DE10041634C2 - Wäßrige Dispersion und ihre Verwendung zur Herstellung von thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoffen, Klebstoffen und Dichtungsmassen - Google Patents
Wäßrige Dispersion und ihre Verwendung zur Herstellung von thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoffen, Klebstoffen und DichtungsmassenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue wäßrige Dispersion. Außerdem betrifft die
vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur Herstellung wäßriger Dispersionen. Des
weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen wäßrigen
Dispersionen zur Herstellung von thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren
Beschichtungsstoffen, Klebstoffen und Dichtungsmassen. Nicht zuletzt betrifft die
vorliegende Erfindung neue thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare
Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen. Darüber hinaus betrifft die
vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen thermisch und mit aktinischer Strahlung
härtbaren Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen für die Herstellung von
neuen Beschichtungen, Klebschichten und Dichtungen.
An Automobilserien- und -reparaturlackierungen werden von den Automobilherstellern
und deren Kunden wachsende Anforderungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit,
der mechanische Stabilität, beispielsweise Kratzfestigkeit gegenüber Waschbürsten, der
Steinschlagfestigkeit und des optischen Gesamteindrucks, inklusive der optischen Effekte,
gestellt. Bekanntermaßen wird dies in einem gewissen Umfang durch eine mehrschichtige
Lackierung erfüllt, die auf einem Karosserieblech eine Elektrotauchlackierung, eine
Füllerlackierung oder Steinschlagschutzgrundierung sowie eine farb- und/oder
effektgebende Mehrschichtlackierung aus einer farb- und/oder effektgebenden
Basislackierung und mindestens einer Klarlackierung übereinanderliegend enthält.
Darüber hinaus sollen aber die Lackierungen auch noch die in den letzten Jahren stetig
gestiegenen ökologischen Anforderungen, wie die Reduktion des Gehalts an organischen
Lösemitteln oder völlige Lösemittelfreiheit, erfüllen.
Im Zuge dieser Entwicklungen haben sich allmählich wäßrige Lacke durchsetzen können.
So sind die Elektrotauchlacke bereits seit langem nahezu frei von leichtflüchtigen
organischen Bestandteilen, insbesondere organischen Lösemitteln. Ebenso stehen wäßrige
Beschichtungsstoff auf der Basis von Polyurethanen zur Verfügung, die der Herstellung
von Füllerlackierungen oder Steinschlagschutzgrundierungen dienen (vgl. die
Patentschriften DE 40 05 961 A1 und EP 0 548 873 A1).
Auch die Verwendung von Wasserbasislacken, wie sie beispielsweise in den Patentschrift
DE 197 22 862 C1 beschrieben werden, hat wesentliche Fortschritte mit sich gebracht und
die Emissionen flüchtiger organischer Bestandteile nachhaltig verringert.
Inzwischen stehen auch lösemittelfreie oder weitgehend lösemittelfreie Klarlacke wie
wäßrige Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke,
Pulverklarlacke, Pulverslurry-Klarlacke oder flüssige, lösemittelfreie, mit aktinischer
Strahlung härtbare Klarlacke (100%-Systeme) zur Verfügung.
Bei der aktinischen Strahlung kann es sich um elektromagnetische Strahlung wie
sichtbares Licht, UV-Licht oder Röntgenstrahlung oder um Korpuskularstrahlung wie
Elektronenstrahlung handeln.
Wäßrige Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke gehen
beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 44 21 823 A1 hervor.
Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke enthalten
bekanntermaßen als wesentliche Bestandteile hydroxylgruppenhaltige Bindemittel und
Polyisocyanate als Vernetzungsmittel, welche bis zu ihrer Verwendung getrennt gelagert
werden müssen.
Pulverklarlacke sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 42 22 194 A1
oder der Produkt-Information der Firma BASF Lacke + Farben AG, "Pulverlacke", 1990
bekannt. Pulverklarlacke enthalten als wesentliche Bestandteile bekanntermaßen
epoxidgruppenhaltige Bindemittel und Polycarbonsäuren als Vernetzungsmittel.
Pulverslurry-Klarlacke sind beispielsweise aus der US-Patentschrift US 4,268,542 A, der
internationalen Patentanmeldung WO 96/32452 und den deutschen Patentanmeldungen DE 195 18 392 A1
und DE 196 13 547 A1 bekannt oder werden in der nicht
vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 198 14 471.7 beschrieben.
Pulverslurry-Klarlacke enthalten bekanntermaßen Pulverklarlacke in einem wäßrigen
Medium dispergiert.
Mit aktinischer Strahlung härtbare Klarlacke gehen beispielsweise aus den Patentschriften
EP 0 540 884 A1, EP 0 568 967 A1 oder US 4,675,234 A hervor. Sie enthalten
bekanntermaßen mit aktinischem Licht und/oder Elektronenstrahlung härtbare
niedermolekulare, oligomere und/oder polymere Verbindungen, vorzugsweise strah
lenhärtbare Bindemittel, insbesondere auf Basis ethylenisch ungesättigter Präpolymerer
und/oder ethylenisch ungesättigter Oligomerer, gegebenenfalls einen oder mehrere Reak
tivverdünner sowie gegebenenfalls einen oder mehrere Photoinitiatoren. Beispiele
geeigneter strahlenhärtbarer Bindemittel sind (meth)acrylfunktionelle
(Meth)Acrylcopolymere, Polyetheracrylate, Polyesteracrylate, ungesättigte Polyester,
Epoxyacrylate, Urethanacrylate, Aminoacrylate, Melaminacrylate, Silikonacrylate und die
entsprechenden Methacrylate. Bevorzugt werden Bindemittel eingesetzt, die frei von
aromatischen Struktureinheiten sind.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 928 800 A1 ist ein thermisch und mit
aktinischer Strahlung härtbarer Dual Cure-Beschichtungsstoff bekannt, der ein
Urethan(meth)acrylat mit freien Isocyanatgruppen und (Meth)Acryloylgruppen, einen
Photoinitiator und eine isocyanatreaktive Verbindung, insbesondere ein Polyol oder
Polyamin, enthält. Dieser Dual Cure-Beschichtungsstoff bietet die Möglichkeit, die
Eigenschaftsprofile von Beschichtungsstoff und von Beschichtung zu variieren und gezielt
an unterschiedliche Verwendungszwecke anzupassen.
Der Nachteil der bekannten Dual Cure-Beschichtungsstoffe liegt darin, daß es sich um
sogenannte Zweikomponentensysteme handelt, bei denen die Bestandteile, die freie
Isocyanatgruppen enthalten, bis zur Applikation unter Ausschluß von Wasser bzw.
getrennt von den Bestandteilen, die die isocyanatreaktiven Gruppen enthalten, gelagert
werden müssen, um eine vorzeitige Vernetzung zu vermeiden. Dies erfordert aber einen
höheren technischen und planerischen Aufwand bei der Lagerung, der Herstellung und der
Applikation.
Vorzugsweise werden die bekannten Wasserbasislacke und Klarlacke im Rahmen der
Herstellung von farb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen nach dem
sogenannten Naß-in-naß-Verfahren verarbeitet. Bekanntermaßen wird bei dem Naß-in-
naß-Verfahren ein Basislack auf ein grundiertes oder ungrundiertes Substrat appliziert,
wonach man die resultierende Basislackschicht trocknet, mit einem Klarlack überschichtet
und die resultierende Klarlackschicht gemeinsam mit der Basislackschicht härtet, wodurch
die Mehrschichtlackierung aus farb- und/oder effektgebender Basislackierung und
schützender Klarlackierung resultiert.
Bei dem Naß-in-naß-Verfahren weisen die einzelnen Klarlacktypen spezifische Stärken
und Schwächen auf.
So können die wäßrigen Klarlacke bei oder nach ihrer Applikation ein Einbrechen in die
getrocknete Wasserbasislackschicht zeigen. Pulverklarlacke können einen nicht
ausreichenden Verlauf während der Härtung aufweisen, was zu strukturierten Oberflächen
führt.
Nach ihrer Härtung sind Klarlackierungen auf der Basis von Zweikomponenten(2K)- oder
Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacken zwar witterungsstabil, indes oftmals nicht
genügend abriebfest. Mit aktinischer Strahlung härtbare Klarlacke weisen bei ihrer
Härtung häufig einen starken Schrumpf auf, was zu einer Delaminierung aufgrund innerer
Spannungen führt. Außerdem können sie nach ihrer Applikation auf komplexer geformte
Substrate in den Schattenbereichen nur ungenügend ausgehärtet werden. Pulverslurry-
Klarlacke sind mit einigen häufig angewandten Wasserbasislacken mehr oder weniger
unverträglich, was zur Rißbildung (mud cracking) in der Mehrschichtlackierung und zur
Delamination der Schichten führen kann.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 196 45 761 A1 sind hydrophile selbstvernetzende
Polyurethane bekannt, die olefinisch ungesättigte Gruppen und endständige blockierte
Isocyanatgruppen enthalten. Die Blockierungsmittel werden indes hierin nicht näher
spezifiziert. Diese bekannten hydrophilen selbstvernetzenden Polyurethane werden zur
Herstellung von Pfropfmischpolymerisaten nach der Emulsionspolymerisationsmethode
verwendet. Die resultierenden Dispersionen der Pfropfmischpolymerisate werden zur
Herstellung von Wasserbasislacken und nicht von Klarlacken verwendet. Die Herstellung
farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen nach dem Naß-in-naß-Verfahren,
bei dem Basislackschichten mit Klarlackschichten überschichtet werden, wonach man
beide Schichten gemeinsam härtet, wird in der Patentanmeldung nicht angesprochen.
Ebensowenig wird die Kombination von thermischer Härtung und Härtung mit aktinischer
Strahlung (Dual Cure) in der Patentanmeldung beschrieben.
Aus dem deutschen Patent DE 197 22 862 C1 ist ein fremdvernetzendes
Pfropfmischpolymerisat bekannt, das erhältlich ist, indem man in einer Dispersion eines
olefinisch ungesättigten, hydrophile funktionelle Gruppen aufweisenden Polyurethans mit
im statistischen Mittel 0,05 bis 1,1 polymerisierbaren seitenständigen und/oder
endständigen Doppelbindungen pro Molekül olefinisch ungesättigte Monomere
polymerisiert. Die bekannten fremdvernetzenden Pfropfmischpolymerisate der DE 197 22 862 C1
liegen als Primärdispersionen vor und sind sehr gut für die Herstellung wäßriger
fremdvernetzender Beschichtungsstoffe, insbesondere Wasserbasislacke, geeignet. Als
Vernetzungsmittel können sie blockierte Isocyanate enthalten. Die fremdvernetzenden
Wasserbasislacke können mit Vorteil für die Herstellung farb- und/oder effektgebender
Mehrschichtlackierungen nach dem Naß-in-naß-Verfahren verwendet werden. Das Patent
beschreibt jedoch nicht die Verwendung der Primärdispersionen für die Herstellung von
Klarlacken, die thermisch und mit aktinischer Strahlung gehärtet werden können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "selbstvernetzend" die
Eigenschaft eines Bindemittels (zu dem Begriff vgl. Römpp Lexikon Lacke und
Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, »Bindemittel«, Seiten 73
und 74), mit sich selbst Vernetzungsreaktionen einzugehen. Voraussetzung hierfür ist, daß
in den Bindemitteln bereits beide Arten von komplementären reaktiven funktionellen
Gruppen enthalten sind, die für eine Vernetzung notwendig sind. Als fremdvernetzend
werden dagegen solche Beschichtungsstoffe bezeichnet, worin die eine Art der
komplementären reaktiven funktionellen Gruppen in dem Bindemittel, und die andere Art
in einem Härter oder Vernetzungsmittel vorliegen. Ergänzend wird hierzu auf Römpp
Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998,
»Härtung«, Seiten 274 bis 276, insbesondere Seite 275, unten, verwiesen.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 47 045 A1 wird ein
thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbarer Klarlack auf der Basis einer wäßrigen
Dispersion beschrieben, die Hydroxylgrupppen, blockierte Isocyanatgruppen und
olefinisch ungesättigte Gruppen sowie dispergierende ionische Gruppen enthält. Die
Verwendung dieser Klarlacke im Rahmen des Naß-in-Naß-Verfahrens wird hierin nicht
beschrieben.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 58 726 A1 wird eine
thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare Pulverslurry beschrieben, die mindestens
eine wäßrigen Dispersion enthält. Die Dispersion wird aus aliphatischen Polyisocyanaten,
Verbindungen mit isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen sowie mit aktinischer
Strahlung aktivierbaren Bindungen, niedermolekularen aliphatischen Verbindungen mit
isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen, Verbindungen mit isocyanatreaktiven
funktionellen Gruppen und dispergierenden funktionellen Gruppen, Neutralisationsmittel
für die dispergierenden funktionellen Gruppen sowie Blockierungsmitteln für
Isocyanatgruppen und/oder Verbindungen mit blockierten Isocyanatgruppen hergestellt,
wobei die blockierten Isocyanatgruppen über die Umsetzung der Blockierungsmittel mit
isocyanatgruppenhaltigen Polyurethanpräpolymeren in die Dispersion eingeführt werden.
Die Verwendung von Carbamatgruppen wird in dieser Patentanmeldung nicht beschrieben.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 08 013 A1 wird eine
strukturviskose, mit aktinischer Strahlung und gegebenenfalls thermisch härtbare
Pulverslurry beschrieben, welche feste sphärische Partikel einer mittleren Teilchengröße
von 0,8 bis 20 µm und einer maximalen Teilchengröße von 30 µm enthält, wobei die
Pulverklarlack-Slurry einen Gehalt an Ionen bildenden dispergierenden Gruppen von 0,05
bis 1 meq/g, entsprechend einer mittleren Säurezahl oder Amin-Zahl von 3 bis 56 g KOH/g
Festkörper (MEQ-Säure oder -Amin von 0,05 bis 1,0 meq/g Festkörper), vorzugsweise bis
28 (MEQ-Säure oder -Amin: 0,5) und insbesondere bis 17 (MEQ-Säure oder -Amin: 0,3),
einen Gehalt an Neutralisationsmitteln von 0,05 bis 1 meq/g und eine Viskosität von (i) 50
bis 1000 mPas bei einer Scherrate von 1000 s-1, (ii) 150 bis 8000 mPas bei einer Scherrate
von 10 s-1 und (iii) 180 bis 12000 mPas bei einer Scherrate von 1 s-1 aufweist. Darüber
hinaus kann die Pulverklarlack-Slurry Bindemittel mit reaktiven funktionellen Gruppen
wie beispielsweise Hydroxylgruppen enthalten, die mit Vernetzungsmitteln wie
blockierten Isocyanaten thermische Vernetzungsreaktionen eingehen können. Die
Verwendung von Carbamatgruppen wie -O-C(O)-NH2 wird in der Patentanmeldung nicht
beschrieben.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 08 018 A1 wird eine
Dual Cure-Pulverklarlack-Slurry beschrieben, die Bestandteile enthält, die sowohl mit
aktinischer Strahlung aktivierbare Gruppen (A) als auch komplementäre reaktive
funktionelle Gruppen (B), die thermische Vernetzungsreaktionen eingehen, enthalten.
Carbamatgruppen wie -O-C(O)-NH2 werden nicht als Gruppen (B) verwendet.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 61 926 A1 werden
thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare Stoffgemische beschrieben, die auch zur
Herstellung von Pulverslurry-Lacken verwendet werden können. Die Stoffgemische
enthalten einen Bestandteil (A), der aus einem Polyisocyanat, einer Verbindung, die
mindestens eine mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindung und eine isocyanatreaktive
funktionelle Gruppe enthält, und mindestens einer Verbindung, die mindestens eine
Carbamatgruppe und eine isocyanatreaktive funktionelle Gruppe enthält, herstellbar ist.
Der Bestandteil (A) kann hydrophile Gruppen wie Poly(ethylenoxid)monoalkylether
enthalten. Die Verwendung von potentiellen anionischen funktionellen Gruppen als
dispergierende Gruppen und von Neutralisationsmittel hierfür wird in der Patentanmeldung
nicht beschrieben. Außerdem enthalten die Bestandteile (A) keine isocyanatreaktiven
funktionellen Gruppen wie Hydroxylgruppen.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 100 27 292.4 werden Dual
Cure-Pulverslurryklarlacke beschrieben, die als Bindemittel zahlreiche unterschiedliche
Polymere, unter anderem auch Polyurethane, enthalten. Die Bindemittel können zahlreiche
unterschiedliche komplementäre reaktive funktionelle Gruppen, die thermische Vernetzung
Reaktionen eingehen, enthalten, unter anderem auch isocyanatreaktive funktionelle
Gruppen und Carbamatgruppen -O-C(O)-NH2. Als Vernetzungsmittel können
Aminoplastharze verwendet werden. Einzelheiten betreffend die Herstellung einer
wäßrigen Dispersion eines Polyurethans, enthaltend mit aktinischer Strahlung aktivierbare
funktionelle Gruppen, isocyanatreaktive funktionelle Gruppen, dispergierende funktionelle
Gruppen wie Carboxylgruppen und Carbamatgruppen, werden nicht angegeben. Sofern im
Rahmen der Patentanmeldung Carboxylgruppen angewandt werden, dienen sie der
thermische Vernetzung mit Epoxidgruppen als komplementären reaktiven funktionellen
Gruppen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue wäßrige Dispersion zu finden, die die
Herstellung neuer thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbarer Beschichtungsstoffe
gestattet. Insbesondere sollen die Beschichtungsstoffe als Pulverslurryklarlacke anwendbar
sein.
Außerdem soll die neue wäßrige Dispersion auch für die Herstellung von Klebstoffen und
Dichtungsmassen geeignet sein.
Die Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen auf der Basis der neuen
wäßrigen Dispersion sollen Beschichtungen, Klebstoffe und Dichtungen liefern, die eine
vorzügliche Witterungsbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Härte, Flexibilität und
Kratzfestigkeit aufweisen und nicht zum Vergilben neigen.
Außerdem war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zur
Herstellung von wäßrigen Dispersion zu finden.
Des weiteren war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zur
Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen bereitzustellen, das
die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweist, sondern sicher und
zuverlässig Mehrschichtlackierungen liefert, die, was Farbe, Effekt, Glanz und D.O.I.
(distinctiveness of the reflected image) betrifft, von höchster optischer Qualität sind, eine
glatte, strukturfreie, harte, flexible und kratzfeste Oberfläche haben, witterungs-,
chemikalien- und etch-beständig sind, nicht vergilben und keine Rißbildung und
Delamination der Schichten zeigen.
Demgemäß wurde die neue wäßrige Dispersion gefunden, die mindestens ein Polymer mit
im statistischen Mittel
- a) mindestens einer primären und/oder sekundären Carbamatgruppe,
- b) mindestens einer funktionellen Gruppe mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung und
- c) mindestens einer dispergierenden ionischen funktionellen Gruppe
enthält und im folgenden als "erfindungsgemäße Dispersion" bezeichnet wird.
Des weiteren wurden die neuen Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen
gefunden, die die erfindungsgemäßen Dispersionen und/oder die mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Herstellverfahrens erhaltenen Polyurethandispersionen enthalten und
im folgenden als "erfindungsgemäße Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und
Dichtungsmassen" bezeichnet werden.
Weitere erfindungsgemäße Gegenstände gehen aus der Beschreibung hervor.
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht
vorhersehbar, daß die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag, mit Hilfe der
erfindungsgemäßen Dispersion gelöst werden konnte. Insbesondere überraschte, daß die
erfindungsgemäße Dispersion so außerordentlich breit anwendbar war und die Herstellung
von Beschichtungsstoffen, Klebstoffen und Dichtungsmassen gestattete, die auch auf
komplex geformten Substraten vollständig zu Beschichtungen, Klebschichten und
Dichtungen ausgehärtet werden konnten, die hochkratzfest und chemikalienbeständig
waren und nicht zum Vergilben neigten. Besonders hervorzuheben ist, daß mit Hilfe der
erfindungsgemäßen Dispersion Mehrschichtlackierungen ausschließlich auf der Basis von
wäßrigen Lacken hergestellt werden konnten.
Die erfindungsgemäße Dispersion enthält mindestens ein Polymer.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Dispersion an dem Polymeren kann sehr breit
variieren. Vorzugsweise liegt er bei 10 bis 70, bevorzugt 12 bis 68, besonders bevorzugt 13
bis 66, ganz besonders bevorzugt 14 bis 64 und insbesondere 15 bis 62 Gew.-%, jeweils
bezogen auf die erfindungsgemäße Dispersion.
Das Polymer enthält im statistischen Mittel mindestens eine primäre und/oder sekundäre
Carbamatgruppe der allgemeinen Formel I
-O-C(O)-NHR (I),
worin die Variable R für ein Wasserstoffatom oder einen organischen Rest steht. Beispiele
geeigneter organischer Reste sind Alkylgruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
Cycloalkylgruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, Arylgruppen mit 6 bis 20
Kohlenstoffatomen sowie Arylalkylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen.
Vorzugsweise werden primäre Carbamatgruppen verwendet.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn das Polymer im statistischen Mittel mehr als
eine, bevorzugt mehr als zwei, besonders bevorzugt mehr als drei, ganz besonders
bevorzugt mehr als vier und insbesondere mehr als fünf Carbamatgruppen der allgemeinen
Formel I enthält.
Das Polymer enthält im statistischen Mittel mindestens eine funktionelle Gruppen mit
mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter aktinischer Strahlung elektromagnetische
Strahlung wie nahes Infrarot (NIR), sichtbares Licht, UV-Strahlung oder
Röntgenstrahlung, insbesondere UV-Strahlung, oder Korpuskularstrahlung wie
Elektronenstrahlung zu verstehen.
Unter einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung wird eine Bindung
verstanden, die bei Bestrahlen mit aktinischer Strahlung reaktiv wird und mit anderen
aktivierten Bindungen ihrer Art Polymerisationsreaktionen und/oder
Vernetzungsreaktionen eingeht, die nach radikalischen und/oder ionischen Mechanismen
ablaufen. Beispiele geeigneter Bindungen sind Kohlenstoff-Wasserstoff-Einzelbindungen
oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Sauerstoff-, Kohlenstoff-Stickstoff-,
Kohlenstoff-Phosphor- oder Kohlenstoff-Silizium-Einzelbindungen oder -
Doppelbindungen. Von diesen sind die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen
besonders vorteilhaft und werden deshalb erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt
verwendet. Der Kürze halber werden sie im folgenden als "Doppelbindungen" bezeichnet.
Besonders gut geeignete Doppelbindungen sind beispielsweise in (Meth)acrylat-,
Ethacrylat-, Crotonat-, Cinnamat-, Vinylether-, Vinylester-, Dicyclopentadienyl-,
Norbornenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylgruppen; Dicyclopentadienyl-,
Norbornenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylethergruppen oder
Dicyclopentadienyl-, Norbornenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder
Butenylestergruppen enthalten. Von diesen bieten die Acrylatgruppen ganz besondere
Vorteile, weswegen sie erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn das Polymer im statistischen Mittel mehr als
eine, bevorzugt mehr als zwei, besonders bevorzugt mehr als drei, ganz besonders
bevorzugt mehr als vier und insbesondere mehr als fünf der vorstehend beschriebenen mit
aktinischer Strahlung aktivierbaren funktionellen Gruppen enthält.
Das Polymer enthält im statistischen Mittel mindestens eine dispergierende (potentiell)
ionische funktionelle Gruppe. Beispiele geeigneter (potentiell) kationischer Gruppen sind
Aminogruppen. Beispiele geeigneter (potentiell) anionischer Gruppen sind Carbonsäure-,
Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppen, insbesondere Carbonsäuregruppen. Sie sind in
der erfindungsgemäß zu verwendenden Dispersion in einer Menge vorhanden, daß,
bezogen auf den Festkörper der erfindungsgemäßen Dispersion, eine Säurezahl oder
Aminzahl von 3,0 bis 100, vorzugsweise 4,0 bis 90, bevorzugt 5,0 bis 80, besonders
bevorzugt 6,0 bis 70, ganz besonders bevorzugt 6,0 bis 60 und insbesondere 6 bis 50 mg
KOH/g resultiert. Hierbei sind dispergierende (potentiell) anionische funktionelle Gruppen
von Vorteil.
Das Polymer kann im statistischen Mittel mindestens eine isocyanatreaktive funktionelle
Gruppe enthalten. Beispiele geeigneter isocyanatreaktiver funktioneller Gruppen sind
Thiol-, Hydroxyl- und/oder primäre und/oder sekundäre Aminogruppen, insbesondere
Hydroxylgruppen. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn das Polymer im statistischen
Mittel mehr als eine, bevorzugt mehr als zwei, besonders bevorzugt mehr als drei, ganz
besonders bevorzugt mehr als vier und insbesondere mehr als fünf isocyanatreaktive
funktionelle Gruppen enthält.
Beispiele geeigneter Polymere sind statistisch, alternierend und/oder blockartig aufgebaute
lineare und/oder verzweigte und/oder kammartig aufgebaute (Co)Polymerisate von
ethylenisch ungesättigten Monomeren, oder Polyadditionsharze und/oder
Polykondensationsharze. Zu diesen Begriffen wird auf Römpp Lexikon Lacke und
Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Seite 457, "Polyaddition"
und "Polyadditionsharze (Polyaddukte)", sowie Seiten 463 und 464, "Polykondensate",
"Polykondensation" und "Polykondensationsharze" verwiesen.
Beispiele gut geeigneter Polymere sind lineare und/oder verzweigte und/oder blockartig,
kammartig und/oder statistisch aufgebaute Poly(meth)acrylate oder Acrylatcopolymerisate,
Polyester, Alkyde, Polyurethane, acrylierte Polyurethane, acrylierte Polyester, Polylactone,
Polycarbonate, Polyether, Epoxidharz-Amin-Addukte, (Meth)Acrylatdiole, partiell
verseifte Polyvinylester oder Polyharnstoffe, insbesondere aber Polyurethane.
Die Polymere werden mit Hilfe üblicher und bekannter Methoden aus geeigneten
Ausgangsverbindungen hergestellt, die (i) primäre und/oder sekundäre Carbamatgruppen
und/oder in Carbamatgruppen überführbare Gruppen, (ii) funktionelle Gruppen mit
mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung und/oder (iii)
dispergierende (potentiell) ionische funktionelle Gruppe sowie gegebenenfalls (iv)
isocyanatreaktive funktionelle Gruppen enthalten. Oder aber die betreffenden Gruppen
können durch polymeranaloge Reaktionen in die Grundstrukturen der Polymere eingeführt
werden. Die resultierenden Polymere werden dann in Wasser oder einem wäßrigen
Medium dispergiert (Sekundärdispersion), sofern sie nicht in Wasser oder einem wäßrigen
Medium hergestellt worden sind (Primärdispersion).
Besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Dispersionen sind Polyurethandispersionen.
Ganz besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Dispersionen enthalten mindestens ein
Polyurethan, daß herstellbar ist, indem man in erfindungsgemäßer Verfahrensweise
- A) mindestens ein aliphatisches Polyisocyanat mit einer Isocyanatfunktionalität von 2,0 bis 6,0 mit
- B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer isocyanatreaktiven funktionellen Gruppe sowie mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung,
- C) mindestens einer niedermolekularen aliphatischen Verbindung mit mindestens zwei isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen,
- D) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer isocyanatreaktiven funktionellen Gruppe und mindestens einer dispergierenden (potentiell) ionischen, insbesondere anionischen, funktionellen Gruppe,
- E) mindestens einem Neutralisationsmittel für die dispergierenden funktionellen Gruppen der Verbindung (D) und
- F) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer primären und/oder sekundären Carbamatgruppe und/oder mindestens einer funktionellen Gruppe, die in eine Carbamatgruppen überführt werden kann, und mindestens einer isocyanatreaktiven Gruppe sowie gegebenenfalls
- G) mindestens einer von den Verbindungen (B) bis (F) verschiedenen Verbindung mit einer isocyanatreaktiven funktionellen Gruppe
umsetzt.
Das aliphatische, inklusive cycloaliphatische, Polyisocyanat (A) hat eine
Isocyanatfunktionalität von 2,0 bis 6,0, vorzugsweise 2,0 bis 5,0, bevorzugt 2,0 bis 4,5
und insbesondere 2,0 bis 3,5. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der
Begriff "cycloaliphatisches Diisocyanat" ein Diisocyanat, worin mindestens eine
Isocyanatgruppe an einen cycloaliphatischen Rest gebunden ist.
Beispiele geeigneter cycloaliphatischer Polyisocyanate A) mit einer Isocyanatfunktionalität
von 2,0 sind Isophorondiisocyanat (= 5-Isocyanato-1-isocyanatomethyl-1,3,3-trimethyl-
cyclohexan), 5-Isocyanato-1-(2-isocyanatoeth-1-yl)-1,3,3-trimethyl-cyclohexan, 5-
Isocyanato-1-(3-isocyanatoprop-1-yl)-1,3,3-trimethyl-cyclohexan, 5-Isocyanato-(4-
isocyanatobut-1-yl)-1,3,3-trimethyl-cyclohexan, 1-Isocyanato-2-(3-isocyanatoprop-1-yl)-
cyclohexan, 1-Isocyanato-2-(3-isocyanatoeth-1-yl)cyclohexan, 1-Isocyanato-2-(4-
isocyanatobut-1-yl)-cyclohexan, 1,2-Diisocyanatocyclobutan, 1,3-
Diisocyanatocyclobutan, 1,2-Diisocyanatocyclopentan, 1,3-Diisocyanatocyclopentan, 1,2-
Diisocyanatocyclohexan, 1,3-Diisocyanatocyclohexan, 1,4-Diisocyanatocyclohexan
Dicyclohexylmethan-2,4'-diisocyanat oder Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat,
insbesondere Isophorondiisocyanat.
Beispiele geeigneter erfindungsgemäß zu verwendender acyclischer aliphatischer
Diisocyanate sind Trimethylendiisocyanat, Tetramethylendiisocyanat, Pentame
thylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Ethylethylendiisocyanat, Trimethylhexan
diisocyanat, Heptanmethylendiisocyanat oder Diisocyanate, abgeleitet von
Dimerfettsäuren, wie sie unter der Handelsbezeichnung DDI 1410 von der Firma Henkel
vertrieben und in den Patentschriften WO 97/49745 und WO 97/49747 beschrieben
werden, insbesondere 2-Heptyl-3,4-bis(9-isocyanatononyl)-1-pentyl-cyclohexan, oder 1,2-,
1,4- oder 1,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, 1,2-, 1,4- oder 1,3-Bis(2-isocyanatoeth-1-
yl)cyclohexan, 1,3-Bis(3-isocyanatoprop-1-yl)cyclohexan oder 1,2-, 1,4- oder 1,3-Bis(4-
isocyanatobut-1-yl)cyclohexan.
Von diesen ist Hexamethylendiisocyanat von besonderem Vorteil und wird deshalb
erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt verwendet.
Beispiele geeigneter Polyisocyanate (A) mit einer Isocyanatfunktionalität < 2 sind
Polyisocyanate, insbesondere auf der Basis von Hexamethylendiisocyanat, die
Isocyanurat-, Biuret-, Allophanat-, Iminooxadiazindion-, Urethan-, Harnstoff-
Carbodiimid und/oder Uretdiongruppen aufweisen und die in üblicher und bekannter
Weise aus den vorstehend beschriebenen Diisocyanaten erhältlich sind. Hiervon sind die
allophanatgruppenhaltigen und/oder isocyanuratgruppenhaltigen Polyisocyanate (A),
insbesondere diejenigen auf der Basis von Hexamethylendiisocyanat, von Vorteil und
werden deshalb erfindungsgemäß besonders bevorzugt verwendet. Beispiel geeigneter
Herstellungsverfahren und Polyisocyanate sind beispielsweise aus den Patentschriften CA 2,163,591 A,
US 4,419,513 A, US 4,454,317 A, EP 0 646 608 A1, US 4,801,675 A, EP 0 183 976 A1,
DE 40 15 155 A1, EP 0 303 150 A1, EP 0 496 208 A1, EP 0 524 500 A1,
EP 0 566 037 A1, US 5,258,482 A, US 5,290,902 A, EP 0 649 806 A1, DE 42 29 183 A1
oder EP 0 531 820 A1 bekannt.
Beispiele geeigneter Verbindungen (B) mit mindestens einer, insbesondere einer,
funktionellen Gruppe sowie mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren
Bindung pro Molekül sind
- - Allylalkohol oder 4-Butylvinylether;
- - Hydroxyalkylester und Hydroxycycloalkylester der Acrylsäure oder der Methacrylsäure, insbesondere der Acrylsäure, die durch Veresterung aliphatischer Diole, beispielsweise der vorstehend beschriebenen niedermolekularen Diole B), mit Acrylsäure oder Methacrylsäure oder durch Umsetzung von Acrylsäure oder Methacrylsäure mit einem Alkylenoxid erhältlich sind, insbesondere Hydroxyalkylester der Acrylsäure oder Methacrylsäure, in denen die Hydroxyalkylgruppe bis zu 20 Kohlenstoffatome enthält, wie 2-Hydroxyethyl-, 2- Hydroxypropyl-, 3-Hydroxypropyl-, 3-Hydroxybutyl-, 4-Hydroxybutyl-, Bis(hydroxymethyl)cyclohexanacrylat oder -methacrylat; von diesen sind 2- Hydroxyethylacrylat und 4-Hydroxybutylacrylat besonders vorteilhaft und werden deshalb erfindungsgemäß besonders bevorzugt verwendet; oder
- - Umsetzungsprodukte aus cyclischen Estern, wie z. B. epsilon-Caprolacton, und diesen Hydroxyalkyl- oder -cycloalkylestern.
Beispiele geeigneter niedermolekularer aliphatischer Verbindungen (C) mit mindestens
zwei, insbesondere zwei, isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen sind Polyole,
insbesondere Diole, Polyamine, insbesondere Diamine, und Aminoalkohole.
Üblicherweise werden die Polyole und/oder Polyamine neben den Diolen und/oder
Diaminen in untergeordneten Mengen verwendet, um Verzweigungen in die Polyurethane
einzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind unter untergeordneten Mengen
Mengen zu verstehen, die kein Gelieren der Polyurethane bei ihrer Herstellung bewirken.
Für die Aminoalkohole gilt dies sinngemäß.
Beispiele geeigneter Diole (C) sind Ethylenglykol, 1,2- oder 1,3-Propandiol, 1,2-, 1,3- oder
1,4-Butandiol, 1,2-, 1,3-, 1,4- oder 1,5-Pentandiol, 1,2-, 1,3-, 1,4-, 1,5- oder 1,6-Hexandiol,
Hydroxypivalinsäureneopentylester, Neopentylglykol, Diethylenglykol, 1,2-, 1,3- oder 1,4-
Cyclohexandiol, 1,2-, 1,3- oder 1,4-Cyclohexandimethanol, Trimethylpentandiol,
Ethylbutylpropandiol, die stellungsisomeren Diethyloctandiole,
2-Butyl-2-ethylpropandiol-1,3, 2-Butyl-2-methylpropandiol-1,3,
2-Phenyl-2-methylpropandiol-1,3, 2-Propyl-2-ethylpropandiol-1,3,
2-Di-tert.-butylpropandiol-1,3, 2-Butyl-2-propylpropandiol-1,3, 1-Dihydroxymethyl-bicyclo[2.2.1]heptan,
2,2-Diethylpropandiol-1,3, 2,2-Dipropylpropandiol-1,3, 2-Cyclo
hexyl-2-methylpropandiol-1,3, 2,5-Dimethyl-hexandiol-2,5, 2,5-Diethylhexandiol-2,5,
2-Ethyl-5-methylhexandiol-2,5, 2,4-Dimethylpentandiol-2,4, 2,3-Dimethylbutandiol-2,3,
Dihydroxymethylcyclohexan, Bis(hydroxycyclohexyl)propan, Tetramethylcyclobutandiol,
Cyclooctandiol oder Norbonandiol, insbesondere 1,2-, 1,3- und/oder 1,4-
Cyclohexandimethanol, die im folgenden zusammenfassend als Cyclohexandimethanol
bezeichnet werden.
Beispiele geeigneter Polyole (C) sind Trimethylolethan, Trimethylolpropan oder Glycerin,
Pentaerythrit oder Homopentaerythrit oder Zuckeralkohole wie Threit oder Erythrit oder
Pentite wie Arabit, Adonit oder Xylit oder Hexite wie Sorbit, Mannit oder Dulcit.
Beispiele geeigneter Diamine (C) sind Hydrazin, Ethylendiamin, Propylendiamin, 1,4-
Butylendiamin, Piperazin, 1,4-Cyclohexyldimethylamin, Hexamethylendiamin-1,6,
Trimethylhexamethylendiamin, Methandiamin, Isophorondiamin oder 4,4'-
Diaminodicyclohexylmethan.
Beispiele geeigneter Polyamine (C) sind Diethylentriamin, Triethylentetramin,
Dipropylendiamin und Dibutylentriamin.
Beispiele geeigneter Aminoalkohole (C) sind Ethanolamin, Diethanolamin oder
Triethanolamin.
Von diesen Verbindungen (C) bietet Cyclohexandimethanol besondere Vorteile und wird
deshalb erfindungsgemäß bevorzugt verwendet.
Beispiele geeigneter Verbindungen (D) mit mindestens einer isocyanatreaktiven
funktionellen Gruppe und mindestens einer dispergierenden funktionellen Gruppe,
insbesondere einer (potentiell) anionischen Gruppe, sind Mercapto-, Hydroxy-, Amino-
oder Iminobcarbonsäuren, -phosphonsäuren oder -sulfonsäuren wie Mercaptoessigsäure
(Thioglykolsäure), Mercaptopropionsäure, Mercaptobernsteinsäure, Hydroxyessigsäure,
Hydroxydecansäure, Hydroxydodecansäure, 12-Hydroxystearinsäure,
Hydroxyethansulfonsäure, Hydroxypropansulfonsäure, Mercaptoethansulfonsäure,
Mercaptopropansulfonsäure, Aminopropansulfonsäure, Glycin, Iminodiessigsäure, 2,2-Dimethylolessigsäure,
2,2-Dimethylolpropionsäure, 2,2-Dimethylolbuttersäure, 2,2-
Dimenthylolpentansäure, α,δ-Diaminovaleriansäure, 3,4-Diaminobenzoesäure, 2,4-
Diaminotoluolsulfonsäure oder 2,4-Diamino-diphenylethersulfonsäure, insbesondere
HydroxyessigsäureS. Sie werden in Mengen verwendet, daß die vorstehend beschriebenen
Säurezahlen resultieren.
Beispiele für geeignete Neutralisationsmittel (E) für die potentiell anionischen Gruppen
der Verbindung (D) sind Alkali- und Erdalkalihydroxide, -oxide, -carbonate, oder -
hydrogencarbonate sowie Ammoniak oder organische primäre, sekundäre und/oder tertiäre
Amine, wie z. B. Monoethanolamin, Diethanolamin, Diethylamin, Monoisopropanolamin,
Diisopropanolamin, Morpholin, 2-Amino-2-methyl-1-propanol, Trimethylamin,
Triethylamin, Tributylamin, Dimethylanilin, Diethylamin, Triphenylamin,
Dimethylethanolamin, Diethylethanolamin, Methyldiethanolamin, 2-
Aminomethylpropanol, Dimethylisopropylamin und/oder Dimethylisopropanolamin.
Beispiele geeigneter Verbindungen (F) mit mindestens einer, insbesondere einer
Carbamatgruppe und/oder mindestens einer, insbesondere einer, in Carbamatgruppen
überführbaren funktionellen Gruppe sind Hydroxyethylcarbamat oder
Hydroxypropylcarbamat, insbesondere Hydroxypropylcarbamat. Ein Beispiel für eine
geeignete in eine Carbamatgruppe umwandelbare funktionelle Gruppe ist die cyclische
Ethylencarbonatgruppe, die mit Ammoniak in eine primäre Carbamatgruppe umgewandelt
werden kann. Die Ethylencarbonatgruppe selbst kann durch die Umsetzung des
Polyisocyanats, der Polysäure oder des Polyepoxids mit beispielsweise Glycidol und
anschließender Umsetzung der Epoxidgruppen mit Kohlendioxid hergestellt werden. Im
Falle der Polyepoxide ist darauf zu achten, daß bei der Umsetzung mit Kohlendioxid keine
an den Grundkörper gebundene Epoxidgruppen mehr vorhanden sind.
Beispiele geeigneter Verbindungen (G), die von den Verbindungen (B) bis (F) verschieden
sind und eine isocyanatreaktive funktionelle Gruppe aufweisen, sind Alkohole oder
Monoamine (C) wie Ethanol, Propanol, n-Butanol, sec.-Butanol, tert.-Butanol,
Amylalkohole, Hexanole, Fettalkohole, Phenol, Allylalkohol oder Ethylhexylamin. Sie
werden vorzugsweise i. V. m. höherfunktionellen Verbindungen (C) verwendet,
insbesondere um das Gelieren der Polyurethane bei ihrer Herstellung zu vermeiden.
Die Herstellung des erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethans kann insbesondere
über den Gehalt der dispergierenden ionischen funktionellen Gruppen und deren
Neutralisationsgrad so gesteuert werden, daß in den wäßrigen Dispersionen das gesamte
Spektrum der Solvatation zwischen molekulardisperser Lösung der Polyurethane und
stabilisierten Pulverslurrypartikeln vorliegt.
Vorzugsweise weisen diese festen feinteiligen Partikel eine mittlere Teilchengröße von 3,0
bis 10 µm, insbesondere 3,0 bis 5 µm, auf.
Methodisch gesehen weist die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethandispersion
aus den vorstehend beschriebenen Ausgangsprodukten keine Besonderheiten auf, sondern
erfolgt nach den üblichen und bekannten Methoden der Herstellung wäßriger
Polyurethandispersionen, wie sie beispielsweise in den eingangs genannten, die
Wasserbasislacke betreffenden Patentschriften beschrieben werden.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, das erfindungsgemäße Polyurethan mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Herstellverfahrens zu synthetisieren.
So wird beispielsweise in einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen
Herstellverfahrens in einem ersten Verfahrenschritt mindestens eine Verbindung (B) mit
einem molaren Überschuß mindestens einer Verbindung (A) zu einem Addukt umgesetzt,
das mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindungen und freie Isocyanatgruppen enthält.
Das Addukt wird in einem zweiten Verfahrenschritt mit mindestens einer Verbindung (D)
sowie gegebenenfalls (C) zu einem Isocyanatgruppen enthaltenden Präpolymeren
umgesetzt. In einem weiteren Verfahrenschritt wird mindestens ein Neutralisationsmittel
(E) sowie gegebenenfalls mindestens eine Verbindung (C) zugesetzt, so daß ein partiell
oder vollständig neutralisiertes Präpolymer resultiert. Das neutralisierte Präpolymer wird
in einem vierten Verfahrenschritt mit einer Verbindung (F) umgesetzt. Sollten hiernach
noch freie Isocyanatgruppen vorliegen, werden diese vorzugsweise mit mindestens einer
Verbindungen (G) und/oder (C) umgesetzt, wodurch das erfindungsgemäß zu verwendende
Polyurethan resultiert. Zusätzlich zu den Verbindungen (G) und/oder (C) können die aus
der US-Patentschrift US 4,444,954 A bekannten Blockierungsmittel verwendet werden. In
einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens können die
Ausgangsprodukte in einem Eintopfverfahren miteinander umgesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Polyurethan wird anschließend in ein wäßriges Medium überführt,
wodurch die erfindungsgemäße Polyurethandispersion resultiert.
Das wäßrige Medium enthält im wesentlichen Wasser. Hierbei kann das wäßrige Medium
in untergeordneten Mengen organische Lösemittel, mit aktinischer Strahlung härtbare
Reaktivverdünner, Photoinitiatoren, Initiatoren der radikalischen Polymerisation und/oder
sonstige lackübliche Additive und/oder sonstige gelöste feste, flüssige oder gasförmige
organische und/oder anorganische, nieder- und/oder hochmolekulare Stoffe enthalten. Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff "untergeordnete Menge" eine
Menge zu verstehen, welche den wäßrigen Charakter des wäßrigen Mediums nicht aufhebt.
Bei dem wäßrigen Medium kann es sich aber auch um reines Wasser handeln.
Die resultierende erfindungsgemäße Dispersion kann im eingangs genannten Sinne
selbstvernetzend sein.
Die erfindungsgemäße Dispersion dient der Herstellung der erfindungsgemäßen
Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen.
Besondere Vorteile resultieren, wenn die erfindungsgemäße Polyurethandispersion für die
Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe verwendet wird. Die
nachstehenden Ausführung gelten indes für die erfindungsgemäßen Klebstoffe und
Dichtungsmassen sinngemäß.
Bei den erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffen kann es sich um pigmentierte oder nicht
pigmentierte Beschichtungsstoffe handeln. Beispiele für pigmentierte Beschichtungsstoffe
sind Füller, Wasserbasislacke oder Unidecklacke. Beispiele für nicht pigmentierte
Beschichtungsstoffe sind Klarlacke, insbesondere Pulverslurryklarlacke.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe an der erfindungsgemäßen
Dispersion kann breit variieren und richtet sich richtet sich vor allem nach dem
Verwendungszweck, dem Gehalt der erfindungsgemäßen Dispersion an Polymeren und
nach den sonstigen vorhandenen Bestandteilen, insbesondere danach, ob ein
Vernetzungsmittel verwendet wird oder nicht. Vorzugsweise liegt der Gehalt bei 10 bis
100, bevorzugt 20 bis 99, besonders bevorzugt 30 bis 99, ganz besonders bevorzugt 40 bis
99 und insbesondere 50 bis 99 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des
Beschichtungsstoffs.
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe mindestens ein
Vernetzungsmittel, das pro Molekül im statistischen Mittel mindestens eine
carbamatreaktive funktionelle Gruppe sowie gegebenenfalls mindestens eine der
vorstehend beschriebenen mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindungen aufweist.
Beispiele geeigneter carbamatreaktiver funktioneller Gruppen sind N-Methylol- oder N-
Methylolethergruppen.
Vorzugsweise werden Aminoplastharze verwendet. Beispiele gut geeigneter
Aminoplastharze sind Melaminharze, Guanaminharze oder Harnstoffharze. Hierbei kann
jedes für transparente Decklacke oder Klarlacke geeignete Aminoplastharz oder eine
Mischung aus solchen Aminoplastharzen verwendet werden. Ergänzend wird auf Römpp
Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seite 29, »Aminoharze«,
und das Lehrbuch "Lackadditive" von Johan Bieleman, Wiley-VCH, Weinheim, New
York, 1998, Seiten 242 ff., oder auf das Buch "Paints, Coatings and Solvents", second
completely revised edition, Edit. D. Stoye und W. Freitag, Wiley-VCH, Weinheim, New
York, 1998, Seiten 80 ff., verwiesen. Des weiteren kommen die üblichen und bekannten
Aminoplastharze in Betracht, deren Methylol- und/oder Methoxymethylgruppen z. T.
mittels Carbamat- oder Allophanatgruppen defunktionalisiert sind. Vernetzungsmittel
dieser Art werden in den Patentschriften US 4 710 542 A und EP 0 245 700 B1 sowie in
dem Artikel von B. Singh und Mitarbeiter "Carbamylmethylated Melamines, Novel
Crosslinkers for the Coatings Industry" in Advanced Organic Coatings Science and
Technology Series, 1991, Band 13, Seiten 193 bis 207, beschrieben.
Der Anteil des Vernetzungsmittel an dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff kann
breit variieren und richtet sich vor allem nach seiner Funktionalität, dem
Verwendungszweck und nach den sonstigen vorhandenen Bestandteilen. Vorzugsweise
liegt der Anteil des Vernetzungsmittel bei 0,1 bis 90, bevorzugt 0,5 bis 80, besonders
bevorzugt 0,8 bis 70, ganz besonders bevorzugt 1,0 bis 60 und insbesondere 1,5 bis 50 Gew.-%,
jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des Beschichtungsstoffs.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff kann desweiteren mindestens einen Zusatzstoff
enthalten.
Die Auswahl richtet sich vor allem nach dem Verwendungszweck des erfindungsgemäßen
Dual-Cure-Stoffgemischs. Vorzugsweise sind diese Zusatzstoffe unter den Verarbeitungs-
und Applikationsbedingungen des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs nicht flüchtig
und werden durch Wasser nicht zersetzt.
Wird der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff als Füller, Decklack oder Basislack
verwendet, enthält er als Zusatzstoffe farb- und/oder effektgebende Pigmente in üblichen
und bekannten Mengen. Die Pigmente können aus anorganischen oder organischen
Verbindungen bestehen und können effekt- und/oder farbgebend sein. Der
erfindungsgemäße Dual-Cure-Beschichtungsstoff gewährleistet daher aufgrund dieser
Vielzahl geeigneter Pigmente eine universelle Einsatzbreite der Dual-Cure-
Beschichtungsstoffe und ermöglicht die Realisierung einer Vielzahl von Farbtönen und
optischer Effekte.
Als Effektpigmente können Metallplättchenpigmente wie handelsübliche
Aluminiumbronzen, gemäß DE 36 36 183 A1 chromatierte Aluminiumbronzen, und
handelsübliche Edelstahlbronzen sowie nichtmetallische Effektpigmente, wie zum Beispiel
Perlglanz- bzw. Interferenzpigmente, eingesetzt werden. Ergänzend wird auf Römpp
Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 176,
»Effektpigmente« und Seiten 380 und 381 »Metalloxid-Glimmer-Pigmente« bis
»Metallpigmente«, verwiesen.
Beispiele für geeignete anorganische farbgebende Pigmente sind Titandioxid, Eisenoxide,
Sicotransgelb und Ruß. Beispiele für geeignete organische farbgebende Pigmente sind
Thioindigopigmente Indanthrenblau, Cromophthalrot, Irgazinorange und Heliogengrün.
Ergänzend wird auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998,
Seiten 180 und 181, »Eisenblau-Pigmente« bis »Eisenoxidschwarz«, Seiten 451 bis 453
»Pigmente« bis »Pigmentsvolumenkonzentration«, Seite 563 »Thioindigo-Pigmente« und
Seite 567 »Titandioxid-Pigmente« verwiesen.
Desweiteren kann der erfindungsgemäße Dual-Cure-Beschichtungsstoff, insbesondere als
Füller, organische und anorganische Füllstoffe in üblichen und bekannten, wirksamen
Mengen enthalten. Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Kreide, Calciumsulfat,
Bariumsulfat, Silikate wie Talk oder Kaolin, Kieselsäuren, Oxide wie Aluminiumhydroxid
oder Magnesiumhydroxid oder organische Füllstoffe wie Textilfasern, Cellulosefasern,
Polyethylenfasern oder Holzmehl. Ergänzend wird auf Römpp Lexikon Lacke und
Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 250 ff., "Füllstoffe", verwiesen.
Diese Pigmente und Füllstoffe können auch über Pigmentpasten in die erfindungsgemäßen
Dual-Cure-Beschichtungsstoffe eingearbeitet werden.
Die vorstehend beschriebenen Pigmente und Füllstoffe entfallen, wenn die
erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe in ihrem ganz besonders bevorzugten
Verwendungszweck als Klarlacke verwendet werden.
Beispiele geeigneter Zusatzstoffe, welche sowohl in den erfindungsgemäßen Klarlacken,
Füllern, Basislacken und Decklacken vorhanden sein können, sind
- - übliche und bekannte oligomere und polymere Bindemittel wie thermisch härtbare lineare und/oder verzweigte und/oder blockartig, kammartig und/oder statistisch aufgebaute Poly(meth)acrylate oder Acrylatcopolymerisate, Polyester, Alkyde, Polyurethane, acrylierte Polyurethane, acrylierte Polyester, Polylactone, Polycarbonate, Polyether, Epoxidharz-Amin-Addukte, (Meth)Acrylatdiole, partiell verseifte Polyvinylester oder Polyharnstoffe;
- - übliche und bekannte thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung härtbare Reaktivverdünner wie stellungsisomere Diethyloctandiole oder Hydroxylgruppen enthaltende hyperverzweigte Verbindungen oder Dendrimere, di- oder höherfunktionelle (Meth)Acrylate wie Trimethylolpropan-tri(meth)acrylat, oder (Meth)Acrylatgruppen enthaltende Polyisocyanate;
- - zusätzliche Vernetzungsmittel wie Anhydridgruppen enthaltende Verbindungen oder Harze, Epoxidgruppen enthaltende Verbindungen oder Harze, Tris(alkoxycarbonylamino)triazine, Carbonatgruppen enthaltende Verbindungen oder Harze, blockierte und/oder unblockierte Polyisocyanate, beta- Hydroxyallcylamide sowie Verbindungen mit im Mittel mindestens zwei zur Umesterung befähigten Gruppen, beispielsweise Umsetzungsprodukte von Malonsäurediestern und Polyisocyanaten oder von Estern und Teilestern mehrwertiger Alkohole der Malonsäure mit Monoisocyanaten, wie sie der europäischen Patentschrift EP 0 596 460 A1 beschrieben werden;
- - niedrig siedende und/oder hochsiedende organische Lösemittel ("lange Lösemittel");
- - UV-Absorber und/oder andere Lichtschutzmittel wie Benztriazole oder Oxalanilide oder Radikalfänger wie HALS-Verbindungen;
- - Photoinitiatoren wie solche vom Norrish II-Typ, deren Wirkungsmechanismus auf einer intramolekularen Variante der Wasserstoff-Abstraktionsreaktionen beruht, wie sie in vielfältiger Weise bei photochemischen Reaktionen auftreten (beispielhaft sei hier auf Römpp Chemie Lexikon, 9. erweiterte und neubearbeitete Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, Bd. 4, 1991, verwiesen) oder kationische Photoinitiatoren (beispielhaft sei hier auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1998, Seiten 444 bis 446, verwiesen), insbesondere Benzophenone, Benzoine oder Benzoinether oder Phosphinoxide;
- - thermolabile radikalische Initiatoren wie organische Peroxide, organische Azoverbindungen oder C-C-spaltende Initiatoren wie Dialkylperoxide, Peroxocarbonsäuren, Peroxodicarbonate, Peroxidester, Hydroperoxide, Ketonperoxide, Azodinitrile oder Benzpinakolsilylether;
- - Katalysatoren für die Vernetzung wie Dibutylzinndilaurat, Lithiumdecanoat oder Zinkoctoat oder starke Säuren wie organische Sulfonsäuren, die gegebenenfalls mit Ammen blockiert sind;
- - Entlüftungsmittel, wie Diazadicycloundecan;
- - Slipadditive;
- - Polymerisationsinhibitoren;
- - Entschäumer;
- - Emulgatoren, insbesondere nicht ionische Emulgatoren wie alkoxylierte Alkanole, Polyole, Phenole und Alkylphenole oder anionische Emulgatoren wie Alkalisalze oder Ammoniumsalze von Alkancarbonsäuren, Alkansulfonsäuren, und Sulfosäuren von alkoxylierten Alkanolen, Polyolen, Phenolen und Alkylphenolen;
- - Netzmittel wie Siloxane, fluorhaltige Verbindungen, Carbonsäurehalbester, Phosphorsäureester, Polyacrylsäuren und deren Copolymere oder Polyurethane;
- - Haftvermittler wie Tricyclodecandimethanol;
- - Verlaufmittel;
- - filmbildende Hilfsmittel wie Cellulose-Derivate;
- - transparente Füllstoffe auf der Basis von Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid; ergänzend wird noch auf das Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, Seiten 250 bis 252, verwiesen;
- - rheologiesteuernde Additive, wie die aus den Patentschriften WO 94/22968, EP 0 276 501 A1, EP 0 249 201 A1 oder WO 97/12945 bekannten; vernetzte polymere Mikroteilchen, wie sie beispielsweise in der EP 0 008 127 A1 offenbart sind; anorganische Schichtsilikate wie Aluminium-Magnesium-Silikate, Natrium-Magnesium- und Natrium-Magnesium-Fluor-Lithium-Schichtsilikate des Montmorillonit-Typs; Kieselsäuren wie Aerosile; oder synthetische Polymere mit ionischen und/oder assoziativ wirkenden Gruppen wie Polyvinylalkohol, Poly(meth)acrylamid, Poly(meth)acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Styrol-Maleinsäureanhydrid- oder Ethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere und ihre Derivate oder hydrophob modifizierte ethoxylierte Urethane oder Polyacrylate;
- - Flammschutzmittel und/oder
- - Mattierungsmittel wie Magnesiumstearat.
Weitere Beispiele geeigneter Zusatzstoffe werden in dem Lehrbuch "Lackadditive" von
Johan Bieleman, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, beschrieben.
Die vorstehend beschriebenen Zusatzstoffe können auch in den erfindungsgemäßen -
Klebstoffen und Dichtungsmassen vorhanden sein, sofern sie sich für diese
Verwendungszwecke eignen, was der Fachmann anhand seines allgemeinen Fachwissens
leicht feststellen kann.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und
Dichtungsmassen weist keine Besonderheiten auf, sondern erfolgt in üblicher und
bekannter Weise durch Vermischen der vorstehend beschriebenen Bestandteile in
geeigneten Mischaggregaten wie Rührkessel, Dissolver, Rührwerksmühlen oder Extruder
nach den für die Herstellung der jeweiligen erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe,
Klebstoffe und Dichtungsmassen geeigneten Verfahren.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe dienen der Herstellung der erfindungsgemäßen
Klebschichten auf grundierten und ungrundierten Substraten.
Die erfindungsgemäßen Dichtungsmassen dienen der Herstellung der erfindungsgemäßen
Dichtungen auf und/oder in grundierten und ungrundierten Substraten.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe dienen insbesondere der Herstellung ein- oder
mehrschichtiger Klarlackierungen und/oder farb- und/oder effektgebender
Mehrschichtlackierungen auf grundierten und ungrundierten Substraten. Die
erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe erweisen sich bei diesen Verwendungen als
besonders vorteilhaft. Ganz besondere Vorteile resultieren bei ihrer Verwendung zur
Herstellung von Klarlackierungen, insbesondere im Rahmen des sogenannten Naß-in-naß-
Verfahrens, bei dem ein Basislack, insbesondere ein Wasserbasislack, auf das grundierte
oder ungrundierte Substrat appliziert und getrocknet, indes nicht gehärtet wird, wonach
man auf die Basislackschicht einen erfindungsgemäßen Klarlack, insbesondere einen
erfindungsgemäßen Pulverslurryklarlack appliziert und die resultierende Klarlackschicht
gemeinsam mit der Basislackschicht thermisch und mit aktinischer Strahlung härtet.
Als Substrate kommen alle zu lackierenden Oberflächen, die durch eine Härtung der
hierauf befindlichen Schichten unter der kombinierten Anwendung von Hitze und
aktinischer Strahlung nicht geschädigt werden, in Betracht.
Geeignete Substrate bestehen aus Metallen, Kunststoffen, Holz, Keramik, Stein, Textil,
Faserverbunden, Leder, Glas, Glasfasern, Glas- und Steinwolle, mineral- und
harzgebundenen Baustoffen, wie Gips- und Zementplatten oder Dachziegel, sowie
Verbunden dieser Materialien.
Demnach sind die erfindungsgemäßen Lackierungen, Klebschichten oder Dichtungen auch
für Anwendungen außerhalb der Automobilerstlackierung und der Autoreparaturlackierung
geeignet. Hierbei kommen sie insbesondere für die Lackierung, das Verkleben und/oder
das Abdichten von Möbeln, Fenstern und Türen, von Bauwerken im Innen- und
Außenbereich und für die industrielle Lackierung, inklusive Coil Coating, Container
Coating und die Imprägnierung oder Beschichtung elektrotechnischer Bauteile, in
Betracht. Im Rahmen der industriellen Lackierung eignen sie sich für die Lackierung, das
Verkleben und/oder das Abdichten praktisch aller Teile für den privaten oder industriellen
Gebrauch wie Radiatoren, Haushaltsgeräte, Kleinteile aus Metall wie Schrauben und
Muttern, Radkappen, Felgen, Emballagen oder elektrotechnische Bauteile wie
Motorwicklungen oder Transformatorwicklungen.
Im Falle elektrisch leitfähiger Substrate können Grundierungen verwendet werden, die in
üblicher und bekannter Weise aus Elektrotauchlacken (ETL) hergestellt werden. Hierfür
kommen sowohl anodische (ATL) als auch kathodische (KTL) Elektrotauchlacke,
insbesondere aber KTL, in Betracht.
Es können auch grundierte oder ungrundierte Kunststoffteile aus z. B. ABS, AMMA,
ASA, CA, CAB, EP, UF, CF, MF, MPF, PF, PAN, PA, PE, HDPE, LDPE, LLDPE,
UHMWPE, PC, PC/PBT, PC/PA, PET, PMMA, PP, PS, SB, PUR, PVC, RF, SAN, PBT,
PPE, POM, PUR-RIM, SMC, BMC, PP-EPDM und UP (Kurzbezeichnungen nach DIN
7728T1) lackiert, geklebt oder abgedichtet werden. Im Falle von nichtfunktionalisierten
und/oder unpolaren Substratoberflächen können diese vor der Beschichtung in bekannter
Weise einer Vorbehandlung, wie mit einem Plasma oder mit Beflammen, unterzogen oder
mit einer Hydrogrundierung versehen werden.
Die Applikation der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und
Dichtungsmassen, insbesondere der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe, kann durch
alle üblichen Applikationsmethoden, wie z. B. Spritzen, Rakeln, Streichen, Gießen,
Tauchen, Tränken, Träufeln oder Walzen erfolgen. Dabei kann das zu beschichtende
Substrat als solches ruhen, wobei die Applikationseinrichtung oder -anlage bewegt wird.
Indes kann auch das zu beschichtende Substrat, insbesondere ein Coil, bewegt werden,
wobei die Applikationsanlage relativ zum Substrat ruht oder in geeigneter Weise bewegt
wird.
Vorzugsweise werden Spritzapplikationsmethoden angewandt, wie zum Beispiel
Druckluftspritzen, Airless-Spritzen, Hochrotation, elektrostatischer Sprühauftrag (ESTA),
gegebenenfalls verbunden mit Heißspritzapplikation wie zum Beispiel Hot-Air-
Heißspritzen. Die Applikationen kann bei Temperaturen von max. 70 bis 80°C
durchgeführt werden, so daß geeignete Applikationsviskositäten erreicht werden, ohne daß
bei der kurzzeitig einwirkenden thermischen Belastung eine Veränderung oder
Schädigungen des Beschichtungsstoffs und seines gegebenenfalls wiederaufzubereitenden
Overspray eintreten. So kann das Heißspritzen so ausgestaltet sein, daß der
Beschichtungsstoff nur sehr kurz in der oder kurz vor der Spritzdüse erhitzt wird.
Die für die Applikation verwendete Spritzkabine kann beispielsweise mit einem
gegebenenfalls temperierbaren Umlauf betrieben werden, der mit einem geeigneten
Absorptionsmedium für den Overspray, z. B. dem Beschichtungsstoff selbst, betrieben
wird.
Bevorzugt wird die Applikation bei Beleuchtung mit sichtbarem Licht einer Wellenlänge
von über 550 nm oder unter Lichtausschluß durchgeführt. Hierdurch werden eine stoffliche
Änderung oder Schädigung des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs und des
Overspray vermieden.
Im allgemeinen werden die Füllerlackschicht, Decklackschicht, Basislackschicht und
Klarlackschicht in einer Naßschichtdicke appliziert, daß nach ihrer Aushärtung Schichten
mit der für ihre Funktionen notwendigen und vorteilhaften Schichtdicken resultieren. Im
Falle der Füllerschicht liegt diese Schichtdicke bei 10 bis 150, vorzugsweise 15 bis 120,
besonders bevorzugt 20 bis 100 und insbesondere 25 bis 90 µm, im Falle der
Decklackierung liegt sie bei 5 bis 90, vorzugsweise 10 bis 80, besonders bevorzugt 15 bis
60 und insbesondere 20 bis 50 µm, im Falle der Basislackierung liegt sie bei 5 bis 50,
vorzugsweise 10 bis 40, besonders bevorzugt 12 bis 30 und insbesondere 15 bis 25 µm,
und im Falle der Klarlackierungen liegt sie bei 10 bis 100, vorzugsweise 15 bis 80,
besonders bevorzugt 20 bis 70 und insbesondere 25 bis 60 µm.
Die Aushärtung kann nach einer gewissen Ruhezeit erfolgen. Sie kann eine Dauer von 30 s
bis 2 h, vorzugsweise 1 min bis 1 h und insbesondere 1 min bis 30 min haben. Die
Ruhezeit dient beispielsweise zum Verlauf und zur Entgasung der applizierten Schichten
oder zum Verdunsten von flüchtigen Bestandteilen wie Lösemittel oder Wasser. Die
Ruhezeit kann durch die Anwendung erhöhter Temperaturen bis 80°C unterstützt und/oder
verkürzt werden, sofern hierbei keine Schädigungen oder Veränderungen der applizierten
Schichten eintreten, etwa eine vorzeitige vollständige Vernetzung.
Erfindungsgemäß erfolgt die Aushärtung mit aktinischer Strahlung, insbesondere mit UV-
Strahlung, und/oder Elektronenstrahlen. Gegebenenfalls kann sie mit aktinischer Strahlung
von anderen Strahlenquellen durchgeführt oder ergänzt werden. Im Falle von
Elektronenstrahlen wird vorzugsweise unter Inertgasatmosphäre gearbeitet. Dies kann
beispielsweise durch Zuführen von Kohlendioxid und/oder Stickstoff direkt an die
Oberfläche der applizierten Schichten gewährleistet werden.
Auch im Falle der Härtung mit UV-Strahlung kann, um die Bildung von Ozon zu
vermeiden, unter Inertgas gearbeitet werden.
Für die Härtung mit aktinischer Strahlung werden die üblichen und bekannten
Strahlenquellen und optischen Hilfsmaßnahmen angewandt. Beispiele geeigneter
Strahlenquellen sind Quecksilberhoch- oder -niederdruckdampflampen, welche
gegebenenfalls mit Blei dotiert sind, um ein Strahlenfenster bis zu 405 nm zu öffnen, oder
Elektronenstrahlquellen. Deren Anordnung ist im Prinzip bekannt und kann den
Gegebenheiten des Werkstücks und der Verfahrensparameter angepaßt werden. Bei
kompliziert geformten Werkstücken wie Automobilkarosserien können die nicht direkter
Strahlung zugänglichen Bereiche (Schattenbereiche) wie Hohlräume, Falzen und anderen
konstruktionsbedingte Hinterschneidungen mit Punkt-, Kleinflächen- oder
Rundumstrahlern, verbunden mit einer automatischen Bewegungseinrichtung für das
Bestrahlen von Hohlräumen oder Kanten, ausgehärtet werden.
Die Anlagen und Bedingungen dieser Härtungsmethoden werden beispielsweise in R.
Holmes, U. V. and E. B. Curing Formulations for Printing Inks, Coatings and Paints, SITA
Technology, Academic Press, London, United Kingdom 1984, beschrieben.
Hierbei kann die Aushärtung stufenweise erfolgen, d. h. durch mehrfache Belichtung oder
Bestrahlung mit aktinischer Strahlung. Dies kann auch alternierend erfolgen, d. h., daß
abwechselnd mit UV-Strahlung und Elektronenstrahlung gehärtet wird.
Auch die thermische Härtung weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern
erfolgt nach den üblichen und bekannten Methoden wie Erhitzen in einem Umluftofen oder
Bestrahlen mit IR-Lampen. Wie bei der Härtung mit aktinischer Strahlung kann auch die
thermische Härtung stufenweise erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt die thermische
Härtung bei einer Temperatur < 90°C, bevorzugt 90 bis 180°C, besonders bevorzugt 110
bis 160°C und insbesondere 120 bis 150°C während einer Zeit von 1 min bis zu 2 h,
besonders bevorzugt 2 min bis zu 1 h und insbesondere 3 min bis 30 min.
Thermische Härtung und Härtung mit aktinischer Strahlung können gleichzeitig oder
alternierend eingesetzt werden. Werden die beiden Härtungsmethoden alternierend
verwendet, kann beispielsweise mit der thermischen Härtung begonnen und mit der
Härtung mit aktinischer Strahlung geendet werden. In anderen Fällen kann es sich als
vorteilhaft erweisen, mit der Härtung mit aktinischer Strahlung zu beginnen und hiermit zu
enden. Der Fachmann kann die Härtungsmethode, welche für den jeweiligen Einzelfall am
vorteilhaftesten ist aufgrund seines allgemeinen Fachwissens gegebenenfalls unter
Zuhilfenahme einfacher Vorversuche ermitteln.
Die aus den erfindungsgemäßen Dual-Cure-Klebstoffen und -Dichtungsmassen
hergestellten erfindungsgemäßen Klebschichten und Dichtungen haben auch unter
extremen und/oder rasch wechselnden klimatischen Bedingungen eine hervorragende
Klebkraft und Dichtungsfähigkeit auch über lange Zeiträume hinweg.
Die aus den erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffen hergestellten erfindungsgemäßen
Beschichtungen weisen einen hervorragenden Verlauf und einen hervorragenden optischen
Gesamteindruck auf. Sie sind witterungsstabil und vergilben auch im tropischen Klima
nicht. Sie sind daher im Innen- und Außenbereich verwendbar.
Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens hergestellten farb-
und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen sind, was Farbe, Effekt, Glanz und
D.O.I. (distinctiveness of the reflected image) betrifft, von höchster optischer Qualität,
haben eine glatte, strukturfreie, harte, flexible und kratzfeste Oberfläche, sind witterungs-,
chemikalien- und etch-beständig, sie vergilben nicht und zeigen keine Rißbildung und
Delamination der Schichten.
Daher weisen auch die erfindungsgemäßen grundierten und ungrundierten Substrate,
insbesondere Karosserien von Automobilen und Nutzfahrzeugen, industrielle Bauteile,
inklusive Kunstsstoffteile, Emballagen, Coils und elektrische Bauteile, oder Möbel, die mit
mindestens einer erfindungsgemäßen Beschichtung beschichtet, mindestens einer
erfindungsgemäßen Dichtung abgedichtet und/oder mit mindestens einem
erfindungsgemäßen Klebstoff verklebt sind, besondere technische und wirtschaftliche
Vorteile, insbesondere eine lange Gebrauchsdauer auf, was sie für die Anwender besonders
attraktiv macht.
Die Herstellung des Allophanats erfolgte gemäß der deutschen Patentschrift DE-A-198 60 041,
Experimenteller Teil 1.1, Produkt Nr. 6. Hierzu wurde Hexamethylendiisocyanat
unter Stickstoffbedeckung mit 40 Mol-% (bezogen auf das Isocyanat) 2-
Hydroxyethylacrylat vermischt und auf 80°C erwärmt. Nach Zugabe von 200 Gew.-ppm
(bezogen auf das Isocyanat) N,N,N-Trimethyl-N-(2-hydroxypropyl)ammonium-2-
ethylhexanoat wurde die Reaktionsmischung langsam auf 120°C erhitzt und bei dieser
Reaktionstemperatur gehalten. Bei einem Isocyanatgehalt der Reaktionsmischung von 13,5 Gew.-%
wurde die Reaktion durch Zugabe von 250 Gew.-ppm (bezogen auf das Isocyanat)
Di(2-ethylhexyl)phosphat gestoppt. Die Reaktionsmischung wurde dann im
Dünnschichtverdampfer bei 135°C und 2,5 mbar von nichtumgesetztem
Hexamethylendiisocyanat befreit. Das resultierende Allophanat hatte nach der Destillation
einen Isocyanatgehalt von 13,5 Gew.-% und eine Viskosität von 810 mPas bei 23°C.
In einem Rührkessel wurden 335 Gewichtsteile des Allophanats des Herstellbeispiels 1 in
der angegebenen Reihenfolge mit 30 Gewichtsteilen Hydroxypropylcarbamat, 50
Gewichtsteilen Cyclohexandimethanol, 8 Gewichtsteilen Hydroxyessigsäure und zum
Blockieren der überschüssigen Isocyanatgruppen mit 12 Gewichtsteilen n-Butanol
umgesetzt. Das resultierenden Polyurethan wies eine Säurezahl von 8,5 mg KOH/g auf. Es
wurde mit 11 Gewichtsteilen Triethylamin neutralisiert. Das neutralisierte Polyurethan
wurde in Wasser dispergiert, so daß ein Festkörpergehalt von 43 Gew.-% resultierte (1 h/
130°C).
Beispiel 1 wurde wiederholt, nur daß anstelle des Allophanats gemäß Herstellbeispiel 1
376 Gewichtsteile eines handelsüblichen Isocyanurats von Hexamethylendiisocyanat
(Desmodur® N 3300 der Firma Bayer AG) verwendet wurden.
Die erfindungsgemäßen Klarlacke 3 bis 6 wurden durch Vermischen der in der Tabelle 1
angegebenen Bestandteile in einem Dissolver (Drehzahl: 3.000 U/min;
Scheibendurchmesser: 3 cm; Dauer: 30 min) hergestellt. Bei den Beispielen 5 und 6
wurden das Aminoplastharz und der Katalysator vorgemischt und anschließend in die
Dispersion eingerührt.
- a) Polyethermodifiziertes Polydimethylsiloxan der Firma Byk
- b) 1-Hydroxy-cyclohexyl-phenylketon, 50%-ig in Texanol/Isopropanol 1 : 2 (Firma Ciba Additivs)
- c) Handelsübliches Aminoplastharz der Firma Cytec
- d) amingeblockte Benzolsulfonsäure (Nacure® 2500 der Firma King Industries)
Bei den Klarlacken der Beispiele 3 und 4 handelt es sich um thermisch selbstvernetzende
Klarlacke.
Bei den Klarlacken der Beispiele 5 und 6 handelt es sich um thermisch fremdvernetzende
Klarlacke.
Für das Beispiel 7 wurde der Klarlack 3, für das Beispiel 8 der Klarlack 4, für das Beispiel
9 der Klarlack 5 und für das Beispiel 10 der Klarlack 6 verwendet.
Auf mit einem handelsüblichen Elektrotauchlack (Cathoguard® 500 der Firma BASF
Coatings AG) kathodisch beschichteten Stahltafeln (Elektrotauchlackierung mit einer
Schichtdicke von 18-22 µm) wurde mit einer Becherpistole zunächst ein handelsüblicher
wäßriger Füller (Ecoprime® R130 der Firma BASF Coatings AG) appliziert und
eingebrannt. Es resultierte eine Füllerlackierung mit einer Schichtdicke von 35 bis 40 µm.
Anschließend wurde auf den Füller in gleicher Weise ein schwarzer Wasserbasislack
(Basislack nachtschwarz FV96-9400 der Firma BASF Coatings AG) appliziert und
während 10 min bei 80°C vorgetrocknet. Nach dem Abkühlen der Tafeln wurde jeweils
jeweils eine Schicht aus Klarlacken 3 bis 6 mit einer Becherpistole in einer
Naßschichtdicke von 150 µm aufgetragen und während 10 min bei Raumtemperatur
abgelüftet und während 2 min bei Raumtemperatur vorgetrocknet (Naß-in-naß-Verfahren).
Anschließend wurden die Prüftafeln mit UV-Strahlung mit einer Dosis von 1.500 mJ/cm2
bestrahlt. Danach wurden sie während 30 min bei 150°C eingebrannt (Dual Cure). Es
resultierte eine Basislackierung einer Trockenschichtdicke von 16 µm und eine
Klarlackierung einer Trockenschichtdicke von 45 µm.
Die Kratzfestigkeit wurde nach dem Sandtest bestimmt. Hierzu wurden die
Lackoberflächen mit Sand belastet (20 g Quarz-Silbersand 1,5-2,0 mm). Der Sand wurde in
Becher (Boden plan abgeschnitten) gegeben, die fest auf den Prüftafeln der Beispiele 7 bis
10 befestigt wurden. Mittels eines Motorantriebes wurde die Prüftafeln mit den Bechern
und dem Sand in Schüttelbewegungen versetzt. Die Bewegung des losen Sandes
verursachte dabei die Beschädigung der Lackoberflächen (100 Doppelhübe in 20 s). Nach
der Sandbelastung wurden die Prüfflächen vom Abrieb gereinigt, unter einem kalten
Wasserstrahl vorsichtig abgewischt und anschließend mit Druckluft getrocknet. Gemessen
wurde der Glanz nach DIN 67530 vor und nach Beschädigung (Meßrichtung senkrecht zur
Kratzrichtung). Die Tabelle 2 gibt einen Überblick über die erhaltenen Ergebnisse.
Der Sandtest untermauerte die hohe Kratzfestigkeit der erfindungsgemäßen
Mehrschichtlackierungen der Beispiele 9 und 10. Die aus den thermisch
selbstvernetzenden Klarlacken 3 und 4 hergestellten Mehrschichtlackierungen erreichen
nicht ganz das hohe Niveau.
Für das Beispiel 11 wurde der Klarlack 3, für das Beispiel 12 der Klarlack 4, für das
Beispiel 13 der Klarlack 5 und für das Beispiel 14 der Klarlack 6 verwendet.
Für die Beispiele 11 bis 14 wurden die Klarlacke 3 bis 6 auf Prüftafel appliziert, wie sie
üblicherweise für die Messung der Mikroeindringhärte verwendet werden. Es wurden für
die Aushärtung dieselben Bedingungen wie bei den Beispielen 7 bis 10 angewandt. Die
Trockenschichtdicke der erfindungsgemäßen Klarlackierungen 11 bis 14 lag bei 45 µm.
Die in der Tabelle 3 zusammengestellten Ergebnisse belegen die gute mechanische
Stabilität der Klarlackierungen 11 und 12, die aus den thermisch selbstvernetzenden
Klarlacken 3 und 4 hergestellten worden waren. Durch die Verwendung von
Vernetzungsmitteln konnte das Niveau noch signifikant gesteigert werden (vgl. die
Beispiele 13 und 14).
- 1. I Universalhärte bei 25,6 mN (N/mm2)
- 2. II Standardabweichung der Universalhärte
- 3. III mittlere Eindringtiefe (µm)
- 4. IV relative elastische Tiefenrückfederung (%)
- 5. V Kriechverhalten bei 25,6 mN (%)
- 6. VI Kriechverhalten bei 0,4 mN (%)
Für das Beispiel 15 wurde der Klarlack 3, für das Beispiel 16 der Klarlack 4, für das
Beispiel 17 der Klarlack 5 und für das Beispiel 18 der Klarlack 6 verwendet.
Für die Beispiele 15 bis 18 wurden die Klarlacke 3 bis 6 auf Stahltafeln mit weißen
Basislackierungen appliziert. Es wurden für die Aushärtung dieselben Bedingungen wie
bei den Beispielen 7 bis 10 angewandt. Die Trockenschichtdicke der erfindungsgemäßen
Klarlackierungen 11 bis 14 lag bei 45 µm.
Die Tabelle 4 gibt einen Überblick über die Neigung der Klarlackierungen 11 bis 14, zu
vergilben. Die Vergilbungsbeständigkeit wurde mittels farbmetrischer
Gelbwertbestimmung nach der Cielab-Methode bestimmt. Die Ergebnisse belegen die
hohe Vergilbungsbeständigkeit.
Claims (29)
1. Wäßrige Dispersion, die mindestens ein Polymer mit im statistischen Mittel
- a) mindestens einer primären und/oder sekundären Carbamatgruppe,
- b) mindestens einer funktionellen Gruppe mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung und
- c) mindestens einer dispergierenden ionischen funktionellen Gruppe
2. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
dispergierenden ionischen funktionellen Gruppen in einer Menge vorhanden sind, daß,
bezogen auf den Festkörper der Dispersion, eine Säurezahl oder Aminzahl von 3,0 bis
100 mg KOH/g resultiert.
3. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
dispergierenden ionischen funktionellen Gruppen anionische Gruppen sind.
4. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Neutralisationsgrad der dispergierenden ionischen funktionellen Gruppen
mindestens 60 Mol-% beträgt.
5. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Neutralisationsgrad mindestens 95 Mol-% beträgt.
6. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
primäre Carbamatgruppen verwendet werden.
7. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Polymer im statistischen Mittel mindestens zwei Carbamatgruppen enthält.
8. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Polymer
- a) mindestens eine isocyanatreaktive funktionelle Gruppe
9. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als
isocyanatreaktive funktionelle Gruppen Thiol-, Hydroxyl- und/oder primäre und/oder
sekundäre Aminogruppen verwendet werden.
10. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
als mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindungen Kohlenstoff-Wasserstoff-
Einzelbindungen oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Sauerstoff-,
Kohlenstoff-Stickstoff-, Kohlenstoff-Phosphor- oder Kohlenstoff-Silizium-
Einzelbindungen oder -Doppelbindungen verwendet werden.
11. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoff-
Kohlenstoff-Doppelbindungen verwendet werden.
12. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Doppelbindungen als (Meth)Acrylat-, Ethacrylat-, Crotonat-, Cinnamat-, Vinylether-,
Vinylester-, Dicyclopentadienyl-, Norbornenyl-, Isoprenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-,
Allyl- oder Butenylgruppen; Dicyclopentadienyl-, Norbornenyl-, Isoprenyl-,
Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylethergruppen oder Dicyclopentadienyl-,
Norbornenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylestergruppen vorliegen.
13. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
als dispergierende anionische funktionelle Gruppen Carboxylat-, Sulfonat- und/oder
Phosphonatgruppen verwendet werden.
14. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
als Polymer mindestens ein Polyurethan verwendet wird.
15. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethan
herstellbar ist, indem man
- A) mindestens ein aliphatisches Polyisocyanat mit einer Isocyanatfunktionalität von 2,0 bis 6,0 mit
- B) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer isocyanatreaktiven funktionellen Gruppe sowie mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung,
- C) mindestens einer niedermolekularen aliphatischen Verbindung mit mindestens zwei isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen,
- D) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer isocyanatreaktiven funktionellen Gruppe und mindestens einer dispergierenden potentiell ionischen funktionellen Gruppe,
- E) mindestens einem Neutralisationsmittel für die dispergierenden potentiell ionischen funktionellen Gruppen der Verbindung (D) und
- F) mindestens einer Verbindung mit mindestens einer primären und/oder sekundären Carbamatgruppe und/oder mindestens einer funktionellen Gruppe, die in eine Carbamatgruppen überführt werden kann, und mindestens einer isocyanatreaktiven Gruppe sowie gegebenenfalls
- G) mindestens einer von den Verbindungen (B) bis (F) verschiedenen Verbindung mit einer isocyanatreaktiven funktionellen Gruppe
16. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als
Verbindungen (A) Isocyanurat-, Biuret-, Allophanat-, Iminooxadiazindion-, Urethan-,
Harnstoff-, Carbodiimid- und/oder Uretdiongruppen aufweisende aliphatische
Polyisocyanate verwendet werden.
17. Wäßrige Dispersion nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Allophanat-
und/oder Isocyanuratgruppen aufweisende Polyisocyanate (A) auf Basis von
Hexamethylendiisocyanat verwendet werden.
18. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Verbindungen (B) Allylalkohol, 4-Butylvinylether, Hydroxyalkyl- und
Hydroxycycloalkylester der (Meth)Acrylsäure und/oder Umsetzungsprodukte aus
cyclischen Estern und Hydroxyalkyl- und Hydroxycycloalkylester der
(Meth)Acrylsäure verwendet.
19. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Verbindungen (C) Polyole, Polyamine und/oder Aminoalkohole
verwendet.
20. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Verbindungen (D) Mercapto-, Hydroxy-, Amino- oder
Iminocarbonsäuren, -phosphonsäuren oder -sulfonsäuren verwendet.
21. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
daß man dispergierende (potentiell) anionische funktionelle Gruppen und als
Neutralisationsmittel (E) organische Amine verwendet werden.
22. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Verbindungen (F) Hydroxyalkylcarbamate verwendet.
23. Wäßrige Dispersion nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Verbindungen (G) Alkohole und/oder Monoamine verwendet.
24. Verwendung der wäßrigen Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 für die
Herstellung von Beschichtungsstoffen, Klebstoffen und Dichtungsmassen.
25. Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsstoffe
zur Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Klarlackierungen und/oder farb-
und/oder effektgebenden Lackierungen verwendet werden.
26. Verwendung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beschichtungsstoffe als Füller, Unidecklacke, Basislacke und/oder Klarlacke
verwendet werden.
27. Verwendung nach einem der Anspruch 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen mindestens ein Aminoplastharz
als Vernetzungsmittel enthalten.
28. Verwendung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Aminoplastharze
Melaminharze, Guanaminharze und/oder Harnstoffharze verwendet werden.
29. Verwendung nach einem der Anspruch 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen mindestens eine mit Aminen
blockierte organische Sulfonsäure als Katalysator enthalten.
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