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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Lösungsmittel
basierende Polyurethan-Überzugszusammensetzungen
mit einem niedrigen VOC Wert (Gehalt an flüchtigen organischen Bestandteilen)
und insbesondere auf eine klare Überzugszusammensetzung
zum Nacharbeiten von Klarlack/Farblack Finish von Vehikeln, wie Kraftfahrzeugen
oder Lastwagen.
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Klarlack/Farblack
Finish für
Kraftfahrzeuge und Lastwagen sind in den vergangenen Jahren verwendet
worden und sind sehr populär.
Heutzutage werden derartige Finish durch ein Naß-Verfahren hergestellt, bei
dem der Farblack oder Basisüberzug,
der pigmentiert ist, aufgebracht wird und für eine kurze Zeitdauer getrocknet
aber nicht gehärtet
wird, und dann wird der Klarlack, der Schutz für den Farblack liefert und
das Aussehen des Gesamtfinish, wie Glanz und Bildunterscheidbarkeit,
verbessert, darüber
aufgetragen und beide werden zusammen gehärtet.
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Reparatur
von derartigen Klarlack/Farblack Finish, die beschädigt worden
sind, beispielsweise in einer Kollision, ist insofern schwierig
gewesen, als daß die
Klarlack-Nacharbeitungs-Zusammensetzungen mit niedrigem VOC Gehalt
bei gegenwärtiger
Verwendung, beispielsweise wie in Corcoran et al. U.S. Pat. Nr.
5
279 862 , erteilt 18. Januar 1994, Lamb et al. U.S. Pat.
Nr.
5 286 782 , erteilt 15. Februar 1994, und Anderson
et al. U.S. Pat. Nr.
5 354 797 , erteilt 11. Oktober
1994, kurze Staub-Trocknungszeiten haben, aber nichtsdestoweniger
viele Stunden benötigen,
zu einem ausreichend harten und wasserbeständigen Zustand bei Umgebungs- oder
leicht erhöhten
Temperaturen zu härten,
die geeignet für
Kraftfahrzeug-Nacharbeiten
sind, und das Kraftfahrzeug kann nicht außerhalb bewegt werden, Raum
in dem Autokörperreparaturladen
freizugeben, ohne Risiko von Wasserbeflecken, noch kann der Klarlack
zu einem hohen Glanzfinish an dem gleichen Anwendungstag geschliffen
werden (naß oder
trocken) oder glanzgeschliffen werden. Bei einem typischen Nacharbeitungsvorgang,
nachdem der Klarlack aufgebracht ist, wird der Klarlack dann auf
das Kraftfahrzeug aufgebracht, und man läßt das sich ergebende Finish
zu einem mindestens staubfreien Zustand trocknen, bevor das Kraftfahrzeug
aus dem Lackierbad bewegt wird, so daß ein anderes Kraftfahrzeug
lackiert werden kann. Bevor irgendeine weitere Arbeit an dem Finish
verrichtet werden kann, oder bevor das Kraftfahrzeug außerhalb
gelagert werden kann, zusätzlichen
Bodenraum freizugeben, muß das
Finish nicht nur staubfrei sein, so daß Staub und Schmutz nicht an
dem Finish kleben, es muß auch
ausreichend hart sein, zu schleifen oder glanzzuschleifen unter
Verbessern von Glanz oder unter Entfernen von geringeren Fehlern,
wie auch wasserbeständig
sein. Herkömmliche
Finish sind ungeeignet zum Härten
auf einen ausreichend harten und wasserbeständigen Zustand in einer relativ
kurzen Zeitdauer, und somit fehlt die Produktivität eines
Nacharbeitungsvorganges noch, weil die Kraftfahrzeuge nicht außerhalb
gelagert werden können
oder schnell nach Aufbringung des Finish weiterverarbeitet werden
können.
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Ein
verwendeter Approach zum Verbessern der anfänglichen Härte und Wasserbeständigkeit
einer Klarlackzusammensetzung bei Härten schließt Ersetzen eines Teils des
herkömmlichen
Polyisocyanat-Härtungsmittels
(wie Hexamethylendiisocyanat (HDI) Trimer) durch ein relativ hartes
oder starres Material, wie Isophorondiisocyanat (IPDI) Trimer, ein.
Unglücklicherweise
hat IPDI eine viel langsamere Härtungsrate
als diejenige von HDI. Folglich müssen diese Überzüge auf beträchtlich hohen Brenntemperaturen
und/oder hohen Spiegeln von herkömmlichen
Zinnkatalysatoren beruhen, die Härte
zu erzielen, die von dem IPDI Trimer geboten wird, zusätzlich zu
Wasserbeständikeit
in einer relativ kurzen Zeitdauer. Jedoch sind in der Kraftfahrzeug-Nacharbeitungsindustrie
hohe Brenntemperaturen unerwünscht,
da sie permanent eine Kraftfahrzeug-Polsterung, Verdrahtung, -Stereo,
-Kunststuffpuffer, etc. schädigen.
Hohe Zinnkatalysatorspiegel erzeugen andererseits bestimmte unerwünschte Nebenwirkungen,
wie verminderte Topfzeit und erhöhtes "Verdorren". Verdorren tritt
hauptsächlich
auf, wenn die Folie gebildet wird, bevor alle Lösungsmittel verdampft sind. Die
Lösungsmittel,
die eingefangen werden, erzeugen eine Spannung auf dem Film, da
sie eventuell Wegsprühen,
was den Film beschädigt
oder faltig macht und ihn beinahe über Nacht von einem attraktiven
Hochglanz-Spiegelähnlichem
Finish in ein trübes
flockiges Aussehen mit geringem Glanz und Bildunterscheidbarkeit
verwandelt.
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Somit
besteht noch ein fortdauerndes Verlangen nach einer Überzugszusammensetzung
mit niedrigem VOC Gehalt, geeignet für Verwendung als ein Klarlack
bei Kraftfahrzeug-Nacharbeiten, die hohe Filmhärte und Wasserbeständigkeit
in einer sehr kurzen Zeitdauer liefert, wenn bei Umgebungs- oder
leicht erhöhten Temperaturen
gehärtet,
mit wenig oder keinen Topfzeit-Reduzierungen und Verdorren-Konsequenzen, so
daß ein
Vehikel bewegt oder schnell nach Anwendung bearbeitet werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung liefert eine auf Lösungsmittel
basierende Polyurethan-Überzugzusammensetzung
mit niedrigem VOC Gehalt mit verbesserter früher Härte und Wasserbeständigkeit,
enthaltend ein Folien bildendes Bindemittel und einen flüchtigen
organischen Flüssigkeitsträger für das Bindemittel,
wobei das Bindemittel enthält:
- (A) eine Hyroxylkomponente, umfassend mindestens
ein Hydroxyl-enthaltendes Acrylpolymer und mindestens ein Hydroxyl-beendetes
Polyesteroligomer, und
- (B) eine Polyisocyanatkomponente, mindestens ein Teil davon
umfaßt
ein Trimer von Isophorondiisocyanat,
wobei das Verhältnis von Äquivalenten
von Isocyanat pro Äquivalent
von Hydroxylgruppen in dem Bindemittel etwa 0,5/1 bis 3,0/1 ist,
wobei
die Zusammensetzung ferner enthält
- (C) ein Katalysatorsystem für
das Bindemittel, umfassend mindestens eine Organozinn-Verbindung, mindestens
ein tertiäres
Amin und mindestens eine organische Säure,
wobei die Überzugszusammensetzung
bei Härten
bei Umgebungstemperaturen in einem Wasserfleck freien und Sand-
oder Leder-Zustand innerhalb 4 Stunden nach Anwendung ist und eine
Persoz Härte
von mindestens 35 Counts hat, während
sie gleichzeitig wenig oder keine Topfzeit-Reduzierungen und wenig oder kein Verdorren
in dem attraktiven Hochglanzfinish, davon gebildet, zeigt.
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Die
gegenwärtige
Erfindung liefert auch ein verbessertes Verfahren zum Reparieren
eines Klarlack/Farblack Finish eines Vehikels unter Verwenden der
zuvor genannten Überzugszusammensetzung
als einen Nacharbeitungs-Klarlack, wobei das Verfahren es ermöglicht,
daß das
Vehikel nach außen
bewegt wird, und das Finish geschliffen (naß oder trocken), glanzgeschliffen
oder poliert wird, wenn nötig,
unter Entfernen geringerer Fehler und Erhöhen von Glanz innerhalb einer
kurzen Zeitdauer nach Anwendung, was größtenteils die Wirksamkeit eines
Nacharbeitungsvorganges verbessert, indem ermöglicht wird, dass mehr Vehikel
in der gleichen oder in geringerer Zeit bearbeitet werden.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Überzugszusammensetzung
dieser Erfindung ist eine Zusammensetzung mit niedrigem VOC Gehalt,
die besonders geeignet für
Verwendung als ein Klarlack bei Kraftfahrzeug Nacharbeiten ist.
Die Zusammensetzung enthält
ein Folien bildendes Bindemittel und einen organischen Flüssigkeitsträger, der üblicherweise
ein Lösungsmittel
für das
Bindemittel ist. Weil die Erfindung auf eine Zusammensetzung mit
niedrigem VOC Gehalt gerichtet ist, führt die Menge von organischem
Lösungsmittel,
verwendet in dem flüssigen
Trägerteil,
zu der Zusammensetzung mit einem VOC Gehalt von weniger als 0,6
Kilogramm pro Liter (5 Pfund pro Gallone) und vorzugsweise in dem
Bereich von etwa 0,25–0,53
Kilogramm (2,1–4,4
Pfund pro Gallone) von organischem Lösungsmittel pro Liter der Zusammensetzung,
wie bestimmt unter dem Verfahren, zur Verfügung gestellt in ASTM D-3960.
Dieses überträgt üblicherweise
zu einem Folien bildenden Bindemittel Gehalt von etwa 25–90 Gew.%
und einem Gehalt an organischem Flüssigkeitsträger von etwa 10–75 Gew.-%,
vorzugsweise etwa 35–55
Gew.-% Bindemittel, und 45–65
Gew.-% Träger.
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Das
Bindemittel enthält
zwei Komponenten, eine Hydroxyl- und eine organische Polyisocyanat-Vernetzungs-Komponente,
die fähig
sind, miteinander unter Bilden von Urethankopplungen zu reagieren.
Bei der gegenwärtigen
Erfindung enthält
die Hydroxylkomponente etwa 50–99
Gew.-% eines Hydroxyl funktionellen Acrylpolymeren oder einer Mischung
derartiger Polymere und etwa 1–50
Gew.-% eines Hydroxyl beendeten Polyesteroligomeren oder Mischung
derartiger Oligomere. Der Gesamtprozentsatz von Hydroxyl enthaltenden Materialien
in der Hydroxylkomponente wird hier betrachtet, gleich 100% zu sein.
Die Polyisocyanatkomponente andererseits enthält etwa 3–50 Gew.-% eines Trimeren von
Isophorondiisocyanat und etwa 50–97 Gew.-% eines zweiten organischen
Polyisocyanats oder Mischung derartiger Polyisocyanate, wobei das
zweite Polyisocyanat vorzugsweise ein Trimer von Hexamethylendiisocyanat
ist. Der Gesamtprozentsatz von Polyisocyanaten in den Vernetzungskomponenten
wird hier angesehen, gleich 100% zu sein. Die Hydroxyl- und Polyisocyanat-Komponenten werden
allgemein in einem Äquivalentverhältnis von
Isocyanatgruppen zu Hydroxylgruppen von etwa 0,5/1 bis 3,0/1, vorzugsweise
in dem Bereich von etwa 0,8/1 bis 1,5/1, verwendet.
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Das
Hydroxyl funktionelle Acrylpolymer, verwendet in der Hydroxylkomponente
des Bindemittels, wird mittels herkömmlicher Lösungspolymerisationstechniken
hergestellt, wobei Monomere, Lösungsmittel
und Polymerisationskatalysator in einen herkömmlichen Polymerisationsreaktor
gefüllt
und auf etwa 60–200°C für etwa 0,5–6 Stunden
unter Bilden eines Polymeren mit einer massegemittelten Molekülmasse (Mw)
von etwa 2000–13000,
vorzugsweise etwa 3000–11000,
erhitzt werden.
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Alle
hier offenbarten Molekulargewichte sind mittels GPC (Gelpermeationschromatographie)
unter Verwenden von Polymethylmethacrylat Standard bestimmt, sofern
nicht anders angegeben.
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Das
so gebildete Acrylpolymer hat auch eine Glasübergangstemperatur (Tg) im
allgemeinen von mindestens 30°C
und vorzugsweise etwa 40–80°C.
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Alle
hier offenbarten Glasübergangstemperaturen
sind durch DSC (Differentialscanning-Kalorimetrie) bestimmt.
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Typischerweise
geeignete Polymerisationskatalysatoren sind Azotyp Katalysatoren,
wie Azo-bisisobutyronitril, 1,1'-Azo-bis(cyanocyclohexan),
Acetate, wie t-Butylperacetat, Peroxide, wie Di-tbutylperoxid, Benzoate,
wie t-Butylperbenzoat, Octoate, wie t-Butylperoctoat und dergleichen.
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Typische
Lösungsmittel,
die verwendet werden können,
sind Ketone, wie Methylamylketon, Methylisobutylketon, Methylethylketon,
aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Xylol, Alkylencarbonate,
wie Propylencarbonat, n-Methylpyrrolidon, Ether, Ester, wie Butylacetat,
und Mischungen von irgendwelchen der zuvor angegebenen.
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Das
Hydroxyl funktionelle Acrylpolymer wird vorzugsweise gebildet aus
polymerisierten Monomeren von Styrol, einem Methacrylat, das entweder
Methylmethacrylat, Isobornylmethacrylat, Cyclohexyhnethacrylat oder
eine Mischung dieser Monomere ist, einem zweiten Methacrylatmonomeren,
das entweder n-Butylmethacrylat, Isobutyhnethacrylat oder Ethylhexylmethacrylat
oder eine Mischung von diesen Monomeren ist, und einem Hydroxyalkylmethacrylat
oder -acrylat, das 1–8
Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe hat, wie Hydroxyethylmethacrylat,
Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylmethacrylat, Hydroxyethylacrylat,
Hydroxypropylacrylat, Hydroxybutylacrylat und dergleichen.
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Ein
bevorzugtes Acrylpolymer enthält
etwa 5–30
Gew.-% Styrol, 1–50
Gew.-% des Methacrylats, 30–60
Gew.-% des zweiten Methacrylats und 10–40 Gew.-% des Hydroxyalkylmethacrylats.
Der Gesamtprozentsatz von Monomeren in dem Polymeren ist gleich
100%.
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Ein
besonders bevorzugtes Acrylpolymer enthält die folgenden Bestandteile
in den zuvor angegebenen Prozentsatzbereichen: Styrol, Methylmethacrylat,
Isobutylmethacrylat und Hydroxyethylmethacrylat.
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Ein
anderes besonders bevorzugtes Acrylpolymer enthält die folgenden Bestandteile
in den zuvor angegebenen Prozentsatzbereichen: Styrol, Isobornylmethacrylat,
Ethylhexylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat und Hydroxypropylmethacrylat.
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Ein
anderes besonders bevorzugtes Acryl enthält die folgenden Bestandteile
in den zuvor angegebenen Prozentsätzen: Styrol, Methylmethacrylat,
Isobornylmethacrylat, Ethylhexylmethacrylat, Isobutylmethacrylat
und Hydroxyethylmethacrylat. Am bevorzugtesten werden kompatible
Mischungen von zwei der zuvor angegebenen Acrylpolymeren verwendet.
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Wahlfrei
kann das Acrylpolymer etwa 0,5–2
Gew.-% Acrylamid oder Methacrylamid, wie n-tert-Butylacrylamid oder Methacrylamid, enthalten.
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Die
Hydroxylkomponente des Bindemittels enthält ferner ein Hydroxyl beendetes
Polyesteroligomer mit einer massegemittelten Molekülmasse (Mw),
die nicht etwa 3000 übersteigt,
vorzugsweise etwa 200–2000, und
einer Polydispersität
von weniger als etwa 1,7.
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Typischerweise
geeignete Oligomere schließen
ein Caprolactonoligomere, enthaltend Endhydroxylgruppen, die hergestellt
werden können
durch Initiieren der Polymerisation von Caprolacton mit einem zyklischen
Polyol, insbesondere ein zykloaliphatisches Polyol, in der Anwesenheit
eines Zinnkatalysators mittels herkömmlicher Lösungspolymerisationstechniken.
Derartige Caprolactonoligomere sind gut bekannt und in Länge in Anderson
et al. U.S. Pat. Nr.
5 354 797 , erteilt 11. Oktober
1994, hier durch Bezugnahme eingeführt, beschrieben. Epsilon(ε)-caprolacton
wird typischerweise als die Caprolactonkomponente in einem 1/1 bis
5/1 Molverhälnis
mit einem zykloaliphatischen Diol verwendet. Typischerweise geeignete
zykloaliphatische Polyolmonomere schließen 1,4-Cyclohexandiol, 1,4-Cylohexandimethanol
und 2,2'-Bis(4-hydroxycyclohexyl)propan
ein. Bevorzugte Caprolactonoligomere werden aus -Caprolacton und
1,4-Cyclohexandimethanol, umgesetzt in einem Molverhältnis von
2/1 bis 3/1, gebildet.
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Andere
geeignete Oligomere schließen
ein Alkylenoxidpolyester-Oligomere, enthaltend Endhydroxylgruppen,
die hergestellt werden können
durch Umsetzen stöchiometrischer
Mengen eines zykloaliphatischen monomeren Anhydrids mit einem linearen
oder verzweigten Polyol in Lösung
bei erhöhten
Temperaturen in der Anwesenheit eines Zinnkatalysators unter Verwenden
von Standardtechniken und dann Verkappen der so gebildeten Säureoligomere
mit monofunktionellen Epoxien, insbesondere Allcylenoxid, unter
Druck über
Atmosphärendruck,
aber nicht etwa 200 psi übersteigend,
und bei Temperaturen von 60–200°C für 1 bis
24 Stunden. Derartige Alkylenoxid-Oligomere sind gut bekannt und
in Länge
in Barsotti et al. PCT Anmeldung Nr.
US 98/23337 ,
veröffentlicht
14. Mai, 1999, hier durch Bezugnahme eingeführt, beschrieben.
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Zykloaliphatische
Anhydridmonomere, wie Hexahydrophthalsäureanydrid und Methylhexahydrophthalsäureanhydrid,
werden typischerweise in den zuvor angegebenen Alkylenoxidoligomeren
verwendet. Aliphatische oder aromatische Anhydride, wie Succinsäureanhydrid
oder Phthalsäureanhydrid,
können
auch in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Anhydriden verwendet
werden. Typische geeignete lineare oder verzweigte Polyole schließen Hexandiol,
1,4-Cyclohexandimethanol,
Trimethylolpropan und Pentaerythritol ein. Geeignete monofunktionelle
Epoxien schließen
ein Alkylenoxide von 2 bis 12 Kohlenstoffatomen. Ethylen-, Propylen-
und Butylenoxide sind bevorzugt, obwohl Ethylenoxid am bevorzugtesten
ist. Andere Epoxien, wie "Cardura" E-5 oder "Cardura" E-10 Glycidylether,
geliefert von Exxon Chemicals, können
in Verbindung mit den zuvor beschriebenen monofunktionellen Epoxien
verwendet werden. Besonders bevorzugte Alkylenoxid-Oligomere werden
aus Methylhexahydrophthalsäureanhydrid,
entweder 1,4-Cyclohexandimethanol, Trimethylolpropan oder Pentaerythitol
und Ethylenoxid, umgesetzt in stöchiometrischen
Mengen, gebildet.
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Kompatible
Mischungen von irgendwelchen der zuvor genannten Oligomere können ebenso
in der Hydroxylkomponente des Bindemittels verwendet werden.
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Die
Polyisocyanatkomponente des Bindemittels schließt ein organisches Polyisocyanatvernetzungsmittel
oder eine Mischung davon ein, mindestens ein Teil davon umfaßt ein Trimer
von Isophorondiisocyanat (IPDI). Mit "Trimer" ist gemeint, daß die Isocyanatgruppen unter
Bilden von Isocyanuratgruppen trimerisiert worden sind. Typischerweise
geeignete IPDI Trimere werden unter den Handelsnamen "Desmodur" Z-4470 BA oder SNBA
oder SN oder MPA/X verkauft. Wie zuvor erwähnt, bietet das IPDI Trimer
dem sich ergebenden Überzug
verbesserte Härte
bei Härten.
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Bei
der gegenwärtigen
Erfindung enthält
die Polyisocyanatkomponente vorzugsweise mindestens 3 Gew.-% bis
zu etwa 50 Gew.-%, bevorzugter etwa 15–35 Gew.-%, des IPDI Trimeren.
Obwohl eine geringere Menge von IPDI Trimer verwendet werden kann,
ist festgestellt worden, daß unterhalb
von etwa 3 Gew.-% die gewünschte
Härte nicht
in unter 4 Stunden bei Umgebungstemperaturen erzielt werden kann.
Oberhalb von 50% neigt die Zusammensetzung dazu, zu brüchig zu
werden und wird über
die Zeit Risse bilden.
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Irgendwelche
der konventionellen aromatischen, aliphatischen, zykloaliphatischen
Diisocyanate, trifunktionellen Isocyanate und Isocyanat funktionellen
Addukte eines Polyols und eines Diisocyanats können in Verbindung mit dem
IPDI Trimer in der Polyisocyanatkomponente verwendet werden.
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Typische
geeignete Diisocyanate sind 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat,
4,4'-Biphenylendiisocyanat,
Toluoldiisocyanat, Biscyclohexyldiisocyanat, Tetramethylenxyloldiisocyanat,
Ethylethylendiisocyanat, 2,3-Dimethylethylendiisocyanat, 1-Methyltrimethylendiisocyanat,
1,3-Cyclopentylendiisocyanat,
1,4-Cyclohexylendiisocyanat, 1,3-Phenethylendiisocyanat, 1,5-Naphthalindiisocyanat,
Bis(4-isocyanatocyclohexyl)methan, 4,4'-Diisocyanatodiphenylether und dergleichen.
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Typische
trifunktionelle Isocyanate, die verwendet werden können, sind
Triphenylmethantriisocyanat, 1,3,5-Benzoltriisocyanat, 2,4,6-Toluoltriisocyanat
und dergleichen. Trimere von anderen Diisocyanaten können auch
verwendet werden, wie das Trimer von Hexamethylendiisocyanat (HDI),
das unter dem Handelsnamen "Desmodur" N-3300 oder N-3390
oder "Tolonate" HDT oder HDT-LV verkauft wird.
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Isocyanat
funktionelle Addukte können
auch verwendet werden, die gebildet werden aus einem organischen
Polyisocyanat und einem Polyol. Irgendwelche der zuvor genannten
Polyisocyanate können
mit einem Polyol unter Bilden eines Addukts verwendet werden. Polyole,
wie Trimethylolalkane, wie Trimethylolpropan oder -ethan, können verwendet
werden. Ein geeignetes Addukt ist das Reaktionsprodukt von Tetramethylxylidendiisocyanat
und Trimethylolpropan und wird unter dem Handelsnamen "Cythane" 3160 verkauft.
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Eine
besonders bevorzugte Polyisocyanat-Vernetzungskomponente umfaßt eine
Mischung von etwa 15–35
Gew.-% IPDI Trimer und etwa 65–85
Gew.-% HDI Trimer. Es ist im allgemeinen bevorzugt, ein HDI Trimer
in Kombination mit dem IPDI Trimeren unter Zurückbehalten von Flexibilität in dem Überzugsfilm
zu verwenden.
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Die Überzugszusammensetzung
enthält
auch eine ausreichende Menge von Katalysatoren zum Härten der
Zusammensetzung bei Umgebungstemperaturen. Es ist bei der gegenwärtigen Erfindung
festgestellt worden, daß eine
Kombination von bestimmten Katalysatoren in bestimmten spezifizierten
Mengen wirksam die Härtungsrate
von IPDI Trimer bei Raumtemperatur beschleunigen kann unter Erzielen
der hohen Filmhärte,
geboten von IPDI, in einer relativ kurzen Zeitdauer, überraschenderweise
mit wenig oder keinen Topfzeit-Reduzierungen oder Verdorrung in
dem daraus gebildeten Überzugsfilm.
Deshalb verbleiben selbst bei diesen beschleunigten Härtungsraten
die Überzugszusammensetzungen
für mindestens
30 Minuten bei Umgebungstemperaturen verarbeitbar, welches genug
Zeit liefert, den Nacharbeitungsjob ohne die Notwendigkeit von Viskositätseinstellungen
zu verbessern, und der daraus gebildete Hochglanzüberzugsfilm
zeigt im wesentlichen keine Anzeichen von Verdorren auf ein trübes flockiges
Finish über
die Zeit.
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Im
einzelnen, das bei der gegenwärtigen
Erfindung verwendete kombinierte Härtungskatalysatorsystem umfaßt mindestens
eine Organozinnverbindung, mindestens ein tertiäres Amin und mindestens eine
organische Säure
in bestimmten spezifizierten Mengen.
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Typische
geeignete Oganozinnverbindungen schließen ein Oganozinn-Carboxylate,
insbesondere Dialkylzinncarboxylate von aliphatischen Carbonsäuren, wie
Dibutylzinndilaureat (DBTDL), Dibutylzinndioctoat, Dibutylzinndiacetat
und dergleichen. Obwohl nicht bevorzugt, könnten irgendwelche der anderen
herkömmlichen
Organozinn- oder organometallischen (Zn, Cd, Pb) Katalysatoren auch
verwendet werden. Die Menge von Organozinnkatalysator, verwendet
in der Überzugszusammensetzung,
kann beträchtlich
in Abhängigkeit von
dem spezifischen Bindemittelsystem und dem gewünschten Grad von anfänglicher
Härte variieren.
Es ist jedoch kritisch, daß die Überzugszusammensetzung
genug Organozinnkatalysator zum Härten der Zusammensetzung bei
Umgebungstemperaturen enthält,
während
sie gleichzeitig unzureichend ist, Verdorren zu erzeugen.
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Allgemein,
etwa 0,005–0,2
Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Bindemittels, von Organozinnkatalysator
wird ausreichend sein, die gewünschten
Eigenschaften zu verleihen. Es ist festgestellt worden, daß oberhalb
von dem oberen Grenzwert von 0,2% die Härtungsreaktion zu schnell ist,
und Verdorren resultiert. Unterhalb von etwa 0,005% ist die Härtungsreaktion
zu langsam, und unzureichende Härte
und dürftige
mechanische Eigenschaften entwickeln sich.
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Typische
geeignete tertiäre
Amine oder Cokatalysator schließen
ein tertiäre
aliphatische Monoamine oder Diamine, insbesondere Trialkylendiamine,
wie Triethylendiamin (DABCO), N-Alkyltrimethylendiamin,
wie N,N,N'-Trimethyl-N'-Talg-1,3-diaminopropan
und dergleichen, und Trialkylamine, wie Tridodecylamin, Trihexadecylamin,
N,N'-Dimethylalkylamin,
wie N,N'-Dimethyldodecylamin
und dergleichen. Die Alkyl- oder Alkylenteile dieser Amine können linear
oder verzweigt sein und können
1–20 Kohlenstoffatome
enthalten. Besonders bevorzugt sind Amine, die mindestens 6 Kohlenstoffatome
in mindestens einem ihrer Alkyl- oder Alkylenteile enthalten, zum
Verringern des Anlaufens bei feuchten Bedingungen.
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Was
die Menge von Organozinnverbindung anbelangt, kann die Menge von
tertiärem
Amin, verwendet in der Überzugszusammensetzung,
beträchtlich
variieren, es wird nur verlangt, daß tertiäres Amin in einer Menge vorhanden
ist, die zusammen mit dem zuvor Angegebenen bewirkt, daß die Zusammensetzung
bei Umgebungstemperaturen in unter 4 Stunden härtet. Allgemein, etwa 0,01–1 Gew.-%,
basierend auf dem Gewicht des Bindemittels, von tertiärem Amin
wird ausreichend sein, die gewünschten
Eigenschaften zu verleihen. Oberhalb des oberen Grenzwertes von
etwa 1% bietet das tertiäre
Amin längere
Staubtrocknungzeiten und versieht den Film mit unzureichender Härte. Unterhalb
von etwa 0,01% ist die katalytische Wirkung unangemessen.
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Eine
organische Säure
ist auch in dem Katalysatorsystem für erhöhte Topfzeit eingeschlossen.
Eine Topfzeit von mindestens 30 Minuten bei Umgebungstemperaturen
ist im allgemeinen für
Beendigung des Nacharbeitungsjobs ausreichend. Typischerweise geeignete
Säurekatalysatoren
sind Ameisensäure,
Essigsäure,
Propionsäure,
Butansäure,
Hexansäure
und irgendeine andere aliphatische Carbonsäure und dergleichen. Allgemein,
etwa 0,005–1%,
basierend auf dem Gewicht des Bindemittels, von Säurekatalysator
werden verwendet.
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Es
ist festgestellt worden, daß die
zuvor beschriebene Katalysatorpackung eine höhere Härtungsreaktion als Zinn, Amin
oder Säure
allein bietet.
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Zum
Verbessern der Witterungsbeständigkeit
der Zusammensetzung können
etwa 0,1–10
Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Bindemittels, von ultravioletten
Lichtstabilisierungs-Screenern, Quenchern und Antioxydantien hinzugefügt werden.
Typische ultraviolette Lichtscreener und Stabilisatoren schließen die folgenden
ein:
Benzophenone, wie Hydroxydodecyloxybenzophenon, 2,4-Dihydoxybenzophenon,
Hyroxybenzophenone, enthaltend Sulfonsäuregruppen, und dergleichen.
Benzoate,
wie Dibenzoat von Diphenylolpropan, tertiäres Butylbenzoat von Diphenylolpropan
und dergleichen.
Triazine, wie 3,5-Dialkyl-4-hydroxyphenylderivate
von Triazin, Schwefel enthaltende Derivate von Dialkyl-4-hydroxy-phenyl-triazin,
Hydroxyphenyl-1,3,5-triazin und dergleichen.
Triazole, wie
2-Phenyl-4-(2,2'-dihydroxybenzoyl)-triazol,
substituierte Benzotriazole, wie Hydroxy-phenyltriazolund dergleichen.
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Gehinderte
Amine, wie Bis(1,2,2,6,6 Entamethyl-4-piperidinyl-sebacat), Di[4(2,2,6,6,tetramethylpiperidinyl)]sebacat
und dergleichen und irgendwelche Mischungen von den zuvor angegebenen.
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Allgemein,
Flußkontrollmittel
werden in der Zusammensetzung in Mengen von etwa 0,1–5 Gew.-%,
basierend auf dem Gewicht des Bindemittels, wie Polyacrylsäure, Polyalkylacrylate,
Polyether modifiziertes Dimethylpolysiloxan-Copolymer und Polyester
modifiziertes Polydimethylsiloxan, verwendet.
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Wenn
als ein klarer Überzug
verwendet, kann es wünschenswert
sein, Pigmente in der klaren Überzugszusammensetzung
zu verwenden, die den gleichen Brechungsindex wie der getrocknete Überzug haben. Typischerweise
haben geeignete Pigmente eine Teilchengröße von etwa 0,015–50 Mikrometer
und werden in einem Pigment zu Bindemittel Gewichtsverhältnis von
etwa 1 : 100 bis 10 : 100 verwendet und sind anorganische kieselsäurehaltige
Pigmente, wie Silika-Pigment mit einem Brechungsindex von etwa 1,4–1,6.
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Die Überzugszusammensetzung
der gegenwärtigen
Erfindung enthält
auch die gebräuchlichen
organischen Lösungsmittel
in dem organischen Flüssigkeitsträgerteil.
Wie zuvor beschrieben, hängt
die Menge von hinzugefügtem(n)
organischem(n) Lösungsmittel(n)
von dem gewünschten
Bindemittel-Niveau wie auch der gewünschten Menge von VOC der Zusammensetzung
ab. Typische organische Lösungsmittel
bestehen aus aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Petroleum-Naphtha
oder Xylolen, Ketonen, wie Methylamyllceton, Methylisobutylketon,
Methylethylketon oder Aceton, Estern, wie Butylacetat oder Hexylacetat
und Glykoletherestern, wie Propylenglykol-monomethyl-etheracetat.
Beispiele von Lösungsmitteln,
die nicht zu dem VOC der Zusammensetzung beitragen, schließen Aceton,
1-Chlor,4-trifluormethylbenzol
und potentiell t-Butylacetat ein.
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Die Überzugszusammensetzung
dieser Erfindung wird vorzugsweise als eine "Zwei-Komponenten" oder "Zwei-Packungs-" Überzugszusammensetzung hergestellt,
wobei die zwei reaktiven Bindemittelkomponenten in separaten Behältern gelagert
werden, die typischerweise verschlossen sind. Der Katalysator, organisches
Lösungsmittel
und übliche
andere Additive können
hinzugefügt
werden zu entweder einem oder beiden der Hydroxyl- oder vernetzenden
Komponenten in Abhängigkeit
von der beabsichtigten Verwendung der Zusammensetzung. Jedoch werden
diese Additive (ausgenommen in Bezug auf etwas Lösungsmittel) vorzugsweise hinzugefügt zu und
in dem gleichen Behälter
mit der Hydroxylkomponente gelagert. Der Inhalt der Hydroxyl- und
Isocyanat-Komponenten-Behälter
wird in dem gewünschten
NCO/OH Verhältnis
gerade vor Verwendung unter Bilden der aktivierten Überzugszusammensetzung
gemischt, die eine begrenzte Topfzeit hat. Mischen wird üblicherweise
einfach durch Rühren
bei Raumtemperatur gerade vor Anwendung durchgeführt. Die Überzugszusammensetzung wird
dann als eine Schicht von gewünschter
Dicke auf einer Substratoberfläche,
wie ein Autokörper,
aufgebracht. Nach Anwendung trocknet die Schicht und härtet unter
Bilden eines Überzugs
auf der Substratoberfläche
mit den gewünschten Überzugseigenschaften.
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Allgemein
wird die Überzugszusammensetzung
dieser Erfindung als ein Klarlack bei Kraftfahrzeug-Nacharbeiten
verwendet, aber es sollte verstanden werden, daß sie auch als ein Klarlackfinish
verwendet werden kann oder mit herkömmlichen Pigmenten pigmentiert
werden kann und als ein Monoüberzug
oder als ein Basisüberzug
in einem Klarlack/Farblack Finish oder Nacharbeitung verwendet werden
kann.
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Bei
der Anwendung der Überzugszusammensetzung
als eine Klarlack-Nacharbeitung auf ein Vehikel, wie ein Kraftfahrzeug
oder einen Lastwagen, wird der Basisüberzug, der entweder eine auf
Lösungsmittel
basierende Zusammensetzung oder eine auf Wasser beruhende Zusammensetzung
ist, zuerst aufgebracht und dann getrocknet, um mindestens Lösungsmittel
oder Wasser zu entfernen, bevor der Klarlack üblicherweise naß auf naß durch
herkömmliches
Sprühen
aufgebracht wird. Elekrostatisches Sprühen kann auch verwendet werden.
Bei Nacharbeitungs-Anwendungen wird die Zusammensetzung vorzugsweise
getrocknet und bei Umgebungstemperaturen gehärtet, aber kann gesteuert in
Lackbädern,
die mit Wärmequellen
ausgerüstet
sind, bei leicht erhöhten
Badtemperaturen von im allgemeinen etwa 30–100°C, vorzugsweise etwa 35–65°C, für eine kurze
Zeit von etwa 3–30
Minuten, vorzugsweise etwa 5–15
Minuten, getrocknet und gehärtet
werden. Der so gebildete Überzug
ist typischerweise etwa 0,5–5
Mil dick.
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Bei
diesen Nacharbeitungsanwendungen ist insbesondere der Klarlack dieser
Erfindung befunden worden, umfassend die Produktivität eines
Nacharbeitungsvorganges zu verbessern. Durch Einführung einer Mischung
von Polyacrylharz, Polyester Oligomeren, IPDI Trimer und bestimmten
Katalysatoren trocknet und härtet
die Zusammensetzung, wenn als ein Klarlack verwendet, in einer relativ
kurzen Zeit nach Anwendung zu einem staubfreien, wasserbeständigen und
ausreichend harten Zustand zum Schleifen (naß oder trocken) oder Glanzschleifen,
unerwarteterweise mit minimalen Topfzeit-Verringerungen und Verdorrungs-Konsequenzen,
welches es ermöglicht,
daß das
Vehikel glanzgeschliffen wird, weggeräumt wird und dem Kunden am
gleichen Anwendungstag im Vergleich zu dem nächsten Tag, geboten bei herkömmlichem,
geliefert wird. Die Zusammensetzung dieser Erfindung zeigt insbesondere
eine Topfzeit von mindestens 30 Minuten bei Umgebungstemperatur,
Staubfrei-Zeit innerhalb von 20 Minuten bei Umgebungstemperaturen
und Wasserfleck-frei- und Schleif- oder Glanzschleif-Zeit innerhalb
von 4 Stunden bei Umgebungstemperaturen oder innerhalb 1–2 Stunden,
wenn nahe dem hohen Ende des Organozinn-Katalysatorbereichs. Die
vorhergehenden Eigenschaften können
viel schneller durch Härten
der Zusammensetzung bei leicht erhöhten Temperaturen von im allgemeinen
etwa 55–65°C Peak Substrattemperatur
für etwa
3–10 Minuten
und vorzugsweise etwa 60°C
für etwa 6
Minuten, erzielt werden, welches es bemerkenswerterweise ermöglicht,
daß der
Klarlack unmittelbar beim Herunterkühlen geschliffen oder glanzgeschliffen
wird. Ferner verbleibt das Finish für mehrere Tage bis zu einer
Woche schleifbar oder glanzschleifbar, bevor es zu einem zähen, harten
dauerhaften Außenkraftfahrzeug-Finish
härtet.
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Die Überzugszusammensetzung
dieser Erfindung kann verwendet werden, eine Mannigfaltigkeit von Substraten
zu lackieren oder zu reparieren, wie beispielsweise zuvor lackierte
Metallsubstrate, Kaltwalzstahl, Stahl, überzogen mit herkömmlichen
Primern, wie Elektrolytische-Abscheidungs-Primer, Alkydharz-Reparaturprimer
und dergleichen, Kunststoff Typ Substrate, wie Polyester verstärktes Faserglas,
Reaktionsspritz-geformte Urethane und teilweise kristalline Polyamide,
wie auch Holz- und Aluminiumsubstrate.
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Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Alle Teile und
Prozentsätze
sind auf einer Gewichtsbasis, sofern nicht anders angegeben. Alle
Molekulargewichte sind mittels GPC unter Verwenden eines Polymethylmethacrylat-Standards
bestimmt.
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BEISPIELE
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TESTVERFAHREN
-
Die
folgenden Testverfahren wurden zum Bewerten der Überzüge verwendet:
Die Staubfrei-Trocknungszeit
wurde durch Wischen eines Baumwollknäuels gegen das finisch lackierte
Feld bestimmt. Sowie einmal das Haar des Baumwollknäuels nicht
länger
an dem Lack klebt, ist dieses die Staubfrei-Zeit.
Die Glanzschleifzeit
wurde durch Schleifen, Glanzschleifen oder Polieren des Films bestimmt.
Sowie einmal der Überzug
nicht länger
auf dem Schleifpapier oder Polierkissen klebt (anhaftet), ist dieses
die Zeit, wo der Überzug
bereit ist, geschliffen, glanzgeschliffen oder poliert zu werden.
Die
Filmhärte
ist ein anderes Anzeichen dafür,
wann der Überzugsfilm
bereit ist, geschliffen, glanzgeschliffen oder poliert zu werden.
Der Überzugsfilm
allein muß eine
Persoz Härte
von mindestens 35 Counts haben, vorzugsweise in dem Bereich von
etwa 40–150
Counts, bei einer Filmdicke von 2,2 Mil, wenn auf einem zuvor nicht überzogenen,
kalt gewalzten Stahl-(Q) Feld gemessen, bevor er geschliffen, glanzgeschliffen
oder poliert werden kann. Persoz Härte wird durch ein GARDCO® Pendulum
Hardness Tester Model HA-5854, hergestellt von BYK Chemie, Deutschland
und verkauft von Paul N. Gardness Company, Inc. Pompano Beach, Florida, bestimmt.
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Der Überzug muß auch Wasserfleck
frei sein, bevor er bereit ist, naß geschliffen oder im Regen
gelagert zu werden. Wenn Wasserfleckschaden auf dem Film gebildet
wird, ist dieses ein Anzeichen dafür, daß die Härtung nicht vollständig ist,
und weiteres Härten
wird benötigt,
bevor der Film naß geschliffen
oder regnerischen Wetterbedingungen ausgesetzt werden kann. Die
Wasserfleck-frei- Zeit wurde durch Bringen eines Wassertropfens
auf den Nacharbeitungsfilm alle 1/2 Stunden und bis zu 24 Stunden
bestimmt. Das Wasser schädigt
den Film, wenn er nicht gehärtet
ist. Als eine Konsequenz wird der Wassertropfen einen Schadensring auf
dem Nacharbeitungsfeld bilden. Der Schädigungsgrad ist Leistungsgrad
von 1 bis 10 Maßstab.
Eine Punktzahl von 10 zeigt keinen Schaden an, während 1 starkes Wasserbeflecken
anzeigt.
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Die
Topfzeit wurde durch Messen der Lösungsviskosität mit einer
Zahn#2 Tasse bei Umgebungstemperatur jede Stunde bestimmt. Die anfängliche
Lösungsviskosität sollte
etwa 14–19
Sek. sein. Wenn die Viskosität
einen 20% Anstieg über
ihren anfänglichen
Wert zeigt, ist es ein Anzeichen dafür, daß die Zusammensetzung nicht
länger
durch herkömmliche
Sprühausrüstung sprühbar ist.
Die Zeit, die es für
einen Überzug dauert,
diese Viskosität
zu erzielen, bestimmt dessen Topfzeit.
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Das
Verdorren wurde sichtbar von einem Fachmann bestimmt. Ein Fachmann
vergleicht den anfänglichen
Glanz und DOI (Bildunterscheidbarkeit) des Überzugsfilms mit dem Glanz
und DOI, nachdem es dem Film ermöglicht
ist, über
Nacht zu trocknen. Wenn es einen beträchtlichen Abfall an Glanz und
DOI Spiegeln gibt, so daß der Überzugsfilm
ein trübe
flockiges Aussehen hat, wird gesagt, daß Verdorrung resultiert.
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BEISPIEL 1
-
Bei
diesem Beispiel wird ein Vergleich zwischen einem Klarlack dieser
Erfindung und einem kommerziell erhältlichen Klarlack gemacht.
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ACRYLPOLYMER 1
-
Eine
Hydroxyl enthaltende Acrylpolymerlösung wurde durch Füllen der
folgenden Bestandteile in einen Reaktor, ausgerüstet mit einem Thermoelement,
einem Heizmantel, einem mechanischen Rührer, Zugabetrichter, Stickstoffspülung und
einem Rückflußkondensator,
hergestellt.
| Teil
1 | Teile,
bezogen auf Gewicht |
| Xylol | 56 |
| Teil
2 | |
| Methylethylketon | 10 |
| Styrolmonomer | 15 |
| Isobutylmethacrylatmonomer | 22 |
| Isobornylmethacrylatmonomer | 15 |
| Ethylhexylmethacrylatmonomer | 23 |
| Hydroxyethylmethacrylatmonomer | 25 |
| Teil
3 | |
| T-Butylperacetatlösung | |
| (75%
Feststoffe in Lackbenzin) | 4,7 |
| insgesamt | 170,7 |
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Teil
1 wurde dem Reaktor hinzugefügt
und auf dessen Rückflußtemperatur
erhitzt. Teile 2 und 3 wurden dann zusammen mit einer einheitlichen
Rate zu dem Reaktor über
eine drei Stunden Periode hinzugefügt, während die sich ergebende Reaktionsmischung
auf dessen Rückflußtemperatur
gehalten wurde. Die Reaktionsmischung wurde bei Rückfluß für eine zusätzliche
Stunde gehalten. Die sich ergebende Acrylpolymerlösung hatte
einen Polymerfeststoffgehalt von etwa 60%. Das Polymer hatte eine
massegemittelte Molekülmasse
(Mw) von etwa 6500 und eine Glasübergangstemperatur
(Tg) von etwa 40°C.
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CAPROLACTON-OLIGOMER
-
Ein
Caprolactonoligomer wurde durch Umsetzen von -caprolactonmonomer
und 1,4-Cyclohexandimethanol
in einem 3/1 Molverhältnis
hergestellt. Ein 5 Liter Rundbodenkolben wurde mit einem Thermoelement, einer
Heizquelle, einem mechanischen Rührer
und einem Rückflußkondensator
versehen. Die folgenden Bestandteile wurden in den Reaktionskolben
gefüllt.
| Bestandteile | Gewichtsteile |
| 1,4-Cyclohexandimethanol | 29,6 |
| Tone® EC
Hp(-caprolacton) | 70,3 |
| 10%
Lösung
Dibutylzinndilaureat in Xylol | 0,1 |
| insgesamt | 100 |
-
Teil
1 wurde bis 140°C
erhitzt und bei 135–140°C 4 Stunden
lang gehalten. Gaschromatographie zeigte, daß alles Caprolacton verbraucht
worden war. Das Oligomer hatte eine Mw von etwa 486, einen Tg von etwa –70°C und eine
Polydispersität
(Pd) von etwa 1,1.
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KLARE ÜBERZUGSZUSAMMENSETZUNG
-
Eine
klare Überzugszusammensetzung
wurde durch Bilden von Komponenten 1 und 2, im nachfolgenden beschrieben,
und dann Zusammenmischen dieser Komponenten hergestellt.
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Die
folgenden Bestandteile wurden unter Bilden von Komponente 1, die
die Hydroxylkomponente ist, zusammengemischt.
| Komponente
1 | Gewichtsteile |
| Acrylpolymer
1 Lösung | |
| (zuvor
hergestellt) | 62,4 |
| Caprolacton
Oligomer 1 | |
| Lösung (zuvor
hergestellt) | 1,36 |
| Triethylendiamin | 0,25 |
| Tinuvin® 292
(1,2,2,6,6-Pentamethyl- | |
| 4-piperidenyl)-sebacat) | 0,76 |
| Tinuvin® 328
(2-(2-Hydroxy-3,5-ditert | |
| amylphenyl)-2H-benzotriazol) | 0,76 |
| Byk® 325
(Polysiloxanpolyethercopolymer) | 0,05 |
| Dibutylzinndilaureat | 0,01 |
| Butylacetat | 9,1 |
| Toluol | 2,4 |
| Methylethylketon | 4,1 |
| Xylol | 7,7 |
| Essigsäure | 0,13 |
| Methylisobutylketon | 11,0 |
| insgesamt | 100 |
-
Die
folgenden Bestandteile wurden unter Bilden von Komponente 2, die
die Isocyanataktivatorlösung ist,
zusammengemischt:
| Komponente
2 | Gewichtsteile |
| Desmodur® N-3300
(100% Feststoffe, | 40,6 |
| 1,6-Hexamethylen-diisocyanat-trimer) | |
| Desmodur® Z-4470
BA (70% Feststoffe | 24,8 |
| Isophoron-diisocyanat-trimer
in | |
| Butylacetat) | |
| Butylacetat | 34,6 |
| insgesamt | 100 |
-
Komponenten
1 und 2 wurden in einem 66,5/33,5 Gewichtsverhältnis unter Bilden einer klaren Überzugszusammensetzung
gemäß dieser
Erfindung zusammengemischt.
-
Die
sich ergebende Zusammensetzung hatte einen VOC Gehalt von 4,4 lbs./Gal.,
einen Bindemittelfeststoffgehalt von 46% und ein Bindemittel von
Acrylpolymer 1/Caprolacton-Oligomer/IPDI Trimer/HDI Trimer Gewichtsverhältnis von
96,5/3,5//30/70 und NCO/OH (Isocyanatgruppe zu Hydroxylgruppe) Äquivalentverhältnis von
1,08.
-
Eine
herkömmliche,
kommerziell erhältliche
schnell trocknende Nacharbeitungs-Klarlackzusammensetzung wurde hergestellt.
Die Zusammensetzung enthielt ein kommerzielles Acrylpolymer, kombiniert
mit Zinnkatalysator, der aktiviert wurde mit einem Isocyanataktivator,
basierend auf IPDI Trimer/HDI Trimer (50/50), und ein Mitteltemperatur-Redaktor-Lösungsmittel
wurde unter zur Verfügungstellung
der korrekten Sprühviskosität und Sprühfeststoffe
hinzugefügt.
-
Jede
der zuvor genannten Zusammensetzungen wurde (1) auf einen nicht überzogenen
kalt gewalzten Stahl oder Q Feld gesprüht und unter den gleichen Bedingungen
für Härte und
Staubfrei-Zeit Bestimmungen gehärtet,
und (2) auf eine kalt gewalzte Stahloberfläche, die zuvor mit einem Primer
und einem Farblack überzogen
worden war und gehärtet
worden war unter den gleichen Bedingungen für Wasserfleck-, Glanzschleifbarkeit-
und Verdorrung-Messungen.
-
Das
Folgende ist ein Vergleich von wichtigen Eigenschaften der Zusammensetzung
dieser Erfindung und der herkömmlichen
Nacharbeitungs-Zusammensetzung.
-
-
Aus
den zuvor angegebenen Ergebnissen kann gesehen werden, daß, obwohl
die kommerzielle Zusammensetzung IPDI Timer verwendet, sie noch
nicht die gewünschte
frühe Härte, Wasserfleckwiderstand und
schnelle (gleicher Tg) Glanzchleifbarkeit, geboten von der Zusammensetzung
der gegenwärtigen
Erfindung, erzielte. Zusätzlich
war die Topfzeit viel kürzer,
und Verdorren resultierte aufgrund der großen Menge von verwendetem Zinnkatalysator.
Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung
zeigt deutlich, daß eine
Kombination von bestimmten Acrylpolymeren, Polyesteroligomeren, IPDI
Trimer, HDI Trimer und einer bestimmten Katalysatorpackung einen
sehr verbesserten Klarlack ergibt, der die Produktivität eines
Nacharbeitungsvorganges erhöht.
-
BEISPIEL 2
-
ACRYLPOLYMER 2
-
Eine
Hydroxyl enthaltende Acrylpolymerlösung wurde durch das gleiche
Verfahren, beschrieben in Beispiel 1, mit den folgenden Bestandteilen
hergestellt:
| Teil
1 | Gewichtsteile |
| Xylol | 57 |
| Teil
2 | |
| Methylethylketon | 10 |
| Styrolmonomer | 15 |
| Isobutylmethacrylatmonomer | 45 |
| Methylmethacrylatmonomer | 20 |
| Hydroxyethylmethacrylatmonomer | 20 |
| Teil
3 | |
| T-Butylperacetatlösung (75% | 3,0 |
| Feststoffe
in Lackbenzin) | |
| insgesamt | 170 |
-
Die
sich ergebende Acrylpolymerlösung
hatte einen Polymerfestoffgehalt von etwa 60%. Das Polymer hatte
eine Mw von etwa 10 500 und einen Tg Wert von etwa 58°C.
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ALKYLENOXID-POLYESTER-OLIGOMER
-
Ein
auf Tetrahydroxyl-beendetes Ethylenoxid basierendes Polyesteroligomer
wurde hergestellt durch Füllen
des Folgenden in ein Reaktonsgefäß, dimensioniert
für Hochdruck,
und auf 140°C
erhitzt.
| Bestandteile | Gewicht
(Gramm) |
| Propylenglykolmonomethyletheracetat | 420 |
| Pentaerythritol | 136 |
| Triethylenamin | 0,23 |
-
In
den Kessel wurden dann 645 Gramm Methylhexahydrophthalsäureanydrid über eine
Stunde hinzugefügt.
Die Charge wurde dann bei 140°C
6 Stunden lang gehalten. Die Charge wurde dann auf 25°C gekühlt, der
Druckkessel wurde dann verschlossen, und 173 Gramm Ethylenoxid (EO)
wurden hinzugefügt,
und die Charge wurde auf 110°C
erhitzt und bei jener Temperatur 6 Stunden lang gehalten. Überschüssiges Ethylenoxid
wurde durch Spülen
der Charge mit Stickstoff entfernt. Die Säurezahl auf den Feststoffen
wurde bei weniger als 10 mg KOH/Gramm getestet.
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Die
sich ergebende Oligomerlösung
hatte einen 75% Feststoffgehalt. Das Oligomer hatte alle primären Hydroxylfunktionalitäten, einen
Mw Wert von etwa 1000, einen Tg Wert von etwa 0°C, eine Polydispersität(Pd) von
etwa 1,1.
-
KLARE ÜBERZUGSZUSAMMENSETZUNG
-
Eine
klare Überzugszusammensetzung
wurde hergestellt durch Bilden von Komponenten 1 und 2, im nachfolgenden
beschrieben, durch das gleiche Verfahren, beschrieben in Beispiel
1, und dann Zusammenmischen dieser Komponenten.
| Komponente
1 | Gewichtsteile |
| Acrylpolymer
1 Lösung
(aus | |
| Beispiel
1) | 32,3 |
| Acrylpolymer
2 Lösung | |
| (zuvor
hergestellt) | 25,3 |
| Polyesteroligomerlösung | |
| (zuvor
hergestellt) | 9,15 |
| N,N-Dimethyldodecylamin | 0,05 |
| Tinuvin® 292
(zuvor beschrieben) | 2,05 |
| Tinuvin® 328
(zuvor beschrieben) | 2,05 |
| Byk® 325
(zuvor beschrieben) | 0,25 |
| Dibutylzinndilaureat | 0,05 |
| Butylacetat | 7,96 |
| Methylethylketon | 5,5 |
| Xylol | 5 |
| Essigsäure | 0,26 |
| Methylisobutylketon | 10 |
| insgesamt | 100 |
| Komponente
2 | Gewichtsteile |
| Desmodur®N
-3300 (zuvor beschrieben) | 54 |
| Desmodur® Z-4470
BA (zuvor beschrieben) | 14 |
| Butylacetat | 32 |
| insgesamt | 100 |
-
Komponenten
1 und 2 wurden in einem 756/24,4 Gewichtsverhältnis unter Bilden einer klaren Überzugszusammensetzung
gemäß dieser
Erfindung zusammengemischt. Die sich ergebende Zusammensetzung hatte
einen VOC Gehalt von 4,0, einen Bindemittelfeststoffgehalt von 50,8%
und ein Bindemittel von Acrylpolymer 1/Acrylpolymer 2/Polyesteroligomer//IPDI
Trimer/HDI Trimer Gewichtsverhältnis
von 49/34/17//15/85 und NCO/OH Äquivalentverhältnis von
1,2. Die zuvor genannten Zusammensetzungen wurden ausgesprüht und in
der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, getestet. Das
Folgende sind wichtige Eigenschaften der Zusammensetzung dieser
Erfindung:
| Eigenschaften | Erfindung |
| IPDI
Trimer (%) | 15 |
| trockene
Umgebungsluft | |
| (25°C/50% RH) | |
| Staubfrei-Zeit | 2–3 Min |
| Zeit
zum Glanzschleifen | 4
h |
| Wasserfleck | |
| 1 h | 9,7 |
| 2 h | 10 |
| 12
h | 10 |
| Verdorren | nein |
| Persoz
Härte bei
2,2 Mil (Sek) | |
| nach
4 h | 40 |
| Topfzeit
bei Umgebungstemperatur | 1,5
h |
Naßschleifen
nach Brennen bei 60°C
Metalltemperatur 5 Minuten lang
-
Die
zuvor angegebenen Ergebnisse zeigen, daß die Zusammensetzung der Erfindung
im wesentlichen Wasserfleck frei innerhalb einer Stunde nach Trocknen
bei Umgebungstemperatur war, welches es ermöglicht, daß das Vehikel früher nach
außen
ohne Befürchtung
von Wasserbeflecken bewegt wird.
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BEISPIEL 3
-
ACRYLPOLYMER 3
-
Eine
Hydroxyl enthaltende Acrylpolymerlösung wurde durch das gleiche
Verfahren, beschrieben in Beispiel 1, mit den folgenden Bestandteilen
hergestellt:
| Teil
1 | Gewichtsteile |
| Xylol | 55 |
| Teil
2 | |
| Methylethylketon | 10 |
| Styrolmonomer | 15 |
| Methylmethacrylatmonomer | 5 |
| Isobutylmethacrylatmonomer | 32 |
| Isobornylmethacrylatmonomer | 23 |
| 2-Ethylhexylmethacrylatmonomer | 5 |
| Hydroxyethylmethacrylatmonomer | 20 |
| Teil
3 | |
| T-Butylperacetatlösung | |
| (75%
Feststoffe in Lackbenzin) | 2,5 |
| insgesamt | 167,5 |
-
Die
sich ergebende Acrylpolymerlösung
hatte einen Polymerfeststoffgehalt von etwa 60%. Das Polymer hatte
eine Mw von etwa 8 500 und ein Tg von etwa 55°C.
-
Klare Überzugszusammensetzung
-
Eine
klare Überzugszusammensetzung
wurde durch Bilden von Komponenten 1 und 2, im nachfolgenden beschrieben,
durch das gleiche Verfahren, beschrieben in Beispiel 1, und dann
Zusammenmischen dieser Komponenten hergestellt.
| Komponente
1 | Gewichtsteile |
| Acrylpolymer
2 Lösung | 18,7 |
| (aus
Beispiel 2) | |
| Acrylpolymer
3 Lösung
(zuvor hergestellt) | 20,5 |
| Polyesteroligomerlösung (aus
Beispiel 2 | 5,3 |
| N,N-Dimethyldodecylamin | 0,26 |
| Tinuvin® 292
(zuvor beschrieben) | 0,51 |
| Tinuvin® 328
(zuvor beschrieben) | 0,51 |
| Byk® 325
(zuvor beschrieben) | 0,1 |
| Dibutylzinndilaureat | 0,02 |
| Butylacetat | 10,3 |
| Methylethylketon | 7 |
| Xylol | 3,33 |
| Essigsäure | 0,160 |
| Triethylendiamin | 0,03 |
| Methylisobutylketon | 1,8 |
| Aceton | 2,2 |
| Oxsol® 100(1-Chlor,4-trifluormethylbenzol) | 6,7 |
| Toluol | 2,5 |
| insgesamt | 100 |
| Komponente
2 | Gewichtsteile |
| Desmodur® N-3300
(zuvor beschrieben) | 10,9 |
| Demodur® Z-4470
BA (zuvor beschrieben) | 2,7 |
| Butylacetat | 6,5 |
| insgesamt | 20,1 |
-
Komponenten
1 und 2 wurden in einem 79,9/20,1 Gewichtsverhältnis unter Bilden einer klaren Überzugszusammensetzung
gemäß dieser
Erfindung zusammengemischt. Die sich ergebende Zusammensetzung hatte
einen VOC Gehalt von 4,3, einen Bindemittel-Feststoffgehalt von
42% und ein Bindemittel von Acrylpolymer 2/Acrylpolymer 3/Polyesteroligomer//IPDI
Trimer/HDI Trimer 40/44/16//15/85 Gewichtsverhältnis und NCO/OH Molverhältnis von
1,2. Die zuvor angegebenen Zusammensetzung wurde auf eine Kaltwalzstahloberfläche, überzogen
mit einem Primer und einem Basisüberzug,
gesprüht
und gesteuert bei 60°C
5 Minuten lang für
Staubfrei-, Wasserfleck- und Glanzschleifbarkeits-Messungen getrocknet.
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Der Überzug hatte
die folgenden wichtigen Eigenschaften:
| Eigenschaften | Erfindung |
| Brennen
bei 60°C
Metalltemperatur 5 Minuten lang | |
| Staubfrei-Zeit | bei
Kühlen |
| Zeit
zum Glanzschleifen | bei
Kühlen |
| Wasserfleck
bei Kühlen | 10 |
-
Die
zuvor angegebenen Ergebnisse zeigen, daß nach Brennen bei bestimmten
vernünftigen
Temperaturen der klare Überzug
staubfrei, Wasserfleck frei und schleifbar oder glanzschleifbar
mit keinem Verdorren bei Herunterkühlen war. Keine der herkömmlichen
Zusammensetzungen bei gegenwärtiger
Verwendung kann bei Herunterkühlen
naß geschliffen
oder glanzgeschliffen werden.
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BEISPIEL 4
-
ACRYLPOLYMER 4
-
Eine
Hydroxyl enthaltende Acrylpolymerlösung wurde durch das gleiche
Verfahren, beschrieben in Beispiel 1, mit den folgenden Bestandteilen
hergestellt:
| Teil
1 | Gewichtsteile |
| Xylol | 5
g |
| Teil
2 | |
| Butylacetat | 7 |
| Styrolmonomer | 20 |
| Isobornylmethacrylatmonomer | 30 |
| 2-Ethylhexylmethacrylatmonomer | 1
g |
| Hydroxyethylmethacrylatmonomer | 16 |
| Hydroxypropylmethacrylatmonomer | 16 |
| Teil
3 | |
| T-Butylperacetatlösung | |
| (75%
Feststoffe | 6,5 |
| in
Lackbenzin) | – |
| insgesamt | 171,5 |
-
Die
sich ergebende Acrylpolymerlösung
hatte einen Polymerfeststoffgehalt von etwa 60%, Mw von etwa 5 000
und einen Tg Wert von etwa 47–48°C.
-
KLARE ÜBERZUGSZUSAMMENSETZUNG
-
Eine
klare Überzugszusammensetzung
wurde durch Bilden von Komponenten 1 und 2, im nachfolgenden beschrieben,
durch das gleiche Verfahren, beschrieben in Beispiel 1, und dann
Zusammenmischen der Komponenten hergestellt.
| Komponente
1 | Gewichtsteile |
| Acrylpolymer
4 Lösung
(zuvor hergestellt) | 33,55 |
| Acrylpolymer
2 Lösung
(aus Beispiel 2) | 28 |
| Polyesteroligomerlösung (aus
Beispiel 2) | 4,92 |
| N,N-Dimethyldodecylamin | 0,31 |
| Tinuvin®292
(zuvor beschrieben) | 0,75 |
| Tinuvin® 328
(zuvor beschrieben) | 0,75 |
| Byk® 325
(zuvor beschrieben) | 0,08 |
| Dibutylzinndilaureat | 0,05 |
| Butylacetat | 9,7 |
| Triethylendiamin | 0,04 |
| Methylethylketon | 10,2 |
| Xylol | 4,9 |
| Essigsäure | 0,46 |
| Methylisobutylketon | 2,64 |
| Toluol | 3,65 |
| insgesamt | 100 |
| Komponente
2 | Gewichtsteile |
| Desmodur® N-3300
(zuvor beschrieben) | 51,3 |
| Desmodur
Z-4470 BA (zuvor beschrieben) | 17,9 |
| Butylacetat | 30,8 |
| insgesamt | 100 |
-
Komponenten
1 und 2 wurden in einem 79,9/20,1 Gewichtsverhältnis unter Bilden einer klaren Überzugszusammensetzung
gemäß dieser
Erfindung zusammengemischt. Die sich ergebende Zusammensetzung hatte
einen VOC Gehalt von 4,28, einen Bindemittelfeststoffgehalt von
47%, ein Acrylpolymer 4/Acrylpolymer 2/Polyester-Oligomer//IPDI
Trimer/HDI Trimer von 50/40/10//20/80 Gewichtsverhältnis und
NCO/OH Äquivalentverhältnis von
1,2. Die zuvor angegebenen Zusammensetzung wurde ausgesprüht und in
der gleichen Weise getestet, wie in Beispiel 1 beschrieben.
-
Der Überzug hatte
die folgenden wichtigen Eigenschaften:
| Eigenschaften | Erfindung |
| IPDI
Trimer (%) | 20 |
| Umgebungsluft
trocken | |
| (25°C/50%RH) | |
| Staubfrei-Zeit | 2–3 Min |
| Zeit
zum Glanzschleifen | 4
Stunden |
| Wasserfleck | |
| 1 Stunde | 9,9 |
| 2 Stunden | 10 |
| 12
Stunden | 10 |
| Persoz
Härte bei
2,2 Mil (Sek) | |
| nach
4 Stunden | 48 |
| Topfzeit
bei Umgebungstemperatur | 1,5
Stunden |
Naßschleifen
nach Brennen bei 60°C
Metalltemperatur 5 Minuten lang
