DE3612442A1 - Verfahren zur herstellung von uv-gehaerteten deckend pigmentierten beschichtungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von uv-gehaerteten deckend pigmentierten beschichtungenInfo
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- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D167/00—Coating compositions based on polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D167/06—Unsaturated polyesters having carbon-to-carbon unsaturation
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
UV-gehärteten deckend pigmentierten Beschichtungen mit
hoher Kratzfestigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit auf
Basis ungesättigter Polyester, die frei von copolymerisierbaren
Monomeren (wie z. B. Styrol) sind. Das Verfahren
eignet sich insbesondere zur Beschichtung von Holz, holzähnlichen
Werkstoffen und Kunststoffolien.
Die Herstellung von UV-gehärteten deckend pigmentierten
Beschichtungen hat seit jeher schwerwiegende Probleme aufgeworfen,
die bislang nicht gelöst werden konnten, weil
das deckende Pigment die UV-Strahlen nicht in tiefere
Schichten vordringen läßt. Man hat deshalb Kompromisse
angestrebt, die sich jedoch auf dem Markt nicht durchsetzen
konnten. So ist bereits vorgeschlagen worden, UV-härtbaren
ungesättigten Polyesterharzen unverträgliche
Polymerisate zuzusetzen, um durch die aus den unterschiedlichen
Brechungsindices resultierende Opazität eine
deckende Beschichtung vorzutäuschen (DE-OS 24 26 602),
durch Einschluß von Mikroblasen in die Beschichtung einen
deckenden Effekt zu erreichen (J. Paint Technol. 45, No.
584 (1973), 73) und
anstelle von Pigmenten Füllstoffe mit sehr geringem Deckvormögen
zu verwenden und dadurch einen Durchtritt der
UV-Strahlen in tiefere Schichten zu ermöglichen (DE-AS
16 21 820).
Die auf diese Weise erhältlichen Beschichtungen besitzen
keine ausreichende Deckkraft oder ungenügende Elastizität.
Ein weiteres Problem ist die oft unzureichende Lagerstabilität
der Beschichtungsmittel.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß Beschichtungsmittel
auf Basis einer Kombination aus 1) sog. lufttrocknenden
Polyestern, die frei von copolymerisierbaren Monomeren
sind, und 2) Cellulosenitrat, gegebenenfalls gelöst
in einem inerten organischen Lösungsmittel, zur Herstellung
UV-gehärteter deckend pigmentierter Beschichtungen
eingesetzt werden können, wenn man neben UV-Initiatoren
zusätzlich Hydroperoxide verwendet. Solche Formulierungen
können Standzeiten von ca. 5 Stunden bei
Raumtemperatur aufweisen und nach einer Abdunstzeit von
z. B. 2 bis 3 Minuten bei 50 bis 70°C direkt unter UV-Bestrahlung,
z. B. mit Quecksilberdampf-Hochdruckstrahlern,
ausgehärtet werden.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung
UV-gehärteter deckend pigmentierter Beschichtungen,
wonach man einen Polyesterlack aus
100 Gewichtsteilen lufttrocknendem Polyester,
0,1 bis 10, vorzugsweise 0,2 bis 4, Gewichtsteilen Cellulosenitrat,
0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf Cellulosenitrat, Weichmacher für Cellulosenitrat,
10 bis 150 Gewichtsteilen Pigment,
1 bis 10 Gewichtsteilen Hydoperoxid als Initiator,
0,005 bis 1 Gewichtsteil Sikkativ,
0,5 bis 5 Gewichtsteilen Fotoinitiator und gegebenenfalls üblichen Zusätzen,
in einer Menge von 60 bis 150 g/m² auf das Substrat aufbringt, den Lackfilm 1 bis 5, vorzugsweise 2 bis 3 Minuten bei einer Temperatur von 60 bis 75°C, vorgeliert und dann unter UV-Bestrahlung aushärtet.
0,1 bis 10, vorzugsweise 0,2 bis 4, Gewichtsteilen Cellulosenitrat,
0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf Cellulosenitrat, Weichmacher für Cellulosenitrat,
10 bis 150 Gewichtsteilen Pigment,
1 bis 10 Gewichtsteilen Hydoperoxid als Initiator,
0,005 bis 1 Gewichtsteil Sikkativ,
0,5 bis 5 Gewichtsteilen Fotoinitiator und gegebenenfalls üblichen Zusätzen,
in einer Menge von 60 bis 150 g/m² auf das Substrat aufbringt, den Lackfilm 1 bis 5, vorzugsweise 2 bis 3 Minuten bei einer Temperatur von 60 bis 75°C, vorgeliert und dann unter UV-Bestrahlung aushärtet.
Bevorzugte lufttrocknende Polyester sind Polykondensationsprodukte
mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten
Dicarbonsäure mit in der Regel 4 oder 5 C-Atomen oder
deren esterbildenden Derivaten (z. B. ihren Anhydriden),
gegebenenfalls in Abmischung mit bis zu 200 Mol-%, bezogen
auf die ungesättigte Säurekomponente, einer oder mehrerer
aliphatischen gesättigten Dicarbonsäure mit 4 bis
10 C-Atomen oder cycloaliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäure
mit 8 bis 10 C-Atomen oder deren esterbildenden
Derivaten (z. B. ihren Anhydriden), mit mindestens
einer 3- oder höherwertigen Hydroxyverbindung mit 3 bis
8 C-Atomen, deren nicht zur Polykondensation eingesetzte
OH-Gruppen mindestens teilweise mit β, γ-ethylenisch ungesättigten
Alkoholen verethert sind, gegebenenfalls einer
oder mehreren 2-wertigen Hydroxyverbindungen mit 2 bis 8
C-Atomen und gegebenenfalls einer oder mehreren 1-wertigen
Hydroxyverbindungen mit 1 bis 18 C-Atomen - also Polyester,
wie sie z. B. in der DE-AS 10 24 654, der DE-PS
22 21 335 und in Wagner/Sarx, "Lackkunstharze", 5. Aufl.,
Carl Hanser Verlag, München 1971, S. 139, 140 beschrieben
sind.
Beispiele für bevorzugt zu verwendende ungesättigte Dicarbonsäuren
oder ihre Derivate sind Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid
und Fumarsäure. Verwendet werden können z. B.
jedoch auch Mesaconsäure, Citraconsäure, Itaconsäure oder
Chlormaleinsäure. Beispiele für die zu verwendenden aliphatischen
Dicarbonsäuren oder ihre Derivate sind Phtalsäure
und Phtalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Terephthalsäure,
Hexa- und Tetrahydrophthalsäure bzw. deren Anhydride,
Endomethylentetrahydrophthalsäure und deren Anhydrid,
Bernsteinsäure bzw. Bernsteisäureanhydrid und Bernsteinsäureester
und -chloride, Adipinsäure, Sebacinsäure. Um
schwer entflammbare Polyester herzustellen, können z.B.
Hexachlorendomethylentetrahydrophthalsäure, Tetrachlorphthalsäure
oder Tetrabromphthalsäure verwendet werden.
Als zweiwertige Hydroxylverbindungen können Ethylenglykol,
Propandiol-1,2, Propandiol-1,3, Diethylenglykol, Dipropylenglykol,
Butandiol-1,3, Butandiol-1,4, Neopentylglykol,
Hexandiol-1,6, 2,2-Bis(4-hydroxycyclohexyl)-propan, bisoxalkyliertes
Bisphenol A verwendet werden; zur Einführung
der β, γ-ethylenisch ungesättigten Ethergruppen bevorzugte
Hydroxyverbindungen sind Trimethylolpropanmono- und
-diallylether, Glycerinmono- und -diallylether sowie
Pentaerythritmono-, -di- und -triallylether geeignet. Die
erfindungsgemäß zu verwendenden Polyester enthalten vorzugsweise
mindestens 10 Gew.-%, insbesondere mindestens
20 Gew.-%, bezogen auf Polyester, Reste β, γ-ethylenisch
ungesättigter Ethergruppen.
Für die Herstellung des Polyesters bevorzugte einwertige
Hydroxyverbindungen sind Alkanole, Cycloalkanole und
Cycloalkanalkanole, z. B. n-Hexanol, n-Oxtanol, n-Decanol,
Laurol, Stearylalkohol, Hexahydrobenzylalkohol, vorzugsweise
verzweigte Alkanole, wie 2-Ethylhexanol-1 und
Isononanole.
Die Säurezahlen der Polyester sollen 1-40, vorzugsweise
10-30, die OH-Zahlen 10-100, vorzugsweise 20-50 und die
als Zahlenmittel bestimmten Molekulargewichte 300-5000,
vorzugsweise 500-2000, betragen.
Bevorzugte Cellulosenitrate sind üblichen Collodiumwollequalitäten,
d. h. Cellulosesalpetersäureester mit einem
Stickstoffgehalt von 10,2 bis 12,4 Gew.-%.
Dabei ist es für die Erfindung nicht wesentlich, ob es
sich bei der verwendeten Collodiumwolle um eine Butanol-,
Isopropanol-, Ethanol-, Methanol- oder Wasser-feuchte Form
handelt oder ob celluloidartige Massen (allgemeine Chips
genannt), also mit gelatinierenden Weichmachern, verwandt
werden.
Bevorzugte Weichmacher für Cellulosenitrate sind insbesondere
Phtalsäure- und Adipinsäureester von Alkoholen
mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, z. B. Dibutylphthalat,
Diisobutylcarbinylphthalat, Dicyclohexylphtalat,
Dioctylphthalat, Dibutylphthalat, Dioctyladipat, Phosphorsäureester
von Alkoholen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen,
z. B. Trikresylphosphat, Triphenylphosphat, Trioctylphosphat,
Kresylphenylphosphat, Dioctylphenylphosphat,
aber auch Diethylenglykolmonolaurat, Dipentaery
thrithexapropionat, 2-Methoxyethyl-acetyl-tributylaconitat,
Butoxy-ethyldiglykol-carbonat, Acetyltributylcitrat,
Triethylenglykol-pelargonat, Butyldiglykolcarbonat,
Polyethylenglykol-di-2-ethyl-hexoat, Triethylenglykol-di-
2-ethylbutyrat, Tributylcarballylat, Dibutylsebacat und
Benzolsulfonsäure-N-methylamid.
Als Pigmente können die für ungesättigte Polyesterlacke
üblichen, deckenden, anorganischen oder organischen Pigmente
wie Titandioxid, Ultramarinblau, Eisenoxide und
Phtalocyaninblau eingesetzt werden.
Bevorzugte Hydroperoxide sind beispielsweise tert.-Butyl-
hydroperoxid, Cumolhydroperoxid, Methylethylketonhydroperoxid,
Diisopropylbenzol-monohydroperoxid, Wasserstoffperoxid.
Sikkative sind z. B. Eisen-, Blei-, Cobalt- und Mangansalze
von Säuren wie Leinölfettsäuren, Tallölfettsäuren,
Sojafettsäuren, von Harzsäuren wie Abietinsäure und Naphthensäure
oder von Essigsäure oder Isooctansäure. Bevorzugt
werden Cobaltoctoat, Cobaltnaphthenat und Cobaltacetat.
Sikkative werden vorzugsweise in Form von organischen
Lösungen eingesetzt.
Als Fotoinitiatoren sind die für die Strahlenhärtung
hinlänglich bekannten Verbindungen geeignet, wie Ketone,
Diketone, α-Ketoalkohole und ihre Derivate. Bevorzugte
Fotoinitiatoren sind Benzoin und seine Derivate, wie z. B.
Benzoinether (DE-PS 16 94 149), Benzilketale und Hydroxyalkylphenone,
z. B. Benzoinisopropylether, Benzildimethylketal,
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-on und 1-Hy-
droxycyclohexyl-phenyl-keton.
Gegebenenfalls zu verwendende übliche Zusätze sind beispielsweise
Füllstoffe, Thixotropier-, Glätt-, Mattierungs-
und Verlaufmittel sowie organische Lösungsmittel,
wie z. B. Toluol, Xylol, Isopropanol, insbesondere Butylacetat.
Die Menge der organischen Lösungsmittel wird im
allgemeinen so gewählt, daß die Lacke eine geeignete
Verarbeitungsviskosität aufweisen.
Die Lacke eignen sich hervorragend zur Verarbeitung auf
den herkömmlichen, mit Gießmaschinen ausgerüsteten
Lackierstraßen. Weiter sind sie durch Walzen und Spritzen
applizierbar.
Die Prozentangaben der nachfolgenden Beispiele bedeuten
Gewichtsprozente, Teile sind Gewichtsteile.
Ungesättigter Polyester mit einer Säurezahl von 25, einer
OH-Zahl von 75 und einer Viskosität von 6000 mPa.s, gemessen
an einer 80%igen Lösung uns Butylacetat bei 20°C,
hergestellt aus 1 Mol Maleinsäureanhydrid, 0,85 Mol
Ethylenglykol, 0,15 Mol Propylenglykol und 0,3 Mol
Trimethylolpropandiallylether.
Die in der Tabelle aufgeführten Formulierungen*) wurden
in einer Menge von 90 g/m² auf einem auf 40°C vorgewärmten
Holzuntergrund aufgegossen. Zum Abdunsten des Lösungsmittels
wurde 3 Minuten auf 70°C erwärmt. Der Lackfilm wurde
anschließend unter UV-Bestrahlung (2 Quecksilberdampf-
Hochdruckstrahler mit je 80 Watt/cm, Strahlerabstand von
Lack 20 cm, Verarbeitungsgeschwindigkeit 3,5 m/Minute) gehärtet.
Die Beispiele 1-3 ergaben farblose, einwandfrei
wasser- und chemikalienfeste, harte und kratzfeste Lackierungen,
während das Vergleichsbeispiel zu einer gerunzelten,
nicht kratzfesten Lackierung führte.
*) Viskosität nach DIN 53 211 (DIN-Becher Nr. 4 bei 20°C) entsprechend einer Auslaufzeit von 60 sec
*) Viskosität nach DIN 53 211 (DIN-Becher Nr. 4 bei 20°C) entsprechend einer Auslaufzeit von 60 sec
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung UV-gehärteter deckend pigmentierter
Beschichtungen, wonach man einen Polyesterlack aus
100 Gewichtsteilen lufttrocknendem Polyester,
0,1 bis 10 Gewichtsteilen Cellulosenitrat,
0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf Cellulosenitrat, Weichmacher für Cellulosenitrat,
10 bis 150 Gewichtsteilen Pigment,
1 bis 10 Gewichtsteilen Hydroperoxid als Initiator,
0,005 bis 1 Gewichtsteilen Fotoinitiator und gegebenenfalls üblichen Zusätzen,
in einer Menge von 60 bis 150 g/m² auf das Substrat aufbringt, den Lackfilm 1 bis 5 Minuten bei einer Temperatur von 50 bis 80° vorgeliert und dann unter UV-Bestrahlung aushärtet.
100 Gewichtsteilen lufttrocknendem Polyester,
0,1 bis 10 Gewichtsteilen Cellulosenitrat,
0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf Cellulosenitrat, Weichmacher für Cellulosenitrat,
10 bis 150 Gewichtsteilen Pigment,
1 bis 10 Gewichtsteilen Hydroperoxid als Initiator,
0,005 bis 1 Gewichtsteilen Fotoinitiator und gegebenenfalls üblichen Zusätzen,
in einer Menge von 60 bis 150 g/m² auf das Substrat aufbringt, den Lackfilm 1 bis 5 Minuten bei einer Temperatur von 50 bis 80° vorgeliert und dann unter UV-Bestrahlung aushärtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wonach der Polyesterlack
0,2 bis 4 Gewichtsteile Cellusosenitrat pro 100 Gewichtsteile
Polyester enthält.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, wonach man den
Lackfilm 2 bis 3 Minuten vorgeliert.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1-3, wonach man den Lackfilm
bei 60 bis 75°C vorgeliert.
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