °C oder mehr weiter gerührt. In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist es auch möglich, insbesondere dann, wenn es sich bei den Beschichtungsmitteln um zweikomponentige Beschichtungsmittel handelt, den Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) in situ herzustellen. Dazu wird eine entsprechende Menge des Imidazols oder der Imidazolmischung in dem hydroxylgruppenhaltigen Bindemittel (A) und gegebenenfalls (C) vorgelegt und eine entsprechende Menge des Zn(ll)biscarboxylates in der polyisocyanathaltigen Komponente (B). Das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel wird dann durch Vermischen der das Imidazol enthaltenden hydroxylgruppenhaltigen Bindemittelkomponente (A) sowie gegebenenfalls (C) und der zunächst getrennt gelagerten polyisocyanathaltigen Komponente (B), die auch das Zn(ll)biscarboxylat enthält, hergestellt.
Es ist ferner erfindungswesentlich, dass das Beschichtungsmittel mindestens eine monomere aromatische, ggf. substituierte Carbonsäure (S) enthält, deren Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi-Elektronensystem steht. Dabei kann die Anzahl der Carboxylgruppen variieren, wobei die Carbonsäuren bevorzugt eine Carboxylgruppe aufweisen. Bevorzugt weisen die monomeren aromatischen, ggf. substituierten Carbonsäuren (S) ein Molekulargewicht < 500 g/mol, besonders bevorzugt < 300 g/mol, auf. Bevorzugt werden monomere aromatische, ggf. substituierte Carbonsäuren (S) eingesetzt, die einen pKs-Wert von 2 bis 5 aufweisen. Der pKs-Wert entspricht dem pH-Wert am Halbäquivalentspunkt, wobei das Lösungsmedium vorzugsweise Wasser ist. Sollte für eine Säure die Angabe eines pKs-Wertes in Wasser nicht möglich sein, so wird als Medium vorzugsweise DMSO gewählt oder aber ein anderes geeignetes Medium, in dem die Säure löslich ist.
Geeignet sind monomere aromatische Mono- und Polycarbonsäuren, die entsprechenden Alkyl- und Aryl-substituierten aromatischen Mono- und Polycarbonsäuren sowie die entsprechenden hydroxylgruppenhaltigen aromatischen Mono- und Polycarbonsäuren, wie beispielsweise Phthalsäure und Terephthalsäure, Alkyl- bzw. Aryl-substituierte Phthalsäure und Terephthalsäure, Benzoesäure und Alkyl- bzw. Aryl-substituierte Benzoesäure, aromatische Carbonsäuren mit weiteren funktionellen Gruppen wie Salicylsäure und Acetylsalicylsäure, Alkyl- bzw. Aryl- substituierte Salicylsäure oder Isomere davon, mehrkernige aromatische Carbonsäuren, wie die Isomeren der Naphthalincarbonsäure und deren Derivate.
Bevorzugt enthält das Beschichtungsmittel als monomere aromatische Carbonsäure (S) Benzoesäure, tert.-Butylbenzoesäure, 3,4-Dihydroxybenzoesäure, Salicylsäure und/oder Acetylsalicylsäure, besonders bevorzugt Benzoesäure. Handelt es sich um einkomponentige Beschichtungsmittel, so werden Polyisocyanatgruppen-haltige Verbindungen (B) gewählt, deren freie Isocyanat- gruppen mit Blockierungsmitteln blockiert sind. Beispielsweise können die Isocyanatgruppen mit substituierten Pyrazolen, insbesondere mit Alkyl-substituierten Pyrazolen, wie 3-Methylpyrazol, 3,5-Dimethylpyrazol, 4-Nitro-3,5-dimethypyrazol, 4- Bromo-3,5-dimethylpyrazol u. Ä. blockiert werden. Besonders bevorzugt werden die Isocyanatgruppen der Komponente (B) mit 3,5-Dimethylpyrazol blockiert.
Bei den erfindungsgemäß besonders bevorzugten 2-komponentigen (2K) Beschich- tungsmitteln wird kurz vor der Applikation des Beschichtungsmittel eine Lackkomponente, enthaltend die Polyhydroxylgruppen-haltige Verbindung (A) sowie weitere nachfolgend beschriebene Komponenten, mit einer weiteren Lackkomponente, enthaltend die Polyisocyanatgruppenhaltige Verbindung (B) sowie gegebenenfalls weitere der nachfolgend beschriebenen Komponenten in an sich bekannter Weise vermischt, wobei in der Regel die Lackkomponente, die die Verbindung (A) enthält, den wie oben definierten Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) sowie einen Teil des gegebenenfalls vorhandenen Lösemittels enthält.
Die Gewichtsanteile der Polyhydroxylgruppen-haltigen Komponete (A) und ggf. (C) und der Polyisocyanatgruppen-haltigen Komponente (B) werden vorzugsweise solchermaßen gewählt, dass das molare Äquivalentverhältnis der Hydroxylgruppen der Polyhydroxylgruppen-haltigen Verbindung (A) plus ggf. (C) zu den Isocyanatgruppen der Komponente (B) zwischen 1 :0,9 und 1 :1 ,5, bevorzugt zwischen 1 :0,9 und 1 :1 ,1 besonders bevorzugt zwischen 1 :0,95 und 1 :1 ,05, liegt.
Bevorzugt werden erfindungsgemäß Beschichtungsmittel eingesetzt, die von 30 bis 80 Gew.-%, bevorzugt von 50 bis 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, mindestens einer Polyhydroxylgruppen- haltigen Komponente (A) enthalten, bevorzugt mindestens eines Polyhydroxylgruppen-haltigen Polyacrylates (A) und/oder mindestens eines Polyhydroxylgruppen-haltigen Polymethacrylates (A) enthalten.
Ebenfalls bevorzugt werden erfindungsgemäß Beschichtungsmittel eingesetzt, die von 5 bis 50 Gew.-%, bevorzugt von 25 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, der Polyisocyanatgruppen-haltigen Komponente (B) enthalten.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel den wie oben definierten Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) in einer solchen Menge, dass der Zinkgehalt des Komplexes, jeweils bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, zwischen 35 und 2000 ppm, bevorzugt zwischen 35 und 1000 ppm und besonders bevorzugt zwischen 100 und 1000 ppm, liegt.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel außerdem 0,2 bis 15,0 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 8,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,5 bis 5,0 Gew.-%, mindestens einer monomeren aromatischen Carbonsäure (S), wobei die Gew.-%-Angaben jeweils bezogen sind auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Beschichtungsmittelzusammensetzung um ein 2-Komponenten-System, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B) getrennt von der mindestens einen Polyhydroxylgruppen-haltigen Komponente (A) gelagert wird und die Komponenten erst kurz vor Verarbeitung miteinander vermischt werden.
Sowohl der wie oben definierte Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) als auch die monomere aromatische Carbonsäure (S) können im Falle eines 2-Komponenten- Systems in beiden Komponenten enthalten sein, bevorzugt enthält nur eine Komponente die genannten Substanzen, bevorzugt sind sowohl monomere aromatische Carbonsäure (S) als auch der Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) in der Polyolkomponente gelöst.
Des Weiteren kann auch das Imidazol der allgemeinen Formel (I) in der Polyolkomponente gelöst sein und die Zink-Bis(Carboxylat)-Komponente in der Polyisocyanatkomponente. Erst nach Vermischen der Polyisocyanatkomponente und der Polyolkomponente wird dann in situ der aktive Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) gebildet. Die Beschichtungsmittel sind bevorzugt nichtwässrige Beschichtungsmittel. Die Beschichtungsmittel können Lösemittel enthalten oder als lösemittelfreie Systeme formuliert sein Beispiele für geeignete Lösemittel sind die bereits bei der
5 Polyhydroxylgruppen-haltigen Verbindung (A) und ggf. (C) und bei der Polyisocyanatgruppen-haltigen Verbindung (B) aufgeführten Lösemittel. Das bzw. die Lösemittel werden in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln bevorzugt in einer solchen Menge eingesetzt, dass der Festkörpergehalt des Beschichtungsmittels mindestens 50 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 60 i o Gew.-% beträgt.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel 0 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, eines oder mehrerer Aminoplastharze und/oder eines oder 15 mehrerer Tris(Alkoxycarbonylamino)Triazine (E) enthalten.
Beispiele für geeignete Tris(Alkoxycarbonylamino)Triazine sind in der US-A-4 939 213, der US-A- 5 084 541 und der EP-A-0 624 577 genannt.
20 Beispiele für geeignete Aminoplastharze (E) sind alle im Bereich der Lackindustrie üblicherweise eingesetzten Aminoplastharze, wobei über die Reativität des Aminoplastharzes die Eigenschaften der resultierenden Beschichtungsmittel gesteuert werden können. Es handelt sich um Kondensationsprodukte aus Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, und beispielsweise Harnstoff, Melamin,
25 Guanamin und Benzoguanamin. Die Aminoplastharze enthalten Alkohol-, vorzugsweise Methylolgruppen, die in der Regel teilweise oder bevorzugt vollständig mit Alkoholen verethert sind. Es werden insbesondere mit niedrigen Alkoholen veretherte Aminoplastharze eingesetzt. Bevorzugt werden mit Methanol und/oder Ethanol und/oder Butanol veretherte Aminoplastharze, beispielsweise in dem Handel
30 unter den Bezeichnungen Cymel®, Resimene®, Maprenal® und Luwipal® erhältlichen Produkte, eingesetzt. Die Aminoplastharze (E) sind altbekannte Verbindungen und werden beispielsweise im Detail in der amerikanischen Patentanmeldung US 2005/0182189 A1 , Seite 1 , Absatz [0014], bis Seite 4, Absatz [0028], beschrieben. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Bindemittelmischung bzw. das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel mindestens ein übliches und bekanntes Lackadditiv (F) in wirksamen Mengen, d.h. in Mengen vorzugsweise bis zu 30 Gew.- %, besonders bevorzugt bis zu 25 Gew.-% und insbesondere bis zu 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, enthalten.
Beispiele geeigneter Lackadditive (F) sind:
insbesondere UV-Absorber;
insbesondere Lichtschutzmittel wie HALS-Verbindungen, Benztriazole oder Oxalanilide;
- Radikalfänger;
Slipadditive;
Polymerisationsinhibitoren;
Entschäumer;
von den Komponenten (A) und (C) verschiedene Reaktivverdünner, insbesondere Reaktivverdünner, die erst durch Reaktion mit weiteren
Bestandteilen bzw. Wasser reaktiv werden, wie beispielsweise Incozol oder Asparaginsäureester
von den Komponenten (A) und (C) verschiedene Netzmittel wie Siloxane, fluorhaltige Verbindungen, Carbonsäurehalbester, Phosphorsäureester, Polyacrylsäuren und deren Copolymere oder Polyurethane;
Haftvermittler;
Verlaufsmittel;
filmbildende Hilfsmittel wie Cellulose-Derivate;
Füllstoffe wie beispielsweise Nanopartikel auf der Basis von Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid; ergänzend wird noch auf das Römpp
Lexikon «Lacke und Druckfarben« Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, Seiten 250 bis 252, verwiesen; von den Komponenten (A) und (C) verschiedene rheologiesteuernde Additive, wie die aus den Patentschriften WO 94/22968, EP-A-0 276 501 , EP-A-0 249 201 oder WO 97/12945 bekannten Additive; vernetzte polymere Mikroteilchen, wie sie beispielsweise in der EP-A-0 008 127 offenbart sind; anorganische Schichtsilikate wie Aluminium-Magnesium-Silikate, Natrium-Magnesium- und
Natrium-Magnesium-Fluor-Lithium-Schichtsilikate des Montmorillonit-Typs; Kieselsäuren wie Aerosile®; oder synthetische Polymere mit ionischen und/oder assoziativ wirkenden Gruppen wie Poly(meth)acrylamid, Poly(meth)acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Styrol-Maleinsäureanhydrid- oder Ethylen-Maleinsäure-anhydrid-Copolymere und ihre Derivate oder hydrophob modifizierte ethoxylierte Urethane oder Polyacrylate;
Flammschutzmittel.
Besonders bevorzugt sind Beschichtungsmittel, die
50 bis 70 Gew.-%, bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, mindestens eines Polyhydroxylgruppen-haltigen Polyacrylates (A) und/oder mindestens eines Polyhydroxylgruppen-haltigen Polymethacrylates (A),
25 bis 40 Gew.-%, bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, der Polyisocyanatgruppen-haltigen Verbindung (B),
0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, der hydroxylgruppen-haltigen Komponente (C),
0,5 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, mindestens einer monomeren aromatischen Carbonsäure (S),
0 bis 15 Gew.-%, bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, eines oder mehrerer Aminoplastharze und/oder eines oder mehrerer Tris(Alkoxycarbonylamino)Triazine (E) und
0 bis 20 Gew.-%, bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, mindestens eines üblichen und bekannten Lackadditivs (F) enthalten
und
mindestens einen wie oben definierten Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) in einer solchen Menge enthalten, dass der Zinkgehalt des Zink-Imidazol-Carboxylat- Komplexes (D), jeweils bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels, zwischen 100 und 1000 ppm liegt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die erfindungsgemäße Bindemittelmischung bzw. das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel noch weitere Pigmente und/oder Füllstoffe enthalten und zur Herstellung pigmentierter Topcoats bzw. pigmentierter Undercoats oder Füller, insbesondere pigmentierter Topcoats, dienen. Die dafür eingesetzten Pigmente und/oder Füllstoffe sind dem Fachmann bekannt. Die Pigmente werden üblicherweise in einer solchen Menge eingesetzt, dass das Pigment-zu-Bindemittel-Verhältnis zwischen 0,05 : 1 und 1 ,5 : 1 liegt, jeweils bezogen auf den Bindemittelgehalt des Beschichtungsmittels. Des Weiteren betrifft die Erfindung die erfindungsgemäße Verwendung eines Katalysatorsystems, umfassend mindestens einen wie oben definierten Zink- Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) und mindestens eine monomere aromatische Carbonsäure (S), bei der die Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi- Elektronensystem steht, zur Katalyse der Urethanreaktion in Beschichtungsmittelzusammensetzungen, die mindestens eine
Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente und mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente enthalten. Das Katalysatorsystem zeichnet sich durch die kombinierte Verwendung von dem mindestens einen wie oben defnierten Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) und der mindestens einen monomeren aromatischen Carbonsäure (S), bei der die Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi-Elektronensystem steht, aus. Vorzugsweise wird die Katalysereaktion bei 20 bis 60 °C durchgeführt Vorzugsweise enthalten die Beschichtungsmittelzusammensetzungen die vorher beschriebene mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente (A) und die mindestens eine Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B).
Die Applikation der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel kann durch alle üblichen Applikationsmethoden, wie z.B. Spritzen, Rakeln, Streichen, Gießen, Tauchen, Tränken, Träufeln oder Walzen erfolgen. Dabei kann das zu beschichtende Substrat als solches ruhen, wobei die Applikationseinrichtung oder -anläge bewegt wird. Indes kann auch das zu beschichtende Substrat, insbesondere ein Coil, bewegt werden, wobei die Applikationsanlage relativ zum Substrat ruht oder in geeigneter Weise bewegt wird. Vorzugsweise werden Spritzapplikationsmethoden angewandt, wie zum Beispiel Druckluftspritzen, Airless-Spritzen, Hochrotation, elektrostatischer Sprühauftrag (ESTA), gegebenenfalls verbunden mit Heißspritzapplikation wie zum Beispiel Hot- Air-Heißspritzen.
Da die aus den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln hergestellten erfindungsgemäßen Beschichtungen auch auf bereits ausgehärteten Elek- trotauchlackierungen, Füllerlackierungen, Basislackierungen oder üblichen und bekannten Klarlackierungen hervorragend haften, eignen sie sich neben dem Einsatz in der Automobilserien(OEM)lackierung ausgezeichnet für die Autoreparaturlackierung und/oder für die Beschichtung von Automobilanbauteilen und/oder die Beschichtung von Nutzfahrzeugen.
Die Aushärtung der applizierten erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel kann nach einer gewissen Ruhezeit erfolgen. Die Ruhezeit dient beispielsweise zum Verlauf und zur Entgasung der Lackschichten oder zum Verdunsten von flüchtigen Bestandteilen wie Lösemittel. Die Ruhezeit kann durch die Anwendung erhöhter Temperaturen und/oder durch eine reduzierte Luftfeuchte unterstützt und/oder verkürzt werden, sofern hierbei keine Schädigungen oder Veränderungen der Lackschichten eintreten, etwa eine vorzeitige vollständige Vernetzung.
Die thermische Härtung der Beschichtungsmittel weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt nach den üblichen und bekannten Methoden wie Erhitzen in einem Umluftofen oder Bestrahlen mit IR-Lampen. Hierbei kann die thermische Härtung auch stufenweise erfolgen. Eine weitere bevorzugte Härtungsmethode ist die Härtung mit nahem Infrarot (NIR-Strahlung).
Vorteilhafterweise erfolgt die thermische Härtung bei einer Temperatur von 20 bis 200°C während einer Zeit von 1 min bis zu 10 h, wobei bei niedrigen Temperaturen auch längere Härtezeiten zur Anwendung kommen können. Für die Automobilreparaturlackierung und für die Lackierung von Kunststoffteilen sowie die Lackierung von Nutzfahrzeugen werden dabei üblicherweise niedrigere Temperaturen angewandt, die bevorzugt zwischen 20 und 80°C, insbesondere zwischen 20 und 60 °C liegen. Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel eignen sich für jegliche Art von Beschichtungen, wie für Elektrotauchlacke, Coil Coating Lacke, Drahtlacke und Automobillacke als pulverförmige, lösungsmittelhaltige, lösungsmittelfreie und wässrige Beschichtungsmittel. Bevorzugt werden die Lacke als hochwertige Beschichtung von Gegenständen aller Art eingesetzt, wo es entweder aus technischen oder aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich ist, die Lacke bei hohen Temperaturen zu trocknen. Zum Einsatz kommen diese Systeme sowohl in Grundierungen als auch in Decklacksystemen. Diese Decklacksysteme können pigmentiert sein oder auch als unpigmentierte Systeme (= Klarlacke) zu Einsatz kommen. Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittelzusammensetzungen in der Autoreparaturlackierung eingesetzt, bevorzugt als Automobildecklacke (Uni + CC). Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel eignen sich hervorragend als dekorative, schützende und/oder effektgebende, Beschichtungen und Lackierungen von Karosserien von Fortbewegungsmitteln (insbesondere Kraftfahrzeugen, wie Motorrädern, Bussen, Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen) oder von Teilen hiervon; von Bauwerken im Innen- und Außenbereich; von Möbeln, Fenstern und Türen; von Kunststoffformteilen, insbesondere CompactDisks und Fenster; von industriellen Kleinteilen, von Coils, Containern und Emballagen; von weißer Ware; von Folien; von optischen, elektrotechnischen und mechanische Bauteilen sowie von Glashohlkörpern und Gegenständen des täglichen Bedarfs. Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel können daher beispielsweise auf ein ggf. vorbeschichtetes Substrat aufgebracht werden, wobei die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel sowohl pigmentiert als auch unpigmentiert sein können. Insbesondere werden die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel und Lackierungen, insbesondere die Klarlackierungen, in dem technologisch und ästhetisch besonders anspruchsvollen Gebiet der Automobilserienlackierung (OEM) und zur Beschichtung von Kunststoff-Anbauteilen für Pkw-Karosserien, insbesondere für Karosserien von Pkw der Oberklasse, wie z. B. für die Herstellung von Dächern, Heckklappen, Motorhauben, Kotflügeln, Stoßstangen, Spoilern, Schwellern, Schutzleisten, seitlichen Verkleidungen u.ä., sowie der Automobilreparaturlackierung und der Lackierung von Nutzfahrzeugen, wie beispielsweise von Lastkraftfahrzeugen, kettenbetriebenen Baufahrzeugen, wie z.B. Kranfahrzeugen, Radladern und Betonmischern, Omnibussen, Schienenfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Fluggeräten sowie landwirtschaftlichen Geräten wie Traktoren und Mähdreschern, und Teilen hiervon eingesetzt.
Die Kunststoffteile bestehen üblicherweise aus ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylester), Polycarbonaten, Blends aus ASA und Polycarbonaten, Polypropylen, Polymethylmethacrylaten oder schlagzäh modifizierte Polymethylmethacrylaten, insbesondere aus Blends aus ASA und Polycarbonaten, bevorzugt mit einem Polycarbonatanteil > 40%, insbesondere > 50%, verwendet.
Unter ASA werden dabei im Allgemeinen schlagzähmodifizierte Styrol/Acrylnitril- Polymerisate verstanden, bei denen Pfropfcopolymerisate von vinylaromatischen Verbindungen, insbesondere Styrol, und von Vinylcyaniden, insbesondere Acrylnitril, auf Polyalkylacrylatkautschuken in einer Copolymermatrix aus insbesondere Styrol und Acrylnitril, vorliegen.
Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel in mehrstufigen Beschichtungsverfahren eingesetzt, insbesondere bei Verfahren, bei dem auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat zunächst eine pigmentierte Basislackschicht und danach eine Schicht mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel aufgetragen werden. Gegenstand der Erfindung sind daher auch effekt- und/oder farbgebende Mehrschichtlackierungen aus mindestens einer pigmentierten Basislackschicht und mindestens einer darauf angeordneten Klarlackschicht, die bevorzugt dadurch gekennzeichnet sind, dass die Klarlackschicht aus dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel hergestellt worden ist.
Es können sowohl wasserverdünn bare Basislacke als auch Basislacke auf Basis von organischen Lösemitteln eingesetzt werden. Geeignete Basislacke sind beispielsweise in der EP-A-0 692 007 und in den dort in Spalte 3, Zeilen 50ff. angeführten Dokumenten beschrieben. Bevorzugt wird der aufgebrachte Basislack zunächst getrocknet, das heißt dem Basislackfilm wird in einer Abdunstphase wenigstens ein Teil des organischen Lösemittels beziehungsweise des Wassers entzogen. Die Trocknung erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 80 °C. Nach der Trocknung wird das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel aufgebracht. Anschließend wird die Zweischichtlackierung bevorzugt unter bei der Automobilserienlackierung angewandten Bedingungen bei Temperaturen von 20 bis 200 °C während einer Zeit von 1 min bis zu 10 h eingebrannt, wobei bei den für die Automobilreparaturlackierung angewandten Temperaturen, die im Allgemeinen zwischen 20 und 80 °C, insbesondere zwischen 20 und 60 °C liegen, auch längere Härtzeiten zur Anwendung kommen können. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel als transparenter Klarlack zur Beschichtung von Kunststoffsubstraten, insbesondere von Kunststoff-Anbauteilen, eingesetzt. Die Kunststoffanbauteile werden bevorzugt ebenfalls in einem mehrstufigen Beschichtungsverfahren beschichtet, bei dem auf ein gegebenenfalls vor- beschichtetes oder ein zur besseren Haftung der nachfolgenden Beschichtungen vorbehandeltes Substrat (z.B. Beflammen, Corona- oder Plasma-Behandlung des Substrats) zunächst eine pigmentierte Basislackschicht und danach eine Schicht mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel aufgetragen werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung Beschichtungen, die aus den erfindungsgemäßen Beschichtungsmittelzusammensetzungen hergestellt wurden bzw. die unter Verwendung eines Katalysatorsystems aus mindestens einem wie oben definierten Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) und mindestens einer aromatischen Carbonsäure (S), bei der die Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi- Elektronensystem steht, in Kombination hergestellt wurden. Vorzugsweise finden diese Beschichtungen Anwendung im Automobilbereich. Die Beschichtungen können auch zur Herstellung von Mehrschichtlackierungen dienen. So dass die Erfindung außerdem Mehrschichtsysteme beschreibt, die mindestens eine erfindungsgemäße Beschichtung enthalten. Vorzugsweise handelt es sich bei den Mehrschichtsystemen um Automobillackierungen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert. Beispiele:
Gelpermeationschromatoqraphie (GPC)
Die Gelpermeationschromatographie wurde bei 40°C mit einer Hochdruckflüssigkeitschromatographie-Pumpe und einem Brechungsindexdetektor durchgeführt. Als Elutionsmittel wurde Tetrahydrofuran mit einer Elutionsgeschwindigkeit von 1 ml_/imin verwendet. Die Kalibrierung wurde mittels Polystyrol-Standards durchgeführt. Das zahlenmittlere Molekulargewicht Mn, das gewichtsmittlere Molekulargewicht Mw und Mp wurden bestimmt, wobei sich der Polymolekularitätsindex Mp berechnet aus Mp = Mw/Mn.
Hydroxylzah I/Säu rezah I :
Die Hydroxylzahl wird über den eingesetzten Anteil an OH-funktionellen Komponenten berechnet und in mg KOH pro Gramm Festharz angegeben. Die Hydroxylzahl (OH-Zahl) gibt an, wie viel mg Kaliumhydroxid der Essigsäure-Menge äquivalent sind, die von 1 g Substanz bei der Acetylierung gebunden wird.
Die Säurezahl gibt hierbei die Anzahl der mg Kaliumhydroxid an, die zur Neutralisation von 1 g der jeweiligen Verbindung verbraucht wird (DIN EN ISO 21 14). Festkörperbestimmunq
Ca. 1 g Probe werden in einem Weißblechdeckel eingewogen. Nach Zugabe von ca. 3 ml Butylacetat wird die Probe im Trockenschrank für 60 Minuten bei 130°C getrocknet, im Exsikkator abgekühlt, und dann zurückgewogen. Der Rückstand entspricht dem Festkörperanteil.
Bindemittelqehaltbestimmunq
Unter Bindemittelanteil ist jeweils der in Tetrahydrofuran (THF) lösliche Anteil des Beschichtungsmittels vor der Vernetzung zu verstehen. Dazu wird eine kleine Probe (P) gewogen, in der 50- bis 100-fachen Menge THF gelöst, unlösliche Bestandteile werden abfiltriert, das THF abgedampft und daran anschließend der Festkörper der zuvor in THF gelösten Bestandteile bestimmt, indem für 60 Minuten bei 130°C getrocknet wird, im Exsikkator abgekühlt wird und dann erneut gewogen wird. Der Rückstand entspricht dem Bindemittelgehalt der Probe (P). Klebfreiheit mittels Zapon-Tack Test (ZTT):
Ein Aluminiumstreifen einer Dicke von 0,5 mm, einer Breite von 2,5 cm und einer Länge von 1 1 cm wird so in einem 1 10° Winkel gebogen, dass eine Fläche von 2,5 X 2,5 cm entsteht. Die lange Seite des Bleches wird nach weiteren 2,5 cm um ca 15° so gebogen, dass das Blech durch ein auf der quadratischen Fläche zentriert platziertes Gewicht (5g) gerade in Balance gehalten wird. Zur Messung der Klebfreiheit nach ZTT wird das gebogene Blech auf dem Lackfilm platziert und für 30 s mit einem Gewicht von 100g beschwert. Nach Entfernung des Gewichtes wird der Lack als klebfrei angesehen, wenn der Blechwinkel innerhalb von 5 s umfällt. Der Test wird in Abständen von 15 Minuten wiederholt. Vor Einsatz des Tests wird die Klebrigkeit des Lackfilms qualitativ durch Berührung beurteilt. Bei Prüfungen mit erhöhter Temperatur werden die Prüftafeln vor Beginn der Prüfung zur Abkühlung 10 Minuten bei Raumtemperatur gelagert.
Print-Test:
Der Lackfilm wird mittels 100 micrometer-Rakel auf eine Glastafel aufgezogen. Nach Trocknung für 30 Minuten bei 60 °C wird innerhalb von 10 Minuten nach Entnahme aus dem Ofen die Glastafel auf eine handelsüblichen Laborwaage aufgelegt. Mittels Daumendruck wird der Film dann für 20 s mit einem Gewicht von 2 kg belastet. Diese Prüfung wird alle 10 Minuten wiederholt. Bei offensichtlich noch weichem oder klebrigem Lackfilm wird zunächst abgewartet, bis der Lackfilm eine ausreichende Klebfreiheit und Härte erreicht hat. Die Auswertung der Versuche wird nach einer Lagerzeit von 24 Stunden vorgenommen. Dazu wird die Lackoberfläche mit einer wässrigen Tensidlösung (Handelsübliches Spülmittel) und einem weichen Tuch abgewaschen, um Fettmarkierungen zu eliminieren. Der Lack wird als in Ordnung angesehen, wenn kein Daumenabdruck auf dem Lackfilm sichtbar ist. Diese Prüfung ist ein Maß für die Montagefestigkeit von Reparaturlackierungen, d.h. je früher der Lackfilm seine Montagefestigkeit nach forcierter Trocknung erreicht hat, um so eher kann mit Montagearbeiten (bzw. Demontagearbeiten von Abhebungen) an der reparierten Karosserie begonnen werden. Dryinq recorder:
Auf Glastafeln der Dimension 280 mm x 25 mm wird der Lack mittels 100 micrometer-Rakel aufgezogen. Mit Hilfe des Byk-Dry-time Recorders werden Nadeln mit einer definierten Geschwindigkeit über den Film gezogen. Dabei werden 3 verschieden Phasen sowie die Gesamtlänge (= Summe aus Phase 1 + Phase 2 + Phase 3) der Spur beurteilt.
Phase 1 : Die Nadelspur läuft wieder zu
Phase 2: Die Nadelspur führt zu eine tiefgehenden Furche im Lackfilm
Phase 3: Die Nadel verletzt den Film nur oberflächlich
Die Beurteilung wird immer gegen einen Standard vorgenommen.
Stammlack:
86,4 g eines styrolhaltigen Polyacrylates (62%ig in Solventnaptha®/Etho- xyethylpropionat/Methylisobutylketon (20/46/34)) mit einem Molekulargewicht von 1600 - 2200 (Mn) und 4000 - 5000 (Mw), einer gemessenen Säurezahl von 12-16 mg KOH/g, einer berechneten OH-Zahl (OHZ) von ca 130 mg KOH/g (Festharz) und einer Viskosität der 60%igen Lösung in Butylacetat von 200 - 400 mPa.s, gemessen mit einem Rotationsviskosimeter (Brookfield CAP 2000, Spindel 3, 1000RPM), werden mit 6,4 g Methylisobutylketon, 2,2 g eines handelsüblichen Lichtschutzmittelgemisches bestehend aus UV- und HALS Lichtschutzmittel sowie 0,15 g eines handelsüblichen Verlaufsmittels auf Basis eines Polyacrylates zu einer homogenen Mischung verrührt. In dieser Mischung entsprechend der Angaben in Tabelle 1 zunächst die angegebene Menge des jeweiligen Imidazolderivates gelöst, anschließend wird die angegebene Menge Zink(2-ethylhexanoat)2 zugegeben. Man läßt die Stammlackmischung 24h bei Raumtemperatur ruhen.
Härterlösung:
In einer Mischung von 5,17 Teilen Xylol, 10,3 Teilen Butylacetat, 1 ,51 Teilen Ethylethoxypropionat, 8,03 Teilen Methylisobutylketon sowie 0,310 Teilen eines handelsüblichen Verlaufsmittels auf Basis eine Polyacrylates (55%ig in Solventnaphtha®) werden 28,12 g trimerisiertes, Isocyanuratgruppen aufweisendes Hexamethylendiisocyanat (HDI) mit einem Isocyanatgehalt von 22,0 %, bezogen auf das lösemittelfreie trimerisierte Hexamethylendiisocyanat, gelöst.
Versuchsdurchführung:
Zusätzliche Komponenten wie Benzoesäure und Katalysatorkomponenten werden im Stammlack aufgelöst. Nach leichtem Rühren erhält man klare Lösungen. Zur Versuchsdurchführung wird der Stammlack vorgelegt und der Härter zugegeben. Die Lösung wird durch Rühren homogenisiert. Für die Viskositätsmessungen auf die angegebene Viskosität durch Lösemittelzugabe eingestellt. Für die Glasaufzüge verzichtet man auf die Einstellung der Viskosität. Zur Trocknungsprüfung wird der Lackfilm auf Glastafeln mittels einer 100 m icrometer- Kaste nrakel aufgezogen, so dass eine Filmschichtdicke von 30 - 35 micrometer erreicht wird. Für die Prüfung der Pendelhärte wird der Film auf Glastafeln aufgegossen, vor Bestimmung der Filmhärte nach Koenig wird die Schichtdicke des aufgezogenen Films am Ritz (DIN 50933) bestimmt. Für die Prüfungen mittels Drying recorder werden die Proben ebenfalls mit einer 100 micrometer-Kastenrakel auf geeignete Glasstreifen von ca. 280 mm Länge und ca. 25 mm Breite aufgezogen; die damit erreichten Schichtdicken liegen bei 30 - 35 micrometer.
Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Beispiele im Vergleich zu einer Standardformulierung eines mit DBTL katalysierten 2K-Polyurethanklarlackes. Tabelle 1
Beispiel vo E1 E2 E3 E4 E5
Stammlack 95,15 95,15 95,1 5 95,15 95,1 5 95,1 5
Dibutylzinndilaurat 0,06
Benzoesäure 1 ,5 1 ,5 1 ,5 1 ,5 1 ,5 1 ,5
1 ,1 -Methylen-bis-imidazol 0,055
1 -Benzyl-imidazol 0,153
1 -Butyl-imidazol 0,1 13
1 -Hydroxyethyl-imidazol 0,096
1 ,2-Dimethylimidazol 0,077
Zink-(2-ethylhexanoat)2 0,13 0,17 0,16 0,15 0,14
Härterlösung 53,38 53,38 53,38 53,38 53,38 53,38
Metallgehalt [ppm] 72 161 210 198 186 175
Potlife DIN 4 [s] 2)
direkt 25 24 23 23 23 21
nach 1 h 30 35 34 27 28 28
nach 2h 38 61 54 33 37 43
nach 3h 64 42 53
ZAPON-Tack 3)
30'60 <€/ 1 0'RT [min] 0 0 0 15 0 0
RT [min] 160 330 210 210 330 210 Pendeldämpfung nach König in Schlägen 41
23°C RT nach 1 d 102 67 61 1 1 1 1 1 1 64
23°C RT nach 7d 131 91 74 137 141 83
30'60°C nach 1 d 83 137 146 78 139 146
30'60°C nach 7d 95 141 155 88 154 153
Print - Test - 15 min 60 °C
100 320 120 120 320 140
/10 min RT [min] 5)
Die Versuche E1 - E5 wurden wiederholt mit dem Unterschied, daß nun keine Benzoesäure zugesetzt wurde.
Tabelle 2 zeigt die erreichten Werte für die Klebfreiheiten nach dem Print-Test! erreicht wurden.
Tabelle 2
Figure imgf000032_0001
Diskussion: In den Versuchen zeigt sich, dass durch Kombination der Zink-Imidazol- Carboxylat-Komplexe der Erfindung mit der Benzoesäure eine deutlich frühere Montagefestigkeit zu erreichen ist als ohne Benzoesäure.

Claims

Patentansprüche:
1 . Beschichtungsmittelzusammensetzung, enthaltend
- mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente (A),
- mindestens eine Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B),
- mindestens einen Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) herstellbar durch Umsetzung mindestens eines Zn(ll)biscarboxylates mit einem oder mehreren Imidazolen der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000033_0001
worin
R1 für einen acyclischen oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest Rv-Aryl steht, wobei Rv für einen Alkylenrest und Aryl für einen aromatischen Rest steht,
R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen acyclischen oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoff rest, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest Rv-Aryl stehen, wobei Rv für einen Alkylenrest und Aryl für einen aromatischen Rest steht, mit der Maßgabe, dass
Zink-(1 -Methylimidazol)-bis(2-Ethylhexanoat)-Komplexe (D), die durch Umsetzung von Zink(ll)bis(2-Ethylhexanoat) mit 1 -Methylimidazol in einem Molverhältnis von 1 zu < 2,2 erhältlich sind, ausgeschlossen sind, und - mindestens eine monomere aromatische Carbonsäure (S), bei der die Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi-Elektronensystem steht.
2. Beschichtungsmittelzusammensetzung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Poly(meth)acrylatpolyol und/oder ein Polyesterharz als mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente (A) enthalten ist, bevorzugt ein Poly(meth)acrylatpolyol.
3. Beschichtungsmittelzusammensetzung gemäß einer der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmittelzusammensetzung als Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B) 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, oder 4,4'-Methylendicyclohexyldiisocyanat, deren Biuret- Dimere und/oder deren Isocyanurat-Trimere und/oder deren asymmetrische Trimere enthält.
4. Beschichtungsmittelzusammensetzung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine monomere aromatische Carbonsäure (S) Benzoesäure, tert.-Butylbenzoesäure, 3,4-Dihydroxybenzoesäure, Salicylsäure und/oder Acetylsalicylsäure enthalten ist, besonders bevorzugt Benzoesäure.
5. Beschichtungsmittelzusammensetzung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmittelzusammensetzung den mindestens einen Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D) in einer solchen Menge enthält, dass der Metallgehalt des Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplex (D), jeweils bezogen auf den Bindemittelanteil des Beschichtungsmittels, zwischen 35 und 2000 ppm, bevorzugt zwischen 35 und 1000 ppm und besonders bevorzugt zwischen 100 und 1000 ppm, liegt und/oder das Beschichtungsmittel 0,2 bis 15,0 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 8,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,5 bis 5,0 Gew.-% mindestens einer monomeren aromatischen Carbonsäure (S) enthält, wobei die Gew.-%-Angaben wiederum jeweils bezogen sind auf den Bindemittelanteil des Beschichtungsmittels.
6. Beschichtungsmittelzusammensetzung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmittelzusammensetzung noch ein oder mehrere, von der Komponente (A) verschiedene, hydroxylgruppenhaltige Verbindungen (C) enthält und/oder dass das molare Äquivalentverhältnis der Hydroxylgruppen der hydroxylgruppenhaltigen Verbindung (A) plus ggf. (C) zu den Isocyanatgruppen der Komponente (B) zwischen 1 :0,9 und 1 :1 ,5, bevorzugt zwischen 1 :0,9 und 1 :1 ,1 , besonders bevorzugt zwischen 1 :0,95 und 1 :1 ,05, liegt.
7. Beschichtungsmittelzusammensetzung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein nicht wässriges Beschichtungsmittel ist und/oder dass es Pigmente enthält.
8. Verwendung mindestens eines Zink-Imidazol-Carboxylat-Komplexes (D) und mindestens einer monomeren aromatischen Carbonsäure (S), bei der die Carboxylgruppe in Konjugation zu einem pi-Elektronensystem steht, als Katalysatorsystem zur Katalyse der Urethanreaktion in Beschichtungsmittelzusammensetzungen, die mindestens eine Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente und mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente enthalten, wobei der Zink-Imidazol- Carboxylat-Komplex (D) herstellbar ist durch Umsetzung mindestens eines Zn(ll)biscarboxylates mit einem oder mehreren Imidazolen der allgemeinen Formel
(I)
Figure imgf000035_0001
(I) worin
R für einen acyclischen oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest Rv-Aryl steht, wobei Rv für einen Alkylenrest und Aryl für einen aromatischen Rest steht, und wobei sämtliche vorgenannten Reste optional Heteroatome wie beispielsweise Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff enthalten können, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen acyclischen oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoff rest, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest Rv-Aryl stehen, wobei Rv für einen Alkylenrest und Aryl für einen aromatischen Rest steht, und wobei sämtliche vorgenannten Reste optional Heteroatome wie beispielsweise Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff enthalten können, mit der Maßgabe, dass Zink-(1 -Methylimidazol)-bis(2-Ethylhexanoat)-Komplexe (D), die durch Umsetzung von Zink(ll)bis(2-Ethylhexanoat) mit 1 -Methylimidazol in einem Molverhältnis von 1 zu < 2,2 erhältlich sind, ausgeschlossen sind.
9. Verwendung eines Katalysatorsystems gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmittelzusammensetzung mindestens eine Polyhydroxylgruppen-haltige Komponente (A) und mindestens eine Polyisocyanatgruppen-haltige Komponente (B) enthalten und/oder die Katalyse bei 20 bis 60 °C durchgeführt wird.
10. Beschichtungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus einer Beschichtungsmittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 bzw. eine Schicht unter Verwendung eines Katalysatorsystems gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 hergestellt wird, vorzugsweise im Automobilbereich und/oder im Bereich der Nutzfahrzeuge, bevorzugt für eine Automobilreparaturlackierung.
1 1 . Mehrstufiges Beschichtungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat eine pigmentierte Basislackschicht und danach eine Schicht aus einer Beschichtungsmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bzw. eine Schicht unter Verwendung eines Katalysatorsystems gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 aufgetragen wird oder dass auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat eine pigmentierte oder unpigmentierte Schicht aus dem Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bzw. eine pigmentierte oder unpigmentierte Schicht unter Verwendung eines Katalysatorsystems gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 aufgetragen wird.
12. Mehrstufiges Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Auftrag der pigmentierten Basislackschicht der aufgebrachte Basislack zunächst bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 80 °C getrocknet wird und nach dem Auftrag des Beschichtungsmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bzw. nach Auftragung einer Schicht unter Verwendung eines Katalysatorsystems gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 bei Temperaturen zwischen 20 und 80 °C, insbesondere zwischen 20 und 60 °C, gehärtet wird.
13. Verwendung der Beschichtungsmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Klarlack oder pigmentierter Lack für die Automobilreparaturlackierung und/oder für die Beschichtung von Automobilanbauteilen und/oder Kunststoffsubstraten und/oder Nutzfahrzeugen.
14. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 1 oder 12 für die Automobilreparaturlackierung und/oder für die Beschichtung von Kunststoffsubstraten und/oder Nutzfahrzeugen.
15. Beschichtung, die mindestens eine Schicht aus einer Beschichtungsmittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 bzw. mindestens eine Schicht hergestellt unter Verwendung eines Katalysatorssystems gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 enthält und vorzugsweise im Automobilbereich Anwendung findet.
PCT/EP2012/054546 2011-03-18 2012-03-15 Zink-imidazol-carboxylat-komplex katalysierte beschichtungsmittelzusammensetzung WO2012126796A1 (de)

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