WO2016116299A1 - Wässrige dispersionen enthaltend mehrstufig hergestellte polymerisate sowie diese enthaltende beschichtungsmittelzusammensetzung - Google Patents

Wässrige dispersionen enthaltend mehrstufig hergestellte polymerisate sowie diese enthaltende beschichtungsmittelzusammensetzung Download PDF

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Cathrin CORTEN
Dirk EIERHOFF
Britta SCHNIEDERS
Nicole Freitag
Heinz-Ulrich Grumpe
Elisabeth Wessling
Joerg Schwarz
Mechtild VIENENKÖTTER
Patrick WILM
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Basf Coatings Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to aqueous dispersions containing multistage polymers of olefinically unsaturated compounds, and their preparation and use, in particular in the field of automotive painting.
  • Polymers are known from the prior art which can be used as binders for automotive finishing. Such a binder must fulfill a variety of properties. So it has to be used in multi-layered modern paint systems, such as those used in the automotive industry.
  • this process is widely used both for OEM painting of automobiles and painting of metal and plastic attachments.
  • the multi-layer coating thus obtained must meet a variety of properties.
  • the bodies are coated a second time with the basecoat and clearcoat according to the above method.
  • the same paint as in the first coating can be used.
  • the resulting coating must meet the high demands of the automotive industry in terms of appearance and durability, especially the adhesion between the basecoat used in the refinish and the initial coating can be problematic.
  • This is to be understood as an adhesion improvement both in the coating of metal and plastic substrates and in particular in the automotive refinish, both in the case of OEM clearcoats with a stoving temperature of usually about 140 ° C, as well as in the case of repair clearcoats with a baking temperature of usually about 80 ° C.
  • the improved adhesion between the basecoat and the original finish is in the foreground. This should be improved, especially for use in OEM automotive refinishing.
  • the liability problem is especially blatant when the coated substrates are exposed to the weather.
  • the object of the present invention was thus also to provide a polymer for coatings which, even after being exposed to the weather, still has outstanding adhesion properties.
  • a further object of the present invention was therefore to prevent or reduce the occurrence of bubbles and swelling.
  • the object of the present invention was to provide polymers which, when used in coating compositions, show improved properties with regard to the storage stability of the coating compositions compared with the prior art.
  • a further object on which the present invention was based was to provide a polymer which, when used in coating compositions, meets the requirements of automotive OEM finishing with regard to the flop to be achieved in effect finishes, sufficiently high solids to achieve sufficiently high layer thicknesses, and viscosity , which allows processing by means of electrostatic and / or pneumatic application, met. solution
  • an aqueous dispersion comprising at least one polymer which can be prepared by
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers B contains at least one polyunsaturated monomer
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers A contains at least 50.0% by weight of one or more monomers having a solubility in water of ⁇ 0.5 g / l at 25 ° C,
  • the resulting polymer after stage i. has a particle size of 20 to 1 10 nm
  • a polymer prepared from the monomers B has a glass transition temperature of -35 to 12 ° C, and the resulting polymer after stage ii. has a particle size of 130 to 200 nm, c. a polymer prepared from the monomers C has a glass transition temperature of -50 to 15 ° C, and
  • the resulting polymer after stage iii. has a particle size of 150 to 280 nm.
  • novel aqueous dispersion comprising at least one polymer is also referred to below as aqueous dispersion according to the invention.
  • Preferred embodiments of the aqueous dispersion of the invention will become apparent from the following description and the appended claims.
  • the present invention relates to a method for producing a multi-layer coating on a substrate and to a multi-layer coating produced by said method.
  • the present invention also relates to a method for repairing defects of multilayer coatings, in which the basecoat according to the invention is used.
  • aqueous with respect to the aqueous dispersions is meant a dispersion containing a significant proportion of water.
  • "aqueous" is to be understood in this context as meaning that the dispersion has a proportion of at least 40% by weight, preferably at least 50 wt .-%, most preferably at least 60 wt .-% water, in each case based on the total amount of the solvent contained (that is, water and organic solvents) having.
  • the proportion of water is preferably from 40 to 99% by weight, in particular from 50 to 98% by weight, very particularly preferably from 60 to 95% by weight, in each case based on the total amount of the solvents present.
  • (meth) acrylate is intended below to designate both acrylate and methacrylate.
  • novel aqueous dispersions are prepared by multistage free-radical emulsion polymerization of olefinically unsaturated monomers in water.
  • a polymerization initiator is needed for the radical emulsion polymerization.
  • the polymerization initiator used must be a water-soluble initiator.
  • An initiator is preferably selected from the list of potassium, sodium or ammonium peroxodisulfate, hydrogen peroxide, tert-butyl hydroperoxide, 2,2'-azobis (2-amidoisopropane) dihydrochloride, 2,2'-azobis (N, N '). - Dimethyleneisobutyramidin) dihydrochloride, 2,2'-azo-bis (4-cyanopentanoic acid) or mixtures of the aforementioned, for example Hydrogen peroxide and sodium persulfate, and redox initiator systems.
  • Redox initiator systems are to be understood as initiators which contain at least one peroxide-containing compound in combination with a redox coinitiator z.
  • sulfur compounds such as bisulfites, sulfites, thiosulfates, dithionites or tetrathionates of alkali metals and ammonium compounds, sodium hydroxymethanesulfinate dihydrate and / or thiourea. So you can use combinations of peroxodisulfates with alkali metal or ammonium hydrogen sulfites, z. For example, ammonium peroxodisulfate and ammonium disulfide fit.
  • the weight ratio of peroxide-containing compounds to the redox coinitiators is preferably from 50: 1 to 0.05: 1.
  • transition metal catalysts can be used in addition, such.
  • iron, nickel, cobalt, manganese, copper, vanadium, or chromium salts such as ferrous sulfate, cobalt II chloride, nickel-ll sulfate, copper-l-chloride, manganese ll acetate, vanadium III acetate, manganese II chloride.
  • these transition metal salts are usually used in amounts of from 0.1 to 1000 ppm. So you can use combinations of hydrogen peroxide with iron-Il salts, such as 0.5 to 30% hydrogen peroxide and 0.1 to 500 ppm Mohr's salt.
  • the initiators are preferably used in an amount of 0.05 to 20 wt .-%, preferably 0.05 to 10, particularly preferably from 0.1 to 5 wt .-%, based on the total weight of the monomers used in each stage ,
  • the polymerization is conveniently carried out at a temperature of 0 to 1 60 ° C, preferably from 60 to 95 ° C.
  • the polymerization is carried out at atmospheric pressure, but also the use of lower pressures or higher pressures is possible, especially when polymerization temperatures are used which are above the boiling point of the monomers and / or solvents.
  • starving polymerization also known as “starve feed”, “starve fed” or “starved feed” polymerization.
  • an emulsion polymerization is considered in which the content of residual monomers in the Reaction solution is minimized during the entire reaction time, that is, the metered addition of the olefinically unsaturated monomers so that in the reaction solution, a concentration of 6.0 wt .-%, preferably 5.0 wt .-%, particularly preferably 4.0 wt. -%, Particularly advantageous 3.5 wt .-%, is not exceeded during the entire reaction time.
  • concentration ranges of the olefinically unsaturated monomers of 0.01 to 6.0 wt .-%, preferably 0.02 to 5.0 wt .-%, particularly preferably 0.03 to 4.0 wt .-%, in particular 0.05 to 3.5% by weight.
  • concentration ranges of the olefinically unsaturated monomers of 0.01 to 6.0 wt .-%, preferably 0.02 to 5.0 wt .-%, particularly preferably 0.03 to 4.0 wt .-%, in particular 0.05 to 3.5% by weight.
  • concentration ranges of the olefinically unsaturated monomers of 0.01 to 6.0 wt .-%, preferably 0.02 to 5.0 wt .-%, particularly preferably 0.03 to 4.0 wt .-%, in particular 0.05 to 3.5% by weight.
  • the highest proportion to be detected during the reaction (or the concentration) at 0.5% by weight 1, 0 wt .-%, 1, 5 wt
  • the concentration of the monomers in the reaction solution can be determined, for example, by gas chromatography:
  • the sample is immediately cooled after sampling with liquid nitrogen and treated with 4-methoxyphenol as an inhibitor.
  • the sample is dissolved in tetrahydrofuran and n-pentane is added.
  • the clear supernatant is analyzed by gas chromatography using a polar and a non-polar column to determine the monomers and a flame ionization detector is used.
  • Typical parameters for the gas chromatographic determination are the following: 25m silica capillary column with 5% phenyl, 1% vinyl-methylpolysiloxane phase or 30m silica capillary column with 50% phenyl 50% methyl polysiloxane phase, carrier gas hydrogen, split injector 150 ° C, oven temperature 50 to 180 ° C, flame ionization detector, detector temperature 275 ° C, internal standard isobutyl acrylate.
  • the determination of the concentration of the monomers is carried out in the context of the present invention preferably by gas chromatography, in particular while maintaining the above-mentioned parameters.
  • the concentration of monomers in the reaction solution, hereinafter referred to as free monomers can be controlled in various ways.
  • One way to keep the concentration of free monomers low is to choose the dosing rate of the mixture of olefinically unsaturated monomers very low. If the metered addition rate is so low that all monomers can react as quickly as they are in the reaction solution, it can be ensured that the concentration of the free monomers is minimized.
  • reaction conditions are preferably to be selected so that the initiator feed is started even before the beginning of the metering of the olefinically unsaturated monomers.
  • the dosage is started at least 5 minutes before, more preferably at least 10 minutes before.
  • at least 10% by weight of the initiator particularly preferably at least 20% by weight, very preferably at least 30% by weight of the initiator, in each case based on the total amount of initiator, is added before starting the metering of the olefinically unsaturated monomers.
  • the amount of initiator is an important factor for the sufficient presence of radicals in the reaction solution.
  • the amount of initiator should be chosen so that sufficient free radicals are available at all times, so that the dosed Monomers can react. If the amount of initiator is increased, even larger amounts of monomers can be reacted at the same time. Another factor that determines the rate of reaction is the reactivity of the monomers.
  • the control of the concentration of the free monomers can thus be controlled by the interaction of amount of initiator, rate of initiator addition, rate of monomer addition and by the choice of monomers. Both the slowing of the dosage, as well as the increase in the amount of initiator, as well as the early start with the addition of the initiator serve the goal of keeping the concentration of the free monomers below the limits mentioned above.
  • the concentration of the free monomers can be determined by gas chromatography as described above.
  • the above parameters can be used to control the reaction.
  • the metering rate of the monomers can be reduced or the amount of initiator can be increased.
  • a sample of the reaction solution can be taken at any time and the particle size can be determined by means of dynamic light scattering according to DIN ISO 13321.
  • Emulsifiers are required for all stages of the emulsion polymerizations. These emulsifiers are preferably used in an amount of 0.1-10.0% by weight, more preferably 0.1-5.0% by weight, very preferably 0.1-3.0% by weight, based in each case on the total weight of the monomers of the particular stage.
  • nonionic or ionic emulsifiers including zwitterionic, if appropriate also mixtures of the abovementioned.
  • Preferred emulsifiers are optionally ethoxylated or propoxylated alkanols having 10 to 40 carbon atoms and having different degrees of ethoxylation or propoxylation (for example adducts with 0 to 50 mol of alkylene oxide) or their neutralized, sulfated, sulfonated or phosphated derivatives.
  • Particularly preferred emulsifiers are neutralized Dialkylsulfobernsteinklaes- ter or Alkyldiphenyloxiddisulfonate suitable, for example, commercially available as EF-800 Fa. Cytec.
  • the glass transition temperature Tg is determined experimentally in the context of the invention on the basis of DIN 51005 "Thermal Analysis (TA) - Terms” and DIN 53765 “Thermal Analysis - Dynamic Differential Calorimetry (DDK)”.
  • TA Thermal Analysis
  • DDK Thermal Analysis - Dynamic Differential Calorimetry
  • the glass transition temperature based on DIN 53765, point 8.1, is the temperature in the second measuring run at which half of the change in specific heat capacity (0.5 delta cp) is reached. It is derived from the DDK (Heat Flow versus Temperature) plot and is the temperature of the midline intersection between the extrapolated baselines before and after the glass transition with the trace. All values given below for glass transition temperatures Tg refer to the respective polymer which is formed when the particular monomer mixture is individually polymerized.
  • the value obtained for, for example, the third step is that which is obtained when the monomer mixture for the third step is polymerized in the absence of the first and second steps.
  • T g i Glass transition temperature of the homopolymer of the monomer component 1, 2, n (Kelvin).
  • Suitable olefinically unsaturated monomers may be monounsaturated or polyunsaturated.
  • Suitable monoolefinically unsaturated monomers include (meth) acrylate-based mono-olefinically unsaturated monomers, vinylic, simple olefinically unsaturated monomers, alpha-beta unsaturated carboxylic acids and allyl compounds.
  • the (meth) acrylate-based, mono-olefinically unsaturated monomers may be, for example, (meth) acrylic acid and esters, nitriles, or amides of (meth) acrylic acid.
  • esters of (meth) acrylic acid with a radical R, which is not olefinically unsaturated.
  • the radical R may be aliphatic or aromatic.
  • the radical R is preferably aliphatic.
  • the radical R may be, for example, an alkyl radical or contain heteroatoms. Examples of radicals R which contain heteroatoms are ethers. In any case, but not necessarily exclusively, monomers are used in which the radical R is an alkyl radical.
  • R is an alkyl radical
  • it may be a linear, branched or cyclic alkyl radical. In all three cases, these may be unsubstituted or functional groups substituted alkyl radicals.
  • the alkyl radical preferably has 1 to 20, particularly preferably 1 to 10, carbon atoms.
  • Particularly preferred suitable monounsaturated esters of (meth) acrylic acid having an unsubstituted alkyl radical are methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl ( meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, amyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, ethylhexyl (meth) acrylate, 3,3,5-trimethylhexyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate , Lauryl (meth) acrylate, cycloalkyl (meth) acrylates, such as cyclopentyl (meth) acrylate, Isobornyl (meth) acrylate and cyclohexyl (
  • Suitable monounsaturated esters of (meth) acrylic acid with a substituted alkyl radical may preferably be substituted by one or more hydroxyl groups or by phosphoric acid ester groups.
  • Particularly preferred suitable monounsaturated esters of (meth) acrylic acid with an alkyl radical substituted by one or more hydroxyl groups are 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxybutyl (meth ) acrylate and 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, with 2-hydroxyethyl (meth) acrylate being most preferred.
  • Particularly preferred suitable monounsaturated esters of (meth) acrylic acid with phosphoric acid ester groups are, for example, the phosphoric acid ester of polypropylene glycol monomethacrylate, such as the commercially available Sipomer PAM 200 from Rhodia.
  • the vinylic, monounsaturated monomers may be monomers having a radical R 'on the vinyl group which is not olefinically unsaturated.
  • the radical R ' may be aliphatic or aromatic, with aromatic radicals being preferred.
  • the radical R ' may be a hydrocarbon radical or contain heteroatoms.
  • Examples of radicals R 'which contain heteroatoms are ethers, esters, amides, nitriles and heterocycles.
  • the radical R ' is preferably a hydrocarbon radical. In the case where R 'is a hydrocarbon radical, this may be substituted by hetero atoms or unsubstituted, unsubstituted ied radicals are preferred.
  • the radical R ' is preferably an aromatic hydrocarbon radical.
  • Particularly preferred vinylic, olefinically unsaturated monomers are vinylaromatic hydrocarbons, in particular vinyltoluene, alpha-methylstyrene and in particular styrene.
  • olefinically unsaturated monomers such as acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, N-dimethylacrylamide,
  • the radical R 'can have the following structure:
  • radicals R1 and R2 are alkyl radicals having a total of 7 carbon atoms.
  • Such monomers are commercially available under the name VeoVa 10 from Momentive.
  • Suitable multiply olefinically unsaturated monomers include esters of (meth) acrylic acid with an olefinically unsaturated radical R "and allyl ethers of mono- or polyhydric alcohols
  • the radical R" may be an allyl radical or a (meth) acrylic acid radical.
  • Preferred poly olefinically unsaturated monomers include ethylene glycol di (meth) acrylate, 1,2-propylene glycol di (meth) acrylate, 2,2-propylene glycol di (meth) acrylate, butanediol 1,4-di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, 3-
  • Methyl pentanediol di (meth) acrylate diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, hexanediol di (meth) acrylate and allyl (meth) acrylate.
  • preferred poly olefinically unsaturated compounds include acrylic acid and methacrylic acid esters of alcohols having more than two OH groups, for example trimethylolpropane tri (meth) acrylate or glycerol tri (meth) acrylate, but also trimethylolpropane di (meth) acrylate monoallyl ether, trimethylolpropane (meth) acrylate diallyl ether, pentaerythritol tri (meth) acrylate monoallyl ether, pentaerythritol di (meth) acrylate diallyl ether, pentaerythritol (meth) acrylate triallyl ether, triallylsucrose, and pentaallylsucrose.
  • trimethylolpropane tri (meth) acrylate or glycerol tri (meth) acrylate but also trimethylolpropane di (meth) acrylate monoallyl ether, trimethylol
  • hexanediol di (meth) acrylate and / or allyl methacrylate very particularly preferably a combination of hexanediol di (meth) acrylate and allyl methacrylate.
  • solubility of the organic monomers in water can be determined by equilibrium with the gas space above the aqueous phase (analogous to the literature X.-S. Chai, QX Hou, FJ Schork, Journal of Applied Polymer Science Vol. 99, 1296-1301 ( 2006)).
  • the slope of the The curve changes from a nearly constant value (S1) to a significantly negative slope (S2) as soon as the excess monomer content has been removed from the mixture.
  • S1 nearly constant value
  • S2 significantly negative slope
  • the described determination is carried out at 25 ° C.
  • the preparation of the aqueous dispersions according to the invention is the reaction of a mixture of olefinically unsaturated monomers A by emulsion polymerization in water using an emulsifier and a water-soluble initiator, wherein the addition of the mixture of olefinically unsaturated monomers A is such that in the reaction solution, a concentration of the monomers of 6.0% by weight, preferably 5.0% by weight, particularly preferably 4.0% by weight, is not exceeded during the entire reaction time, ie the reaction conditions for a starving polymerization are maintained.
  • the resulting polymer from stage i. hereinafter referred to as seed The total mass of the monomer mixture A preferably has a proportion of 1 .0 to 10.0%, particularly preferably 2.0 to 6.0%, based on the total mass of the monomer mixtures A, B and C.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers A is selected so that the resulting polymer has a glass transition temperature Tg of 10 to 55 ° C, preferably from 30 to 50 ° C.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers A contains at least 50.0 wt .-%, preferably at least 55.0 wt .-% based on the total mass of the mixture of olefinically unsaturated monomers A, one or more monomers having a solubility in water at one temperature of 25 ° C of ⁇ 0.5 g / l.
  • the monomers having a solubility in water at a temperature of 25 ° C. of ⁇ 0.5 g / l are preferably styrene.
  • the reaction conditions for the polymerization are chosen so that the resulting polymer after stage i. has a particle size of 20 to 1 10 nm.
  • the monomer mixture A contains no hydroxy-functional monomers.
  • the monomer mixture A preferably contains no acid-functional monomers.
  • the monomer mixture A contains at least one monounsaturated ester of (meth) acrylic acid with an unsubstituted alkyl radical and at least one vinylic, monounsaturated monomer having an aromatic radical on the vinyl group.
  • the preparation of the aqueous dispersions of the invention is the reaction of a mixture of olefinically unsaturated monomers B by emulsion polymerization in water using an emulsifier and a water-soluble initiator in the presence of under i.
  • the polymer resulting from the mixture of olefinically unsaturated monomers B is referred to below as the core.
  • the total mass of the monomer mixture B preferably has a proportion of 60 to 90%, particularly preferably 70 to 80%, very particularly preferably 71 to 77%, based on the total mass of the monomer mixtures A, B and C.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers B is selected so that a polymer prepared from the monomers B has a glass transition temperature Tg of -35 to + 12 ° C, preferably from -25 to + 7 ° C.
  • reaction conditions for the polymerization are chosen so that the resulting polymer after stage iL, ie seed and core, has a particle size of 130 to 200 nm.
  • the monomer mixture B contains at least one poly olefinically unsaturated monomer.
  • the monomer mixture B preferably contains no acid-functional monomers.
  • the monomer mixture B contains no hydroxy-functional monomers.
  • the monomer mixture B contains at least one polyunsaturated monomer, at least one monounsaturated ester of (meth) acrylic acid with an unsubstituted alkyl radical, and at least one vinylic, monounsaturated monomer having an aromatic radical on the vinyl group.
  • the preparation of the aqueous dispersions according to the invention is the reaction of a mixture of olefinically unsaturated monomers C by emulsion polymerization in water using an emulsifier and a water-soluble initiator in the presence of under ii. obtained polymer consisting of seed and core, wherein the addition of the mixture of olefinically unsaturated monomers C takes place so that in the reaction solution, a concentration of the monomers of 6.0 wt .-%, preferably 5.0 wt .-%, particularly preferably 4.0 wt .-%, is not exceeded during the entire reaction time, so the reaction conditions for a starvation polymerization are met.
  • the polymer resulting from the mixture of olefinically unsaturated monomers C is referred to below as a shell.
  • the overall result, ie the resulting polymer after stage (iii.) Is thus a combination of seed, Core and shell.
  • the entire multi-stage polymer is also referred to as seed-core-shell polymer.
  • the total mass of the monomer mixture C preferably has a proportion of 10 to 30%, particularly preferably 18 to 24%, based on the total mass of the monomer mixtures A, B and C.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers C is selected so that a polymer prepared from the monomers C has a glass transition temperature Tg, from -50 to 15 ° C, preferably from -20 to + 12 ° C.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers C is preferably selected so that the resulting polymer, consisting of seed, core and shell, an acid number of 10 to 25 has.
  • the selection of monomers for the mixture of olefinically unsaturated monomers C takes place so that the resulting polymer, consisting of seed, core and shell, an OH number of 0 to 30, particularly preferably from 10 to 25 has.
  • reaction conditions for the polymerization are chosen so that the resulting polymer after stage iii. has a particle size of 150 to 280 nm.
  • the monomer mixture C contains at least one alpha-beta-unsaturated carboxylic acid.
  • the monomer mixture C comprises at least one alpha-beta-unsaturated carboxylic acid and at least one monounsaturated ester of (meth) acrylic acid with an alkyl radical substituted by one or more hydroxyl groups.
  • the monomer mixture C comprises at least one alpha-beta-unsaturated carboxylic acid, at least one monounsaturated ester of (meth) acrylic acid with an alkyl radical substituted by one or more hydroxyl groups and at least one monounsaturated ester of (meth) acrylic acid with an unsubstituted alkyl radical.
  • the mass of the monomer mixture A based on the total mass of the monomer mixtures A, B, and C, 1 to 10%
  • the mass of the monomer mixture B based on the total mass of the monomer mixtures A, B, and C, 60 to 80%
  • the mass of the monomer mixture C based on the total mass of the monomer mixtures A, B, and C, 10 to 30%.
  • the mass of the monomer mixture A based on the total mass of the monomer mixtures A, B, and C, 2 to 6%
  • the mass of the monomer mixture B based on the total mass of the monomer mixtures A, B, and C, 71 to 77%
  • the mass of the monomer mixture C based on the total mass of the monomer mixtures A, B, and C, 18 to 24%.
  • the preparation of the aqueous dispersions of a polymer according to the invention is the neutralization of the reaction solution.
  • Neutralization is the setting to a pH of 7.5 to 8.5 by adding a base, preferably an amine to understand.
  • the measurement of the pH is preferably carried out using a pH meter (for example Mettler-Toledo S20 SevenEasy pH meter) with a combined pH electrode (for example Mettler-Toledo InLab® routine).
  • a pH meter for example Mettler-Toledo S20 SevenEasy pH meter
  • a combined pH electrode for example Mettler-Toledo InLab® routine
  • the polymers preferably have a particle size (z-average) of from 100 to 400, particularly preferably from 220 to 330 nm.
  • the OH number of the polymers is preferably between 0 and 200 mg / gKOH.
  • solids content or “solids” means that proportion by weight which, under defined conditions, remains as a residue on evaporation.
  • the solids are determined according to DIN EN ISO 3251 at 130 ° C, 60 min, weight 1, 0 g.
  • the gel fraction of the aqueous dispersion according to the invention is preferably at least 70% by weight, particularly preferably at least 80% by weight, in each case based on the solids of the dispersion.
  • the gel content can be determined gravimetrically by centrifuging the dispersion.
  • the dispersion is diluted with tetrahydrofuran and the insoluble fraction separated by means of an ultracentrifuge. Subsequently, the dried, insoluble fraction is weighed and the quotient with the total solids of the dispersion is formed. The value obtained corresponds to the gel content.
  • the present invention further relates to a pigmented aqueous basecoat which contains at least one aqueous dispersion according to the invention.
  • a basecoat is to be understood as a coloring intermediate coating substance used in the automotive finishing and general industrial coating. This is generally applied to a pre-treated with filler or Grundier spaller metal or plastic substrate, sometimes directly on the plastic substrate. Even old paints, which may still have to be pretreated (for example, by grinding), can serve as substrates. In order to protect a basecoat film in particular against environmental influences, at least one additional clearcoat film is applied to it.
  • the sum of the percentages by weight of all seed-shell-shell polymers contained in the aqueous dispersions of the invention, based on the total weight of the pigmented aqueous basecoat, is preferably from 0.1 to 30% by weight, more preferably from 1 to 20% by weight. % and most preferably from 1, 5 to 15 wt .-% or even 2 to 12 wt .-%.
  • the abovementioned principle applies in the context of the present invention to all of the abovementioned components of the basecoat and their share ranges, for example the aqueous dispersions according to the invention, pigments, the polyurethane resins as binders or else the crosslinking agents, such as melamine resins.
  • the aqueous basecoat generally contains coloring pigments and / or optically effecting pigments.
  • coloring pigments and effect pigments are known to the person skilled in the art and are described, for example, in Rompp-Lexikon Lacke und Druckmaschine, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, pages 176 and 451.
  • Effect pigments are, for example, metallic effect pigments, such as e.g. Aluminum pigments, gold bronzes, fire-colored bronzes and / or iron oxide-aluminum pigments, pearlescent pigments, e.g. Fish silver, basic lead carbonate, bismuth oxychloride and / or metal oxide mica pigments and / or other effect pigments, such as e.g. micronised titanium dioxide, platelet-shaped graphite, platelet-shaped iron oxide, multi-layer effect pigments of PVD films and / or liquid crystal polymer pigments.
  • metallic effect pigments such as e.g. Aluminum pigments, gold bronzes, fire-colored bronzes and / or iron oxide-aluminum pigments
  • pearlescent pigments e.g. Fish silver, basic lead carbonate, bismuth oxychloride and / or metal oxide mica pigments and / or other effect pigments, such as e.g. micronised titanium dioxide, platelet-shaped graphite, platelet-shaped iron oxide, multi-
  • the proportion of the pigments may, for example, be in the range from 1 to 40% by weight, preferably from 2 to 20% by weight, particularly preferably from 5 to 15% by weight, based on the total weight of the pigmented aqueous basecoat material.
  • binders which are curable physically, thermally or thermally and with actinic radiation.
  • the term "physical curing” means the formation of a film by the release of solvent from polymer solutions or polymer dispersions, usually without the need for crosslinking agents.
  • thermal curing means the heat-initiated crosslinking of a lacquer layer in which either a separately present crosslinking agent or else self-crosslinking binders are applied in the underlying lacquer
  • the crosslinking agent contains reactive functional groups which belong to the ones described in Usually, this is referred to in the art as extraneous crosslinking.
  • the complementary reactive functional groups or autoreactive functional groups ie groups that react with groups of the same kind, already present in the binder molecules, are self-crosslinking binder before Examples of suitable complementary reactive functional groups and autoreactive functional groups are known from German Patent Application DE 199 30 665 A1, page 7, line 28 to page 9, lines 24.
  • actinic radiation means electromagnetic radiation such as near infrared (NIR), UV radiation, in particular UV radiation, and corpuscular radiation such as electron radiation. Curing by UV radiation is usually initiated by free-radical or cationic photoinitiators.
  • NIR near infrared
  • UV radiation in particular UV radiation
  • corpuscular radiation such as electron radiation. Curing by UV radiation is usually initiated by free-radical or cationic photoinitiators.
  • Basecoats which are curable thermally or thermally and with actinic radiation, that is to say by means of "dual-cure", are preferred in the present invention.
  • basecoats which contain a polyacrylate resin as the binder and an aminoplast resin or a blocked or unblocked polyisocyanate, preferably an aminoplast, as the crosslinking agent.
  • aminoplast resins melamine resins are particularly preferred.
  • the basecoat materials according to the invention preferably comprise, in addition to the aqueous dispersion according to the invention, a further binder, preferably a polyurethane resin.
  • the preferred polyurethane resin may be ionically and / or non-ionically hydrophilically stabilized.
  • the polyurethane resin is ionically hydrophilically stabilized.
  • the preferred polyurethane resins are linear or contain branching. More preferably, it is a polyurethane resin in the presence of which olefinically unsaturated monomers have been polymerized.
  • the polyurethane resin may be present in addition to the polymer resulting from the polymerization of the olefinically unsaturated monomers without these being covalently bonded to one another.
  • the polyurethane resin may also be covalently bonded to the polymer resulting from the polymerization of the olefinically unsaturated monomers.
  • the olefinically unsaturated monomers are preferably monomers containing acrylate and / or methacrylate groups. It is likewise preferred that the monomers containing acrylate and / or methacrylate groups be used in combination with further olefinically unsaturated compounds which contain no acrylate or methacrylate groups.
  • acrylate- or methacrylate-group-containing monomers are particularly preferably bonded to the polyurethane resin, resulting in polyurethane (meth) acrylates.
  • the polyurethane resin is a polyurethane (meth) acrylate.
  • the preferably contained polyurethane resin is physically, thermally or thermally curable and with actinic radiation. In particular, it is thermally or thermally curable and curable with actinic radiation.
  • the polyurethane resin comprises reactive functional groups, by means of which external crosslinking is possible.
  • Suitable saturated or unsaturated polyurethane resins are described, for example, in German Patent Application DE 199 14 896 A1, column 1, lines 29 to 49 and column 4, line 23 to column 11, line 5 of German Patent Application DE 199 48 004 A1, page 4 , Line 19 to page 13, line 48, European Patent Application EP 0 228 003 A1, page 3, line 24 to page 5, line 40, European Patent Application EP 0 634 431 A1, page 3, line 38 to page 8, line 9, or international patent application WO 92/15405, page 2, line 35 to page 10, line 32.
  • German Patent Application DE 4437535 A1 page 7, line 55 to page 8, line 23 of International Patent Application WO 91/15528 page 23, line 29 to page 24, line 24th
  • the aliphatic, cycloaliphatic, aliphatic-cycloaliphatic, aromatic, aliphatic-aromatic and / or cycloaliphatic-aromatic polyisocyanates known to those skilled in the art are preferably used.
  • the saturated and unsaturated relatively high molecular weight and low molecular weight polyols known to those skilled in the art, and optionally also monoalcohols are preferably used in minor amounts.
  • the low molecular weight polyols used are in particular diols and, in minor amounts, triols for introducing branching.
  • suitable higher molecular weight polyols are saturated or olefinically unsaturated polyester polyols and / or polyether polyols.
  • polyester polyols in particular those having a number average molecular weight of from 400 to 5000 g / mol, are used as relatively high molecular weight polyols.
  • the polyurethane resin preferably contained may contain certain ionic groups and / or groups that can be converted into ionic groups (potentially ionic groups).
  • Such polyurethane resins are referred to in the context of the present invention as ionically hydrophilically stabilized polyurethane resins.
  • nonionic hydrophilic modifying groups are included.
  • the ionically hydrophilically stabilized polyurethanes are preferred.
  • the modifying groups are either um functional groups which can be converted into cations by neutralizing agents and / or quaternizing agents and / or cationic groups (cationic modification)
  • non-ionic hydrophilic groups non-ionic modification
  • the functional groups for cationic modification are, for example, primary, secondary and / or tertiary amino groups, secondary sulfide groups and / or tertiary phosphine groups, especially tertiary amino groups and secondary sulfide groups (functional groups neutralized by neutralizing agents and / or Quaternizing agents can be converted into cationic groups).
  • cationic groups prepared from the abovementioned functional groups using neutralizing agents and / or quaternizing agents known to the person skilled in the art, such as primary, secondary, tertiary and / or quaternary ammonium groups, tertiary sulfonium groups and / or quaternary phosphonium groups, in particular quaternary ammonium groups and tertiary sulfonium groups ,
  • the functional groups for anionic modification are, for example, carboxylic acid, sulfonic acid and / or phosphonic acid groups, in particular carboxylic acid groups (functional groups which can be converted into anionic groups by neutralizing agents) and from the abovementioned functional groups using anionic groups such as carboxylate, sulfonate and / or phosphonate groups prepared by the person skilled in the art.
  • the functional groups for nonionic hydrophilic modification are preferably poly (oxyalkylene) groups, in particular poly (oxyethylene) groups.
  • the ionic hydrophilic modifications can be introduced into the polyurethane resin by monomers containing the (potentially) ionic groups.
  • the nonionic modifications are introduced, for example, by the incorporation of poly (ethylene oxide) polymers as lateral or terminal groups of the polyurethane molecules.
  • the hydrophilic modifications are introduced, for example, via compounds which contain at least one isocyanate-reactive group, preferably at least one hydroxy group.
  • To introduce the ionic modification it is possible to use monomers which contain at least one hydroxy group in addition to the modifying groups.
  • the polyurethane resin may be a graft polymer.
  • it is a by means of olefinically unsaturated compounds, preferably olefinically unsaturated monomers, grafted polyurethane resin.
  • the polyurethane is grafted with side groups and / or side chains based on olefinically unsaturated monomers.
  • they are side chains based on poly (meth) acrylates.
  • poly (meth) acrylates are polymers or polymeric radicals which comprise monomers containing acrylate and / or methacrylate groups, preferably consisting of acrylate and / or methacrylate group-containing monomers.
  • Side chains based on poly (meth) acrylates are to be understood as meaning side chains which are built up in the graft polymerization using (meth) acrylate-group-containing monomers.
  • graft polymerization preferably more than 50 mol%, in particular more than 75 mol%, in particular 100 mol%, based on the total amount of monomers used in the graft polymerization, of (meth) acrylate groups-containing monomers.
  • the described side chains are preferably introduced into the polymer after the preparation of a polyurethane resin primary dispersion.
  • the polyurethane resin present in the primary dispersion may contain lateral and / or terminal olefinically unsaturated groups, via which the graft polymers may then be added. tion with the olefinically unsaturated compounds.
  • the polyurethane resin to be grafted may be an unsaturated polyurethane resin (A).
  • the graft polymerization is then a free-radical polymerization of olefinically unsaturated reactants. It is also possible, for example, that the olefinically unsaturated compounds used for the graft polymerization contain at least one hydroxyl group.
  • olefinically unsaturated compounds with which the polyurethane resin (A) is preferably grafted it is possible to use virtually all free-radically polymerizable, olefinically unsaturated and organic monomers which are available to the person skilled in the art for these purposes.
  • some preferred monomer classes are mentioned:
  • Hydroxyalkyl esters of (meth) acrylic acid or other alpha, beta-ethylenically unsaturated carboxylic acids are examples of (meth) acrylic acid or other alpha, beta-ethylenically unsaturated carboxylic acids,
  • Reaction products of (meth) acrylic acid with the glycidyl ester of an alpha-branched monocarboxylic acid having 5 to 18 carbon atoms Further ethylenically unsaturated monomers such as olefins (for example ethylene), (meth) acrylic acid amides, vinylaromatic hydrocarbons (for example styrene), vinyl compounds such as vinyl chloride and / or vinyl ethers such as ethyl vinyl ether.
  • olefins for example ethylene
  • (meth) acrylic acid amides for example vinylaromatic hydrocarbons (for example styrene)
  • vinyl compounds such as vinyl chloride and / or vinyl ethers such as ethyl vinyl ether.
  • the lateral and / or terminal olefinically unsaturated groups in the polyurethane resin over which the graft polymerization can proceed with the olefinically unsaturated compounds are preferably introduced into the polyurethane resin via certain monomers.
  • These particular monomers contain, in addition to an olefinically unsaturated group, for example, at least one isocyanate-reactive group.
  • Preferred are hydroxy groups as well as primary and secondary amino groups. Especially preferred are hydroxy groups.
  • the described monomers by which the side and / or terminal olefinically unsaturated groups can be introduced into the polyurethane resin, can also be used without the polyurethane resin is then additionally grafted with olefinically unsaturated compounds.
  • the polyurethane resin is grafted with olefinically unsaturated compounds.
  • the polyurethane resin preferably contained may be a self-crosslinking and / or externally crosslinking binder.
  • the polyurethane resin preferably comprises reactive functional groups, by means of which external crosslinking is possible.
  • the pigmented aqueous basecoat preferably contains at least one crosslinking agent.
  • the reactive functional groups, by means of which external crosslinking is possible are hydroxyl groups.
  • Polyhydroxy-functional polyurethane resins can be used particularly advantageously in the context of the process according to the invention. This means that the polyurethane resin contains on average more than one hydroxyl group per molecule.
  • the preparation of the polyurethane resin is carried out by the usual methods of polymer chemistry.
  • polystyrene foams for example, the polyaddition of polyisocyanates and polyols to polyurethanes and, preferably, the following graft polymerization with olefinically unsaturated compounds are meant.
  • These methods are known to the person skilled in the art and can be adapted individually.
  • Exemplary preparation methods and reaction conditions can be found in European Patent Specification EP 0521 928 B1, page 2, line 57 to page 8, line 16.
  • the polyurethane resin preferably contained preferably has a number-average molecular weight of from 200 to 30,000 g / mol, preferably from 2,000 to 20,000 g / mol. It also has, for example, a hydroxyl number of 0 to 250 mg KOH / g, but especially from 20 to 150 mg KOH / g.
  • the acid number of the polyurethane resin is preferably from 5 to 200 mg KOH / g, in particular from 10 to 40 mg KOH / g.
  • the hydroxyl number is determined in the context of the present invention according to DIN 53240, the acid number according to DIN 53402.
  • the aqueous basecoat material of the invention may additionally comprise at least one polyester, in particular a polyester having a number average molecular weight of from 400 to 5000 g / mol as binder.
  • polyesters are described for example in DE 4009858 in column 6, line 53 to column 7, line 61 and column 10, line 24 to column 13, line 3.
  • Suitable thickeners are inorganic thickeners from the group of layered silicates. Particularly suitable are lithium-aluminum-magnesium silicates.
  • one or more organic thickeners are preferably selected from the group consisting of (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickeners, such as the commercial product Rheovis® AS 1 130 (BASF SE) and polyurethane thickeners, such as the commercial product Rheovis® PU1250 from the company BASF SE.
  • (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickener are those which contain in addition to acrylic acid and / or methacrylic acid also one or more acrylic esters (that is, acrylates) and / or one or more methacrylic acid esters (that is, methacrylates) in copolymerized form.
  • the (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickeners have in common that these in alkaline medium, that is at pH> 7, in particular> 7.5 by salt formation of acrylic acid and / or methacrylic acid, that is by the Formation of carboxylate groups show a strong increase in viscosity. If (meth) acrylic acid esters are used which are formed from (meth) acrylic acid and a d-Ce-alkanol, the result is essentially non-associative (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickener, such as, for example, the above Rheovis AS 1 130.
  • Substantially non-associative (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickeners are also known in the literature as ASE thickeners ("Alkali Soluble / Swellable Emulsion", alkali-soluble / swellable emulsion or dispersion
  • ASE thickeners Alkali Soluble / Swellable Emulsion
  • HASE thickeners Hydrodrophobically Modified Anionic Soluble Emulsions
  • anionic soluble emulsion or dispersion hydrophobically modified anionic soluble emulsion or dispersion
  • HASE thickeners have an essentially thickening associative effect.
  • the usable (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickeners are not suitable as binder resins because of their thickening properties, they therefore do not fall under the binders referred to as binders physically, thermally or thermally and actinically curable binders and are therefore explicitly different from the poly (meth) acrylate-based binders which can be used in the basecoat compositions according to the invention.
  • Polyurethane thickeners are the associative thickeners known in the literature as HEUR ("Hydrophobically Modified Ethylene Oxide Urethane Rheology Modifiers", hydrophobically modified ethylene oxide-urethane rheology additives), which are chemically non-ionic branched or unbranched block copolymers of polyethylene oxide. Chains (sometimes also polypropylene oxide chains) which are linked together via urethane bonds and carry the terminal long-chain alkyl or alkylene groups having 8 to 30 carbon atoms.
  • HEUR Hydrodrophobically Modified Ethylene Oxide Urethane Rheology Modifiers
  • hydrophobically modified ethylene oxide-urethane rheology additives hydrophobically modified ethylene oxide-urethane rheology additives
  • Typical alkyl groups are, for example, dodecyl or stearyl groups, a typical alkenyl group is, for example, an oleyl group, a typical aryl group is the phenyl group and a typical alkylated aryl group is, for example, a nonylphenyl group.
  • the polyurethane thickeners are not suitable as physically, thermally or thermally and physically curable binder resins. They are thus explicitly different from the polyurethanes which can be used as binders in the basecoat compositions according to the invention.
  • the aqueous basecoat may contain at least one additional additive.
  • additional additives are residue-free or essentially residue-free, thermally decomposable salts, resins which are physically, thermally and / or curable with actinic radiation as binders, further crosslinking agents, organic solvents, reactive diluents, transparent pigments, fillers, molecularly soluble dyes, nanoparticles.
  • kel light stabilizers, antioxidants, deaerators, emulsifiers, slip additives, polymerization inhibitors, initiators for free-radical polymerizations, adhesion promoters, flow control agents, film-forming aids, sag control agents (SCAs), flame retardants, corrosion inhibitors, waxes, siccatives, biocides and matting agents.
  • SCAs sag control agents
  • Suitable additives of the type mentioned above are, for example
  • German Patent Application DE 199 48 004 A1 page 14, line 4, to page 17, line 5,
  • the solids content of the basecoats according to the invention may vary according to the requirements of the individual case. In the first place, the solids content depends on the viscosity required for application, in particular spray application, so that it is given by the person skilled in the art on the basis of his general expert knowledge. may be adjusted with the aid of less orienting tests.
  • the solids content of the basecoats is preferably from 5 to 70% by weight, more preferably from 10 to 65% by weight and particularly preferably from 15 to 60% by weight.
  • solids content is to be understood as meaning the proportion by weight which remains under evaporation as a residue under defined conditions.
  • the solids are determined according to DIN EN ISO 3251 at 130 ° C, 60 min, weight 1, 0 g.
  • the basecoat according to the invention is aqueous.
  • aqueous is known to the person skilled in the art in this context, which is basically a basecoat which is not based exclusively on organic solvents, that is to say does not contain exclusively organic solvents as solvent, but on the contrary contains a significant amount of water as solvent
  • "aqueous" in relation to coating compositions is to be understood as meaning that the particular coating composition, in particular the basecoat, accounts for at least 40% by weight, preferably at least 50% by weight, very particularly preferably at least 60 wt .-% water, in each case based on the total amount of the solvent contained (that is, water and organic solvents) having.
  • the proportion of water is preferably 40 to 90% by weight, in particular 50 to 80% by weight, very particularly preferably 60 to 75% by weight, in each case based on the total amount of the solvents present.
  • the preparation of the basecoats used according to the invention can be carried out using the customary and known for the production of basecoats mixing methods and mixing units.
  • Another aspect of the present invention is a process for producing a multi-layer coating in which (1) a pigmented aqueous basecoat is applied to a substrate,
  • step (1) a pigmented aqueous basecoat is used which contains at least one aqueous dispersion according to the invention.
  • a pigmented aqueous basecoat which contains at least one aqueous dispersion according to the invention.
  • Said method is preferably used for the production of multicoating, multicoat color finishes and color and effect finishes.
  • the application of the pigmented aqueous basecoat according to the invention is usually carried out on filler or Grundier spaller pretreated metal or plastic substrates.
  • said basecoat can also be applied directly to the plastic substrate.
  • a plastic substrate is coated, this is preferably pretreated before the application of the filler or Grundier colllers.
  • the most commonly used methods are flaming, plasma treatment and corona discharge.
  • the flaming is used.
  • the application of the pigmented aqueous basecoat material according to the invention to a metal substrate can be carried out in the coating materials customary in the automobile industry. in the range of, for example, 5 to 100 microns, preferably 5 to 60 microns.
  • 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.
  • (1-component) basecoats which are preferred, may be flashed off at room temperature for 1 to 60 minutes, and subsequently preferably dried at optionally slightly elevated temperatures of 30 to 90 ° C.
  • flash drying and drying is understood to mean evaporation of organic solvents and / or water, as a result of which the paint is drier but not yet cured, or a completely crosslinked paint film is not yet formed.
  • a commercial clearcoat is also applied according to common methods, wherein the layer thicknesses are again in the usual ranges, for example 5 to 100 micrometers.
  • thermosetting basecoats are those which contain, as crosslinking agents, an aminoplast resin or a blocked or unblocked polyisocyanate, preferably an aminoplast.
  • aminoplast resins melamine resins are preferred.
  • plastic substrates are basically analogous to that of metal substrates. However, here is generally at significantly lower Temperatures of 30 to 90 ° C cured. Preference is therefore given to the use of two-component clearcoats.
  • the process according to the invention can also be used for double-coating in the OEM coating. This is to be understood as meaning that a substrate which has been coated with the aid of the method according to the invention is lacquered a second time, likewise with the aid of the method according to the invention.
  • the invention further relates to multi-layer coatings, which can be produced by the method described above. These multicoat paint systems will be referred to below as multicoat paint systems according to the invention.
  • the multicoat paint systems according to the invention are preferably multicoat color finishes, effect paint systems and color and effect paint systems.
  • a further aspect of the invention relates to the process according to the invention, wherein the said substrate from step (1) is a multicoat system which has defects.
  • the said substrate from step (1) is a multicoat system which has defects.
  • this multi-layer substrate coating which has defects, so it is an original finish, which is to be repaired or completely overpainted.
  • the inventive method is therefore suitable for repairing defects on multi-layer coatings.
  • Defects or film defects are generally termed disturbances on and in the coating, which are usually named according to their shape or appearance.
  • a variety of possible types of such film defects are known to those skilled in the art. These are described, for example, in Rompp-Lexikon Lacke und Druckmaschinetechnik, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, page 235, "film defects".
  • the substrate from stage (1) is a multi-layer coating which has defects.
  • the area of automobile repair lacquering is mentioned, that is to say the repair of defects, and a multicoat system which has defects is mentioned as a substrate, it is of course meant that this substrate Multilayer paint with defects (original paint) is usually arranged on a metal substrate or a plastic substrate as described above.
  • Aqueous basecoat used to repair defects is the same as that used to make the multi-layer substrate coating with defects (original finish).
  • the defects described above on the multi-layer coating according to the invention can be improved by means of the process according to the invention described above.
  • the surface of the multi-layer coating to be repaired can first be sanded.
  • the grinding is preferably carried out in such a way that only the basecoat and the clearcoat are sanded off or sanded off from the original finish, but the surfacer coat and primer layer, which is generally arranged underneath, is not abraded. In this way can be dispensed with in the repair, in particular on the re-application of special primers and Grundier colltefan.
  • the basecoat can be dried at room temperature for 1 to 60 minutes and subsequently dried at optionally slightly elevated temperatures of 30 to 80 ° C.
  • flash drying and drying is to be understood to mean evaporation of organic solvents and / or water, as a result of which the paint is not yet completely cured.
  • the crosslinking agent comprises an aminoplast resin, preferably a melamine resin and a binder reactive with this crosslinking agent.
  • a commercial clearcoat is applied by also common methods. After application of the clearcoat, it may be flashed off at room temperature for, for example, 1 to 60 minutes and, if appropriate, dried. Then the clearcoat is cured together with the applied pigmented basecoat.
  • the curing is preferably carried out at temperatures of 20 to 90 ° C.
  • Two-component clays are preferred here. If, as described above, an aminoplast resin is used as the crosslinking agent, only low crosslinking by the aminoplast resin occurs at these temperatures in the basecoat film. In addition to its function as a hardener, the aminoplast resin also serves for plasticization and can support pigment wetting. In addition to the aminoplast resins, unblocked isocyanates can also be used. Depending on the type of isocyanate used, they crosslink at temperatures as low as 20 ° C.
  • the curing is preferably carried out at temperatures of 130 to 150 ° C. Both single-component and two-component clearcoats are used here. Is used as crosslinking as described above. When an aminoplast resin is used, the crosslinking by the aminoplast resin occurs at these temperatures in the basecoat film.
  • the low-temperature burning is preferably applied.
  • a further aspect of the present invention is the use of the aqueous dispersions according to the invention in pigmented aqueous basecoats for improving the adhesion.
  • aqueous dispersions of the invention can be used to improve adhesion in the coating of metal and plastic substrates. Likewise, they can be used in automotive refinishing.
  • Car refinish means both OEM automotive refinish and automotive refinish, which takes place, for example, in a workshop.
  • the use of the aqueous dispersion according to the invention leads, in particular, to an improvement in the adhesion between the basecoat film and the clearcoat film immediately adjacent thereto.
  • the dispersion according to the invention is therefore preferably used to improve the adhesion between the basecoat film and the clearcoat film in the coating of metal substrates and plastic substrates.
  • the use of the aqueous dispersion according to the invention leads, in particular, to an improvement in the adhesion between the basecoat and the original finish.
  • the aqueous dispersion according to the invention is therefore also preferably used for improving the adhesion between the basecoat film and the primary finish in the automotive refinish, particularly preferably in the OEM automotive refinish.
  • the problem of adhesion in systems of the prior art is particularly blatant when the coated substrates are exposed to the weather.
  • Corresponding weather conditions can be simulated by a so-called condensation water storage.
  • condensation water storage refers to the storage of coated substrates in a climate chamber according to für BIOS, 2005-09.
  • the aqueous dispersions of the invention are therefore also used in particular to improve the adhesion after condensation storage.
  • the adhesion is preferably examined by means of a steam jet test according to test method A of DIN 55662: 2009-12.
  • aqueous dispersions according to the invention are therefore also used in particular in order to reduce or prevent the occurrence of bubbles and swellings in multicoat paint systems. The presence of bubbles and swelling can be assessed visually.
  • each of the specified monomer mixtures was polymerized individually and then the glass transition temperature was determined by means of DSC according to DIN standard DIN 53765. In addition, the glass transition temperature for the entire polymer, after neutralization, was determined by means of DSC according to DIN standard DIN 53765.
  • Components 1 to 4 from Table 1 .5 are placed in a steel reactor (5 L volume) with reflux condenser and heated to 80 ° C.
  • the initiator solution (Table 1 .2, position 5 and 6) is added dropwise within 5 min in the reactor. The mixture is then stirred for 30 minutes.
  • the particle size was determined by means of dynamic light scattering according to DIN ISO 13321. The results are shown in Table 1 .6.
  • each of the specified monomer mixtures was polymerized individually and then the glass transition temperature was determined by means of DSC according to DIN standard DIN 53765. In addition, the glass transition temperature for the entire polymer, after neutralization, was determined by means of DSC according to DIN standard DIN 53765.
  • aqueous phase in Table 2.1 are stirred together in the stated order to form an aqueous mixture, and in the next step, an organic mixture is prepared from the components listed under "organic phase".
  • the organic mixture is added to the aqueous mixture.
  • the mixture is then stirred for 10 minutes and with the aid of deionized water and dimethylethanolamine to a pH value of 8 and a spray viscosity of 90-95 mPa-s at a shear stress of 1000 s ⁇ measured with a rotary viscometer (Rheolab QC device with tempering system C) -LTD80 / QC from Anton Paar) at 23 ° C.
  • Polyurethane-modified polyacrylate manufactured according to p. 7,
  • the aqueous basecoat A3 is prepared analogously to Table 2.2, wherein instead of seed-core-shell acrylate according to the invention BM2 the seed io core-shell acrylate according to the invention BM3, which has an identical solids and solvent content, is used.
  • BM2 seed-core-shell acrylate according to the invention
  • BM3 seed io core-shell acrylate according to the invention BM3 which has an identical solids and solvent content
  • the waterborne basecoats A4 to A7 are prepared analogously to Table 2.2, instead of the seed core-shell acrylate BM2 according to the invention, the non-inventive seed Core-shell acrylates BM4, BM5, BM6 and BM7 are used.
  • multicoat paint systems were prepared according to the following general procedure:
  • the aqueous basecoat is applied by means of a double application; the application in the first step is carried out electrostatically with a target layer thickness of 10-12 ⁇ , in the second step is pneumatically applied after a 3-minute flash off at room temperature with a target layer thickness of 4-6 ⁇ .
  • the resulting aqueous basecoat film is then dried after renewed flash off at room temperature for 5 minutes in a convection oven for 10 minutes at 80 ° C.
  • a commercially available two-component clearcoat (Evergloss from BASF Coatings GmbH) having a target layer thickness of 40-45 ⁇ m is applied to the dried aqueous basecoat.
  • the resulting clearcoat is flashed off at room temperature for 20 minutes; then curing in a convection oven at 140 ° C for another 20 minutes.
  • the structure to be obtained in this way is referred to below as original painting.
  • the curing of the basecoat and clearcoat films at 30 minutes / 160 ° C (hereinafter referred to as overburned original paint) or 20 minutes / 125 ° C (hereinafter referred to as underburned original paint) is performed.
  • the waterborne basecoat is in turn applied by two-coat application to the original finish or alternatively to an overbaked or underburned original finish, the application being applied electrostatically in the first step (target layer thickness of 10-12 ⁇ ) and after a 3-minute evaporation time at room temperature in the second step (target layer thickness from 4-6 ⁇ ).
  • the resulting aqueous basecoat film is then dried at 80 ° C for 10 minutes after renewed 5 minutes of flash-off at room temperature in a convection oven.
  • On this dried Waterborne basecoat is a commercially available two-component clearcoat (Evergloss BASF Coatings GmbH) applied with a target layer thickness of 40-45 ⁇ .
  • the resulting clearcoat is flashed off at room temperature for 20 minutes; then curing in a convection oven at 140 ° C for another 20 minutes.
  • the structure to be obtained in this way is referred to below as a refinish.
  • the curing of the basecoat and clearcoat is carried out at 30 minutes / 160 ° C (hereinafter referred to as overblown refinish) or 20 minutes / 125 ° C (hereinafter referred to as underblown refinish).
  • a further repair structure is produced by applying a commercially available two-component repair clear coat (scratch-resistant BASF Coatings GmbH) on a ground with a sandpaper original paint. The resulting clearcoat is flashed off at room temperature for 20 minutes; then curing in a convection oven at 80 ° C for another 20 minutes. This structure is referred to below as the 80 ° C repair structure.
  • the refinishes were carried out independently of the water-based paint of the original finish with A1 as a reference, on the other hand with the corresponding waterborne basecoats, which were also used for the original finish.
  • Table 2.4 summarizes the differences between the individual multi-layer structures with regard to the baking conditions of the clearcoat.
  • Table 2.4 Overview of multilayer structures a1 to a7
  • the number of bubbles was rated by a quantity of 1 to 5, with m1 very few and m5 very many bubbles were designated.
  • the size of the bubbles was also rated by a size of 1 to 5, where with gl very small and g5 very large bubbles were designated.
  • mOgO therefore means a bubble-free coating after condensation storage and is an OK result with regard to blistering.
  • the multi-layer coatings were examined for stone chip adhesion.
  • the stone impact test according to DIN EN ISO 20567-1, method B was carried out.
  • the assessment of the resulting damage pattern was also carried out according to DIN EN ISO 20567-1
  • Table 2.5 to 2.8 and Table 2.9 to 2.1 1 summarize the results of the different tests for resistance to chipping and crosshatching before and after condensation test.
  • Table 2.7 Stone chip resistance of refinishes a4 to a6 of water-based paints A1 to A7 in the original finish and A1 in refinishing with conditioning of the test panels at -20 ° C, which deviates from DIN EN ISO 20567-1
  • the multicoat paint system A2 according to the invention achieved GT 0 in all constructions, while the waterborne basecoats, which are based on multistage polymers not according to the invention, show distinct weaknesses in the 80 ° C. repair structure.
  • the swelling behavior of the reference sample A1 can be significantly improved based on the prior art.
  • Multi-stage acrylate BM8 (not according to the invention), 55 deionized water 29
  • multicoat paint systems were prepared according to the following general instructions:
  • the water-based paint was applied pneumatically.
  • the resulting waterborne basecoat layer was flashed for 10 minutes at room temperature and then dried for 10 minutes in a convection oven at 80 ° C.
  • a commercially available two-component repair clear coat (2-component repair clearcoat, scratch-resistant from BASF Coatings GmbH) was applied to the dried aqueous basecoat.
  • the resulting clearcoat was flashed for 20 minutes at room temperature; then curing in a convection oven at 80 ° C for another 20 minutes.
  • the steel sheets thus obtained were stored for a period of 10 days in a climatic chamber according to sketcher CH according to DIN EN ISO 6270-2: 2005-09. Subsequently, the sheets were examined visually for blistering 24 hours after removal from the climate chamber.
  • the number of bubbles was rated by a quantity of 1 to 5, with m1 very few and m5 very many bubbles were designated.
  • the size of the bubbles was also rated by a size of 1 to 5, where with gl very small and g5 very large bubbles were called.
  • mOgO therefore means a bubble-free coating after condensation storage and represents an iO result with regard to bubble formation.
  • aqueous phase in Table 2.1 6 are stirred together in an aqueous mixture in the order indicated, and in the next step, an organic mixture is prepared from the components listed under "organic phase".
  • the organic mixture is added to the aqueous mixture.
  • the mixture is then stirred for 10 minutes and with the aid of deionized water and dimethylethanolamine to a pH of 8 and a spray viscosity 15 of 90 ⁇ 5 mPa-s at a shear stress of 1000 s ⁇ measured with a
  • Rotation viscometer (device Rheolab QC with tempering C-LTD80 / QC Anton Paar) at 23 ° C, set.
  • Multi-stage acrylate BM8 (not
  • aqueous phase in Table 2.17 are stirred together in an aqueous mixture in the order indicated.in the next step, an organic mixture is prepared from the components listed under "organic phase". The organic mixture is added to the aqueous mixture. The mixture is then stirred for 10 minutes and with the aid of deionized water and dimethylethanolamine to a pH value of 8 and a spray viscosity io of 90 ⁇ 5 mPa-s at a shear stress of 1000 s ⁇ measured with a
  • Rotation viscometer (device Rheolab QC with tempering C-LTD80 / QC Anton Paar) at 23 ° C, set.
  • Seed-core-shell-acrylate BM2 25,95 25,95 25,95 deionised water 32,75 41, 75 37,25
  • multicoat paint systems were prepared according to the following general procedure:
  • the aqueous basecoat is applied by means of a double application; the application in the first step is carried out electrostatically with a target layer thickness of 8-9 ⁇ , in the second step is pneumatically applied after a 2-minute flash off at room temperature with a target layer thickness of 4-5 ⁇ .
  • the resulting aqueous basecoat film is then dried after renewed flash off at room temperature for 5 minutes in a convection oven for 5 minutes at 80 ° C.
  • a commercially available two-component clearcoat (ProGloss from BASF Coatings GmbH) having a target layer thickness of 40-45 ⁇ m is applied to the dried aqueous basecoat.
  • the resulting clearcoat is flashed off for 10 minutes at room temperature; then curing in a convection oven at 140 ° C for another 20 minutes.
  • the structure to be obtained in this way is referred to below as original painting.
  • curing of the basecoat and clearcoat layers is carried out at 60 minutes / 140 ° C (hereinafter referred to as overbaked original finish).
  • the waterborne basecoat is in turn applied by two-coat application to the original finish or, alternatively, the overblown original finish, wherein the application in the first step is carried out electrostatically (target layer thickness of 8-9 ⁇ ) and after a two-minute evaporation time at room temperature in the second step (target layer thickness of 4- 5 ⁇ ) takes place.
  • the resulting aqueous basecoat film is then dried at 80 ° C for 10 minutes after renewed 5 minutes of flash-off at room temperature in a convection oven.
  • a commercially available two-component clearcoat (ProGloss from BASF Coatings GmbH) is applied to this dried aqueous basecoat. with a target layer thickness of 40-45 ⁇ applied.
  • the resulting clearcoat is flashed off for 10 minutes at room temperature; then curing in a convection oven at 140 ° C for another 20 minutes.
  • the structure to be obtained in this way is referred to below as a refinish.
  • Table 2.18 summarizes the differences between the individual multi-layer structures with regard to the baking conditions of the clearcoat.
  • the size of the bubbles was also rated by a size of 1 to 5, where with gl very small and g5 very large bubbles were called.
  • mOgO therefore means a bubble-free coating after condensation storage and is an OK result with regard to blistering.
  • Table 2.19 and 2.20 summarize the results of the different blistering and swelling tests and crosshatching before and after the sweat test.
  • aqueous phase in Table 2.21 are stirred together in the stated order to form an aqueous mixture, the next step being the components listed under "organic phase” an organic mixture produced.
  • the organic mixture is added to the aqueous mixture.
  • the mixture is then stirred for 10 minutes and with the aid of deionized water and dimethylethanolamine to a pH value of 8 and a spray viscosity of 90-95 mPa-s at a shear stress of 1000 s ⁇ measured with a rotary viscometer (Rheolab QC device with tempering system C) -LTD80 / QC from Anton Paar) at 23 ° C.
  • Polyurethane-modified polyacrylate manufactured according to p. 7,
  • aqueous phase in Table 2.22 are stirred together in the stated order to form an aqueous mixture, and in the next step, an organic mixture is prepared from the components listed under "organic phase".
  • the organic mixture is added to the aqueous mixture.
  • the mixture is then stirred for 10 minutes and with the aid of deionized water and dimethylethanolamine to a pH value of 8 and a spray viscosity of 90-95 mPa-s at a shear stress of 1000 s ⁇ measured with a rotary viscometer (Rheolab QC device with tempering system C) -LTD80 / QC from Anton Paar) at 23 ° C.
  • Seed core-shell acrylate BM2 (according to the invention) 21, 25
  • Polyurethane-modified polyacrylate manufactured according to p. 7,
  • multicoat paint systems were prepared according to the following general procedure:
  • a precoated steel sheet measuring 10 ⁇ 20 cm was coated with a standard filler (SecuBloc from BASF Coatings GmbH) at a target layer thickness of 25-35 ⁇ m. After 5-10 minutes flash-off at room temperature and intermediate drying of the aqueous filler over a period of 10 minutes at 70 ° C, this was baked at a temperature of 150 ° C over a period of 10 minutes.
  • a standard filler SecuBloc from BASF Coatings GmbH
  • the waterborne basecoats D1 and D2 were applied to the thus coated steel panels by means of two-coat application; the application in the first step was carried out electrostatically with a target layer thickness of 8-1 1 ⁇ , in the second step was pneumatically applied after a flash off time of 3 minutes and 40 seconds at room temperature with a target layer thickness of 3-5 ⁇ . The resulting water-base coat layer was then dried after renewed flash off at room temperature for 4 minutes and 30 seconds in a convection oven for 5 minutes at 70 ° C. A scratch-resistant two-component clearcoat (iGloss from BASF Coatings GmbH) having a target layer thickness of 40-45 ⁇ m was applied to the dried aqueous basecoat. The resulting clearcoat was flashed for 7 minutes at room temperature; then curing in a convection oven at 140 ° C for another 22 minutes.
  • the multicoat paint systems obtained in this way were measured using a X-Rite X-Rite Speech Photometer (X-Rite MA68 Multi-Angle Spectrophotometer).
  • the surface is illuminated with a light source.
  • a spectral detection is performed in the visible range.
  • Color values in the CIEL * a * b * color space can be calculated from the spectral measured values thus obtained, including the standard spectral values and the reflection spectrum of the light source used, where L * denotes the brightness, a * the red-green color. Value and b * characterize the yellow-blue value. This process is described for metal flake containing materials in ASTM E2194-12.
  • the derived value often used for the quantification of the metallic effect is the so-called flop index; this describes primarily the dependence of the brightness on the observation angle (see ABJ Rodriguez, JOCCA, 1992 (4), pp. 150-153). From the determined brightness values for the viewing angles 15 °, 45 ° and 1 10 °, the so-called flop index (FL) can be calculated according to the formula
  • the metallic flop was very well developed in both multicoat systems, the aqueous basecoat of the invention based on the seed-core-shell acrylate according to the invention having advantages.
  • a pre-coated perforated plate of dimensions 57 ⁇ 20 cm (according to DIN EN ISO 28199-1 point 8.1 embodiment A) was coated with a standard filler (SecuBloc BASF Coatings GmbH) at a target layer thickness of 25-35 ⁇ . After 5-10 minutes of flash-off at room temperature and intermediate drying of the aqueous filler over a period of 10 minutes at 70 ° C, this was baked at a temperature of 150 ° C over a period of 10 minutes.
  • coated steel sheets were prepared in such a way and then the aqueous basecoat materials D1 and D2 were electrostatically applied thereto as a wedge with a layer thickness of 0 ⁇ m to at least 30 ⁇ m.
  • the resulting aqueous basecoat film was dried after a flash off at room temperature for 4 minutes and 30 seconds in a convection oven for 5 minutes at 70 ° C.
  • the sheets were ventilated vertically standing and dried.
  • a scratch-resistant two-component clearcoat (iGloss from BASF Coatings GmbH) having a target layer thickness of 40-45 ⁇ m was applied to the dried aqueous basecoat.
  • the resulting clearcoat was flashed for 7 minutes at room temperature; then curing in a convection oven at 140 ° C for another 22 minutes.
  • the determination of the tendency to run was carried out in accordance with DIN EN ISO 28199-3 point 4. In addition to the layer thickness in which a runner exceeds the length of 10 mm from the lower edge of the hole, the layer thickness was determined, from which a first tendency to run on a hole is visually observed.
  • the respective layer thicknesses were determined according to DIN EN ISO 2808 method 12A (for example with the measuring instrument MiniTest 3100 - 4100 from ElektroPhysik).
  • Table 2.24 Cooker and rotor tendency of the waterborne basecoats D1 and D2 (basecoat wedge from 0 to about 50 ⁇ )
  • both materials were used before and after storage at 40.degree. C. for 2 weeks using a rotational viscometer corresponding to DIN 53019-1 and calibrated according to DIN 53019-2 under tempered conditions (23.0.degree 0.2 ° C).
  • the samples were first sheared for 5 minutes at a shear rate of 1000 s _1 (loading phase) and then sheared for 8 minutes at a shear rate of 1 s _1 (unloading phase).
  • the mean viscosity level during the stress phase (high shear viscosity) and the level after 8 minutes of relief (low shear viscosity) were determined from the measured data and the values were compared before and after storage.
  • Table 1.25 Storage stability of waterborne basecoats in the form of viscosity changes after 2 weeks storage at 40 ° C
  • the waterborne basecoat D2 containing the inventive binder BM2 shows a significantly more stable high and low shear viscosity after storage at 40 ° C. than the reference D1.
  • multicoat paint systems were prepared according to the following general procedure:
  • a precoated metallic substrate measuring 10 ⁇ 20 cm was coated with a standard filler (SecuBloc from BASF Coatings GmbH) at a target layer thickness of 25-35 ⁇ m. After 5-10 minutes flash-off at room temperature and intermediate drying of the aqueous filler over a period of 10 minutes at 70 ° C, this was baked at a temperature of 150 ° C over a period of 10 minutes.
  • a standard filler SecuBloc from BASF Coatings GmbH
  • the waterborne basecoats D1 and D2 were applied to the thus coated steel panels by means of two-coat application; the application in the first step was carried out electrostatically with a target layer thickness of 8-1 1 ⁇ , in the second step was pneumatically applied after a flash off time of 3 minutes and 40 seconds at room temperature with a target layer thickness of 3-5 ⁇ .
  • the resulting water-base coat layer was then dried after renewed flash off at room temperature for 4 minutes and 30 seconds in a convection oven for 5 minutes at 70 ° C.
  • a scratch-resistant two-component clearcoat (iGloss from BASF Coatings GmbH) having a target layer thickness of 40-45 ⁇ m was applied to the dried aqueous basecoat.
  • the resulting clearcoat was flashed for 7 minutes at room temperature; then curing in a convection oven at 140 ° C for another 22 minutes.
  • the structure to be obtained in this way is referred to below as original painting.
  • overburned original paint the curing of the basecoat and clearcoat films at 60 minutes / 145 ° C (hereinafter referred to as overburned original paint) was performed.
  • the original or alternatively overblown original finishes were either used unpolished or sanded (2 double strokes) or satin ground with a 1 x 15 x 25 mm sanding block consisting of hard rubber and P 500 grit paper.
  • the waterborne basecoats D1 and D2 were in turn applied by means of a double application to the substrates, which were thus untreated or treated, with the application in the first step electrostatically (target layer thickness of 8-1 1 ⁇ ) and after a venting time of 3 minutes and 40 seconds at room temperature in the second step pneumatically (target layer thickness of 3-5 ⁇ ) was carried out.
  • the resulting aqueous basecoat film was then dried after renewed flash off time of 4 minutes and 30 seconds at room temperature in a convection oven for 5 minutes at 70 ° C.
  • a scratch-resistant two-component clearcoat (iGloss from BASF Coatings GmbH) having a target layer thickness of 40-45 ⁇ m was applied to the dried aqueous basecoat.
  • the resulting clearcoat was flashed for 7 minutes at room temperature; then curing in a convection oven at 140 ° C for another 22 minutes.
  • the structure to be obtained in this way is referred to below as a refinish.
  • a two-component repair clearcoat (2K repair clearcoat from BASF Coatings GmbH) was applied with a target layer thickness of 40-45 ⁇ .
  • the resulting clearcoat was flashed for 7 minutes at room temperature; then curing in a convection oven at 85 ° C for a further 37 minutes. This construction will be referred to as 85 ° C repair construction hereinafter.
  • Table 2.26 summarizes the differences between the individual multi-layer structures with regard to the baking conditions of the clearcoat and the surface treatment of the clearcoat of the original finish.
  • the multi-layer structures d1 to d10 of water-based paints D1 and D2 were stored for 10 days in a climate chamber according to test climate CH according to DIN EN ISO 6270-2: 2005-09.
  • the sheets were visually inspected with respect to blistering and with regard to the adhesion properties 1 hour and 24 hours after removal from the climatic chamber.
  • the number of bubbles was rated by a quantity of 1 to 5, with m1 very few and m5 very many bubbles were designated.
  • the size of the bubbles was also rated by a size of 1 to 5, where with gl very small and g5 very large bubbles were called.
  • mOgO therefore means a bubble-free coating after condensation storage and is an OK result with regard to blistering.
  • KW3 complete delamination of a lacquer layer in the area of the jet
  • KW4 complete delamination of a lacquer layer beyond the beam area
  • KW5 detachment of the complete lacquer layer to the substrate
  • Table 2.27 to 2.31 summarize the results of the different adhesion tests (crosshatching, rockfall, steam jet) before and after condensation test.
  • Table 2.30 Vapor resistance (according to DIN 55662, method B) of the multi-layer constructions d1 to d7 of the waterborne basecoats D1 and D2 before and 1 or 24 hours after condensation
  • Table 1.31 Vapor resistance (according to DIN 55662, method B, measured according to stone impact load of the substrates according to DIN EN ISO 20567-1, method B) of the multi-layer constructions d1 to d7 of water-based lacquers D1 and D2
  • KW2 clearly visible washout of the existing damage in a lacquer layer
  • KW3 complete delamination of a lacquer layer in the area of the blast plate
  • KW4 complete delamination of a lacquer layer beyond the blast area
  • KW5 detachment of the complete lacquer layer to the substrate

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Abstract

Die Erfindung betrifft wässrige Dispersionen, enthaltend mehrstufig hergestellte Polymerisate, sowie diese enthaltende Beschichtungsmittelzusammensetzungen, herstellbar durch mehrstufige Polymerisation von olefinisch ungesättigten Monomeren unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators unter Bedingungen der verhungernden Polymerisation und Verwendung bestimmter Monomerenmischungen in den einzelnen Stufen. Die Erfindung betrifft auch einen pigmentierten wässrigen Basislack enthaltend die erfindungsgemäße wässrige Dispersion, die Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion in wässrigen Basislacken zur Haftungsverbesserung, ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Lackierung auf einem Substrat sowie eine nach dem genannten Verfahren hergestellte Mehrschichtlackierung.

Description

Wässrige Dispersionen enthaltend mehrstufig hergestellte Polymerisate sowie diese enthaltende Beschichtungsmittelzusammensetzungen
Die vorliegende Erfindung betrifft wässrige Dispersionen enthaltend mehrstufig hergestellte Polymerisate von olefinisch ungesättigten Verbindungen, sowie deren Herstellung und Verwendung, insbesondere auf dem Gebiet der Automobillackie- rung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Polymere bekannt, die als Bindemittel für die Automobillackierung verwendet werden können. Ein solches Bindemittel muss eine Vielzahl von Eigenschaften erfüllen. So muss es in mehrschichtigen modernen Lackaufbauten, wie sie in der Automobilindustrie eingesetzt werden, verwendet werden können.
Aus dem Stand der Technik (vgl. z.B. die deutsche Patentanmeldung DE 199 48 004 A1 , Seite 17, Zeile 37, bis Seite 19, Zeile 22, oder das deutsche Patent DE 100 43 405 C1 , Spalte 3, Absatz [0018], und Spalte 8, Absatz [0052], bis Spalte 9, Absatz [0057], in Verbindung mit Spalte 6, Absatz [0039], bis Spalte 8, Absatz [0050]) ist das folgende Verfahren bekannt, bei dem
(1 ) ein pigmentierter wässriger Basislack auf ein Substrat aufgebracht wird,
(2) aus dem in Stufe (1 ) aufgebrachten Lack ein Polymerfilm gebildet wird,
(3) auf die so erhaltene Basislackschicht ein Klarlack aufgebracht wird und anschließend
(4) die Basislackschicht zusammen mit der Klarlackschicht gehärtet wird und so ein mehrschichtiger Lackaufbau erhalten wird.
Dieses Verfahren wird beispielsweise in großem Umfang sowohl für die Erstlackie- rung (OEM) von Automobilen sowie der Lackierung von Metall- und Kunststoffanbauteilen eingesetzt. Die so erhaltene mehrschichtige Lackierung muss eine Vielzahl von Eigenschaften erfüllen.
Kommt es zu Beschichtungsfehlern, werden die Karossen ein zweites Mal mit dem Basislack und Klarlack gemäß oben genannten Verfahren beschichtet. Hierbei kann bei der OEM-Automobilreparaturlackierung der gleiche Lack wie bei der ersten Beschichtung verwendet werden. Es kann allerdings auch ein Klarlack, der nicht bei hohen Temperaturen (etwa 140 °C), sondern schon bei deutlich niedrigeren Temperaturen (etwa 80 °C) aushärtet, verwendet werden. Die dabei resultierende Lackierung muss den hohen Ansprüchen der Automobilindustrie in Bezug auf Aussehen und Beständigkeit entsprechen, besonders die Haftung zwischen dem bei der Reparaturlackierung eingesetzten Basislack und der Erstlackierung kann problematisch sein.
Ein seit vielen Jahren im Stand der Technik bekanntes Polymer, welches bis heute hohe Relevanz als Bindemittel in der Automobilserienlackierung hat, ist ein aus der WO 92/15405 bekanntes Polyurethan. Dieses Bindemittel wird mit dem Zweck eingesetzt die Reparaturhaftung zu verbessern und kann deshalb als Referenz für Haftungseigenschaften dienen.
Hong, Kim, Kim und Park beschreiben in dem Korea Polymer Journal (Korea Polym. J., Vol. 7, No. 4, S. 213-222) mehrstufig aufgebaute Polymerisate zum Einsatz als Bindemittel in Metallic- Lackierungen. Diese werden über einen Prozess hergestellt, bei dem die erste Stufe des Polymerisats durch einen Batch-Prozess hergestellt wird und die zweite und dritte Stufe jeweils als verhungernde Polymerisation durchgeführt werden.
Aufgabe
Der vorliegenden Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, ein Polymerisat zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe dessen sich Beschichtungen herstellen lassen, die die oben beschriebenen Probleme lösen. Hierunter ist eine Haftungsverbesserung sowohl bei der Lackierung von Metall- und Kunststoffsubstraten als auch insbesondere bei der Autoreparaturlackierung zu verstehen, sowohl für den Fall von OEM-Klarlacken mit einer Einbrenntemperatur von in der Regel etwa 140°C, als auch für den Fall von Reparaturklarlacken mit einer Einbrenntemperatur von in der Regel etwa 80°C. Bei der Haftungsverbesserung steht die verbesserte Haftung zwischen Basislack und Erstlackierung im Vordergrund. Diese soll vor allem für den Einsatz in der OEM-Automobilreparaturlackierung verbessert werden.
Die Haftungsproblematik ist insbesondere dann eklatant, wenn die beschichteten Substrate der Witterung ausgesetzt sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand somit auch darin, ein Polymerisat für Beschichtungen zur Verfügung zu stellen, die auch nachdem sie der Witterung ausgesetzt waren, noch hervorragende Haftungseigenschaften besitzen.
Nach Bewitterung treten oft weitere Probleme, insbesondere Blasen und Quellungen auf. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand also ferner darin, dass Auftreten von Blasen und Quellungen zu verhindern oder zu reduzieren.
Neben den beschriebenen Haftverbesserungen lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Polymerisate bereitzustellen, die beim Einsatz in Beschich- tungsmitteln verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Lagerungsstabilität der Beschichtungsmittel verglichen mit dem Stand der Technik zeigen.
Eine weitere Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag, war es, ein Polymerisat bereitzustellen, das bei Einsatz in Beschichtungsmitteln die Anforderungen der Automobilserienlackierung hinsichtlich zu erreichendem Flop bei Effekt- Lackierungen, hinsichtlich ausreichend hohem Festkörper zur Erlangung ausreichend hoher Schichtdicken, sowie hinsichtlich einer Viskosität, die eine Verarbeitung mittels elektrostatischer und/oder pneumatischer Applikation erlaubt, erfüllt. Lösung
Es hat sich gezeigt, dass die oben beschriebenen Aufgaben durch eine wässrige Dispersion, enthaltend mindestens ein Polymerisat gelöst werden, welche herstellbar ist durch
i. Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators, wobei ein aus den Monomeren A hergestelltes Polymer eine Glasübergangstemperatur von 10 bis 55 °C hat,
ii. Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren B durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators in Gegenwart des unter i. erhaltenen Polymerisats, wobei
in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-% während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird,
und die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren B mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer enthält,
iii. Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren C durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators in Gegenwart des unter ii. erhaltenen Polymerisats, wobei
in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-%, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird,
iv. Einstellung des pH-Werts der Reaktionslösung auf einen pH-Wert von 7,5 bis 8,5, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A mindestens 50,0 Gew.-% eines oder mehrerer Monomere mit einer Löslichkeit in Wasser von < 0,5 g/l bei 25°C, enthält,
in der Reaktionslösung aus Stufe i. eine Konzentration der Monomere A von 6,0 Gew.-% nicht überschritten wird,
und das resultierende Polymerisat nach der Stufe i. eine Teilchengröße von 20 bis 1 10 nm, hat,
b. ein aus den Monomeren B hergestelltes Polymer eine Glasübergangstemperatur von -35 bis 12 °C hat, und das resultierende Polymerisat nach der Stufe ii. eine Teilchengröße von 130 bis 200 nm hat, c. ein aus den Monomeren C hergestelltes Polymer eine Glasübergangstemperatur von -50 bis 15 °C hat, und
das resultierende Polymerisat nach der Stufe iii. eine Teilchengröße von 150 bis 280 nm hat.
Die neue wässrige Dispersion enthaltend mindestens ein Polymerisat wird in der Folge auch als erfindungsgemäße wässrige Dispersion bezeichnet. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion gehen aus der folgenden Beschreibung sowie den Unteransprüchen hervor.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein pigmentierter wässriger Basislack enthaltend die erfindungsgemäße wässrige Dispersion sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion in wässrigen Basislacken zur Haftungsverbesserung. Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Lackierung auf einem Substrat sowie eine nach dem genannten Verfahren hergestellte Mehrschichtlackierung. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Reparatur von Fehlstellen von Mehrschicht- lackierungen, bei dem der erfindungsgemäße Basislack eingesetzt wird.
Unter wässrig in Bezug auf die wässrigen Dispersionen ist eine Dispersion zu verstehen, die einen signifikanten Anteil Wasser enthält. Bevorzugt ist„wässrig" in diesem Zusammenhang im Rahmen der vorliegenden Erfindung so zu verstehen, dass die Dispersion einen Anteil von mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 60 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der enthaltenen Lösemittel (das heißt Wasser und organische Lösemittel), aufweist. Darunter bevorzugt beträgt der Anteil an Wasser 40 bis 99 Gew.-%, insbesondere 50 bis 98 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 60 bis 95 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der enthaltenen Lösemittel.
Der Begriff (Meth)acrylat soll im Folgenden sowohl Acrylat als auch Methacrylat bezeichnen.
Für Normen, beispielsweise DIN-Normen, für die keine Version bzw. kein Erscheinungsjahr explizit angegeben ist, gilt die am Einreichungstag gültige Version, oder sofern am Einreichungstag keine gültige Version existiert, die letzte gültige Version der Norm.
Die wässrige Dispersion
Die erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen werden durch mehrstufige radikalische Emulsionspolymerisation von olefinisch ungesättigten Monomeren in Wasser hergestellt.
Für die radikalische Emulsionspolymerisation wird ein Polymerisationsinitiator benötigt. Bei dem verwendeten Polymerisationsinitiator muss es sich um einen wasserlöslichen Initiator handeln. Bevorzugt wird ein Initiator ausgewählt aus der Liste Kalium-, Natrium- oder Ammoniumperoxodisulfat, Wasserstoffperoxid, tert.- Butylhydroperoxid, 2,2'-Azobis(2-amidoisopropan)dihydrochlorid, 2,2'-Azo- bis-(N,N'- dimethylenisobutyramidin)dihydrochlorid, 2,2'-Azo- bis-(4-cyanopentansäure) oder Mischungen der vorgenannten, z.B. Wasserstoffperoxid und Natriumpersulfat, und Redox-Initiatorsystemen verwendet.
Unter Redox-Initiatorsystemen sind solche Initiatoren zu verstehen, die mindestens eine peroxidhaltige Verbindung in Kombination mit einem Redox-Coinitiator z. B. reduzierend wirkenden Schwefelverbindungen, beispielsweise Bisulfite, Sulfite, Thiosulfate, Dithionite oder Tetrathionate von Alkalimetallen und Ammoniumverbindungen, Natriumhydroxymethansulfinat-Dihydrat und/oder Thioharnstoff, enthalten. So kann man Kombinationen von Peroxodisulfaten mit Alkalimetall- oder Ammoniumhydrogensulfiten einsetzen, z. B. Ammoniumperoxodisulfat und Ammoniumdisul- fit. Das Gewichtsverhältnis von peroxidhaltigen Verbindungen zu den Redox- Coinitiatoren beträgt vorzugsweise 50 : 1 bis 0,05 : 1 . In Kombination mit den Initiatoren bzw. den Redoxinitiatorsystemen können zusätzlich Übergangsmetallkatalysatoren eingesetzt werden, wie z. B. Eisen-, Nickel-, Kobalt-, Mangan-, Kupfer-, Vanadium, oder Chromsalze, wie Eisen-ll-sulfat, Kobalt- ll-chlorid, Nickel-ll-sulfat, Kupfer-l-chlorid, Mangan-ll-acetat, Vanadium-lll-acetat, Mangan-ll-chlorid. Bezogen auf die Monomere werden diese Übergangsmetallsalze üblicherweise in Mengen von 0,1 bis 1000 ppm eingesetzt. So kann man Kombinationen von Wasserstoffperoxid mit Eisen-Il-Salzen einsetzen, wie beispielsweise 0,5 bis 30% Wasserstoffperoxid und 0,1 bis 500 ppm Mohrsches Salz.
Die Initiatoren werden bevorzugt in einer Menge von 0,05 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 10, besonders bevorzugt von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Monomere der jeweiligen Stufe, eingesetzt.
Die Polymerisation wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 0 bis 1 60°C, vorzugsweise von 60 bis 95°C durchgeführt.
Dabei wird bevorzugt unter Ausschluss von Sauerstoff gearbeitet, vorzugsweise unter Inertgasatmosphäre. In der Regel wird die Polymerisation bei Normaldruck durchgeführt, jedoch ist auch die Anwendung von niedrigeren Drücken oder höheren Drücken möglich, insbesondere wenn Polymerisationstemperaturen angewendet werden, die oberhalb des Siedepunktes der Monomere und/oder Lösemittel liegen.
Einzelne Stufen der mehrstufigen Emulsionspolymerisation zur Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen müssen als so genannte„verhungernde Polymerisation" (auch als „starve feed", „starve fed" oder „starved feed"- Polymerisation bekannt) durchgeführt werden.
Als verhungernde Polymerisation im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Emulsionspolymerisation angesehen, bei der der Gehalt an Restmonomeren in der Reaktionslösung während der gesamten Reaktionsdauer minimiert wird, das heißt die Zudosierung der olefinisch ungesättigten Monomere so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration von 6,0 Gew.-%, bevorzugt 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 4,0 Gew.-%, besonders vorteilhaft 3,5 Gew.-%, , während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird. Darunter nochmals bevorzugt sind Konzentrationsbereiche der olefinisch ungesättigten Monomere von 0,01 bis 6,0 Gew.-%, bevorzugt 0,02 bis 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,03 bis 4,0 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 3,5 Gew. -%. Beispielsweise kann der höchste während der Reaktion zu detektierende Anteil (beziehungsweise die Konzentration) bei 0,5 Gew.- %, 1 ,0 Gew.-%, 1 ,5 Gew.-%, 2,0 Gew.-%, 2,5 Gew.-% oder 3,0 Gew.-% liegen, während alle weiteren detektierten Werte dann unterhalb der hier angegebenen Werte liegen.
Die Konzentration der Monomere in der Reaktionslösung kann dabei beispielsweise gaschromatographisch bestimmt werden:
Dabei wird die Probe nach Probenentnahme sofort mit flüssigem Stickstoff abgekühlt und mit 4-Methoxyphenol als Inhibitor versetzt. Im nächsten Schritt wird die Probe in Tetrahydrofuran gelöst und n-Pentan hinzugegeben. Der klare Überstand wird gaschromatographisch untersucht, wobei eine polare und eine unpolare Säule zur Bestimmung der Monomere eingesetzt werden und ein Flammenionisationsdetektor verwendet wird. Typische Parameter für die gaschromatographische Bestimmung sind die folgenden: 25m Silica-Kapillarsäule mit 5% Phenyl- ,1 % vinyl- Methylpolysiloxan-Phase oder 30m Silica-Kapillarsäule mit 50% Phenyl 50% methyl- polysiloxan-Phase, Trägergas Wasserstoff, Splitinjektor 150°C, Ofentemperatur 50 bis 180°C, Flammionisationsdetektor, Detektortemperatur 275°C, interner Standard Isobutylacrylat.
Die Bestimmung der Konzentration der Monomere erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt gaschromatographisch, insbesondere unter Einhaltung der oben genannten Parameter. Die Konzentration der Monomere in der Reaktionslösung, im Folgenden als freie Monomere bezeichnet, kann auf verschiedene Art und Weisen gesteuert werden.
Eine Möglichkeit die Konzentration der freien Monomere gering zu halten ist es, die Dosiergeschwindigkeit der Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere sehr niedrig zu wählen. Wenn die Zudosiergeschwindigkeit so niedrig ist, dass alle Monomere möglichst schnell reagieren können, sobald sie in der Reaktionslösung sind, kann sichergestellt werden, dass die Konzentration der freien Monomere minimiert wird.
Neben der Dosiergeschwindigkeit ist es wichtig, dass immer ausreichend Radikale in der Reaktionslösung vorhanden sind, so dass die zudosierten Monomere jeweils möglichst schnell zur Reaktion gebracht werden können, so dass weiteres Kettenwachstum garantiert ist und die Konzentration an freiem Monomer gering gehalten wird.
Dazu sind die Reaktionsbedingungen bevorzugt so zu wählen, dass mit dem Initiatorzulauf schon vor Beginn der Dosierung der olefinisch ungesättigten Monomeren begonnen wird.
Bevorzugt wird mit der Dosierung mindestens 5 Minuten vorher begonnen, besonders bevorzugt mindestens 10 Minuten vorher. Bevorzugt wird mindestens 10 Gew.- % des Initiators, besonders bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestes 30 Gew.-% des Initiators, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Initiator, vor Beginn der Dosierung der olefinisch ungesättigten Monomeren zugegeben.
Es ist eine Temperatur zu wählen, die einen konstanten Zerfall des Initiators ermöglicht.
Die Initiatormenge ist ein wichtiger Faktor für das ausreichende Vorhandensein von Radikalen in der Reaktionslösung. Die Menge an Initiator ist so zu wählen, dass zu jeder Zeit ausreichend Radikale zur Verfügung stehen, so dass die zudosierten Monomere reagieren können. Wird die Menge an Initiator erhöht, können auch größere Mengen an Monomeren zur gleichen Zeit zur Reaktion gebracht werden. Ein weiterer Faktor, der die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt, ist die Reaktivität der Monomere.
Die Kontrolle der Konzentration der freien Monomere kann also durch das Zusammenspiel von Initiatormenge, Geschwindigkeit der Initiatorzugabe, Geschwindigkeit der Monomerenzugabe und durch die Auswahl der Monomere gesteuert werden. Sowohl die Verlangsamung der Dosierung, als auch die Erhöhung der Initiatormenge, sowie der frühzeitige Beginn mit der Zugabe des Initiators dienen dem Ziel, die Konzentration der freien Monomere unter den oben genannten Grenzen zu halten.
Zu jedem Zeitpunkt der Reaktion kann die Konzentration der freien Monomere gaschromatographisch, wie oben beschrieben, bestimmt werden.
Sollte bei dieser Analyse eine Konzentration an freien Monomeren bestimmt werden, die nah an den Grenzwert für die verhungernde Polymerisation kommt, z.B. aufgrund sehr wenig reaktiver olefinisch ungesättigter Monomere, können die oben genannten Parameter zur Steuerung der Reaktion genutzt werden. Es kann in diesem Fall beispielsweise die Dosiergeschwindigkeit der Monomere verringert oder die Menge an Initiator erhöht werden.
Über die kontrollierten Bedingungen der verhungernden Polymerisation ist eine genaue Steuerung der Morphologie und Teilchengröße des resultierenden Polymerisats möglich, indem bei erreichter Teilchengröße die Zudosierung der Monomere gestoppt wird.
Dabei kann zu jeder Zeit eine Probe der Reaktionslösung genommen werden und die Teilchengröße mittels dynamischer Lichtstreuung nach DIN ISO 13321 bestimmt werden.
Bevorzugt werden die im Rahmen dieser Erfindung angegebenen Teilchengrößen bestimmt mittels dynamischer Lichtstreuung nach DIN ISO 13321 . Für alle Stufen der Emulsionspolymerisationen werden Emulgatoren benötigt. Diese Emulgatoren werden bevorzugt in einer Menge von 0.1 -10.0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0.1 -5.0 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0.1 -3.0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren der jeweiligen Stufe, eingesetzt.
Es können nichtionische oder ionische Emulgatoren, auch zwitterionische, gegebenenfalls auch Mischungen der vorgenannten, verwendet werden.
Bevorzugte Emulgatoren sind gegebenenfalls ethoxylierte oder propoxylierte Alkano- le mit 10 bis 40 Kohlenstoffatomen und mit unterschiedlichen Ethoxylierungs- bzw. Propoxylierungsgraden (z.B. Addukte mit 0 bis 50 mol Alkylenoxid) bzw. deren neutralisierte, sulfatierte, sulfonierte oder phosphatierte Derivate.
Besonders bevorzugte Emulgatoren sind neutralisierte Dialkylsulfobernsteinsäurees- ter oder Alkyldiphenyloxiddisulfonate geeignet, beispielsweise kommerziell erhältlich als EF-800 der Fa. Cytec.
Die Glasübergangstemperatur Tg wird im Rahmen der Erfindung experimentell in Anlehnung an DIN 51005 „Thermische Analyse (TA) - Begriffe" und DIN 53765 „Thermische Analyse - Dynamische Differenzkalorimetrie (DDK)" bestimmt. Dabei wird eine Probe von 10 mg in ein Probenpfännchen eingewogen und in ein DSC- Gerät eingeführt. Es wird auf die Starttemperatur abgekühlt und im Anschluss daran ein 1 . und 2. Messlauf bei einer Inertgasspülung (N2) von 50 ml/min mit einer Heizrate von 10 K/min durchgeführt, wobei zwischen den Messläufen wieder auf die Starttemperatur abgekühlt wird. Die Messung erfolgt üblicherweise im Temperaturbereich von etwa 50 °C niedriger als die erwartete Glasübergangstemperatur bis etwa 50 °C höher als die Glasübergangstemperatur. Als Glasübergangstemperatur wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Anlehnung an DIN 53765, Punkt 8.1 , diejenige Temperatur im 2. Messlauf bezeichnet, bei der die Hälfte der Änderung der spezifischen Wärmekapazität (0,5 Delta cp) erreicht ist. Sie wird aus dem DDK- Diagramm (Auftragung des Wärmestroms gegen die Temperatur) ermittelt und ist die Temperatur des Schnittpunkts der Mittellinie zwischen den extrapolierten Basislinien vor und nach dem Glasübergang mit der Messkurve. Alle im Folgenden angegebenen Werte für Glasübergangstemperaturen Tg beziehen sich auf das jeweilige Polymer, das gebildet wird wenn die jeweilige Monomerenmi- schung einzeln polymerisiert wird. Der für beispielsweise die dritte Stufe erhaltene Wert ist also derjenige, der erhalten wird wenn die Monomerenmischung für die dritte Stufe in Abwesenheit der ersten und zweiten Stufe polymerisiert wird.
Für eine zielführende Abschätzung der zu erwartenden Glasübergangstemperaturen kann die so genannte Fox-Gleichung verwendet werden:
Fox Gleichung: — = -— + ~ ~ +■■ + -
Tg \ Glasübergangstemperatur des resultierenden Copolymers
(Kelvin)
χι, X2,.., Xn: Gewichtsteil der Monomerkomponente 1 , 2, n
Tgi, Τ92 ,.., Tgn Glasübergangstemperatur des Homopolymers der Monomerkomponente 1 , 2, n (Kelvin).
Da die Fox-Gleichung nur eine Näherung darstellt, die auf den Glasübergangstemperaturen der Homopolymere und deren Gewichtsteilen ohne Einbeziehung des Molekulargewichts basiert, kann diese nur als Hilfsmittel bzw. als zielführender Hinweis für den Fachmann bei der Synthese eingesetzt werden.
Relevant für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung sind nur die wie oben beschriebenen gemessenen Werte für die Glasübergangstemperatur.
Bei allen im Folgenden angegebenen Säure- bzw. Hydroxylzahlen handelt es sich um auf Basis der Monomerzusammensetzungen berechnete Werte.
Geeignete olefinisch ungesättigte Monomere können einfach oder mehrfach olefi- nisch ungesättigt sein.
Beispiele geeigneter einfach olefinisch ungesättigter Monomere umfassen (meth)acrylat-basierte einfach olefinisch ungesättigte Monomere, vinylische, einfach olefinisch ungesättigte Monomere, alpha-beta ungesättigte Carbonsäuren und Allylverbindungen.
Bei den (meth)acrylat-basierten, einfach olefinisch ungesättigten Monomeren kann es sich beispielsweise um (Meth)acrylsäure und Ester, Nitrile, oder Amide der (Meth)acrylsäure handeln.
Bevorzugt sind Ester der (Meth)acrylsäure, mit einem Rest R, der nicht olefinisch ungesättigt ist.
Figure imgf000014_0001
bzw.
Der Rest R kann aliphatisch oder aromatisch sein. Bevorzugt ist der Rest R aliphatisch. Der Rest R kann beispielsweise ein Alkylrest sein, oder Heteroatome enthalten. Beispiele für Reste R, die Heteroatome enthalten sind Ether. Bevorzugt werden jedenfalls, aber nicht zwingend ausschließlich, Monomere eingesetzt bei denen der Rest R ein Alkylrest ist.
Für den Fall, dass R ein Alkylrest ist, kann es sich um einen linearen, verzweigten oder cyclischen Alkylrest handeln. In allen drei Fällen kann es sich um unsubstituier- te oder um mit funktionellen Gruppen substituierte Alkylreste handeln. Bevorzugt hat der Alkylrest 1 bis 20, besonders bevorzugt 1 bis 10 Kohlenstoffatome.
Besonders bevorzugt geeignete einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest sind Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, lsopropyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)- acrylat, tert-Butyl(meth)acrylat, Amyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, Ethyl- hexyl(meth)acrylat, 3,3,5-Trimethylhexyl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Cycloalkyl(meth)acrylate, wie Cyclopentyl(meth)acrylat, lsobornyl(meth)acrylat sowie Cyclohexyl(meth)acrylat, wobei n- und tert- Butyl(meth)acrylat und Methyl methacrylat ganz besonders bevorzugt sind.
Geeignete einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit einem substituierten Alkylrest können bevorzugt mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen oder mit Phosphorsäureestergruppen substitutiert sein.
Besonders bevorzugt geeignete einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit einem mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen substituierten Alkylrest sind 2- Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl (meth)acrylat, 3-Hydroxybutyl(meth)acrylat und 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat, wobei 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat ganz besonders bevorzugt ist.
Besonders bevorzugt geeignete einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit Phosphorsäureestergruppen sind beispielsweise der Phosphorsäureester von Polypropyleneglycolmonomethacrylat, wie das kommerziell erhältliche Sipomer PAM 200 der Firma Rhodia.
Bei den vinylischen, einfach ungesättigten Monomeren kann es sich um Monomere mit einem Rest R' an der Vinylgruppe handeln, der nicht olefinisch ungesättigt ist.
Figure imgf000015_0001
Der Rest R' kann aliphatisch oder aromatisch sein, wobei aromatische Reste bevorzugt sind.
Der Rest R' kann ein Kohlenwasserstoffrest sein oder Heteroatome enthalten. Beispiele für Reste R', die Heteroatome enthalten sind Ether, Ester, Amide, Nitrile und Heterocyclen. Bevorzugt handelt es sich beim Rest R' um einen Kohlenwasserstoffrest. Für den Fall, dass es sich bei R' um einen Kohlenwasserstoffrest handelt, kann dieser mit Heteroatomen substituiert oder unsubstituiert sein, wobei unsubstitu- ierte Reste bevorzugt sind. Bevorzugt ist der Rest R' ein aromatischer Kohlenwasserstoffrest.
Besonders bevorzugte vinylische, olefinisch ungesättigte Monomere sind vinylaroma- tische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Vinyltoluol, alpha-Methylstyrol und insbesondere Styrol.
Wenn Heteroatome enthalten sind, sind olefinisch ungesättigte Monomere, wie Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, N-Dimethylacrylamid,
Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylchlorid, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, N- Vinylformamid, N-Vinylimidazol und N-Vinyl-2-methylimidazolin bevorzugt.
Bevorzugt kann der Rest R' die folgende Struktur haben:
Figure imgf000016_0001
Wobei die Reste R1 und R2 Alkylreste mit insgesamt 7 Kohlenstoffatomen sind. Solche Monomere sind unter dem Namen VeoVa 10 bei der Firma Momentive kommerziell erhältlich.
Beispiele geeigneter mehrfach olefinisch ungesättigter Monomere umfassen Ester der (Meth)acrylsäure mit einem olefinisch ungesättigten Rest R" und Allylether von mono- oder mehrwertigen Alkoholen. Bei dem Rest R" kann es sich um einen Allylrest handeln oder um einen (Meth)acrylsäurerest.
Figure imgf000016_0002
bzw. Bevorzugte mehrfach olefinisch ungesättigte Monomere umfassen Ethylenglykol- di(meth)acrylat, 1 ,2-Propylenglykoldi(meth)acrylat, 2,2-Propylenglykoldi(meth)acrylat, Butandiol-1 ,4-di(meth)acrylat, Neopentylglykoldi(meth)acrylat, 3-
Methylpentandioldi(meth)acrylat, Diethylenglykoldi(meth)acrylat, Triethylenglykol- di(meth)acrylat, Tetraethylenglykoldi(meth)acrylat, Dipropylenglykoldi(meth)acrylat, Tripropylenglykoldi(meth)acrylat, Hexandioldi(meth)acrylat und Allyl(meth)acrylat.
Darüber hinaus umfassen bevorzugte mehrfach olefinisch ungesättigte Verbindungen Acrylsäure- und Methacrylsäureester von Alkoholen mit mehr als zwei OH- Gruppen, wie zum Beispiel Trimethylolpropantri(meth)acrylat oder Glycerint- ri(meth)acrylat, aber auch Trimethylolpropandi(meth)acrylatmonoallylether, Trimethy- lolpropan(meth)acrylatdiallylether, Pentaerythrittri(meth)acrylatmonoallylether, Pentaerythritdi(meth)acrylatdiallylether, Pentaerythrit(meth)acrylattriallylether, Triallylsaccharose, und Pentaallylsaccharose.
Besonders bevorzugt wird Hexandioldi(meth)acrylat und/oder Allylmethcrylat eingesetzt ganz besonders bevorzugt eine Kombination von Hexandioldi(meth)acrylat und Allylmethacrylat.
Die Löslichkeit der organischen Monomere in Wasser kann über eine Gleichgewichtseinstellung mit dem Gasraum oberhalb der wässrigen Phase bestimmt werden (analog der Literatur X.-S. Chai, Q.X. Hou, F.J. Schork, Journal of Applied Polymer Science Vol. 99, 1296-1301 (2006)).
Dazu werden in einem 20ml Gasraumprobenröhrchen zu einem definierten Volumen an Wasser, bevorzugt 2 ml, ein Überschuss in Bezug auf die Löslichkeit des zu bestimmenden Monomers und ein Zusatz von 10 ppm eines Emulgators gegeben. Um die Gleichgewichtskonzentration zu erhalten, wird die Mischung ständig geschüttelt. Die überstehende Gasphase wird gegen Inertgas ausgetauscht, so dass sich wieder ein Gleichgewicht einstellt. In der entnommenen Gasphase wird jeweils der Anteil der zu detektieren Substanz gemessen (bevorzugt mittels Gaschromatographie). Die Gleichgewichtskonzentration in Wasser kann bestimmt werden, indem der Anteil des Monomers in der Gasphase graphisch ausgewertet wird. Die Steigung der Kurve ändert sich von einem nahezu konstanten Wert (S1 ) zu einer signifikant negativen Steigung (S2) sobald der überschüssige Monomeranteil aus der Mischung entfernt wurde. Die Gleichgewichtskonzentration ist dabei an dem Schnittpunkt der Geraden mit der Steigung S1 und der Geraden mit der Steigung S2 erreicht.
Bevorzugt wird die beschriebene Bestimmung bei 25°C durchgeführt.
Stufe i. der Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen ist die Umsetzung einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators, wobei die Zudosierung der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-%, bevorzugt 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 4,0 Gew.-%, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, also die Reaktionsbedingungen für eine verhungernde Polymerisation eingehalten werden.
Das resultierende Polymerisat aus Stufe i. wird im Folgenden als Saat bezeichnet. Die Gesamtmasse der Monomermischung A hat dabei bevorzugt einen Anteil von 1 .0 bis 10.0 % besonders bevorzugt 2,0 bis 6,0 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomermischungen A, B und C.
Die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A wird dabei so ausgewählt, dass das resultierende Polymerisat eine Glasübergangstemperatur Tg von 10 bis 55°C, bevorzugt von 30 bis 50°C hat.
Die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A enthält mindestens 50,0 Gew.-%, bevorzugt mindestens 55,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A, eines oder mehrere Monomere mit einer Löslichkeit in Wasser bei einer Temperatur von 25°C von < 0,5 g/l.
Bevorzugt handelt es sich bei den Monomeren mit einer Löslichkeit in Wasser bei einer Temperatur von 25°C von < 0,5 g/l um Styrol. Die Reaktionsbedindungen für die Polymerisation werden so gewählt, dass das resultierende Polymerisat nach der Stufe i. eine Teilchengröße von 20 bis 1 10 nm, hat.
Bevorzugt enthält die Monomerenmischung A keine hydroxyfunktionellen Monomere.
Bevorzugt enthält die Monomerenmischung A keine säurefunktionellen Monomere.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Monomermischung A mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest und mindestens ein vinylisch, einfach ungesättigtes Monomer mit einem aromatischen Rest an der Vinylgruppe.
Stufe ii. der Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen ist die Umsetzung einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren B durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators in Gegenwart des unter i. erhaltenen Polymerisats, der Saat, wobei die Zudosierung der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren B so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-%, bevorzugt 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 4,0 Gew.-%, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, also die Reaktionsbedingungen für eine verhungernde Polymerisation eingehalten werden.
Das aus der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren B resultierende Polymerisat wird im Folgenden als Kern bezeichnet. Das Gesamtergebnis, also das resultierende Polymerisat nach der Stufe (ii.) ist also eine Kombination von Saat und Kern.
Die Gesamtmasse der Monomermischung B hat dabei bevorzugt einen Anteil von 60 bis 90 %, besonders bevorzugt 70 bis 80 %, ganz besonders bevorzugt von 71 bis 77 % bezogen auf die Gesamtmasse der Monomermischungen A, B und C. Die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren B wird dabei so ausgewählt, dass ein aus den Monomeren B hergestelltes Polymerisat eine Glasübergangstemperatur Tg von -35 bis +12°C, bevorzugt von -25 bis +7°C hat.
Die Reaktionsbedingungen für die Polymerisation werden so gewählt, dass das resultierende Polymerisat nach der Stufe iL, also Saat und Kern, eine Teilchengröße von 130 bis 200 nm, hat.
Die Monomerenmischung B enthält mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer.
Bevorzugt enthält die Monomerenmischung B keine säurefunktionellen Monomere.
Bevorzugt enthält die Monomerenmischung B keine hydroxyfunktionellen Monomere.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Monomermischung B mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer, mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest, und mindestens ein vinylisch, einfach ungesättigtes Monomer mit einem aromatischen Rest an der Vinylgruppe.
Stufe iii. der Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen ist die Umsetzung einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren C durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators in Gegenwart des unter ii. erhaltenen Polymerisats, bestehend aus Saat und Kern, wobei die Zudosierung der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren C so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-%, bevorzugt 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 4,0 Gew.-%, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, also die Reaktionsbedingungen für eine verhungernde Polymerisation eingehalten werden.
Das aus der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren C resultierende Polymerisat wird im Folgenden als Schale bezeichnet. Das Gesamtergebnis, also das resultierende Polymer nach der Stufe (iii.) ist also eine Kombination von Saat, Kern und Schale. Das gesamte mehrstufige Polymerisat wird auch als Saat-Kern- Schale-Polymerisat bezeichnet.
Die Gesamtmasse der Monomermischung C hat dabei bevorzugt einen Anteil 10 bis 30 %, besonders bevorzugt von 18 bis 24 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomermischungen A, B und C.
Die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren C wird dabei so ausgewählt, dass ein aus den Monomeren C hergestelltes Polymerisat eine Glasübergangstemperatur Tg, von -50 bis 15°C, bevorzugt von -20 bis +12°C hat.
Die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren C wird dabei bevorzugt so ausgewählt, dass das resultierende Polymerisat, bestehend aus Saat, Kern und Schale, eine Säurezahl von 10 bis 25 hat.
Bevorzugt erfolgt die Auswahl der Monomere für die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren C dabei so, dass das resultierende Polymerisat, bestehend aus Saat, Kern und Schale, eine OH-Zahl von 0 bis 30, besonders bevorzugt von 10 bis 25 hat.
Die Reaktionsbedingungen für die Polymerisation werden so gewählt, dass das resultierende Polymerisat nach der Stufe iii. eine Teilchengröße von 150 bis 280 nm hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Monomerenmischung C mindestens eine alpha-beta ungesättigte Carbonsäure.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Monomermischung C mindestens eine alpha-beta ungesättigte Carbonsäure und mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen substituierten Alkylrest. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Monomermi- schung C mindestens eine alpha-beta ungesättigte Carbonsäure, mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen substituierten Alkylrest und mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Masse der Monomerenmischung A, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmischungen A, B, und C, 1 bis 10%, die Masse der Monomerenmischung B, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmischungen A, B, und C, 60 bis 80 %, und die Masse der Monomerenmischung C, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmischungen A, B, und C, 10 bis 30 %.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Masse der Monomerenmischung A, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmischungen A, B, und C, 2 bis 6 %, die Masse der Monomerenmischung B, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmischungen A, B, und C, 71 bis 77 %, und die Masse der Monomerenmischung C, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmischungen A, B, und C, 18 bis 24 %.
Stufe iv. der Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen eines Polymerisats ist die Neutralisation der Reaktionslösung. Unter Neutralisation ist die Einstellung auf einen pH-Wert von 7,5 bis 8,5 durch Zugabe einer Base, bevorzugt eines Amins zu verstehen.
Dabei wird die Messung des pH-Wertes bevorzugt mit einem pH-Meter (beispielsweise Mettler-Toledo S20 SevenEasy pH Meter) mit einer kombinierten pH- Elektrode (beispielsweise Mettler-Toledo InLab® Routine) durchgeführt.
Besonders bevorzugt wird Ν,Ν-Dimethylethanolamin (DMEA) zur Neutralisation eingesetzt . Bevorzugt haben die Polymerisate nach der Neutralisation eine Teilchengröße (z- Mittel) von 100 bis 400, besonders bevorzugt von 220 bis 330 nm.
Die OH-Zahl der Polymerisate beträgt bevorzugt zwischen 0 und 200 mg/gKOH.
Unter Festkörpergehalt bzw. Festkörper ist derjenige Gewichtsanteil zu versehen, der unter festgelegten Bedingungen beim Eindampfen als Rückstand verbleibt. Der Festkörper wird nach DIN EN ISO 3251 bei 130°C, 60 min, Einwaage 1 ,0 g, bestimmt.
Der Gelanteil der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion beträgt bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Festkörper der Dispersion.
Der Gelanteil kann gravimetrisch bestimmt werden, indem die Dispersion zentrifu- giert wird. Dazu wird die Dispersion mit Tetrahydrofuran verdünnt und der unlösliche Anteil mittels einer Ultrazentrifuge abgetrennt. Im Anschluss wird der getrocknete, unlösliche Anteil gewogen und der Quotient mit dem gesamten Festkörper der Dispersion gebildet. Der erhaltene Wert entspricht dem Gelanteil.
Der pigmentierte wässrige Basislack
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen pigmentierten wässrigen Basislack, welcher mindestens eine erfindungsgemäße wässrige Dispersion enthält.
Unter einem Basislack ist ein in der Automobillackierung und allgemeinen Indust- rielackierung eingesetzter farbgebender Zwischenbeschichtungsstoff zu verstehen. Dieser wird im Allgemeinen auf einem mit Füller oder Grundierfüller vorbehandelten Metall- oder Kunststoffuntergrund, mitunter auch direkt auf dem Kunststoff Untergrund aufgebracht. Auch Altlackierungen, welche gegebenenfalls noch vorbehandelt werden müssen (beispielsweise durch Anschleifen), können als Untergründe dienen. Um eine Basislackschicht insbesondere gegen Umwelteinflüsse zu schützen, wird auf dieser mindestens noch eine zusätzliche Klarlackschicht appliziert. Die Summe über die gewichtsprozentualen Anteile aller in den erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen enthaltenen Saat-Kern-Schale-Polymerisate, bezogen auf das Gesamtgewicht des pigmentierten wässrigen Basislacks, beträgt bevorzugt 0,1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 20 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 1 ,5 bis 15 Gew.-% oder sogar 2 bis 12 Gew.-%.
Im Falle einer möglichen Spezifizierung auf Basislacke enthaltend bevorzugte Komponenten in einem speziellen Anteilsbereich gilt folgendes. Die Komponenten, die nicht in die bevorzugte Gruppe fallen, können selbstverständlich weiterhin im Basislack enthalten sein. Der spezielle Anteilsbereich gilt dann nur für die bevorzugte Gruppe von Komponenten. Bevorzugt ist allerdings, dass für den Gesamtanteil von Komponenten bestehend aus Komponenten aus der bevorzugten Gruppe und Komponenten, die nicht in die bevorzugte Gruppe fallen, ebenfalls der spezielle Anteilsbereich gilt.
Würde also eine Beschränkung auf einen Anteilsbereich von 1 ,5 bis 15 Gew.-% und eine bevorzugte Gruppe von Komponenten durchgeführt werden, so gilt dieser Anteilsbereich augenscheinlich zunächst nur für die bevorzugte Gruppe an Komponenten. Bevorzugt wäre dann aber, dass insgesamt von allen ursprünglich umfass- ten Komponenten bestehend aus Komponenten aus der bevorzugten Gruppe und Komponenten, die nicht in die bevorzugte Gruppe fallen, ebenfalls von 1 ,5 bis 15 Gew.-% enthalten sind. Werden also 5 Gew.-% von Komponenten der bevorzugten Gruppe eingesetzt, so können höchstens 10 Gew.-% der Komponenten der nicht bevorzugten Gruppe eingesetzt werden.
Das genannte Prinzip gilt im Rahmen der vorliegenden Erfindung für alle genannten Komponenten des Basislacks und deren Anteilsbereiche, beispielsweise die erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen, Pigmente, die Polyurethanharze als Bindemittel oder auch die Vernetzungsmittel wie Melaminharze.
Der wässrige Basislack enthält in der Regel farbgebende Pigmente und/oder optisch effektgebende Pigmente. Solche Farbpigmente und Effektpigmente sind dem Fachmann bekannt und werden beispielsweise in Römpp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Seite 176 und 451 , beschrieben.
Effektpigmente sind beispielsweise Metalleffektpigmente wie z.B. Aluminiumpigmente, Goldbronzen, feuergefärbte Bronzen und/oder Eisenoxid-Aluminiumpigmente, Perglanzpigmente wie z.B. Fischsilber, basisches Bleicarbonat, Bismutoxidchlorid und/oder Metalloxid-Glimmer-Pigmente und/oder sonstige Effektpigmente wie z.B. mikronisiertes Titandioxid, blättchenförmiges Graphit, blättchenförmiges Eisenoxid, Mehrschicht-Effekt-Pigmente aus PVD-Filmen und/oder Liquid Crystal Polymer- Pigmente.
Der Anteil der Pigmente kann beispielsweise im Bereich von 1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des pigmentierten wässrigen Basislacks, liegen.
Im erfindungsgemäßen Basislack können physikalisch, thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare Bindemittel enthalten sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „physikalische Härtung" die Bildung eines Films durch Abgabe von Lösemittel aus Polymerlösungen oder Polymerdispersionen. Üblicherweise sind hierfür keine Vernetzungsmittel notwendig.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „thermische Härtung" die durch Hitze initiierte Vernetzung einer Lackschicht, bei der in dem zugrunde liegenden Lack entweder ein separat vorliegendes Vernetzungsmittel oder aber selbstvernetzende Bindemittel angewandt werden. Das Vernetzungsmittel enthält reaktive funktionelle Gruppen, die zu den in den Bindemitteln vorhandenen reaktiven funktionellen Gruppen komplementär sind. Üblicherweise wird dies von der Fachwelt als Fremdvernetzung bezeichnet. Sind die komplementären reaktiven funktionellen Gruppen oder autoreaktiven funktionellen Gruppen, d.h. Gruppen, die mit Gruppen derselben Art reagieren, bereits in den Bindemittelmolekülen vorhanden, liegen selbstvernetzende Bindemittel vor. Beispiele geeigneter komplementärer reaktiver funktioneller Gruppen und autoreaktiver funktioneller Gruppen sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 30 665 A1 , Seite 7, Zeile 28 bis Seite 9, Zeilen 24 bekannt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter aktinischer Strahlung elektromagnetische Strahlung wie nahes Infrarot (NIR), UV-Strahlung, insbesondere UV- Strahlung, und Korpuskularstrahlung wie Elektronenstrahlung zu verstehen. Die Härtung durch UV-Strahlung wird üblicherweise durch radikalische oder kationische Photoinitiatoren initiiert.
Werden die thermische Härtung und die Härtung mit aktinischer Strahlung gemeinsam angewandt, spricht man auch von„Dual Cure".
In der vorliegenden Erfindung sind Basislacke bevorzugt, die thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung, also mittels„Dual Cure", härtbar sind.
Insbesondere sind solche Basislacke bevorzugt, die als Bindemittel ein Polyac- rylatharz und als Vernetzungsmittel ein Aminoplastharz oder ein blockiertes oder unblockiertes Polyisocyanat, bevorzugt ein Aminoplasthatz, enthalten. Unter den Aminoplastharzen sind insbesondere Melaminharze bevorzugt.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Basislacke zusätzlich zu der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion ein weiteres Bindemittel, bevorzugt ein Polyurethanharz.
Das bevorzugt enthaltene Polyurethanharz kann ionisch und/oder nicht ionisch hydrophil stabilisiert sein. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Polyurethanharz ionisch hydrophil stabilisiert. Die bevorzugten Polyurethanharze sind linear oder enthalten Verzweigungen. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Polyurethanharz, in dessen Gegenwart olefinisch ungesättigte Monomere polymerisiert wurden. Das Polyurethanharz kann dabei neben dem aus der Polymerisation der olefinisch ungesättigten Monomere hervorgegangenen Polymer vorliegen ohne dass diese kovalent miteinander verbunden sind. Ebenso kann das Polyurethanharz aber auch mit dem aus der Polymerisation der olefinisch ungesättigten Monomere hervorgegangenen Polymer kovalent verbunden sein. Bei den olefinisch ungesättigten Monomeren handelt es sich bevorzugt um Acrylat- und/oder Methacrylatgruppenhaltige Monomere. Ebenfalls bevorzugt ist, dass die Acrylat- und/oder Methacrylatgruppenhaltigen Monomere in Kombination mit weiteren olefinisch ungesättigten Verbindungen eingesetzt werden, welche keine Acrylat- oder Methacrylatgruppen enthalten. Besonders bevorzugt werden als olefinisch ungesättigte Monomere Acrylat- oder Methacrylatgruppen-haltige Monomere an das Polyurethanharz gebunden, wodurch Polyurethan(meth)acrylate entstehen. Ganz besonders bevorzugt ist das Polyurethanharz ein Polyurethan(meth)acrylat. Das bevorzugt enthaltene Polyurethanharz ist physikalisch, thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbar. Insbesondere ist es thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbar. Besonders bevorzugt umfasst das Polyurethanharz reaktive funktionelle Gruppen, durch die eine Fremdvernetzung möglich ist.
Geeignete gesättigte oder ungesättigte Polyurethanharze werden beispielsweise beschrieben in der deutschen Patentanmeldung DE 199 14 896 A1 , Spalte 1 , Zeilen 29 bis 49 und Spalte 4, Zeile 23 bis Spalte 1 1 , Zeile 5, der deutschen Patentanmeldung DE 199 48 004 A1 , Seite 4, Zeile 19 bis Seite 13, Zeile 48, der europäischen Patentanmeldung EP 0 228 003 A1 , Seite 3, Zeile 24 bis Seite 5, Zeile 40, der europäischen Patentanmeldung EP 0 634 431 A1 , Seite 3, Zeile 38 bis Seite 8, Zeile 9, oder der internationalen Patentanmeldung WO 92/15405, Seite 2, Zeile 35 bis Seite 10, Zeile 32. der deutschen Patentanmeldung DE 4437535 A1 , Seite 7, Zeile 55 bis Seite 8, Zeile 23 der internationalen Patentanmeldung WO 91 /15528 Seite 23, Zeile 29 bis Seite 24, Zeile 24.
Für die Herstellung des Polyurethanharzes werden vorzugsweise die dem Fachmann bekannten aliphatischen, cycloaliphatischen, aliphatisch-cycloaliphatischen, aromatischen, aliphatisch-aromatischen und/oder cycloaliphatisch-aromatischen Polyiso- cyanate eingesetzt.
Als Alkohol-Komponente für die Herstellung der Polyurethanharze werden bevorzugt die dem Fachmann bekannten, gesättigten und ungesättigten höhermolekularen und niedermolekularen Polyole sowie gegebenenfalls auch Monoalkohole in untergeordneten Mengen eingesetzt. Als niedermolekulare Polyole werden insbesondere Diole und in untergeordneten Mengen Triole zur Einführung von Verzweigungen eingesetzt. Beispiele geeigneter höhermolekularer Polyole sind gesättigte oder olefinisch ungesättigte Polyesterpolyole und/oder Polyetherpolyole. Insbesondere werden als höhermolekulare Polyole Polyesterpolyole, insbesondere solche mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 5000 g/mol eingesetzt.
Zur hydrophilen Stabilisierung beziehungsweise zur Erhöhung der Dispergierbarkeit in wässrigem Medium kann das bevorzugt enthaltene Polyurethanharz bestimmte ionische Gruppen und/oder Gruppen, die in ionische Gruppen überführt werden können (potentiell ionische Gruppen), enthalten. Solche Polyurethanharze werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ionisch hydrophil stabilisierte Polyurethanharze bezeichnet. Ebenfalls enthalten sein können nicht ionische hydrophil modifizierende Gruppen. Bevorzugt sind aber die ionisch hydrophil stabilisierten Polyurethane. Genauer handelt es sich bei den modifizierenden Gruppen entweder um funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel und/oder Quaternisie- rungsmittel in Kationen überführt werden können, und/oder kationische Gruppen (kationische Modifizierung)
oder
funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel in Anionen überführt werden können, und/oder anionische Gruppen (anionische Modifizierung)
und/oder
nicht ionische hydrophile Gruppen (nicht-ionische Modifizierung).
Wie der Fachmann weiß, handelt es sich bei den funktionellen Gruppen zur kationischen Modifizierung um beispielsweise primäre, sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppen, sekundäre Sulfidgruppen und/oder tertiäre Phosphingruppen, insbesondere tertiäre Aminogruppen und sekundäre Sulfidgruppen (funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel und/oder Quaternisierungsmittel in kationische Gruppen überführt werden können). Weiterhin zu nennen sind die aus den vorgenannten funktionellen Gruppen unter Einsatz von dem Fachmann bekannten Neutralisationsmitteln und/oder Quaternisierungsmitteln hergestellte kationische Gruppen wie primäre, sekundäre, tertiäre und/oder quaternäre Ammoniumgruppen, tertiäre Sulfoniumgruppen und/oder quaternäre Phosphoniumgruppen, insbesondere quaternäre Ammoniumgruppen und tertiäre Sulfoniumgruppen.
Bei den funktionellen Gruppen zur anionischen Modifizierung handelt es sich bekanntermaßen um beispielsweise Carbonsäure-, Sulfonsäure- und/oder Phosphon- säuregruppen, insbesondere Carbonsäuregruppen (funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel in anionische Gruppen überführt werden können) sowie aus den vorgenannten funktionellen Gruppen unter Einsatz von dem Fachmann bekannten Neutralisationsmittel hergestellte anionische Gruppen wie Carboxylat-, Sulfonat- und/oder Phosphonatgruppen.
Bei den funktionellen Gruppen zur nicht-ionischen hydrophilen Modifizierung handelt es sich vorzugsweise um Poly(oxyalkylen)-Gruppen, insbesondere Poly(oxyethylen)- Gruppen. Die ionisch hydrophilen Modifizierungen können durch Monomere, welche die (potentiell) ionischen Gruppen enthalten, in das Polyurethanharz eingeführt werden. Die nicht-ionischen Modifizierungen werden beispielsweise durch den Einbau von Poly(ethylen)oxid-Polymeren als laterale oder endständige Gruppen der Polyurethanmoleküle eingeführt. Die hydrophilen Modifizierungen werden beispielsweise über Verbindungen eingeführt, die mindestens eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktive Gruppe, vorzugsweise mindestens eine Hydroxygruppe, enthalten. Zur Einführung der ionischen Modifizierung können Monomere eingesetzt werden, die neben den modifizierenden Gruppen mindestens eine Hydroxygruppe enthalten. Zur Einführung der nicht-ionischen Modifizierungen werden bevorzugt die dem Fachmann bekannten Polyetherdiole und/oder Alkoxypoly(oxyalkylen)alkohole eingesetzt.
Vorzugsweise kann es sich bei dem Polyurethanharz um ein Pfropfpolymer handeln. Insbesondere handelt es sich um ein mittels olefinisch ungesättigten Verbindungen, vorzugsweise olefinisch ungesättigten Monomeren, gepfropftes Polyurethanharz. In diesem Fall ist das Polyurethan also beispielsweise mit Seitengruppen und/oder Seitenketten gepfropft, die auf olefinisch ungesättigten Monomeren basieren. Insbesondere handelt es sich um Seitenketten, die auf Poly(meth)acrylaten basieren. Als Poly(meth)acrylate werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Polymere beziehungsweise polymere Reste bezeichnet, die Acrylat- und/oder Methacrylat- gruppen-haltige Monomere umfassen, vorzugsweise aus Acrylat- und/oder Methac- rylatgruppen-haltigen Monomeren bestehen. Unter Seitenketten, die auf Poly(meth)acrylaten basieren, sind Seitenketten zu verstehen, die bei der Pfropfpolymerisation unter Einsatz von (Meth)acrylatgruppen-haltigen Monomeren aufgebaut werden. Dabei werden bei der Pfropfpolymerisation vorzugsweise mehr als 50 mol- %, insbesondere mehr als 75 mol-%, insbesondere 100 mol.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der bei der Pfropfpolymerisation eingesetzten Monomere, an (Meth)acrylatgruppen-haltigen Monomeren eingesetzt.
Die beschriebenen Seitenketten werden bevorzugt nach der Herstellung einer Polyurethanharz-Primärdispersion in das Polymer eingeführt. In diesem Fall kann das in der Primärdispersion vorliegende Polyurethanharz Seiten- und/oder endständige olefinisch ungesättigte Gruppen enthalten, über die dann die Pfropfpolymerisa- tion mit den olefinisch ungesättigten Verbindungen verläuft. Das zu pfropfende Polyurethanharz kann also ein ungesättigtes Polyurethanharz (A) sein. Bei der Pfropfpolymerisation handelt es sich dann um eine radikalische Polymerisation olefinisch ungesättigter Reaktionspartner. Möglich ist beispielsweise auch, dass die zur Pfropfpolymerisation eingesetzten olefinisch ungesättigten Verbindungen mindestens eine Hydroxygruppe enthalten. Dann kann auch zunächst eine Anbindung der olefinisch ungesättigten Verbindungen über diese Hydroxygruppen durch Reaktion mit freien Isocyanatgruppen des Polyurethanharzes erfolgen. Diese Anbindung findet anstelle oder neben der radikalischen Reaktion der olefinisch ungesättigten Verbindungen mit den gegebenenfalls vorhandenen Seiten- und/oder endständigen olefinisch ungesättigten Gruppen des Polyurethanharzes statt. Danach folgt dann wieder die Pfropfpolymerisation über radikalische Polymerisation wie sie weiter oben beschrieben wurde. Erhalten werden jedenfalls mit olefinisch ungesättigten Verbindungen, vorzugsweise olefinisch ungesättigten Monomeren, gepfropfte Polyurethanharze.
Als olefinisch ungesättigte Verbindungen, mit denen das Polyurethanharz (A) bevorzugt gepfropft wird, können praktisch alle radikalisch polymerisierbaren, olefinisch ungesättigten und organischen Monomere eingesetzt werden, die dem Fachmann für diese Zwecke zur Verfügung stehen. Beispielhaft seien einige bevorzugte Mono- merklassen genannt:
Hydroxyalkylester der (Meth)acrylsäure oder anderer alpha, beta -ethylenisch ungesättigter Carbonsäuren,
(Meth)acrylsäurealkylester und/oder -cycloalkylester mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen im Alkylrest,
Ethylenisch ungesättigte Monomere, enthaltend mindestens eine Säuregruppe, insbesondere genau eine Carboxylgruppe, wie beispielsweise (Meth)acrylsäure,
Vinylester von in alpha-Stellung verzweigten Monocarbonsäuren mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen,
Umsetzungsprodukte aus (Meth)acrylsäure mit dem Glycidylester einer in alpha-Stellung verzweigten Monocarbonsäure mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen, Weitere ethylenisch ungesättigte Monomere wie Olefine (beispielsweise Ethylen), (Meth)acrylsäureamide, vinylaromatische Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Styrol), Vinylverbindungen wie Vinylchlorid und/oder Vinylether wie Ethylvi- nylether.
Bevorzugt werden (Meth)acrylatgruppen-haltige Monomere eingesetzt, so dass das es sich bei den aufgepfropften Seitenketten um Poly(meth)acrylat-basierende Seitenketten handelt.
Die Seiten- und/oder endständigen olefinisch ungesättigten Gruppen in dem Polyurethanharz, über die die Pfropfpolymerisation mit den olefinisch ungesättigten Verbindungen verlaufen kann, werden bevorzugt über bestimmte Monomere in das Polyurethanharz eingeführt. Diese bestimmten Monomere enthalten neben einer olefinisch ungesättigten Gruppe beispielsweise noch mindestens eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktive Gruppe. Bevorzugt sind Hydroxygruppen sowie primäre und sekundäre Aminogruppen. Insbesondere bevorzugt sind Hydroxygruppen.
Natürlich können die beschriebenen Monomere, durch welche die Seiten- und/oder endständigen olefinisch ungesättigten Gruppen in das Polyurethanharz eingeführt werden können, auch zum Einsatz kommen, ohne dass das Polyurethanharz danach noch zusätzlich mit olefinisch ungesättigten Verbindungen gepfropft wird. Bevorzugt ist allerdings, dass das Polyurethanharz mit olefinisch ungesättigten Verbindungen gepfropft ist.
Das bevorzugt enthaltene Polyurethanharz kann ein selbst- und/oder fremdvernetzendes Bindemittel sein. Bevorzugt umfasst das Polyurethanharz reaktive funktionelle Gruppen, durch die eine Fremdvernetzung möglich ist. In diesem Fall ist in dem pigmentierten wässrigen Basislack bevorzugt mindestens ein Vernetzungsmittel enthalten. Insbesondere handelt es sich bei den reaktiven funktionellen Gruppen, durch die eine Fremdvernetzung möglich ist, um Hydroxygruppen. Besonders vorteilhaft sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens polyhydroxyfunktio- nelle Polyurethanharze einsetzbar. Dies bedeutet, dass das Polyurethanharz im Mittel mehr als eine Hydroxygruppe pro Molekül enthält. Die Herstellung des Polyurethanharzes erfolgt nach den üblichen Methoden der Polymerchemie. Gemeint sind dabei beispielsweise die Polyaddition von Polyisocya- naten und Polyolen zu Polyurethanen und die bevorzugt dann folgende Pfropfpolymerisation mit olefinisch ungesättigten Verbindungen. Diese Methoden sind dem Fachmann bekannt und können individuell angepasst werden. Beispielhafte Herstellungsverfahren und Reaktionsbedingungen sind der europäischen Patentschrift EP 0521 928 B1 , Seite 2, Zeile 57 bis Seite 8, Zeile 1 6 zu entnehmen.
Das bevorzugt enthaltene Polyurethanharz besitzt vorzugsweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 200 bis 30000 g/mol, bevorzugt von 2000 bis 20000 g/mol. Es besitzt zudem beispielsweise eine Hydroxylzahl von 0 bis 250 mg KOH/g, insbesondere aber von 20 bis 150 mg KOH/g. Die Säurezahl des Polyurethanharzes liegt bevorzugt bei 5 bis 200 mg KOH/g, insbesondere bei 10 bis 40 mg KOH/g. Die Hydroxylzahl wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung nach DIN 53240, die Säurezahl gemäß DIN 53402 bestimmt.
Der erfindungsgemäße wässrige Basislack kann zudem mindestens einen Polyester, insbesondere einen Polyester mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 5000 g/mol als Bindemittel enthalten. Entsprechende Polyester werden beispielsweise in DE 4009858 in Spalte 6, Zeile 53 bis Spalte 7, Zeile 61 und Spalte 10, Zeile 24 bis Spalte 13, Zeile 3 beschrieben.
Bevorzugt ist zudem mindestens ein Verdicker enthalten. Als Verdicker eignen sich anorganische Verdicker aus der Gruppe der Schichtsilikate. Besonders geeignet sind Lithium-Aluminium-Magnesium Silikate.
Neben den anorganischen Verdickern können jedoch auch ein oder mehrere organische Verdicker eingesetzt werden. Diese werden vorzugsweise gewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdickern, wie beispielsweise dem Handelsprodukt Rheovis® AS 1 130 (BASF SE) und Po- lyurethanverdickern, wie beispielsweise dem Handelsprodukt Rheovis® PU1250 der Firma BASF SE. Als (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdicker werden solche bezeichnet, die neben Acrylsäure und/oder Methacrylsaure auch ein oder mehrere Acrylsaureester (das heißt Acrylate) und/oder ein oder mehrere Methacrylsäureester (das heißt Methacrylate) einpolymerisiert enthalten. Den (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdickern gemein ist, dass diese in alkalischem Medium, das heißt bei pH-Werten > 7, insbesondere > 7,5 durch Salzbildung der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, das heißt durch die Bildung von Carboxylatgruppen einen starken Viskositätsanstieg zeigen. Werden (Meth)acrylsäureester eingesetzt, die aus (Meth)acrylsäure und einem d-Ce-Alkanol gebildet werden, so erhält man im wesentlichen nicht-assoziativ wirkende (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdicker, wie beispielsweise das oben genannte Rheovis AS 1 130. Im Wesentlichen nicht-assoziativ wirkende (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdicker werden in der Literatur auch als ASE-Verdicker („Alkali Soluble/Swellable Emulsion", alkalisch lösliche/quellbare Emulsion oder Dispersion) bezeichnet. Als (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat- Copolymerisat-Verdicker sind jedoch auch sogenannte HASE-Verdicker („Hydro- phobically Modified Anionic Soluble Emulsions", hydrophob modifizierte anionisch lösliche Emulsion oder Dispersion) einsetzbar. Diese werden erhalten, wenn als Alkanol anstelle oder zusätzlich zu den Ci-C6-Alkanolen solche mit einer größeren Anzahl an Kohlenstoffatomen, beispielsweise 7 bis 30, oder 8 bis 20 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. HASE-Verdicker wirken im Wesentlichen assoziativ verdickend. Die einsetzbaren (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat- Verdicker eignen sich aufgrund ihrer verdickenden Eigenschaften nicht als Bindemittel-Harze, sie fallen somit nicht unter die als Bindemittel bezeichneten physikalisch, thermisch oder thermisch und aktinisch härtbaren Bindemitteln und sind somit explizit verschieden von den Poly(meth)acrylat basierten Bindemitteln, die in den erfindungsgemäßen Basislackzusammensetzungen eingesetzt werden können. Als Polyurethanverdicker sind die in der Literatur als HEUR („Hydrophobically Modified Ethylene Oxide Urethane Rheology Modifiers", hydrophob modifizierte Ethylenoxid- Urethan-Rheologieadditive) bezeichneten, assoziativ wirkenden Verdicker zu verstehen. Chemisch handelt es sich hierbei um nichtionische verzweigte oder unverzweigte Blockcopolymere aus Polyethylenoxid-Ketten (manchmal auch Polypropylenoxid- Ketten), die über Urethanbindungen miteinander verknüpft sind und die endständige langkettige Alkyl- oder Alkylengruppen mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen tragen. Typische Alkylgruppen sind beispielsweise Dodecyl- oder Stearyl-Gruppen, eine typische Alkenylgruppe ist beispielsweise eine Oleylgruppe, eine typische Arylgruppe ist die Phenylgruppe und eine typische alkylierte Arylgruppe ist beispielsweise eine Nonylphenylgruppe. Die Polyurethan-Verdicker eignen sich aufgrund ihrer verdickenden Eigenschaften und Struktur nicht als physikalisch, thermisch oder thermisch und physikalisch härtbare Bindemittel-Harze. Sie sind somit explizit verschieden von den Polyurethanen, die in den erfindungsgemäßen Basislack-Zusammensetzungen als Bindemittel eingesetzt werden können.
Darüber hinaus kann der wässrige Basislack noch mindestens einen Zusatzstoff enthalten. Beispiele für derartige Zusatzstoffe sind rückstandsfrei oder im Wesentlichen rückstandsfrei thermisch zersetzbare Salze, von Polyurethanharzen verschiedene physikalisch, thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung härtbare Harze als Bindemittel, weitere Vernetzungsmittel, organische Lösemittel, Reaktivverdünner, transparente Pigmente, Füllstoffe, molekulardispers lösliche Farbstoffe, Nanoparti- kel, Lichtschutzmittel, Antioxidantien, Entlüftungsmittel, Emulgatoren, Slipadditive, Polymerisationsinhibitoren, Initiatoren für radikalische Polymerisationen, Haftvermittler, Verlaufsmittel, filmbildende Hilfsmittel, Sag-Control-Agents (SCAs), Flammschutzmittel, Korrosionsinhibitoren, Wachse, Sikkative, Biozide und Mattierungsmittel.
Geeignete Zusatzstoffe der vorstehend genannten Art sind beispielsweise aus
der deutschen Patentanmeldung DE 199 48 004 A1 , Seite 14, Zeile 4, bis Seite 17, Zeile 5,
dem deutschen Patent DE 100 43 405 C1 , Spalte 5, Absätze [0031 ] bis [0033],
bekannt. Sie werden in den üblichen und bekannten Mengen eingesetzt.
Der Festkörpergehalt der erfindungsgemäßen Basislacke kann je nach den Erfordernissen des Einzelfalls variieren. In erster Linie richtet sich der Festkörpergehalt nach der für die Applikation, insbesondere Spritzapplikation, erforderlichen Viskosität, so dass er vom Fachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens gegebe- nenfalls unter Zuhilfenahme weniger orientierender Versuche eingestellt werden kann.
Vorzugsweise liegt der Festkörpergehalt der Basislacke bei 5 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt bei 10 bis 65 Gew.-% und insbesondere bevorzugt bei 15 bis 60 Gew.-%.
Unter Festkörpergehalt ist derjenige Gewichtsanteil zu versehen, der unter festgelegten Bedingungen beim Eindampfen als Rückstand verbleibt. Der Festkörper wird nach DIN EN ISO 3251 bei 130°C, 60 min, Einwaage 1 ,0 g, bestimmt.
Der erfindungsgemäße Basislack ist wässrig. Der Ausdruck„wässrig" ist dem Fachmann in diesem Zusammenhang bekannt. Gemeint ist grundsätzlich ein Basislack, der nicht ausschließlich auf organischen Lösemitteln basiert, das heißt nicht ausschließlich als Lösemittel solche auf organischer Basis enthält, sondern der im Gegenteil als Lösemittel einen signifikanten Anteil Wasser enthält. Bevorzugt ist „wässrig" im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Beschichtungsmittel so zu verstehen, dass das jeweilige Beschichtungsmittel, insbesondere der Basislack, einen Anteil von mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 60 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der enthaltenen Lösemittel (das heißt Wasser und organische Lösemittel), aufweist. Darunter bevorzugt beträgt der Anteil an Wasser 40 bis 90 Gew.-%, insbesondere 50 bis 80 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 60 bis 75 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der enthaltenen Lösemittel.
Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Basislacke kann unter Einsatz der für die Herstellung von Basislacken üblichen und bekannten Mischverfahren und Mischaggregate erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Mehrschicht- lackierung
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Lackierung, bei dem (1 ) ein pigmentierter wässriger Basislack auf ein Substrat aufgebracht wird,
(2) aus dem in Stufe (1 ) aufgebrachten Lack ein Polymerfilm gebildet wird,
(3) auf die so erhaltene Basislackschicht ein Klarlack aufgebracht wird und anschließend
(4) die Basislackschicht zusammen mit der Klarlackschicht gehärtet wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in Stufe (1 ) ein pigmentierter wässriger Basislack eingesetzt wird, welcher mindestens eine erfindungsgemäße wässrige Dispersion enthält. Alle vorstehend genannten Ausführungen hinsichtlich der erfindungsgemäßen Dispersion und des pigmentierten wässrigen Basislacks gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Dies gilt insbesondere auch für alle bevorzugten, besonders bevorzugten und ganz besonders bevorzugten Merkmale.
Das besagte Verfahren wird bevorzugt zur Herstellung von farbgebenden Mehr- schichtlackierungen, effektgebenden Lackierungen und färb- und effektgebenden Lackierungen eingesetzt.
Die Applikation des erfindungsgemäßen pigmentierten wässrigen Basislacks erfolgt üblicherweise auf mit Füller oder Grundierfüller vorbehandelte Metall- oder Kunststoffsubstrate. Gegebenenfalls kann der besagte Basislack auch direkt auf dem Kunststoffuntergrund aufgebracht werden.
Wird ein Kunststoffsubstrat beschichtet, so wird dieses vor der Applikation des Füllers oder Grundierfüllers bevorzugt noch vorbehandelt. Die hierzu am häufigsten angewendeten Verfahren sind das Beflammen, die Plasmabehandlung und die Corona-Entladung. Bevorzugt wird das Beflammen eingesetzt.
Die Applikation des erfindungsgemäßen pigmentierten wässrigen Basislacks auf ein Metallsubstrat kann in den im Rahmen der Automobilindustrie üblichen Schichtdi- cken im Bereich von beispielsweise 5 bis 100 Mikrometer, bevorzugt 5 bis 60 Mikrometer erfolgen. Dabei werden Spritzapplikationsmethoden angewandt, wie zum Beispiel Druckluftspritzen, Airless-Spritzen, Hochrotation, elektrostatischer Sprühauftrag (ESTA), gegebenenfalls verbunden mit Heißspritzapplikation wie zum Beispiel Hot-Air-Heißspritzen.
Nach der Applikation des pigmentierten wässrigen Basislacks kann dieser nach bekannten Methoden getrocknet werden. Beispielsweise können (1 -Komponenten)- Basislacke, welche bevorzugt sind, bei Raumtemperatur für 1 bis 60 Minuten abgelüftet werden und darauf folgend bevorzugt bei gegebenenfalls leicht erhöhten Temperaturen von 30 bis 90°C getrocknet werden. Unter Ablüften und Trocknung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Abdunsten von organischen Lösemitteln und/oder Wasser zu verstehen, wodurch der Lack trockener, aber noch nicht gehärtet wird beziehungsweise noch kein vollständig vernetzter Lackfilm gebildet wird.
Dann wird ein handelsüblicher Klarlack nach ebenfalls gängigen Methoden appliziert, wobei die Schichtdicken wiederum in den gängigen Bereichen, beispielsweise 5 bis 100 Mikrometer, liegen.
Nach der Applikation des Klarlacks kann dieser bei Raumtemperatur für beispielsweise 1 bis 60 Minuten abgelüftet und gegebenenfalls getrocknet werden. Dann wird der Klarlack zusammen mit dem applizierten pigmentierten Basislack gehärtet. Dabei finden beispielsweise Vernetzungsreaktionen statt, wodurch eine erfindungsgemäße färb- und/oder effektgebende mehrschichtige Lackierung auf einem Substrat hergestellt wird. Die Härtung erfolgt bevorzugt thermisch bei Temperaturen von 60 bis 200°C. Als thermisch härtende Basislacke sind solche bevorzugt, die als Vernetzungsmittel ein Aminoplastharz oder ein blockiertes oder unblockiertes Polyisocya- nat, bevorzugt ein Aminoplasthatz, enthalten. Unter den Aminoplastharzen sind Melaminharze bevorzugt.
Die Beschichtung von Kunststoffsubstraten erfolgt im Grunde genommen analog zu der von Metallsubstraten. Allerdings wird hier im Allgemeinen bei deutlich niedrigeren Temperaturen von 30 bis 90 °C gehärtet. Bevorzugt ist daher der Einsatz von Zweikomponentenklarlacken.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können metallische und nichtmetallische Substrate, insbesondere Kunststoffsubstrate, vorzugsweise Automobilkarosserien oder Teile davon lackiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner zur Doppellackierung in der OEM- Lackierung eingesetzt werden. Darunter ist zu verstehen, dass ein Substrat, welches mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichtet wurde, ein zweites Mal, ebenfalls mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, lackiert wird.
Die Erfindung betrifft ferner Mehrschichtlackierungen, welche nach dem oben beschriebenen Verfahren herstellbar sind. Diese Mehrschichtlackierungen sollen im Folgenden als erfindungsgemäße Mehrschichtlackierungen bezeichnet werden.
Alle vorstehend genannten Ausführungen hinsichtlich des erfindungsgemäßen Polymerisats, des pigmentierten wässrigen Basislacks und des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten entsprechend auch für die besagte Mehrschichtlackierung. Dies gilt insbesondere auch für alle bevorzugten, besonders bevorzugten und ganz besonders bevorzugten Merkmale.
Bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierungen um farbgebende Mehrschichtlackierungen, effektgebenden Lackierungen und färb- und effektgebenden Lackierungen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das erfindungsgemäße Verfahren, wobei es sich bei dem besagten Substrat aus Stufe (1 ) um eine Mehrschichtlackierung handelt, welche Fehlstellen besitzt. Bei dieser Substrat-Mehrschichtlackierung, welche Fehlstellen besitzt, handelt es sich also um eine Originallackierung, welche ausgebessert oder komplett überlackiert werden soll. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich demnach zur Ausbesserung von Fehlstellen auf Mehrschichtlackierungen. Als Fehlstellen beziehungsweise Filmfehler werden im Allgemeinen Störungen an und in der Beschichtung, die meist nach ihrer Form oder ihrem Aussehen benannt werden, bezeichnet. Dem Fachmann ist eine Vielzahl von möglichen Arten von solchen Filmfehlern bekannt. Diese werden beispielsweise in Römpp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Seite 235, "Filmfehler" beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem Substrat aus Stufe (1 ) um eine Mehrschichtlackierung, welche Fehlstellen aufweist.
Diese Mehrschichtlackierungen werden bevorzugt auf Automobilkarossen oder Teilen davon mit Hilfe des oben bezeichneten erfindungsgemäßen Verfahrens im Rahmen der Automobilserienlackierung hergestellt. Treten solche Fehlstellen direkt nach erfolgter OEM-Lackierung auf, so werden diese direkt ausgebessert. Man spricht daher auch von OEM-Automobilreparaturlackierung. Sind nur kleine Fehlstellen auszubessern, so wird nicht die ganze Karosse komplett überlackiert (Doppella- ckierung), sondern nur der sogenannte„Spot" repariert. Letzterer Prozess wird„Spot Repair" genannt. Besonders bevorzugt ist daher der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausbessern von Fehlstellen auf erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierungen (Originallackierungen) in der OEM-Automobilreparaturlackierung.
Sofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Bereich der Automobilreparatur- lackierung angesprochen ist, das heißt also von der Ausbesserung von Fehlstellen die Rede ist, und dabei als Substrat eine Mehrschichtlackierung, welche Fehlstellen besitzt, genannt wird, ist hiermit selbstverständlich gemeint, dass diese Substrat- Mehrschichtlackierung mit Fehlstellen (Originallackierung) in der Regel auf einem wie oben beschriebenen Metallsubstrat oder einem Kunststoffsubstrat angeordnet ist.
Damit die ausgebesserte Stelle sich farblich nicht vom Rest der Originallackierung unterscheidet, ist es bevorzugt, dass der in Stufe (1 ) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbesserung von Fehlstellen eingesetzte wässrige Basislack derselbe ist, wie der, der zur Herstellung der Substrat-Mehrschichtlackierung mit Fehlstellen (Originallackierung) eingesetzt wurde.
Die vorstehend genannten Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Polymerisats und des wässrigen pigmentierten Basislacks gelten somit auch für den in Rede stehenden Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausbessern von Fehlstellen auf einer mehrschichtigen Lackierung. Dies gilt insbesondere auch für alle genannten bevorzugten, besonders bevorzugten und ganz besonders bevorzugten Merkmale. Es ist weiterhin bevorzugt, dass es sich bei den auszubessernden, erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierungen um farbgebende Mehrschichtlackie- rungen, effektgebenden Lackierungen und färb- und effektgebenden Lackierungen handelt.
Die oben beschriebenen Fehlstellen auf der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackie- rung lassen sich mit Hilfe des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausbessern. Hierzu kann die auszubessernde Oberfläche der Mehr- schichtlackierung zunächst angeschliffen werden. Bevorzugt wird das Anschleifen so ausgeführt, dass von der Originallackierung nur die Basislackierung und die Klarla- ckierung ab- oder angeschliffen werden, nicht aber die in der Regel darunter angeordnete Füllerschicht und Grundierungsschicht abgeschliffen wird. Auf diese Weise kann bei der Reparatur insbesondere auf die erneute Applikation von speziellen Grundierungen und Grundierfüllern verzichtet werden. Diese Form des Anschleifens hat sich insbesondere im Bereich der OEM-Automobilreparaturlackierung bewährt, da hier im Gegensatz zur Reparatur in einer Werkstatt in der Regel nur Fehlstellen im Schichtbereich Basislack und/oder Klarlack auftreten, jedoch insbesondere keine Fehlstellen im Bereich der darunter angeordneten Füller- und Grundierungsschichten auftreten. Fehlstellen in den letztgenannten Schichten sind eher im Bereich der Reparatur in Werkstätten anzutreffen. Beispielhaft seien Lackschäden wie Kratzer genannt, welche beispielsweise durch mechanische Einflüsse erzeugt werden und oft bis auf die Substratoberfläche (Metall- oder Kunststoffsubstrat) reichen. Nach dem Anschleifen erfolgt die Applikation des pigmentierten wässrigen Basislacks auf die Fehlstelle in der Originallackierung in der Regel durch pneumatische Zerstäubung. Nach der Applikation des pigmentierten wässrigen Basislacks kann dieser nach bekannten Methoden getrocknet werden. Beispielsweise kann der Basislack bei Raumtemperatur für 1 bis 60 Minuten getrocknet werden und darauf folgend bei gegebenenfalls leicht erhöhten Temperaturen von 30 bis 80°C getrocknet werden. Unter Ablüften und Trocknung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Abdunsten von organischen Lösemitteln und/oder Wasser zu verstehen, wodurch der Lack noch nicht vollständig gehärtet wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der als Vernetzungsmittel ein Aminoplastharz, bevorzugt ein Melaminharz und ein mit diesem Vernetzungsmittel reaktives Bindemittel, enthält.
Anschließend wird ein handelsüblicher Klarlack nach ebenfalls gängigen Methoden appliziert. Nach der Applikation des Klarlacks kann dieser bei Raumtemperatur für beispielsweise 1 bis 60 Minuten abgelüftet und gegebenenfalls getrocknet werden. Dann wird der Klarlack zusammen mit dem applizierten pigmentierten Basislack gehärtet.
Beim so genannten Niedrigtemperatureinbrennen erfolgt die Härtung vorzugsweise bei Temperaturen von 20 bis 90°C. Hier werden bevorzugt Zweikomponentenklarla- cke eingesetzt. Wird, wie oben beschrieben, als Vernetzungsmittel ein Aminoplastharz eingesetzt, so kommt es bei diesen Temperaturen in der Basislackschicht nur zu einer geringen Vernetzung durch das Aminoplastharz. Neben seiner Funktion als Härter dient das Aminoplastharz hierbei auch der Plastifizierung und kann die Pigmentbenetzung unterstützen. Neben den Aminoplastharzen können auch unblo- ckierte Isocyanate eingesetzt werden. Diese vernetzen je nach Art des eingesetzten Isocyanats schon bei Temperaturen ab 20 °C.
Beim sogenannten Hochtemperatureinbrennen erfolgt die Härtung vorzugsweise bei Temperaturen von 130 bis 150°C. Hier werden sowohl Einkomponenten- als auch Zweikomponentenklarlacke eingesetzt. Wird, wie oben beschrieben als Vernet- zungsmittel ein Aminoplastharz eingesetzt, so kommt es bei diesen Temperaturen in der Basislackschicht zu einer Vernetzung durch das Aminoplastharz.
Im Rahmen der Ausbesserung von Fehlstellen auf Mehrschichtlackierungen, das heißt also, wenn das Substrat eine Fehlstellen aufweisende Originallackierung darstellt, bevorzugt eine erfindungsgemäße Fehlstellen aufweisende Mehrschichtla- ckierung, wird bevorzugt das Niedrigtemperatureinbrennen angewendet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen in pigmentierten wässrigen Basislacken zur Haftungsverbesserung.
Die erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen können zur Haftungsverbesserung bei der Lackierung von Metall- und Kunststoffsubstraten eingesetzt werden. Ebenso lassen sie sich in der Autoreparaturlackierung einsetzen. Unter Autoreparaturlackie- rung ist sowohl die OEM-Automobilreparaturlackierung als auch die Automobilrepa- raturlackierung gemeint, welche beispielsweise in einer Werkstatt stattfindet.
Werden die besagten pigmentierten wässrigen Basislacke bei der Lackierung von Metall- und Kunststoffsubstraten eingesetzt, so führt der Einsatz der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion insbesondere zu einer Verbesserung der Haftung zwischen der Basislackschicht und der unmittelbar an diese angrenzende Klarlackschicht. Die erfindungsgemäße Dispersion wird daher bevorzugt zur Haftungsverbesserung zwischen Basislackschicht und Klarlackschicht bei der Lackierung von Metallsubstraten und Kunststoffsubstraten verwendet.
Werden die besagten pigmentierten wässrigen Basislacke bei der Autoreparaturlackierung eingesetzt, so führt der Einsatz der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion insbesondere zu einer Haftungsverbesserung zwischen Basislack und Erstlackierung. Die erfindungsgemäße wässrige Dispersion wird daher ebenfalls bevorzugt zur Verbesserung der Haftung zwischen Basislackschicht und Erstlackierung in der Autoreparaturlackierung, besonders bevorzugt in der OEM- Automobilreparaturlackierung verwendet. Die Haftungsproblematik bei Systemen des Stands der Technik ist insbesondere dann eklatant, wenn die beschichteten Substrate der Witterung ausgesetzt sind. Entsprechende Witterungsverhältnisse lassen sich durch eine sogenannte Schwitzwasserlagerung simulieren. Der Begriff Schwitzwasserlagerung bezeichnet die Lagerung von beschichteten Substraten in einer Klimakammer nach Prüfklima CH nach DIN EN ISO 6270-2:2005-09.
Die erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen werden daher insbesondere auch verwendet, um die Haftung nach einer Schwitzwasserlagerung zu verbessern. Die Haftung wird bevorzugt mittels Dampfstrahltest nach Prüfverfahren A der DIN 55662:2009-12 untersucht.
Wenn beschichtete Substrate der Witterung ausgesetzt sind treten häufig Blasen und Quellungen auf. Die erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen werden daher insbesondere auch verwendet, um das Auftreten von Blasen und Quellungen in Mehrschichtlackierungen zu reduzieren oder zu verhindern. Das Vorliegen von Blasen und Quellungen kann dabei visuell begutachtet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert.
Beispiele
Beispiele für Bindemittelsynthesen
1.1 Herstellung der Saat-Kern-Schale-Acrylate BM2 bis BM7
80 Gew.-% der Positionen 1 und 2 aus Tabelle 1 .1 werden
in einen Stahlreaktor (5 L Volumen) mit Rückflusskühler gegeben und auf 80°C aufgeheizt. Die restlichen Anteile der unter„Vorlage" in Tabelle 1 .1 aufgeführten Komponenten werden in einem separaten Gefäß vorgemischt. Dieses Gemisch und die Initiatorlösung (Tabelle 1 .1 , Position 5 und 6) werden innerhalb von 20 min in den Reaktor zu getropft, wobei in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-% während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird. Im Anschluss wird 30 min gerührt.
Die in Tabelle 1 .1 unter„Mono 1 " angegebenen Komponenten werden in einem separaten Gefäß vorgemischt. Dieses Gemisch wird innerhalb von 2 Stunden in den Reaktor zu getropft, wobei in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-% während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird. Im Anschluss wird 1 Stunde gerührt.
Die in Tabelle 1 .1 unter„Mono 2" angegebenen Komponenten werden in einem separaten Gefäß vorgemischt. Dieses Gemisch wird innerhalb von 1 Stunden in den Reaktor zu getropft, wobei in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-% während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird. Im Anschluss wird 2 Stunde gerührt.
Danach wird das Reaktionsgemisch auf 60°C abgekühlt und das Neutralisationsgemisch (Tabelle 1 .1 , Positionen 20, 21 und 22) in einem separaten Gefäß vorgemischt. Das Neutralisationsgemisch wird innerhalb von 40 min in den Reaktor zu getropft, wobei der pH-Wert der Reaktionslösung auf einen pH-Wert von 7,5 bis 8,5 eingestellt wird. Anschließend wird das Reaktionsprodukt noch 30 min gerührt, auf 25°C abgekühlt und gefiltert. Tabelle 1.1 : Saat-Kern-Schale-Acrylate BM2 bis BM7
Figure imgf000046_0001
* erfindungsgemäß Der Festkörper wurde zur Reaktionskontrolle bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 .2 angeben:
Tabelle 1.2: Festkörper der Saat-Kern-Schale-Acrylate BM2 bis BM7
Figure imgf000047_0001
* erfindungsgemäß
Nach jeder Stufe wurde die Teilchengrüße mittels dynamischer Lichtstreuung nach DIN ISO 13321 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 .3 wiedergegeben.
Tabelle 1.3: Teilchengrößen in nm der Saat-Kern-Schale-Acrylate BM2 bis BM7
Figure imgf000047_0002
* erfindungsgemäß
Jede der angegebenen Monomermischungen wurde einzeln polymerisiert und im Anschluss die Glasübergangstemperatur mittels DSC nach Norm DIN 53765 bestimmt. Zusätzlich wurde die Glasübergangstemperatur für das gesamte Polymerisat, nach Neutralisation, mittels DSC nach Norm DIN 53765 bestimmt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 .4 angegeben. Tabelle 1.4: Glasübergangstemperaturen in °C einzelnen Stufen der Saat-Kern- Schale-Acrylate BM2 bis BM7
Figure imgf000048_0001
* erfindungsgemäß
1.2 Herstellung eines dreistufigen Acrylats BM8 (gemäß Korea Polym. J., Vol. 7, No. 4, S. 213-222)
Die Komponenten 1 bis 4 aus Tabelle 1 .5 werden in einen Stahlreaktor (5 L Volumen) mit Rückflusskühler gegeben und auf 80°C aufgeheizt. Die Initiatorlösung (Tabelle 1 .2, Position 5 und 6) wird innerhalb von 5 min in den Reaktor zu getropft. Im Anschluss wird 30 min gerührt.
Die in Tabelle 1 .5 unter„Mono 1 " angegebenen Komponenten werden in einem separaten Gefäß vorgemischt. Dieses Gemisch wird innerhalb von 2 Stunden in den Reaktor zu getropft. Im Anschluss wird 1 Stunde gerührt.
Die in Tabelle 1 .5 unter„Mono 2" angegebenen Komponenten werden in einem separaten Gefäß vorgemischt. Dieses Gemisch wird innerhalb von 1 Stunden in den Reaktor zu getropft. Im Anschluss wird 1 Stunde gerührt.
Danach wird da Reaktionsgemisch auf 60°C abgekühlt und das Neutralisationsgemisch (Tabelle 1 .2, Positionen 21 und 22) in einem separaten Gefäß vorgemischt. Das Neutralisationsgemisch wird innerhalb von 40 min in den Reaktor zu getropft. Anschließend wird das Reaktionsprodukt noch 30 min gerührt, auf 25°C abgekühlt. Tabelle 1.5: Mehrstufiges Acrylat BM8
BM8
Vorlage
1 VE-Wasser 43,54
2 Rhodapex CO 436 0,1 6
3 Styrol 0,5
4 Ethylacrylat 0,55
Initiatorlösung
5 VE-Wasser 0,55
6 APS 0,02
Mono 1
7 VE-Wasser 13,31
8 Rhodapex CO 436 0,13
9 APS 0,02
10 Styrol 5,84
1 1 Ethylacrylat 1 1 ,05
12 1 ,6-HDDA 0,35
Mono 2
13 VE-Wasser 5,97
14 Rhodapex CO 436 0,06
15 APS 0,02
16 Methacrylsäure 0,74
17 2-HEA 0,99
18 Ethylacrylat 3,04
19 MMA 0,6
Neutralisation
20 VE-Wasser 6,75
21 Butylglykol 4,96
22 DMEA 0,79 pH-Wert 8,1 Der Festkörpergehalt betrug 23,4 %.
Nach jeder Stufe wurde die Teilchengrüße mittels dynamischer Lichtstreuung nach DIN ISO 13321 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 .6 wiedergegeben.
5 Tabelle 1.6: Teilchengrößen in nm des mehrstufigen Acrylats BM8
Figure imgf000050_0001
Jede der angegebenen Monomermischungen wurde einzeln polymerisiert und im Anschluss die Glasübergangstemperatur mittels DSC nach Norm DIN 53765 bestimmt. Zusätzlich wurde die Glasübergangstemperatur für das gesamte Polymeri- i o sat, nach Neutralisation, mittels DSC nach Norm DIN 53765 bestimmt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 .7 angegeben.
Tabelle 1.7: Glasübergangstemperaturen in °C einzelnen Stufen des mehrstufigen Acrylats BM8
15
BM8
„Vorlage" 32
ii „Mono 1 " 26
iii „Mono 2" 35
gesamtes Polymeri26
sat Beispiele für Lackformulierungen
2.1 Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen Wasserbasislackes A1 auf Basis eines Polyurethanharzes
5
Die in der Tabelle 2.1 unter„wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus den unter„organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen i o Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem Wasser und Dimethylethanolamin auf einen pH Wert von 8 und eine Spritzviskosität von 90-95 mPa-s bei einer Scherbelastung von 1000 s~ gemessen mit einem Rotations-Viskosimeter (Gerät Rheolab QC mit Temperiersystem C-LTD80/QC der Firma Anton Paar) bei 23 °C, eingestellt.
15
Tabelle 2.1 : Wasserbasislack A1 (nicht erfindungsgemäß)
Komponente
Gewichtsteile
Wässrige Phase
3%ige Na-Mg-Schichtsilikatlösung 14,85 deionisiertes Wasser 1 1 ,04 n-Butoxipropanol 1 ,35
2-Ethylhexanol 1 ,74
Polyurethanharz, hergestellt gemäß der internationalen
17,94 Patentanmeldung WO 92/15405, Seite 15, Zeile 23-28
Polyester; hergestellt gemäß Beispiel D, Spalte 1 6, Z. 37-59
2,05 der DE 40 09 858 A1
3 Gew.-%ige wässrige Rheovis® AS 1 130 Lösung (Rheo¬
3,72 vis® AS 1 130 erhältlich von BASF SE)
Melaminformaldehydharz (Cymel® 303 der Firma Allnex) 6,06
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 0,52
Pluriol® P900 der Firma BASF SE 1 ,74
BYK-347® der Firma Altana/BYK-Chemie GmbH 0,35
Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat; hergestellt gemäß S. 7,
3,46 Z. 55 bis S.8, Z. 23 der DE 4437535 A1
Isopropanol 1 ,48
Triglykol 1 ,46
50 Gew.-%ige Lösung von Rheovis® PU1250 in Butylglykol
0,63 (Rheovis® PU1250 erhältlich von BASF SE)
30 Gew.-%ige wässrige Rheovis® AS 1 130 Lösung, erhält¬
1 ,00 lich von BASF SE
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 1 ,00 deionisiertes Wasser 14,81
Organische Phase
Butylglykol 7,00
Pluriol® E300 der Firma BASF SE 2,80
Aluminiumpigment, erhältlich von Firma Altana-Eckart (Alu
5,00 Stapa Hydrolux 8154) 2.2 Herstellung eines erfindungsgemäßen Wasserbasislackes A2 auf Basis eines erfindungsgemäßen mehrstufigen Polymerisates von olefinisch ungesättigten Verbindungen
5 Die in der Tabelle 2.2 unter„wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus den unter„organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem i o Wasser und Dimethylethanolamin auf einen pH Wert von 8 und eine Spritzviskosität von 90-95 mPa-s bei einer Scherbelastung von 1000 s~ gemessen mit einem Rotations-Viskosimeter (Gerät Rheolab QC mit Temperiersystem C-LTD80/QC der Firma Anton Paar) bei 23 °C, eingestellt.
Tabelle 2.2: Wasserbasislack A2 (erfindungsgemäß)
Figure imgf000054_0001
2.3 Herstellung eines erfindungsgemäßen Wasserbasislackes A3 auf Basis 5 eines erfindungsgemäßen mehrstufigen Polymerisates von olefinisch ungesättigten Verbindungen
Der Wasserbasislack A3 wird analog zu Tabelle 2.2 hergestellt, wobei statt des erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylates BM2 das erfindungsgemäße Saat- i o Kern-Schale-Acrylat BM3, welches einen identischen Festkörper- und Lösungsmittelgehalt hat, eingesetzt wird. 2.4 Herstellung von nicht erfindungsgemäßen Wasserbasislacken A4 bis A7 auf Basis nicht erfindungsgemäßer mehrstufiger Polymerisate von olefi- nisch ungesättigten Verbindungen Die Wasserbasislacke A4 bis A7 werden analog zu Tabelle 2.2 hergestellt, wobei statt des erfindungsmäßen Saat-Kern-Schale-Acrylates BM2 die nicht erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylate BM4, BM5, BM6 bzw. BM7 eingesetzt werden.
Tabelle 2.3: Zusammensetzungen der Wasserbasislacke A1 bis A7
nicht erfindungs¬
WBL Bindemittel erfindungsgemäß
gemäß
Polyurethanharz, hergestellt gemäß
A1 der internationalen Patentanmeldung X
WO 92/15405, Seite 15, Zeile 23-28
A2 Saat-Kern-Schale-Acrylat BM2 X
A3 Saat-Kern-Schale-Acrylat BM3 X
A4 Saat-Kern-Schale-Acrylat BM4 X
A5 Saat-Kern-Schale-Acrylat BM5 X
A6 Saat-Kern-Schale-Acrylat BM6 X
A7 Saat-Kern-Schale-Acrylat BM7 X
Vergleich zwischen den Wasserbasislacken A1 , A2 und A3 sowie A4 bis A7
Zur Bestimmung der Haftungseigenschaften wurden Mehrschichtlackierungen nach folgender allgemeinen Vorschrift hergestellt:
Originallackierungen
Auf einem vorbeschichteten metallischen Substrat der Abmessung 10 x 20 cm wird der Wasserbasislack mittels Zweifachauftrag appliziert; die Applikation im ersten Schritt erfolgt elektrostatisch mit einer Zielschichtdicke von 10-12 μηπ, im zweiten Schritt wird nach einer 3-minüten Ablüftzeit bei Raumtemperatur pneumatisch mit einer Zielschichtdicke von 4-6 μηι appliziert. Die resultierende Wasserbasislackschicht wird anschließend nach erneuter Ablüftzeit bei Raumtemperatur von 5 Minuten im Umluftofen für 10 Minuten bei 80 °C getrocknet. Auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wird ein handelsüblicher Zweikomponenten-Klarlack (Ever- gloss der BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40-45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wird während 20 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgt die Härtung im Umluftofen bei 140 °C für weitere 20 Minuten. Der so zu erhaltende Aufbau wird im Folgenden als Originallackierung bezeichnet.
Alternativ wird die Aushärtung der Basislack- und Klarlackschicht bei 30 Minuten / 160 °C (im Folgenden als überbrannte Originallackierung bezeichnet) bzw. 20 Minuten / 125 °C (im Folgenden als unterbrannte Originallackierung bezeichnet) durchgeführt.
Reparaturlackierungen
Auf die Originallackierung bzw. alternativ auf eine überbrannte oder unterbrannte Originallackierung wird der Wasserbasislack wiederum mittels Zweifachauftrag appliziert, wobei die Applikation im ersten Schritt elektrostatisch (Zielschichtdicke von 10-12 μηπ) und nach einer 3-minüten Ablüftzeit bei Raumtemperatur im zweiten Schritt pneumatisch (Zielschichtdicke von 4-6 μηπ) erfolgt. Die resultierende Wasserbasislackschicht wird anschließend nach erneuter 5-minütiger Ablüftzeit bei Raumtemperatur im Umluftofen für 10 Minuten bei 80 °C getrocknet. Auf diese getrocknete Wasserbasislackschicht wird ein handelsüblicher Zweikomponenten-klarlack (Ever- gloss der BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40-45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wird während 20 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgt die Härtung im Umluftofen bei 140 °C für weitere 20 Minuten. Der so zu erhaltende Aufbau wird im Folgenden als Reparaturlackierung bezeichnet.
Alternativ wird die Aushärtung der Basislack- und Klarlackschicht bei 30 Minuten / 160 °C (im Folgenden als überbrannte Reparaturlackierung bezeichnet) bzw. 20 Minuten / 125 °C (im Folgenden als unterbrannte Reparaturlackierung bezeichnet) durchgeführt.
Außerdem wird ein weiterer Reparaturaufbau erzeugt, indem auf einer mit einem Schleifpapier angeschliffenen Originallackierung ein handelsüblicher Zweikomponenten-Reparaturklarlack (kratzfest der Firma BASF Coatings GmbH) appliziert wird. Die resultierende Klarlackschicht wird während 20 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgt die Härtung im Umluftofen bei 80 °C für weitere 20 Minuten. Dieser Aufbau wird im Folgenden als 80 °C-Reparaturaufbau bezeichnet.
Die Reparaturlackierungen wurden zum einem unabhängig vom Wasserbasislack der Originallackierung mit A1 als Referenz durchgeführt, zum anderen mit den jeweils entsprechenden Wasserbasislacken, die auch für die Originallackierung verwendet wurden.
Tabelle 2.4 fasst die Unterschiede der einzelnen Mehrschichtaufbauten hinsichtlich der Einbrennbedingungen des Klarlackes zusammen. Tabelle 2.4: Übersicht Mehrschichtaufbauten a1 bis a7
Figure imgf000058_0001
5 Zur Beurteilung der technologischen Eigenschaften der Mehrschichtaufbauten
wurden Gitterschnitte nach DIN EN ISO 2409 durchgeführt (Note GT 0 bis GT 5; 0 = bester Wert; 5 = schlechtester Wert). Die entsprechenden Untersuchungen wurden an unbelasteten Proben vorgenommen sowie nach einer Schwitzwasserbelastung. Dazu wurden Stahlbleche mit den jeweiligen Mehrschichtaufbauten über i o einen Zeitraum von 10 Tagen in einer Klimakammer nach Prüfklima CH nach DIN EN ISO 6270-2:2005-09 gelagert. Anschließend wurden die Bleche 24 Stunden nach Entnahme aus der Klimakammer visuell bezüglich Blasenbildung und Quellung untersucht.
15 Das Auftreten von Blasen wurde folgendermaßen durch eine Kombination von 2
Werten beurteilt:
- Die Anzahl der Blasen wurde durch eine Mengenangabe von 1 bis 5 bewertet, wobei mit m1 sehr wenige und m5 sehr viele Blasen bezeichnet wurden. Die Größe der Blasen wurde durch eine Größenangabe ebenfalls von 1 bis 5 bewertet, wobei mit gl sehr kleine und g5 sehr große Blasen bezeichnet wurden.
Die Bezeichnung mOgO bedeutet demzufolge eine blasenfreie Lackierung nach Schwitzwasserlagerung und stellt bezüglich Blasenbildung ein iO-Ergebnis dar.
Außerdem wurden die Mehrschichtlackierungen bzgl. Steinschlaghaftung untersucht. Dazu wurde der Steinschlagtest nach DIN EN ISO 20567-1 , Verfahren B durchgeführt. Die Beurteilung des sich ergebenden Schadensbildes erfolgte ebenfalls nach DIN EN ISO 20567-1
In Tabelle 2.5 bis 2.8 bzw. Tabelle 2.9 bis 2.1 1 sind die Ergebnisse der unterschiedlichen Prüfungen zur Steinschlagbeständigkeit bzw. zum Gitterschnitt vor und nach Schwitzwassertest zusammengefasst.
Tabelle 2.5: Steinschlagbeständigkeit der Originallackierungen a1 bis a3 der Wasserbasislacke A1 bis A7
Steinschlagergebnisse
Wasserbasislacke A1 bis A7
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 a1 2,5 2 2 3,5 3 2,5 3,5 a2 2 1 ,5 2 2 2,5 2,5 3 a3 2 2 2 2,5 3 2 4
Tabelle 2.6: Steinschlagbeständigkeit der Reparaturlackierungen a4 bis a6 der Wasserbasislacke A1 bis A7 in der Originallackierung und A1 in der Reparaturlackierung
Figure imgf000060_0001
Tabelle 2.7: Steinschlagbeständigkeit der Reparaturlackierungen a4 bis a6 der Wasserbasislacke A1 bis A7 in der Originallackierung und A1 in der Reparaturlackierung mit von der DIN EN ISO 20567-1 abweichender Konditionierung der Probeplatten bei -20 °C
Steinschlagergebnisse
Wasserbasislacke A1 bis A7
Basislack
OriginalA1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 lackierung
Basislack
ReparaturA1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 lackierung
a4 1 ,5 1 ,5 1 ,5 3 4 4 4 a5 1 ,5 1 ,5 1 ,5 3,5 5 4 5 a6 1 ,5 1 ,5 1 ,5 3 4 4 4 Tabelle 2.8: Steinschlagbeständigkeit der Reparaturlackierungen a4 bis a6 der Wasserbasislacke A1 , A2, A5 und A7
Figure imgf000061_0001
Die Ergebnisse verdeutlichen, dass nur der Einsatz der erfindungsgemäßen mehrstufigen Polymerisate von olefinisch ungesättigten Verbindungen Vorteile hinsichtlich der Steinschlagbeständigkeit gegenüber dem Stand der Technik zeigt, wohingegen die nicht erfindungsgemäßen mehrstufigen Polymerisate deutliche Schwächen, i o insbesondere bei den Reparaturlackierungen aufweisen.
Tabelle 2.9: Gitterschnittbeständigkeit der Originallackierungen a2 und a3 der Wasserbasislacke A1 , A2, A5 und A7
Figure imgf000061_0002
15 Tabelle 2.10: Gitterschnittbeständigkeit der Reparaturlackierungen a4 bis a6 der Wasserbasislacke A1, A2, A5 und A7
Gitterschnittergebnisse
Wasserbasislacke A1 , A2, A5 und A7
Basislack
Original- A1 A2 A5 A7 lackierung
Basislack
Reparatur- A1 A2 A5 A7 lackierung
a4 GTO GTO GTO GTO a5 GTO GTO GT0,5 GTO a6 GTO GTO GTO GTO
Tabelle 2.11 : Gitterschnittbeständigkeit / Blasenbildung bzw. Quellung nach Schwitzwasserbelastung der Mehrschichtaufbauten a1 und a7 der Wasserbasislacke A1 , A2, A5 und A7
Figure imgf000063_0001
Erklärung Blasenbildung:
m = Anzahl an Blasen
g = Größe der Blasen
iO = zufriedenstellendes Ergebnis
niO = nicht zufriedenstellendes Ergebnis
In den Gitterschnittests nach DIN EN ISO 2409 erzielte die erfindungsgemäße Mehrschichtlackierung A2 in allen Aufbauten die Note GT 0, während die Wasserbasislacke, die auf den nicht erfindungsgemäßen mehrstufigen Polymerisaten basieren, im 80 °C- Reparaturaufbau deutliche Schwächen zeigen. Darüber hinaus kann durch Einsatz des erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylats BM2 das Quellungsverhalten der Referenzprobe A1 basierend auf dem Stand der Technik signifikant verbessert werden. 2.5 Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen Wasserbasislackes B1 auf Basis eines nicht erfindungsgemäßen mehrstufigen Acrylats gemäß Korea Polym. J., Vol. 7, No. 4, S. 213-222
5 Die in der Tabelle 2.12 unter„wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus den unter„organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem i o Wasser und Dimethylethanolamin auf einen pH Wert von 8 und eine Spritzviskosität von 95-100 mPa-s bei einer Scherbelastung von 1000 s~ gemessen mit einem Rotations-Viskosimeter (Gerät Rheolab QC mit Temperiersystem C-LTD80/QC der Firma Anton Paar) bei 23 °C, eingestellt.
Tabelle 2.12: Wasserbasislack B1 (nicht erfindungsgemäß)
Komponente
Gewichtsteile
Wässrige Phase
Mehrstufiges Acrylat BM8 (nicht erfindungsgemäß), 55 deionisiertes Wasser 29
3 Gew.%ige wässrige Rheovis® AS 1 130 Lösung;
2,5
Rheologiemittel, erhältlich von BASF, in Wasser
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 1
Organische Phase
Butylglykol 5,5
Aluminiumpigment, erhältlich von Firma Altana-Eckart (Alu
7
Stapa Hydrolux 8154) 2.6 Herstellung eines erfindungsgemäßen Wasserbasislackes B2 auf Basis eines erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylates
5 Die in der Tabelle 2.13 unter„wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus den unter„organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem i o Wasser und Dimethylethanolamin auf einen pH Wert von 8 und eine Spritzviskosität von 70-75 mPa-s bei einer Scherbelastung von 1000 s~ gemessen mit einem Rotations-Viskosimeter (Gerät Rheolab QC mit Temperiersystem C-LTD80/QC der Firma Anton Paar) bei 23 °C, eingestellt.
Tabelle 2.13: Wasserbasislack B2 (erfindungsgemäß)
Komponente
Gewichtsteile
Wässrige Phase
Saat-Kern-Schale-Acrylat BM2 50 deionisiertes Wasser 34
3 Gew.%ige wässrige Rheovis® AS 1 130 Lösung;
2,5
Rheologiemittel, erhältlich von BASF, in Wasser
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 1
Organische Phase
Butylglykol 5,5
Aluminiumpigment, erhältlich von Firma Altana-Eckart (Alu
7
Stapa Hydrolux 8154) Vergleich zwischen den Wasserbasislacken B1 und B2
Die zur Einstellung der Spritzviskosität für die Wasserbasislacke B1 und B2 benötigte Menge deionisiertes Wasser und der sich daraus ergebende Festkörpergehalt der jeweiligen Formulierung sind in Tabelle 2.14 zusammengefasst.
Tabelle 2.14: Menge Wasser zur Einstellung der Spritzviskosität
resultierender Festkörper der Basislacke B1 und B2
Figure imgf000066_0001
Die Ergebnisse belegen, dass der Einsatz des nicht erfindungsgemäßen Bindemittels BM8 aufgrund der hohen Menge deionisiertem Wasser, die zur Einstellung einer dem Fachmann naheliegenden Spritzviskosität benötigt werden, zu einem Festkörpergehalt führt, welcher für die Anwendung in mehrschichtigen modernen Lackaufbauten, wie sie in der Automobilindustrie eingesetzt werden, nicht mehr akzeptabel ist.
Zur Bestimmung der Stabilität gegen das Auftreten von Blasen nach Schwitzwasserlagerung wurden Mehrschichtlackierungen nach folgender allgemeiner Vorschrift hergestellt:
Auf ein vorbeschichtetes Stahlblech der Abmessungen 10 x 20 cm wurde der Wasserbasislack pneumatisch aufgetragen. Die resultierende Wasserbasislackschicht wurde für 10 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet und anschließend während 10 Minuten im Umluftofen bei 80°C getrocknet. Auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wurde ein handelsüblicher Zweikomponenten-Reparaturklarlack (2K Reparatur-Klarlack, kratzfest der Firma BASF Coatings GmbH) appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wurde während 20 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgte die Härtung im Umluftofen bei 80 °C für weitere 20 Minuten.
Die so erhaltenen Stahlbleche wurden nun über einen Zeitraum von 10 Tagen in einer Klimakammer nach Prüfklima CH nach DIN EN ISO 6270-2:2005-09 gelagert. Anschließend wurden die Bleche 24 Stunden nach Entnahme aus der Klimakammer visuell bezüglich Blasenbildung untersucht.
Das Auftreten von Blasen wurde folgendermaßen durch eine Kombination von 2 Werten beurteilt:
- Die Anzahl der Blasen wurde durch eine Mengenangabe von 1 bis 5 bewertet, wobei mit m1 sehr wenige und m5 sehr viele Blasen bezeichnet wurden.
- Die Größe der Blasen wurde durch eine Größenangabe ebenfalls von 1 bis 5 bewertet, wobei mit gl sehr kleine und g5 sehr große Blasen bezeichnet wurden.
Die Bezeichnung mOgO bedeutet demzufolge eine blasenfreie Lackierung nach Schwitzwasserlagerung und stellt bezüglich Blasenbildung ein iO- Ergebnis dar.
Tabelle 2.15: Blasenbildung nach Schwitzwasserbelastung der Wasserbasislacke B1 und B2
Figure imgf000067_0001
Erklärung:
m = Anzahl an Blasen
g = Größe der Blasen
iO = zufriedenstellendes Ergebnis
niO = nicht zufriedenstellendes Ergebnis Die Ergebnisse zeigen, dass bei Einsatz des erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale- Polyacrylates BM2 im Gegensatz zu dem in der Literatur beschriebenem Bindemittel BM8 keine Blasen nach Schwitzwasserbelastung mehr auftreten.
5 2.7 Herstellung der nicht erfindungsgemäßen Wasserbasislacke C1 bis C3 auf Basis eines nicht erfindungsgemäßen mehrstufigen Acrylats gemäß Korea Polym. J., Vol. 7, No. 4, S. 213-222
Die in der Tabelle 2.1 6 unter„wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in i o der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus den unter„organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem Wasser und Dimethylethanolamin auf einen pH Wert von 8 und eine Spritzviskosität 15 von 90±5 mPa-s bei einer Scherbelastung von 1000 s~ gemessen mit einem
Rotations-Viskosimeter (Gerät Rheolab QC mit Temperiersystem C-LTD80/QC der Firma Anton Paar) bei 23 °C, eingestellt.
Tabelle 2.16: Wasserbasislacke C1 bis C3 (nicht erfindungsgemäß)
Komponente Gewichtsteile
Wässrige Phase C1 C2 C3
3%ige Na-Mg-Schichtsilikatlösung 10 0 0
Mehrstufiges Acrylat BM8 (nicht
28,4 28,4 28,4 erfindungsgemäß),
deionisiertes Wasser 30,3 39,3 34,8
Polyester; hergestellt gemäß Beispiel
D, Spalte 16, Z. 37-59 der DE 40 09 2,7 2,7 2,7 858 A1
n-Butoxipropanol 3,2 3,2 3,2
Melaminformaldehydharz (Cymel®
3,2 3,2 3,2 303 der Firma Allnex)
10%iges Dimethylethanolamin in
2,3 2,3 2,3 Wasser
Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat;
hergestellt gemäß S. 7, Z. 55 bis S.8, 3,6 3,6 3,6 Z. 23 der DE 4437535 A1
3 Gew.-%ige wässrige Rheovis® AS
1 130 Lösung (Rheovis® AS 1 130 1 ,5 2,5 1 erhältlich von BASF SE)
Aquatix® 8421 , erhältlich von BYK-
0 0 2 Chemie GmbH
Aquacer® 526, erhältlich von BYK-
0 0 3 Chemie GmbH
50 Gew.-%ige Lösung von Rheovis®
PU1250 in Butylglykol (Rheovis® 0 0 1 PU1250 erhältlich von BASF SE)
Organische Phase
Butylglykol 7,0 7,0 7,0
Pluriol® E300 der Firma BASF SE 2,8 2,8 2,8
Aluminiumpigment, erhältlich von
Firma Altana-Eckart (Alu Stapa 5,0 5,0 5,0 Hydrolux 8154) 2.8 Herstellung der erfindungsgemäßen Wasserbasislacke C4 bis C6 auf Basis eines erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylates
Die in der Tabelle 2.17 unter„wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in 5 der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus den unter„organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem Wasser und Dimethylethanolamin auf einen pH Wert von 8 und eine Spritzviskosität i o von 90±5 mPa-s bei einer Scherbelastung von 1000 s~ gemessen mit einem
Rotations-Viskosimeter (Gerät Rheolab QC mit Temperiersystem C-LTD80/QC der Firma Anton Paar) bei 23 °C, eingestellt.
15
Tabelle 2.17: Wasserbasislacke C4 bis C6 (erfindungsgemäß)
Komponente Gewichtsteile
Wässrige Phase C4 C5 C6
3%ige Na-Mg-Schichtsilikatlösung 10 0 0
Saat-Kern-Schale-Acrylat BM2 25,95 25,95 25,95 deionisiertes Wasser 32,75 41 ,75 37,25
Polyester; hergestellt gemäß Beispiel
D, Spalte 16, Z. 37-59 der DE 40 09 2,7 2,7 2,7 858 A1
n-Butoxipropanol 3,2 3,2 3,2
Melaminformaldehydharz (Cymel®
3,2 3,2 3,2 303 der Firma Allnex)
10%iges Dimethylethanolamin in
2,3 2,3 2,3 Wasser
Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat;
hergestellt gemäß S. 7, Z. 55 bis S.8, 3,6 3,6 3,6 Z. 23 der DE 4437535 A1
3 Gew.-%ige wässrige Rheovis® AS
1 130 Lösung (Rheovis® AS 1 130 1 ,5 2,5 1 erhältlich von BASF SE)
Aquatix® 8421 , erhältlich von BYK-
0 0 2 Chemie GmbH
Aquacer® 526, erhältlich von BYK-
0 0 3 Chemie GmbH
50 Gew.-%ige Lösung von Rheovis®
PU1250 in Butylglykol (Rheovis® 0 0 1 PU1250 erhältlich von BASF SE)
Organische Phase
Butylglykol 7,0 7,0 7,0
Pluriol® E300 der Firma BASF SE 2,8 2,8 2,8
Aluminiumpigment, erhältlich von
Firma Altana- Eckart (Alu Stapa 5,0 5,0 5,0 Hydrolux 8154) Vergleich zwischen den Wasserbasislacken C1 bis C3 und C4 bis C6
Zur Bestimmung der Stabilität gegen das Auftreten von Blasen und Quellungen nach Schwitzwasserlagerung sowie zur Bestimmung der Haftungseigenschaften vor und nach Schwitzwasserlagerung wurden Mehrschichtlackierungen nach folgender allgemeinen Vorschrift hergestellt:
Originallackierungen
Auf einem vorbeschichteten metallischen Substrat der Abmessung 10 x 20 cm wird der Wasserbasislack mittels Zweifachauftrag appliziert; die Applikation im ersten Schritt erfolgt elektrostatisch mit einer Zielschichtdicke von 8-9 μηπ, im zweiten Schritt wird nach einer 2-minüten Ablüftzeit bei Raumtemperatur pneumatisch mit einer Zielschichtdicke von 4-5 μηι appliziert. Die resultierende Wasserbasislackschicht wird anschließend nach erneuter Ablüftzeit bei Raumtemperatur von 5 Minuten im Umluftofen für 5 Minuten bei 80 °C getrocknet. Auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wird ein handelsüblicher Zweikomponenten-Klarlack (ProGloss der BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40-45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wird während 10 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgt die Härtung im Umluftofen bei 140 °C für weitere 20 Minuten. Der so zu erhaltende Aufbau wird im Folgenden als Originallackierung bezeichnet.
Alternativ wird die Aushärtung der Basislack- und Klarlackschicht bei 60 Minuten / 140 C (im Folgenden als überbrannte Originallackierung bezeichnet) durchgeführt.
Reparaturlackierungen
Auf die Originallackierung bzw. alternativ die überbrannte Originallackierung wird der Wasserbasislack wiederum mittels Zweifachauftrag appliziert, wobei die Applikation im ersten Schritt elektrostatisch (Zielschichtdicke von 8-9 μηπ) und nach einer 2- minüten Ablüftzeit bei Raumtemperatur im zweiten Schritt pneumatisch (Zielschichtdicke von 4-5 μηπ) erfolgt. Die resultierende Wasserbasislackschicht wird anschließend nach erneuter 5-minütiger Ablüftzeit bei Raumtemperatur im Umluftofen für 10 Minuten bei 80 °C getrocknet. Auf diese getrocknete Wasserbasislackschicht wird ein handelsüblicher Zweikomponentenklarlack (ProGloss der BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40-45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wird während 10 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgt die Härtung im Umluftofen bei 140 °C für weitere 20 Minuten. Der so zu erhaltende Aufbau wird im Folgenden als Reparaturlackierung bezeichnet.
Tabelle 2.18 fasst die Unterschiede der einzelnen Mehrschichtaufbauten hinsichtlich der Einbrennbedingungen des Klarlackes zusammen.
Tabelle 2.18: Übersicht Mehrschichtaufbauten d bis c3
Figure imgf000073_0001
Zur Beurteilung der technologischen Eigenschaften der Mehrschichtaufbauten wurden Gitterschnitte nach DIN EN ISO 2409 durchgeführt (Note GT 0 bis GT 5; 0 = bester Wert; 5 = schlechtester Wert). Die entsprechenden Untersuchungen wurden an den unbelasteten Proben vorgenommen sowie nach einer Schwitzwasserbelastung. Dazu wurden Stahlbleche mit den jeweiligen Mehrschichtaufbauten über einen Zeitraum von 10 Tagen in einer Klimakammer nach Prüfklima CH nach DIN EN ISO 6270-2:2005-09 gelagert. Anschließend wurden die Bleche 24 Stunden nach Entnahme aus der Klimakammer visuell bezüglich Blasenbildung und Quellung untersucht sowie die Haftungseigenschaften mittels Gitterschnitt getestet. Das Auftreten von Blasen wurde folgendermaßen durch eine Kombination von 2 Werten beurteilt: - Die Anzahl der Blasen wurde durch eine Mengenangabe von 1 bis 5 bewertet, wobei mit m1 sehr wenige und m5 sehr viele Blasen bezeichnet wurden.
- Die Größe der Blasen wurde durch eine Größenangabe ebenfalls von 1 bis 5 bewertet, wobei mit gl sehr kleine und g5 sehr große Blasen bezeichnet wurden.
Die Bezeichnung mOgO bedeutet demzufolge eine blasenfreie Lackierung nach Schwitzwasserlagerung und stellt bezüglich Blasenbildung ein iO-Ergebnis dar.
In Tabelle 2.19 und 2.20 sind die Ergebnisse der unterschiedlichen Prüfungen zur Blasenbildung bzw. Quellung sowie zum Gitterschnitt vor und nach Schwitzwassertest zusammengefasst.
Tabelle 2.19: Blasenbildung bzw. Quellung nach Schwitzwasserbelastung des Mehrschichtaufbaus d der Wasserbasislacke C1 bis C6
Figure imgf000074_0001
Erklärung Blasenbildung:
m = Anzahl an Blasen
g = Größe der Blasen
iO = zufriedenstellendes Ergebnis
niO = nicht zufriedenstellendes Ergebnis Tabelle 2.20: Gitterschnittbeständigkeit der Mehrschichtaufbauten d bis c3 der Wasserbasislacke C1 bis C6
Figure imgf000075_0001
Die Ergebnisse bestätigen, dass bei Einsatz des erfindungsgemäßen Saat-Kern- 5 Schale-Acrylates BM2 (Wasserbasislacke C4 bis C6) keine Probleme bezüglich Schwitzwasserbeständigkeit und/oder Haftung mehr auftreten; die Wasserbasislacke C1 bis C3, die das nicht erfindungsgemäße Saat-Kern-Schale-Acrylat BM8, hergestellt gemäß Korea Polym. J., Vol. 7, No. 4, S. 213-222, enthalten, zeigen hingegen teilweise Blasenbildung und insbesondere bei der Reparaturlackie- i o rung auf einer überbrannten Originallackierung Schwächen hinsichtlich Gitterschnitt.
2.9 Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen Wasserbasislackes D1 auf Basis eines Polyurethanharzes
Die in der Tabelle 2.21 unter„wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus den unter„organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem Wasser und Dimethylethanolamin auf einen pH Wert von 8 und eine Spritzviskosität von 90-95 mPa-s bei einer Scherbelastung von 1000 s~ gemessen mit einem Rotations-Viskosimeter (Gerät Rheolab QC mit Temperiersystem C-LTD80/QC der Firma Anton Paar) bei 23 °C, eingestellt.
Tabelle 2.21 : Wasserbasislack D1 (nicht erfindungsgemäß)
Komponente
Gewichtsteile
Wässrige Phase
3%ige Na-Mg-Schichtsilikatlösung 24,35 deionisiertes Wasser 18,9 n-Butoxipropanol 1 ,65
2-Ethylhexanol 2,5
Polyurethanharz, hergestellt gemäß der internationalen
21 ,25 Patentanmeldung WO 92/15405, Seite 15, Zeile 23-28
Polyester; hergestellt gemäß Beispiel D, Spalte 1 6, Z. 37-59
2,6 der DE 40 09 858 A1
3 Gew.-%ige wässrige Rheovis® AS 1 130 Lösung (Rheo-
0,65 vis® AS 1 130 erhältlich von BASF SE)
Melaminformaldehydharz (Resimene® HM 2608 der Firma
3,8 Ineos)
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 1 ,1
Pluriol® P900 der Firma BASF SE 1
Byketol®-WS der Firma Altana/BYK-Chemie GmbH 1
Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat; hergestellt gemäß S. 7,
3,8 Z. 55 bis S.8, Z. 23 der DE 4437535 A1
Isobutanol 2,4
1 -Propoxi-2-propanol 2,2
50 Gew.-%ige Lösung von Rheovis® PU1250 in Butylglykol
0,8 (Rheovis® PU1250 erhältlich von BASF SE)
Organische Phase
Butylglykol 5,6
Mischung zweier handelsüblicher Aluminiumpigmente,
erhältlich von Firma Altana-Eckart (Alu Stapa Hydrolux 2154 4,5 & VP56450)
Polyester; hergestellt gemäß Beispiel D, Spalte 1 6, Z. 37-59
1 ,9 der DE 40 09 858 A1 2.10 Herstellung eines erfindungsgemäßen Wasserbasislackes D2 auf Basis eines erfindungsgemäßen mehrstufigen Polymerisates von olefinisch ungesättigten Verbindungen
5
Die in der Tabelle 2.22 unter„wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus den unter„organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen i o Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem Wasser und Dimethylethanolamin auf einen pH Wert von 8 und eine Spritzviskosität von 90-95 mPa-s bei einer Scherbelastung von 1000 s~ gemessen mit einem Rotations-Viskosimeter (Gerät Rheolab QC mit Temperiersystem C-LTD80/QC der Firma Anton Paar) bei 23 °C, eingestellt.
15
Tabelle 2.22: Wasserbasislack D2 (erfindungsgemäß)
Komponente
Gewichtsteile
Wässrige Phase
3%ige Na-Mg-Schichtsilikatlösung 26 deionisiertes Wasser 14,15 n-Butoxipropanol 1 ,65
2-Ethylhexanol 2,5
Saat-Kern-Schale-Acrylat BM2 (erfindungsgemäß) 21 ,25
Polyester; hergestellt gemäß Beispiel D, Spalte 1 6, Z. 37-59
2,6 der DE 40 09 858 A1
3 Gew.-%ige wässrige Rheovis® AS 1 130 Lösung (Rheo-
0,65 vis® AS 1 130 erhältlich von BASF SE)
Melaminformaldehydharz (Resimene® HM 2608 der Firma
3,8 Ineos)
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 1 ,1
Pluriol® P900 der Firma BASF SE 1
Byketol®-WS der Firma Altana/BYK-Chemie GmbH 1
Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat; hergestellt gemäß S. 7,
3,8 Z. 55 bis S.8, Z. 23 der DE 4437535 A1
Isobutanol 2,4
1 -Propoxi-2-propanol 2,2
50 Gew.-%ige Lösung von Rheovis® PU1250 in Butylglykol
0,8 (Rheovis® PU1250 erhältlich von BASF SE)
Organische Phase
Butylglykol 5,6
Mischung zweier handelsüblicher Aluminiumpigmente,
erhältlich von Firma Altana-Eckart (Alu Stapa Hydrolux 2154 4,5 & VP56450)
Polyester; hergestellt gemäß Beispiel D, Spalte 1 6, Z. 37-59
1 ,9 der DE 40 09 858 A1 Vergleich zwischen den Wasserbasislacken D1 und D2
Zur Bestimmung der aus den verschiedenen Wasserbasislacken resultierenden winkelabhängigen Helligkeiten, aus denen der Flop-Effektes resultiert, wurden Mehrschichtlackierungen nach der folgenden allgemeinen Vorschrift hergestellt:
Ein vorbeschichtetes Stahlblech der Abmessungen 10 x 20 cm wurde mit einem Standard-Füller (SecuBloc der Firma BASF Coatings GmbH) bei einer Zielschichtdicke von 25-35 μηι beschichtet. Nach 5-10 Minuten Ablüften bei Raumtemperatur sowie Zwischentrocknen des wässrigen Füllers über einen Zeitraum von 10 Minuten bei 70 °C wurde dieser bei einer Temperatur von 150 °C über einen Zeitraum von 10 Minuten eingebrannt.
Die Wasserbasislacke D1 und D2 wurden auf den solchermaßen beschichteten Stahltafeln mittels Zweifachauftrag appliziert; die Applikation im ersten Schritt erfolgte elektrostatisch mit einer Zielschichtdicke von 8-1 1 μηπ, im zweiten Schritt wurde nach einer Ablüftzeit von 3 Minuten und 40 Sekunden bei Raumtemperatur pneumatisch mit einer Zielschichtdicke von 3-5 μηι appliziert. Die resultierende Wasserbasis-Iackschicht wurde anschließend nach erneuter Ablüftzeit bei Raumtemperatur von 4 Minuten und 30 Sekunden im Umluftofen für 5 Minuten bei 70 °C getrocknet. Auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wurde ein kratzfester Zweikomponenten-Klarlack (iGloss der BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40-45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wurde während 7 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgte die Härtung im Umluftofen bei 140 °C für weitere 22 Minuten.
Die so erhaltenen Mehrschichtlackierungen wurden mit Hilfe eines Spekralphoto- meters der Firma X-Rite (X-Rite MA68 Multi-Angle Spectrophotometer) vermessen. Dabei wird die Oberfläche mit einer Lichtquelle beleuchtet. Unter verschiedenen Winkeln wird eine spektrale Detektion im sichtbaren Bereich durchgeführt. Aus den so erhaltenen spektralen Messwerten können, unter Einbeziehung der Normspektralwerte sowie des Reflektionsspektrums der eingesetzten Lichtquelle, Farbwerte im CIEL*a*b*-Farbraum berechnet werden, wobei L* die Helligkeit, a* den Rot-Grün- Wert und b* den Gelb-Blau-Wert charakterisieren. Dieses Verfahren ist für Metall- Flake enthaltende Materialien in der ASTM E2194-12 beschrieben. Der oft für die Quantifizierung des Metallic-Effekts herangezogene abgeleitete Wert ist der sogenannte Flop-Index; dieser beschreibt in erster Linie die Abhängigkeit der Helligkeit vom Beobachtungswinkel (siehe A.B.J. Rodriguez, JOCCA, 1992 (4), S. 150-153). Aus den ermittelten Helligkeitswerten für die Betrachtungswinkel 15°, 45° und 1 10° kann der so genannte Flop-Index (FL) nach der Formel
FL = 2,69 (L*15° - L*no°)1'11 / (L*45°)0'86 berechnet werden.
Tabelle 2.23: Flop-Indizes der Wasserbasislacke D1 und D2
Figure imgf000081_0001
Der metallische Flop war bei beiden Mehrschichtlackierungen sehr gut ausgeprägt, wobei der erfindungsgemäße Wasserbasislack auf Basis des erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylates Vorteile aufwies.
Zur Bestimmung der Kocher- und Läuferneigung der Wasserbasislacke D1 und D2 wurden in Anlehnung an DIN EN ISO 28199-1 und DIN EN ISO 28199-3 Mehrschichtlackierungen nach der folgenden allgemeinen Vorschrift hergestellt:
Ein vorbeschichtetes Lochblech der Abmessungen 57 x 20 cm (gemäß DIN EN ISO 28199-1 Punkt 8.1 Ausführung A) wurde mit einem Standard-Füller (SecuBloc der Firma BASF Coatings GmbH) bei einer Zielschichtdicke von 25-35 μηι beschichtet. Nach 5-10 Minuten Ablüften bei Raumtemperatur sowie Zwischen-trocknen des wässrigen Füllers über einen Zeitraum von 10 Minuten bei 70 °C wurde dieser bei einer Temperatur von 150 °C über einen Zeitraum von 10 Minuten eingebrannt. Analog DIN EN ISO 28199-1 Punkt 8.2 wurden solchermaßen beschichtete Stahltafeln vorbereitet und anschließend die Wasserbasislacke D1 und D2 auf diesen elektrostatisch als Keil mit einer Schichtdicke von 0 μηι bis mindestens 30 μηι appliziert. Die resultierende Wasserbasislackschicht wurde nach einer Ablüftzeit bei Raumtemperatur von 4 Minuten und 30 Sekunden im Umluftofen für 5 Minuten bei 70 °C getrocknet. Im Falle der Prüfung bzgl. Läufer wurden die Bleche senkrecht stehend abgelüftet und getrocknet. Auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wurde ein kratzfester Zweikomponenten-Klarlack (iGloss der BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40-45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wurde während 7 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgte die Härtung im Umluftofen bei 140 °C für weitere 22 Minuten.
Die Bestimmung der Kochergrenze, also der Basislackschichtdicke, ab der Kocher auftreten, erfolgte nach DIN EN ISO 28199-3 Punkt 5
Die Bestimmung der Läuferneigung wurde nach DIN EN ISO 28199-3 Punkt 4 durchgeführt. Zusätzlich zu der Schichtdicke, bei der ein Läufer die Länge von 10 mm ab Unterkante des Loches überschreitet, wurde die Schichtdicke bestimmt, ab der eine erste Läuferneigung an einem Loch visuell zu beobachten ist.
Die jeweiligen Schichtdicken wurden nach DIN EN ISO 2808 Verfahren 12A (z.B. mit dem Messgerät MiniTest 3100 - 4100 der Fa. ElektroPhysik) bestimmt.
Die entsprechenden Versuchsergebnisse finden sich in Tabelle 2.24.
Tabelle 2.24: Kocher- und Läuferneigung der Wasserbasislacke D1 und D2 (Basislack-Keil von 0 bis ca. 50 μητι)
Figure imgf000082_0001
Die in Tabelle 2.24 zusammengestellten Ergebnisse zeigen, dass unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels BM2 eine signifikant robustere Basislackfor- mulierung zu erzielen ist, die im Vergleich zur Referenz deutliche Vorteile hinsichtlich Läufer und Kocherneigung aufweist.
Zur Bestimmung der Lagerstabilität der Wasserbasislacke D1 und D2 wurden beide Materialien vor und nach einer Lagerung bei 40 °C für 2 Wochen mit einem der DIN 53019-1 entsprechenden und nach DIN 53019-2 kalibrierten Rotationsviskosimeter unter temperierten Bedingungen (23,0 °C ± 0,2 °C) untersucht. Dabei wurden die Proben zunächst 5 Minuten mit einer Scherrate von 1000 s_1 (Belastungsphase) und anschließend 8 Minuten mit einer Scherrate von 1 s_1 (Entlastungsphase) geschert. Das mittlere Viskositätsniveau während der Belastungsphase (Hochscherviskosität) sowie das Niveau nach 8 Minuten Entlastungsphase (Niederscherviskosität) wurden aus den Messdaten ermittelt und die Werte vor und nach Lagerung miteinander verglichen.
Die prozentualen Änderungen der Hoch- und Niederscherviskosität nach Lagerung bei 40 °C sind in Tabelle 1 .25 zusammengefasst.
Tabelle 1.25: Lagerstabilität der Wasserbasislacke in Form von Viskositätsänderungen nach 2 Wochen Lagerung bei 40 °C
Figure imgf000083_0001
Der das erfindungsgemäße Bindemittel BM2 enthaltende Wasserbasislack D2 zeigt eine signifikant stabilere Hoch- und Niederscherviskosität nach Lagerung bei 40 °C als die Referenz D1.
Zur Bestimmung der Haftungseigenschaften wurden Mehrschichtlackierungen nach folgender allgemeinen Vorschrift hergestellt:
Originallackierungen Ein vorbeschichtetes metallisches Substrat der Abmessung 10 x 20 cm wurde mit einem Standard-Füller (SecuBloc der Firma BASF Coatings GmbH) bei einer Zielschichtdicke von 25-35 μηι beschichtet. Nach 5-10 Minuten Ablüften bei Raumtemperatur sowie Zwischentrocknen des wässrigen Füllers über einen Zeitraum von 10 Minuten bei 70 °C wurde dieser bei einer Temperatur von 150 °C über einen Zeitraum von 10 Minuten eingebrannt.
Die Wasserbasislacke D1 und D2 wurden auf den solchermaßen beschichteten Stahltafeln mittels Zweifachauftrag appliziert; die Applikation im ersten Schritt erfolgte elektrostatisch mit einer Zielschichtdicke von 8-1 1 μηπ, im zweiten Schritt wurde nach einer Ablüftzeit von 3 Minuten und 40 Sekunden bei Raumtemperatur pneumatisch mit einer Zielschichtdicke von 3-5 μηι appliziert. Die resultierende Wasserbasis-Iackschicht wurde anschließend nach erneuter Ablüftzeit bei Raumtemperatur von 4 Minuten und 30 Sekunden im Umluftofen für 5 Minuten bei 70 °C getrocknet. Auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wurde ein kratzfester Zweikomponenten-Klarlack (iGloss der BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40-45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wurde während 7 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgte die Härtung im Umluftofen bei 140 °C für weitere 22 Minuten. Der so zu erhaltende Aufbau wird im Folgenden als Originallackierung bezeichnet.
Alternativ wurde die Aushärtung der Basislack- und Klarlackschicht bei 60 Minuten / 145 °C (im Folgenden als überbrannte Originallackierung bezeichnet) durchgeführt.
Reparaturlackierungen
Für die Reparaturlackierungen wurden die Originallackierungen bzw. alternativ die überbrannten Originallackierungen entweder ungeschliffen verwendet oder wurden mit einem aus Hartgummi bestehendem Schleifklotz der Maße 1 15 x 70 x 25 mm und Schleifpapier der Körnung P 500 angeschliffen (2 Doppelhübe) bzw. matt geschliffen.
Auf die derart unbehandelten bzw. behandelten Substrate wurden die Wasserbasislacke D1 und D2 wiederum mittels Zweifachauftrag appliziert, wobei die Applikation im ersten Schritt elektrostatisch (Zielschichtdicke von 8-1 1 μηπ) und nach einer Ablüftzeit von 3 Minuten und 40 Sekunden bei Raumtemperatur im zweiten Schritt pneumatisch (Zielschichtdicke von 3-5 μιτι) erfolgte. Die resultierende Wasserbasislackschicht wurde anschließend nach erneuter Ablüftzeit von 4 Minuten und 30 Sekunden bei Raumtemperatur im Umluftofen für 5 Minuten bei 70 °C getrocknet. Auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wurde ein kratzfester Zweikomponenten-Klarlack (iGloss der BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40- 45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wurde während 7 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgte die Härtung im Umluftofen bei 140 °C für weitere 22 Minuten. Der so zu erhaltende Aufbau wird im Folgenden als Reparaturlackierung bezeichnet.
Alternativ wurde ein Zweikomponenten-Reparaturklarlack (2K Reparatur-Klarlack der Firma BASF Coatings GmbH) mit einer Zielschichtdicke von 40-45 μηι appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wurde während 7 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet; anschließend erfolgt die Härtung im Umluftofen bei 85 °C für weitere 37 Minuten. Dieser Aufbau wird im Folgenden als 85 °C-Reparaturaufbau bezeichnet.
Tabelle 2.26 fasst die Unterschiede der einzelnen Mehrschichtaufbauten hinsichtlich der Einbrennbedingungen des Klarlackes sowie der Oberflächenbehandlung des Klarlackes der Originallackierung zusammen.
Tabelle 2.26: Übersicht Mehrschichtaufbauten d1 bis d10
Figure imgf000086_0001
a) Klarlack der Originallackierung wird nicht geschliffen
b) Klarlack der Originallackierung wird angeschliffen (2 Doppelhübe)
5 c) Klarlack der Originallackierung wird matt geschliffen
Zur Beurteilung der Schwitzwasserbeständigkeit wurden die Mehrschichtaufbauten d1 bis d10 der Wasserbasislacke D1 und D2 über einen Zeitraum von 10 Tagen in i o einer Klimakammer nach Prüfklima CH nach DIN EN ISO 6270-2:2005-09 gelagert.
Anschließend wurden die Bleche 1 Stunde sowie 24 Stunden nach Entnahme aus der Klimakammer visuell bezüglich Blasenbildung sowie hinsichtlich der Haftungseigenschaften untersucht.
15 Das Auftreten von Blasen wurde folgendermaßen durch eine Kombination von 2
Werten beurteilt:
- Die Anzahl der Blasen wurde durch eine Mengenangabe von 1 bis 5 bewertet, wobei mit m1 sehr wenige und m5 sehr viele Blasen bezeichnet wurden. - Die Größe der Blasen wurde durch eine Größenangabe ebenfalls von 1 bis 5 bewertet, wobei mit gl sehr kleine und g5 sehr große Blasen bezeichnet wurden.
Die Bezeichnung mOgO bedeutet demzufolge eine blasenfreie Lackierung nach Schwitzwasserlagerung und stellt bezüglich Blasenbildung ein iO-Ergebnis dar.
Die Beurteilung der Haftungseigenschaften der Mehrschichtaufbauten erfolgte zum einem durch Gitterschnitte nach DIN EN ISO 2409 (Note GT 0 bis GT 5; 0 = bester Wert; 5 = schlechtester Wert).
Außerdem wurde die Steinschlaghaftung der Wasserbasislacke D1 und D2 untersucht; dazu wurde der Steinschlagtest nach DIN EN ISO 20567-1 , Verfahren B durchgeführt. Die Beurteilung des sich ergebenden Schadensbildes erfolgte ebenfalls nach DIN EN ISO 20567-1 .
Des Weiteren wurden Dampfstrahltests nach DIN 55662, Verfahren B durchgeführt. Das Anbringen der Ritze (Andreaskreuz) erfolgte dabei mit einem Ritzstichel nach Sikkens (siehe DIN EN ISO 17872 Anhang A). Die Beurteilung der Ergebnisse Dampf Strahltests wurde nach DIN 55662 durchgeführt, wobei insbesondere maximale Breite der Ablösungen in Millimetern bestimmt wurde.
Darüber hinaus wurden Dampfstrahlprüfungen nach DIN 55662, Verfahren B (Anbringen eines Andreaskreuzes einem Ritzstichel nach Sikkens gemäß DIN EN ISO 17872 Anhang A), auf Substraten, an denen zuvor ein Steinschlagtest nach DIN EN ISO 20567-1 , Verfahren B erfolgte, durchgeführt. Zur visuellen Auswertung des Schadensbildes wurde folgende Skala benutzt:
KW0 = keine Veränderung der Probe
KW1 = geringfügige Auswaschung der vorhandenen Schäden
KW2 = deutlich sichtbare Auswaschung der vorhanden Schäden in einer Lackschicht
KW3 = vollständige Enthaftung einer Lackschicht im Bereich des Strahls KW4 = vollständige Enthaftung einer Lackschicht über den Strahlbereich hinaus KW5 = Ablösen der kompletten Lackschicht bis zum Substrat
In Tabelle 2.27 bis 2.31 sind die Ergebnisse der unterschiedlichen Haftungs- prüfungen (Gitterschnitt, Steinschlag, Dampfstrahl) vor und nach Schwitzwassertest zusammengefasst.
Tabelle 2.27: Gitterschnittbeständigkeit der Mehrschichtaufbauten d1 bis d10 der Wasserbasislacke D1 und D2 vor und 1 Stunde nach Schwitzwasserbelastung
Figure imgf000089_0001
Die Ergebnisse bestätigen, dass bei Einsatz des erfindungsgemäßen Saat-Kern- Schale-Acrylates BM2 (Wasserbasislack D2) keine Probleme bezüglich Gitterschnitthaftung nach Schwitzwasserbelastung auftreten; die nach DIN EN ISO 2409 durchgeführte Bewertung des Schadensbildes ist für viele Aufbauten besser, mindestens aber genauso gut wie bei der Referenz (D1 ).
Tabelle 2.28: Blasenbildung nach Schwitzwasserbelastung der Mehr-
5 schichtaufbauten d1 bis d10 der Wasserbasislacke D1 und D2
Figure imgf000090_0001
Erklärung Blasenbildung:
m = Anzahl an Blasen
g = Größe der Blasen
i o iO = zufriedenstellendes Ergebnis
niO = nicht zufriedenstellendes Ergebnis
Keiner der Mehrschichtaufbauten zeigte nach Schwitzwasserbelastung Blasenbildung.
15 Tabelle 2.29: Steinschlagbeständigkeit der Mehrschichtaufbauten d1 bis d10 der Wasserbasislacke D1 und D2
Figure imgf000091_0001
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylates BM2 (Wasserbasislack D2) zeigte bezüglich Steinschlagbeständigkeit eine signifikante Verbesserung im Vergleich zur Referenz (D1 ).
Tabelle 2.30: Dampfstrahlbeständigkeit (nach DIN 55662, Verfahren B) der Mehrschichtaufbauten d1 bis d7 der Wasserbasislacke D1 und D2 vor und 1 bzw. 24 Stunde(n) nach Schwitzwasserbelastung
Figure imgf000092_0001
Erklärung Dampfstrahlergebnisse (maximale Breite der Ablösungen):
< 1 mm = iO (zufriedenstellendes Ergebnis)
1 mm = biO (bedingt zufriedenstellendes Ergebnis)
> 1 mm = niO (nicht zufriedenstellendes Ergebnis) Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylates BM2 (Wasserbasislack D2) wird im Dampfstrahltest nach DIN 55662, Verfahren B durchweg ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt, während die Referenz (D1 ) in vielen Tests Schwächen aufweist, insbesondere nach Schwitzwasserbelastung und bei dem Mehrschichtaufbau d5 (Reparaturlackierung auf überbranntem Klarlack ohne vorheriges Anschleifen).
Tabelle 1.31 : Dampfstrahlbeständigkeit (nach DIN 55662, Verfahren B, gemessen nach Steinschlagbelastung der Substrate nach DIN EN ISO 20567-1 , Verfahren B) der Mehrschichtaufbauten d1 bis d7 der Wasserbasislacke D1 und D2
Figure imgf000093_0001
Erklärung Dampfstrahlergebnisse im Steinschlagschaden:
KWO = keine Veränderung der Probe
KW1 = geringfügige Auswaschung der vorhandenen Schäden
KW2 = deutlich sichtbare Auswaschung der vorhanden Schäden in einer Lackschicht KW3 = vollständige Enthaftung einer Lackschicht im Bereich des Strahlbleches KW4 = vollständige Enthaftung einer Lackschicht über den Strahlbereich hinaus KW5 = Ablösen der kompletten Lackschicht bis zum Substrat Die Ergebnisse belegen, dass der erfindungsgemäße Wasserbasislack D2 auf Basis des erfindungsgemäßen Saat-Kern-Schale-Acrylates BM2 in keinem Mehrschichtaufbau Veränderungen der Probe im Dampfstrahltest nach vorherigem Steinschlagtest zeigt. Insbesondere bei der Reparaturlackierung auf überbranntem Klarlack ohne vorheriges Anschleifen (Mehrschichtaufbau d5) weist er damit einen signifikanten Vorteil gegenüber der Referenz D1 auf.

Claims

Patentansprüche
1 . Wässrige Dispersion, enthaltend mindestens ein Polymerisat, herstellbar durch
i. Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators, wobei
ein aus den Monomeren A hergestelltes Polymer eine Glasübergangstemperatur von 10 bis 55 °C hat,
ii. Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren B durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators in Gegenwart des unter i. erhaltenen Polymerisats,
wobei
in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-% während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, und
die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren B mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer enthält,
iii. Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren C durch Emulsionspolymerisation in Wasser unter Verwendung eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators in Gegenwart des unter ii. erhaltenen Polymerisats,
wobei
in der Reaktionslösung eine Konzentration der Monomere von 6,0 Gew.-%, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, und
iv. Einstellung des pH-Werts der Reaktionslösung auf einen pH-Wert von 7,5 bis 8,5, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren A mindestens 50,0 Gew.-% eines oder mehrerer Monomere mit einer Löslichkeit in Wasser von < 0,5 g/l bei 25°C, enthält,
in der Reaktionslösung aus Stufe i. eine Konzentration der Monomere A von 6,0 Gew.-% nicht überschritten wird,
und das resultierende Polymerisat nach der Stufe i. eine Teilchengröße von 20 bis 1 10 nm, hat,
b. ein aus den Monomeren B hergestelltes Polymer eine Glasübergangstemperatur von -35 bis 12 °C hat, und
das resultierende Polymerisat nach der Stufe ii. eine Teilchengröße von 130 bis 200 nm hat,
c. ein aus den Monomeren C hergestelltes Polymer eine Glasübergangstemperatur von -50 bis 15 °C hat, und
das resultierende Polymerisat nach der Stufe iii. eine Teilchengröße von 150 bis 280 nm hat.
2. Polymerisat gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Monomerenmischung A, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmi- schungen A, B, und C, 1 bis 10 % beträgt, die Masse der Monomerenmischung B, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmischungen A, B, und C, 60 bis 80 % beträgt und die Masse der Monomerenmischung C, bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerenmischungen A, B, und C, 10 bis 30 % beträgt.
3. Polymerisat gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der unter i., ii. und iii. verwendete Emulgator ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus ethoxylierten oder propoxylierten Alkanolen mit 10 bis 40 Kohlenstoffatomen.
4. Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Monomermischung A mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest und mindestens ein vinylisch, einfach ungesättigtes Monomer mit einem aromatischen Rest an der Vinylgruppe enthält.
5. Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Monomermischung B mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer, mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest, und mindestens ein vinylisch, einfach ungesättigtes Monomer mit einem aromatischen Rest an der Vinylgruppe enthält.
6. Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass die Monomermischung C mindestens eine alpha-beta ungesättigte Carbonsäure, mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen substituierten Alkylrest und mindestens einen einfach ungesättigten Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest enthält.
7. Pigmentierter wässriger Basislack, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens ein Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält.
8. Pigmentierter wässriger Basislack gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe über die gewichtsprozentualen Anteile, bezogen auf das Gesamtgewicht des pigmentierten wässrigen Basislacks, aller erfindungsgemäßen Polymerisate 0,1 bis 30 Gew.-% beträgt.
9. Pigmentierter wässriger Basislack nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er als weiteres Bindemittel mindestens ein Polyurethanharz enthält.
10. Pigmentierter wässriger Basislack nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er ein mittels olefinisch ungesättigten Monomeren gepfropftes Polyurethanharz, welches zudem Hydroxylgruppen enthält, sowie ein Melaminharz umfasst.
1 1 .Verwendung eines Polymerisats gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 in pigmentierten wässrigen Basislacken zur Haftungsverbesserung.
12. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Lackierung, bei dem
(1 ) ein pigmentierter wässriger Basislack auf ein Substrat aufgebracht wird,
(2) aus dem in Stufe (1 ) aufgebrachten Lack ein Polymerfilm gebildet wird,
(3) auf die so erhaltene Basislackschicht ein Klarlack aufgebracht wird und anschließend
(4) die Basislackschicht zusammen mit der Klarlackschicht gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe (1 ) ein pigmentierter wässriger Basislack gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10 eingesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Substrat aus Stufe (1 ) um eine Mehrschichtlackierung handelt, welche Fehlstellen besitzt.
14. Mehrschichtlackierung, herstellbar nach dem Verfahren gemäß Anspruch 12.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der als Substrat eingesetzten und Fehlstellen aufweisenden Mehrschichtlackierung um eine solche gemäß Anspruch 14 handelt.
PCT/EP2016/050261 2015-01-21 2016-01-08 Wässrige dispersionen enthaltend mehrstufig hergestellte polymerisate sowie diese enthaltende beschichtungsmittelzusammensetzung WO2016116299A1 (de)

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