DE69910635T2

DE69910635T2 - Pulverzusammensetzung, Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit dieser Pulverlackbeschichtungszusammensetzung

Info

Publication number: DE69910635T2
Application number: DE69910635T
Authority: DE
Inventors: Thomas F. Chagrin Falls Steckel
Original assignee: Lubrizol Corp
Current assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2019-02-13
Also published as: CA2261242A1; EP0936251A1; JPH11315226A; US5925698A; EP0936251B1; DE69910635D1; BR9900406A; AU1547199A

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Pulverbeschichtungszusammensetzungen mit einer nicht-mattierenden und gleitverbessernden Menge eines Additivs und ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung der Pulverbeschichtungszusammensetzung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Gleiten ist die relative Bewegung zwischen zwei Objekten, die miteinander in Kontakt stehen. Wenn ein Objekt entlang einer Oberfläche bewegt wird, tritt ein Widerstand auf, der in eine zu der Bewegung entgegengesetzte Richtung wirkt. Die Widerstandskraft wird auch als Reibungskraft bezeichnet, wobei die Reibung aus der Unebenheit der zwei in Kontakt stehenden Oberflächen herrührt.
Beschichtungssysteme, einschließlich Pulverbeschichtungen, sind gegenüber Schäden empfindlich, wenn sie mit festen Objekten in Kontakt stehen. Lackierungen können z. B. leicht während eines Trocknens beschädigt werden, wenn sie noch nicht ausgehärtet sind. In dem Fall von Einbrennemaillen kann eine Schädigung auftreten, wenn die Filme noch nicht abgekühlt sind. Zusätzlich können Kratzer, die Diskontinuitäten auf Oberflächen sind, ein Anhaften von luftübertragenen Verunreinigungen und Korrosionsmitteln bewirken, was eventuell zu Korrosionsproblemen führt. Pulverbeschichtungssysteme sind dem Fachmann gut bekannt. Ein übliches Problem mit vielen Pulverbeschichtungen besteht darin, dass sie zu Beschädigungen oder Kratzern neigen.
Gleitadditive stellen zu einem gewissen Grad einen Schutz gegen solche Schädigungen bereit. Zum Beispiel schützen sie bei Automobil-Beschichtungsanwendungen die nicht vollständig ausgehärteten, frisch aufgetragenen Emaillen und bei Dosenbeschichtungen schützen sie die Beschichtung während des Füllens und der Verteilung.
Die Vorstellungen von Gleit- und Beschädigungs- (oder Kratz-) Festigkeit sind sehr nahe miteinander verbunden in der Weise, dass das gleiche Additiv beide Funktionen erbringen kann – Gleitfähigkeit verleihen und Kratzfestigkeit bereitstellen. Zusätzlich ist das beiden zugrunde liegende Prinzip das gleiche. Ein hartes Objekt, das eine ein Zusatzmittel enthaltende Lackierung berührt, kann aufgrund der Oberflächen-Schmierfähigkeit des Additivs abgelenkt werden. Dies führt zu einer größeren scheinbaren Filmhärte oder Kratzfestigkeit.
Ein Gleitadditiv sollte mehrere Anforderungen erfüllen. Das Additiv sollte zu der Filmoberfläche während des Trocknungsprozesses wandern, wodurch ein Film ausgebildet wird, der nicht nur an der Beschichtung anhaftet, sondern auch in günstiger Weise deren Fließ- und Ausgleicheigenschaften beeinflusst. Zusätzlich sollte dieser Film Schmiereigenschaften aufweisen, ausgedrückt als die Fähigkeit, ein Gewicht in einer sehr dünnen Schicht zu tragen.
Auf Silikon-Chemie basierende Verbindungen wurden als Kratz- und Gleitadditive etwa 30 Jahre verwendet. Beispiele von Silikon-basierenden Gleitadditiven umfassen Polydimethylsiloxane, Polyoxyalkylensiloxan (Polysiloxan/Polyether)-Copolymere und Polyoxyalkylen-Methylalkylsiloxan-Copolymere.
Das Problem mit vielen Gleitadditiven besteht darin, dass sie den Glanz der ausgehärteten Beschichtung vermindern. Erfindungsgemäß wird eine erhöhte Gleiteigenschaft (Verminderung des Reibungskoeffizienten) an ausgehärtete Pulverbeschichtungen bereitgestellt, die geeignet ist, die gehärteten Beschichtungen beständiger gegenüber Beschädigungen oder Kratzern ohne einen nennenswerten Verlust an Glanz zu machen.
Eine genaue Beschreibung, die den Begriff von Gleiten und Kratzen und die Entwicklungen von Additiven, um die Kratzfestigkeit zu verbessern und Gleitfähigkeit zu verleihen, beschreibt, findet sich in einem Artikel von F. Fink et al. mit dem Titel "Development of New Additives to Improve Scratch Resistance and Impart Slip To Solvent-Based Coating Systems" in Journal of Coatings Technology, Bd. 62, Nr. 791, Dezember 1990.
Die US-PS 3,455,726 , Mitchell, Jr. et al., 15. Juli 1969, beschreibt einen Artikel, der ein Papiersubstrat, einen feuchtigkeitsbeständigen Film eines Polymers, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vinylidenchloridpolymeren, Polyethylen und Polypropylen, mit dem das Substrat überschichtet ist, und eine Gleitbeschichtung auf diesem Film umfasst, wobei die Gleitbeschichtung im Wesentlichen aus einem Teilester einer Fettsäure und Hexitolanhydrid einschließlich eines Polyoxyethylen-Derivats des Esters besteht.
Die US-PS 4,289,828 , Ota et al., 15. September 1981, beschreibt ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das durch Beschichten eines Grundmaterials mit einem magnetischen Beschichtungsmaterial, das eine Dispersion von magnetischen Partikeln in einem Bindemittel von synthetischen Harzen ist, unter Verwendung eines polyfunktionellen aromatischen Isocyanats als einem Aushärtungsmittel hergestellt wird, gekennzeichnet durch die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels des Sorbitanstearat-Typs.
Die JP-PS 57-30119, Nishimatsu, 18. Februar 1982, beschreibt ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das einen magnatischen Lack mit einer Aushärtungskomponente und einem Tensid umfasst und auf einem Substrat aufgebracht ist, wobei die Aushärtungskomponente Isophorondiisocyanat enthält und das Tensid einen gesättigten Fettsäureester von Sorbitan enthält.
Die JP-PS 09-272820 beschreibt Epoxyharz-basierende Pulverbeschichtungszusammensetzungen, die ein Epoxyharz-basierendes Pulver und ein Schmiermittel umfassen, das fähig ist, eine glatte, flache Beschichtung bereitzustellen, wobei das Schmiermittel ein Ester mit einer C₁₂- bis C₃₂-Alkylgruppe wie Pentaerythritstearat ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfassend: (a) eine filmbildende Harzzusammensetzung und (b) eine nicht-mattierende und gleitverbessernde Menge eines Additivs, das ein nicht-vernetztes Umsetzungsprodukt einer Hydroxylverbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Innosit, Sorbit, Mannit, Ribit, Sorbitan und Gemischen von zwei oder mehreren davon, und einer Carbonsäure oder einem reaktiven Äquivalent der Carbonsäure umfasst, wobei das Umsetzungsprodukt mindestens eine Esterfunktionalität und mindestens eine unverzweigte Hydrocarbylgruppe mit etwa 10 bis etwa 100 Kohlenstoffatomen umfasst.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung der vorstehenden Pulverbeschichtungszusammensetzung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Vielfältige bevorzugte erfindungsgemäße Merkmale und Ausführungsformen werden hierin nachstehend durch eine nicht-begrenzende Veranschaulichung beschrieben.
Der Begriff "Hydrocarbylsubstituent" oder "Hydrocarbylgruppe" wird hierin in seiner gewöhnlichen Bedeutung verwendet, die dem Fachmann gut bekannt ist. Insbesondere betrifft er eine Gruppe, die ein Kohlenstoffatom, das direkt an den Rest des Moleküls gebunden ist, und einen vorwiegenden Kohlenwasserstoffcharakter aufweist. Beispiele von Hydrocarbylgruppen umfassen:

(1) Kohlenwasserstoffsubstituenten, d. h. aliphatische (z. B. Alkyl- oder Alkenyl-), alicyclische (z. B. Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-) Substituenten und aromatisch-, aliphatisch- und alicyclisch-substituierte aromatische Substituenten als auch cyclische Substituenten, worin der Ring durch einen anderen Teil des Moleküls vervollständigt wird (z. B. bilden zwei Substituenten zusammen einen alicyclischen Rest),
(2) substituierte Kohlenwasserstoffsubstituenten, d. h. Substituenten mit Nicht-Kohlenwasserstoffgruppen, die im Zusammenhang mit der Erfindung den vorwiegenden Kohlenwasserstoffsubstituenten nicht verändern (z. B. Halogen- (insbesondere Chlor- und Fluor-), Hydroxy-, Allcoxy-, Mercapto-, Alkylmercapto-, Nitro-, Nitroso- und Sulfoxygruppen),
(3) Heterosubstituenten, d. h. Substituenten, die, während sie einen vorwiegenden Kohlenwasserstoffcharakter im Zusammenhang mit der Erfindung aufweisen, von Kohlenstoff verschiedene Atome in einem Ring oder einer Kette enthalten, der/die ansonsten aus Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Heteroatome umfassen Schwefel-, Sauerstoff-, Stickstoffatome und beinhalten Substituenten wie Pyridyl-, Furyl-, Thienyl- und Imidazolylgruppen. Im Allgemeinen werden nicht mehr als zwei, vorzugsweise nicht mehr als ein Nicht-Kohlenwasserstoffsubstituent für jeweils 10 Kohlenstoffatome in der Hydrocarbylgruppe vorhanden sein. Typischerweise wird kein Nicht-Kohlenwasserstoffsubstituent in der Hydrocarbylgruppe vorhanden sein.

Eine geradkettige Hydrocarbylgruppe ist eine Hydrocarbylgruppe, die frei von Verzweigungs- und Ringstrukturen ist. Jedoch kann eine solche Hydrocarbylgruppe noch einen Heterosubstituenten aufweisen, der den vorwiegenden Kohlenwasserstoffcharakter der Hydrocarbylgruppe nicht verändert.
Der Ausdruck "reaktives Äquivalent" eines Materials bedeutet jede Verbindung oder chemische Zusammensetzung, die von dem Material selbst verschieden ist und die wie das Material selbst unter den Reaktionsbedingungen reagiert oder sich verhält. Somit umfassen reaktive Äquivalente einer Carbonsäure säureproduzierende Derivate wie ein Anhydrid, ein Acylhalogenid und Gemische davon, wenn nicht anders spezifisch angegeben.
Pulverbeschichtungszusammensetzungen sind dem Fachmann gut bekannt. Sie sind Beschichtungszusammensetzungen, die nahezu vollständig aus festen Komponenten aufgebaut sind. Obwohl in einer solchen Zusammensetzung wenige Komponenten vorhanden sein können, die in der Form einer Flüssigkeit vorliegen können, liegt die Zusammensetzung als Ganzes in der Form eines Pulvers vor. Das Wort "Pulver" bedeutet hier, dass nicht nur Materialien mit einer sehr geringen Partikelgröße (weniger als etwa 10 μm) umfasst sind, sondern auch diejenigen mit größeren Größen wie Granula oder andere partikuläre Teilchen. Typischerweise variiert die Partikelgröße einer Pulverbeschichtungszusammensetzung von 0,3 bis 300 μm, üblicherweise von 0,3 bis 105 μm. Pulverbeschichtungen wurden als Antwort auf einen erkannten Bedarf und Wunsch der Beschichtungsindustrie entwickelt, um den Energieverbrauch und die Lösungsmittelemission zu vermindern.
Filmbildende Harzzusammensetzung (a)
Eine Komponente der erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungszusammensetzung ist eine filmbildende Harzzusammensetzung. Der Begriff "filmbildende Harzzusammensetzung" umfasst das vollständige System aus:

1) einem Polymer (auch als Harz oder "Bindemittel" bezeichnet), das fähig ist, einen Film (das "filmbildende Harz") entweder mit einem Aushärtungsmittel (auch als Vernetzungsmittel, Aushärter, Vernetzer oder Härter bekannt) oder ohne ein Aushärtungsmittel (wie durch Lufttrocknen oder durch Wärmebehandlung) zu bilden,
2) einem Vernetzungsmittel, falls nötig,
3) einem jeglichen Katalysator oder Beschleuniger, der notwendig sein kann, um die Umsetzung zwischen dem filmbildenden Harz und dem Vernetzungsmittel zu erleichtern.

Polymere, die als das filmbildende Harz verwendet werden können, umfassen Polyesterharze, Acrylharze und Epoxidharze.
Da der Begriff "filmbildende Harzzusammensetzung" jedes Aushärtungsmittel (Vernetzungsmittel), das zum Vernetzen verwendet werden kann, umfasst, umfassen die vorstehend beschriebenen Harze auch intrinsisch Urethanharze, die sich bilden, wenn sich eine eine Di- oder Polyisocyanatgruppe (-NCO-) tragende Zwischenverbindung (wie ein Isocyanat-Aushärtungsmittel) mit einer eine Di- oder Polyhydroxyl-tragenden Spezies umsetzt. Die Spezies, die zum Umsetzen mit der Isocyanat-Funktionalität verwendet wird, kann als ein jeglicher Wasserstoff-Donor beschrieben werden, der zwei oder mehr aktive Wasserstoffatome trägt. Obwohl es einen weiten Bereich von Wasserstoff-Donoren für eine Verwendung in der Herstellung von Polyurethan-Beschichtungen durch den Anstrichchemiker gibt, sind Hydroxyl-basierende Systeme besonders geeignet. Geeignete Hydroxyl-basierende Systeme umfassen hydroxylierte Acrylharz-Derivate, hydroxylierte (gesättigte) Polyester, Epoxide und andere Polyetherbasierende Polyole, Polycaprolacton-basierende Polyole, Castoröl-Derivate und Polyamide, Phenole und Aminosysteme. Geeignete Isocyanat-terminierte Spezies umfassen die Paraffin-Kohlenwasserstoffe, Hexamethylendiisocyanat und Isophorondiisocyanat und die aromatischen Spezies, Toluoldiisocyanat und Diphenylmethyldiisocyanat.
Das filmbildende Harz kann ein thermoplastisches Harz oder ein Duroplast sein. Thermoplastische Harze reagieren nicht bei Wärmebehandlung, sondern schmelzen und fließen über den zu beschichtenden Teil. Nach Abkühlen kann der gehärtete Film durch die einfache Wärmebehandlung wieder geschmolzen werden. Duroplaste sind reaktive Systeme und eine chemische Reaktion – Vernetzung – tritt zwischen dem Harz und Härter (Vernetzungsmittel)-Molekül bei Wärmebehandlung auf. Dies führt zu einem ausgehärteten oder gehärteten Film, der nicht mehr durch nochmaliges Erhitzen geschmolzen werden kann. Duroplaste umfassen auch Wasser-Aushär- tungssysteme wie feuchtigkeitsaushärtende Urethane.
Geeignete Beispiele von thermoplastischen Harzen für Pulverbeschichtungszusammensetzungen umfassen Polyolefine, einschließlich Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) und Polypropylen, Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide, Polyester, chlorierte Polyether und Cellulose-Acetobutyrat.
Es folgt eine kurze Beschreibung der verschiedenen Möglichkeiten von filmbildenden Harzen, die in thermoplastischen oder hitzehärtbaren Systemen verwendet werden können. Eine kurze Beschreibung der Aushärtungsmittel und/oder Aushärtungsreaktionen ist auch eingeschlossen, wenn das Harz auch als ein Duroplast verwendet wird.
In einer Ausführungsform umfassen die filmbildenden Harze, die verwendbar sind, die Epoxidharze. Diese umfassen jegliche einer Reihe von bekannten organischen Harzen, die durch das Vorhandensein der Epoxidgruppe
gekennzeichnet sind. Eine große Vielzahl solcher Harze ist käuflich erhältlich. Solche Harze weisen entweder eine gemischte aliphatisch-aromatische oder eine ausschließlich nicht-benzoide (d. h. aliphatische oder cycloaliphatische) molekulare Struktur auf.
Beispiele von Epoxidharzen, die verwendet werden können, umfassen Diglycidylether von Bisphenol A (DGEBA, hergestellt durch Umsetzung von Epichlorhydrin mit Bisphenol A), ferner Reaktionsprodukte von DGEBA mit zusätzlichem Bisphenol A, um feste, lineare und difunktionelle Epoxidharze zu ergeben, und Epoxid-Novolak-Harze. Die Epoxidharze können mit einer Vielzahl von Härtungsmitteln oder Aushärtungsmitteln vernetzt werden, um Beschichtungen mit hervorragenden Adhäsions-, guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften und sehr guter Korrosionsbeständigkeit zu ergeben. Diese Aushärtungsumsetzungen umfassen Epoxid-Amin-Umsetzungen, Epoxid-Phenol-Umsetzungen, Epoxid-Anhydrid-Umsetzungen, Epoxid-Carboxyl-Umsetzungen und Epoxid-Epoxid-Umsetzungen. Eine weitere Klasse von Harzen, die verwendbar sind, umfassen Polyesterharze. Diese sind Umsetzungsprodukte von multifunktionellen Alkoholen (Glykolen) mit multifunktionellen Säuren oder Säureanhydriden. Das Verhältnis von Glykol zu Säure oder Säureanhydrid bestimmt den Typ der reaktiven Endgruppe, d. h. ein Überschuss an Glykol wird zu Hydroxy-terminierten (oder Hydroxy-funktionalen) Polyestern führen, während ein Überschuss an Säure oder Säureanhydrid zu einem Carboxyl-terminierten (oder Carboxy-funktionalen) Polyester führen wird. Geeignete Ausgangsmaterialien umfassen, sofern der Säureanteil betroffen ist, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Maleinsäureanhydrid, Trimellithsäureanhydrid und Adipinsäure. Geeignete multifunktionale Alkohole umfassen Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,4-Butandiol, Trimethylolpropan und Neopentylglykol. Für Duroplasten (hitzehärtbare Harze) umfassen Aushärtungsmittel für Hydroxy-funktionale Polyester blockierte Isocyanate. Die aliphatischen Hydroxylgruppen des OH-funktionalen Polyesters können sich mit Isocyanaten, wie in Schema 1 nachstehend gezeigt, umsetzen: Schema 1: Umsetzung einer aliphatischen Hydroxylgruppe mit einem Isocyanat
Da diese Reaktion leicht bei Raumtemperatur auftritt, ist es nötig, eine der zwei Reaktanten zu blockieren und dies ist normalerweise die Isocyanatgruppe. Ein geeignetes Blockierungsmittel ist ε-Caprolactam. Geeignete Isocyanate umfassen Toluoldiisocyanat (TDI), 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1,6-Hexamethylendiisocyanat (HMDI) und Isophorondiisocyanat (IPDI). In manchen Fällen werden jedoch diese Verbindungen als toxisch betrachtet. Es ist deswegen bevorzugt, ein Addukt des Diisocyanats mit einem Triol wie Trimethylolpropan oder einem Diol wie Ethylenglykol zu bilden. Dies kann dadurch erfolgen, dass ein Überschuss des Diisocyanats mit dem Alkohol umgesetzt wird, um ein Isocyanat-terminiertes Addukt zu bilden, wie es in Schema 2 nachstehend beispielhaft angegeben ist.
Schema 2: Umsetzung eines Diisocyanats mit einem Diol, um ein Isocyanat-terminiertes Addukt zu bilden
Dieses kann seinerseits mit ε-Caprolactam blockiert werden, um die in Schema 3 nachstehend gezeigte idealisierte Struktur zu ergeben: Schema 3: Bildung eines ε-Caprolactam-blockierten Isocyanats
Die reaktive Isocyanatgruppe kann während eines Aushärtens freigesetzt werden und sich mit den aliphatischen Hydroxylgruppen des Polyesters umsetzen, da das ε-Caprolactam bei Temperaturen oberhalb von etwa 160°C freigesetzt wird.
Andere Blockierungsmittel für Isocyanate (wie Ketoxime) können verwendet werden, mit der Maßgabe, dass das blockierte Isocyanat bei Raumtemperatur in festem Zustand vorliegt.
Die erfindungsgemäß verwendbaren Vernetzungsmittel umfassen auch diejenigen, die selbst-blockierte ("geblocktes Mittel-frei") Isocyanate mit einer Uretdion-Bindung sind. Beispiele dieser selbst-blockierten Isocyanat-Verbindungsmittel umfassen diejenigen, die von Hüls America unter dem Handelsnamen "VESTAGON^TM BF-1540" erhältlich sind, mit einem durchschnittlichen Äquivalentgewicht von etwa 280 und einem Isocyanatgehalt (% NCO) von 14,7 bis 16,7. Dieses Vernetzungsmittel ist als ein VESTANAT^TM-IPDI (Isophorondiisocyanat)-Addukt beschrieben, das intern blockierte Strukturen aufweist. Als ein Ergebnis wird kein Blockierungsmittel während eines Aushärtens freigesetzt. Das Produkt kann bis zu der Deblockierungstemperatur von mehr als etwa 160°C verarbeitet werden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die filmbildende Harzzusammensetzung ein Polyesterharz und ein Isocyanat-enthaltendes Aushärtungsmittel. Das heißt, ein Hydroxy-funktionaler Polyester wird mit einem blockierten Isocyanat umgesetzt, um ein Polyurethan zu ergeben. Der Hydroxy-funktionale Polyester weist ein Hydroxy-Äquivalentgewicht von etwa 1400 (eine Hydroxylzahl von 35 bis 45) und eine Säurezahl von 11 bis 14 auf. Es wird von Ruco Polymer Corporation unter dem Namen "RUCOTE^TM 102" vertrieben. Die Isocyanat-Aushärtungsmittel umfassen typischerweise blockierte Isocyanate, die Feststoffe sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das blockierte Isocyanat ein ε-Caprolactam-blockiertes Isophoronisocyanat-Addukt. Es weist ein Äquivalentgewicht von etwa 280 auf und wird von Ruco Polymer Corporation unter dem Namen "RUCOTE^TM NI-2" vertrieben.
Für Carboxy-funktionale Polyester umfassen die Aushärtungsmittel feste Polyepoxide und β-Hydroxyalkylamide. Geeignete feste Polyepoxide in Pulverbeschichtungen umfassen Triglycidylisocyanurat (TGIC), das durch die Umsetzung von Epichlorhydrin und Cyanursäure hergestellt wird. Es wird angenommen, dass der Aushärtungsmechanismus die Umsetzung der Epoxidgruppe mit der Carboxylgruppe bei erhöhten Temperaturen beinhaltet. Ein basischer Katalysator wird manchmal verwendet, um die Umsetzung zu beschleunigen. Es wird angenommen, dass tetrafunktionale β-Hydroxyalkylamide über eine einfache Veresterungsreaktion unter der Eliminierung von Wasser vernetzen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die filmbildende Harzzusammensetzung ein Epoxid-Polyester-Hybrid-Harz. Die Epoxid-Komponente des Hybrids kann ein Bisphenol A-basierendes Epoxidharz mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von 730 bis 820 sein. Es ist ein "Typ 3–3,5"-Harz mit durchschnittlich 3–3,5 Hydroxylsubstituierten Propoxid-Bisphenol A-Einheiten (n = 3–3,5 im Durchschnitt in der nachstehenden Struktur):
Dieses Epoxidharz ist von Dow Chemical Company unter dem Namen "D. E. R.^TM 663U" erhältlich. Es wird angenommen, dass das Polyesterharz in diesem Epoxid-Polyester-Hybrid ein gesättigtes carboxyliertes (d. h. Carboxy-funktionalisiertes) Polyesterharz ist, das eine Säurezahl von 70 bis 85 und eine Glasübergangstemperatur von etwa 56°C aufweist. Dieses Polyesterharz ist von DSM Resins BV unter dem Namen "URALAC^TM P 5127" erhältlich. Es wird angenommen, dass die Aushärtungsreaktion für dieses Epoxid-Polyester-Hybrid Epoxid-Carboxyl-Umsetzungen beinhaltet, wobei der Carboxyl-terminierte Polyester das Epoxidharz aushärtet. Die Umsetzung zwischen einer Epoxidgruppe und einer Carbonsäuregruppe schreitet bei erhöhten Temperaturen leicht voran, wodurch Ester- und Hydroxy-Funktionalitäten erzeugt werden. Diese Umsetzung verwendet manchmal einen geeigneten Katalysator. Ein üblicherweise verwendeter Katalysator ist Benzyltrimethylammoniumchlorid. Andere Verbindungen wie 2-Methylimidazol können als ein Katalysator für die Aushärtungsreaktion verwendet werden.
Eine weitere Klasse von Harzen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind die Acrylharze, die dadurch erhalten werden, dass eine geeignete Kombination eines Monomers mit einer funktionellen Gruppe und eines weiteren copolymerisierbaren Monomers in herkömmlicher Art und Weise polymerisiert wird. Die Polymerisationsreaktion wird üblicherweise durch radikalbildende Mittel wie Benzoylperoxid oder Azobisisobutyronitril (AIBN) gestartet und die Umsetzung ist ein 4-stufiges Verfahren mit den nachstehenden Schritten, die bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten auftreten: (1) Start, (2) Kettenwachstum, (3) Kettenübertragung und (4) Termination. Die Polymerisationstemperatur beträgt gewöhnlich 60°C bis 100°C und die Polymerisationsdauer beträgt gewöhnlich 3 bis 10 Stunden. Beispiele der Monomere mit der funktionellen Gruppe umfassen Hydroxylgruppen-enthaltende Monomere wie beta-Hydroxyethylacrylat, beta-Hydroxypropylacrylat, beta-Hydroxyethylmethacrylat, beta-Hydroxypropylmethacrylat, N-Methylolacrylamid und N-Methylolmethacrylamid, Carboxylgruppen-enthaltende Monomere wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure wie auch Monoester von Maleinsäure und Fumarsäure mit Monoalkoholen, Alkoxylgruppen-enthaltende Monomere wie N-Butoxymethylmethacrylamid und N-Butoxymethylacrylamid und Epoxidgruppen-enthaltende Monomere wie Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat und Allylglycidylether. Diese Monomere können entweder allein oder in der Form einer Kombination von zwei oder mehreren derselben verwendet werden. Das Monomer mit einer funktionellen Gruppe wird in einer Menge von etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% der gesamten Monomere verwendet. Beispiele der Monomere, die mit diesen Monomeren mit einer funktionellen Gruppe copolymerisiert werden, umfassen olefinisch ungesättigte Monomere wie Ethylen, Propylen und Isobutylen, aromatische Monomere wie Styrol, Vinyltoluol und alpha-Methylstyrol, Ester von (Meth)acrylsäure und Alkoholen mit 1 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(methacrylat), n-Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat und Lauryl(meth)acrylat, Vinylester von Carbonsäuren mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen wie Vinylacetat, Vinylpropionat und Vinyl-2-ethylhexanoat sowie Vinylchlorid, Acrylnitril und Methacrylnitril. Sie können entweder allein oder in der Form eines Gemisches von zwei oder mehreren verwendet werden.
Für hitzehärtbare Pulverbeschichtungen verwendbare Acrylharze weisen im Allgemeinen Glasübergangstemperaturen (T_g) von über etwa 65°C und Schmelzbereiche zwischen 70–110°C auf, um die notwendige physikalische Stabilität und Einfachheit einer Auftragung sicherzustellen. Zusätzlich dazu besitzen sie im Allgemeinen reaktive Gruppen, so dass sie nach einem Auftrag auf das Substrat vernetzt werden können. Zwei Typen von Acrylharzen wurden entwickelt, um diese Anforderungen zu erfüllen, nämlich Hydroxy-funktionale Acrylharze, die mit blockierten Isocyanaten vernetzt werden können, und Epoxid-funktionale Acrylharze, die mit kristallinen dibasischen aliphatischen Säuren wie Decandicarbonsäure und Dodecandicarbonsäure vernetzt werden können.
Wie bereits vorstehend beschrieben, können Katalysatoren oder Beschleuniger verwendet werden, um die Geschwindigkeit einer Umsetzung zwischen einem Harz und einem Aushärtungsmittel zu erhöhen, und sie werden in die filmbildende Harzzusammensetzung eingebaut. Sie werden im Allgemeinen in Mengen von 0,1 bis 1,0% zugesetzt und sie können entweder die Aushärtungsdauer bei einer gegebenen Temperatur oder alternativ die Aushärtungstemperatur vermindern. Der verwendete Katalysator hängt von dem filmbildenden Harz und dem Aushärtungsmittel ab. Typische Katalysatoren umfassen Imidazole, cyclisches Amidin, Alkyl/Arylammoniurnhalogenide und Zinkalkyl/Arylthiocarbamate.
Die Konzentration der filmbildenden Harzzusammensetzung in der Pulverbeschichtungszusammensetzung wird variieren abhängig davon, ob die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein pigmentiertes oder klares (d. h. ohne jegliche Pigmente) System ist. Typischerweise wird die Konzentration der filmbildenden Harzzusammensetzung 45 bis 95, mehr bevorzugt 60 bis 90 Gew.-% betragen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung.
Das Additiv (b)
Die zweite Hauptkomponente der erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungszusammensetzung ist eine nicht-mattierende und gleitverbessernde Menge eines Additivs (b). Der Begriff "nicht-mattierende und gleitverbessernde Menge" bezeichnet eine jegliche Menge des Additivs (b), die ausreicht, den erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungen nicht-mattierende und gleitverbessernde Eigenschaften zu verleihen. In einer Ausführungsform ist das Additiv (b) in einer Menge von mindestens etwa 0,01 Gew.-% der Beschichtungszusammensetzung vorhanden. In einer Ausführungsform ist es in einer Menge von 0,01 bis 5, in einer Ausführungsform 0,1 bis 3 und in einer Ausführungsform 0,2 bis 2 Gew.-% der Beschichtungszusammensetzung vorhanden. Der Begriff "nicht-mattierend" bedeutet, dass das Additiv (b), wenn es in eine Beschichtungszusammensetzung eingebaut wird, fähig ist, mindestens etwa 75% des Anfangsglanzes beizubehalten. Der Begriff "Anfangsglanz" bezeichnet den Glanz der ausgehärteten Beschichtungszusammensetzung ohne das Additiv (b). Glanz wird gewöhnlich gemäß dem Testverfahren ASTM D-523 gemessen. In einer Ausführungsform werden mindestens etwa 85% des Anfangsglanzes beibehalten. In einer Ausführungsform werden mindestens etwa 95% des Anfangsglanzes beibehalten. In einer Ausführungsform wird der Glanz im Vergleich zum Anfangsglanz erhöht. Der Begriff "gleitverbessernd" bedeutet, dass eine ausgehärtete Pulverbeschichtungszusammensetzung mit dem Additiv (b) einen verbesserten (d. h. niedrigeren) Reibungskoeffizienten im Vergleich zu einer Pulverbeschichtungszusammensetzung ohne das Additiv (b) aufweist. Messungen des Reibungskoeffizienten werden gewöhnlich gemäß dem Testverfahren ASTM D-4518 durchgeführt. Das erfindungsgemäße Additiv (b) ist ein nicht-vernetztes Reaktionsprodukt, das durch Umsetzen einer organischen Hydroxyverbindung und einer Carbonsäure oder einem reaktiven Äquivalent dieser Carbonsäure hergestellt wird.
Die organische Hydroxyverbindung
Die organischen Hydroxyverbindungen, die zum Herstellen des Additivs (b) verwendet werden, werden aus Innosit, Sorbit, Mannit, Ribit, Sorbitan und Gemischen von zwei oder mehreren davon ausgewählt.
Die Carbonsäure
Die Carbonsäuren, die zum Herstellen der nicht-mattierenden gleitverbessernden erfindungsgemäßen Additive verwendet werden, können eine Mono-, Di- oder eine Polycarbonsäure, entsprechend der Formel B-(COOH)_z, oder ein reaktives Äquivalent davon sein, worin B eine direkte Bindung zwischen zwei COOH-Gruppen, ein mono-, di- oder ein multivalenter organischer Rest ist und z der Anzahl von Carboxylgruppen entspricht. Vorzugsweise ist z 1–10, insbesondere 1–4. Die Carbonsäuren umfassen aliphatische und aromatische Carbonsäuren als auch Polycarbonsäureverbindungen mit vielen Carbonsäure-Funlctionalitäten oder reaktive Äquivalente davon wie Ester, Anhydride oder Acylhalogenide. Monocarbonsäuren, die verwendet werden können, weisen die Formel RCOOH auf, worin R eine Hydrocarbylgruppe, vorzugsweise eine aliphatische Gruppe ist. Vorzugsweise enthält R 1 bis 50 Kohlenstoffatome. Beispiele von aliphatischen Carbonsäuren umfassen Ameisensäure, Essigsäure, Propansäure, Butansäure, Decansäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Ölsäure, Stearinsäure, Isostearinsäure, Laurinsäure, Caprylsäure, Caprinsäure und Behensäure. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Carbonsäure eine geradkettige gesättigte Carbonsäure mit 18 Kohlenstoffatomen, nämlich Stearinsäure.
Auch umfasst von den Monocarbonsäuren sind Hydroxy-substituierte Monocarbonsäuren wie 12-Hydroxystearinsäure und Ricinusölsäure (Castorölsäure).
Verbindungen, die erfindungsgemäß als die Di- oder Polycarbonsäure verwendbar sind, können aus einer jeglichen aromatischen, aliphatischen oder cycloaliphatischen, geradkettigen oder verzweigtkettigen, gesättigten oder ungesättigten Dicarbonsäure ausgewählt werden, die mindestens 2 Kohlenstoffatome und mehr bevorzugt 3 bis 40 Kohlenstoffatome aufweist. Beispiele für diese sind Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Sebacinsäure, Azelainsäure, Undecandicarbonsäure, 1,11-Undecandicarbonsäure, Dodecandicarbonsäure, Hexadecandicarbonsäure, Docosandicarbonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und dergleichen, entweder allein oder Gemische davon. Der Begriff "Dicarbonsäure" wird auch verwendet, um Hydroxy-substituierte Dicarbonsäuren zu umfassen. Beispiele für Hydroxy-substituierte Dicarbonsäuren sind Weinsäure, Citronensäure und Hydroxyisophthalsäure.
Dicarbonsäuren können auch die substituierten Bernsteinsäuren umfassen, die der Formel R-CH(COOH)CH₂COOH entsprechen, worin R eine Hydrocarbylgruppe ist, einschließlich einer Gruppe, die von einem Olefinpolymer abstammt und durch Polymerisation solcher Monomere wie Ethylen, Propylen, 1-Buten, Isobuten, 1-Penten, 2-Penten, 1-Hexen und 3-Hexen gebildet wird. Solche Gruppen enthalten gewöhnlich 30 bis 200, häufiger bis zu etwa 100 Kohlenstoffatome.
Auch verwendbar sind Oligomere von Fettsäuren, die im Wesentlichen aus dimerisierten Fettsäuren bestehen. Sie werden normalerweise als "Dimersäuren" bezeichnet und durch die thermische Kopplung von ungesättigten Pflanzensäuren hergestellt. Sie sind von Emery, Westvaco, Henkel, Unichema und anderen Firmen erhältlich. Handelsnamen dieser Dimersäuren umfassen Empol^TM von Henkel Corporation und Pripol^TM von Unichema International. Beispiele von verzweigten Dimersäuren sind Empol^TM 1004, Empol^TM 1008, Empol^TM 1018 und Empol^TM 1016. Dimersäuren sind in den US-PSen 2,482,760, 2,482,761, 2,731,481, 2,793,219, 2,964,545, 2,978,468, 3,157,681 und 3,256,304 beschrieben.
Zusätzlich zu den Dicarbonsäuren sind Säuren mit mehr als zwei Carbonsäuregruppen verwendbar. Typische Beispiele dieser polybasischen Säuren sind Trimetllithsäure, Trimesinsäure, Citronensäure, 1,2,3,4-Butantetracarbonsäure und dergleichen. Polymerisierte polybasische Säuren, die mehr als zwei Carbonsäuregruppen enthalten, sind auch von der Definition von polybasischen Säuren umfasst. Die polymeren polybasischen Säuren mit 3 Carbonsäuregruppen sind als "Trimersäuren" bekannt. Diese Trimersäuren sind unter dem Handelsnamen Empol^TM von Henkel Corporation-Emery-Group und Unidyme^TM von Union Camp Corporation käuflich erhältlich. Typische Beispiele dieser Trimersäuren sind Empol^TM 1040 und Empol^TM 1041. Polybasische Säuren, die Gemische von Di-, Tri-, Tetra-, Penta- und Hexacarbonsäuren sind, sind auch erfindungsgemäß verwendbar.
Polysäure-Umsetzungsprodukte von ungesättigten Pflanzensäuren mit Acrylsäure und Maleinsäureanhydrid sind von Westvaco unter dem Produktnamen Diacid^TM 1550 bzw. Tenax^TM 2010 erhältlich.
Das Umsetzungsprodukt der Hydroxyverbindung und der Carbonsäure
Das erfindungsgemäße Umsetzungsprodukt der Hydroxyverbindung und der Carbonsäure enthält mindestens eine Esterfunktionalität und mindestens eine geradkettige Hydrocarbylgruppe mit 10 bis 100 Kohlenstoffatomen. In einer Ausführungsform weist das Umsetzungsprodukt der Hydroxyverbindung und der Carbonsäure 1 bis 4 Esterfunktionalitäten auf. Vorzugsweise weist die geradkettige Hydrocarbylgruppe 10 bis 50 Kohlenstoffatome und mehr bevorzugt 12 bis 24 Kohlenstoffatome auf. Die geradkettige Hydrocarbylgruppe kann entweder von der Carbonsäure oder von der Hydroxyverbindung abstammen. Ferner sollte das Umsetzungsprodukt der Hydroxyverbindung und der Carbonsäure nicht das Ergebnis einer Vernetzungs- oder Polymerisationsreaktion zwischen zwei Molekülen sein, die jeweils viele Hydroxy- oder Carboxyl-Funktionalitäten aufweisen. Folglich sollte sowohl die Hydroxyverbindung als auch die Carbonsäure nicht gleichzeitig mehr als zwei reaktive Funktionalitäten enthalten.
In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Additiv (b) ein Sorbitanester.
Die Sorbitanester umfassen Sorbitanfettsäureester, worin die Fettsäurekomponente des Esters eine Carbonsäure mit 10 bis 100 Kohlenstoffatomen und in einer Ausführungsform 12 bis 24 Kohlenstoffatomen umfasst. Sorbitan ist ein Gemisch von Anhydrosorbitolen, im Wesentlichen 1,4-Sorbitan und Isosorbid:
Sorbitan (auch als Monoanhydrosorbitol oder Sorbitolanhydrid bekannt) ist ein allgemeiner Name für Anhydride, die von Sorbitol durch Entfernung eines Moleküls Wasser ableitbar sind. Die erfindungsgemäßen Sorbitanfettsäureester sind ein Gemisch von partiellen Estern von Sorbitol und seinen Anhydriden mit Fettsäuren. Diese Sorbitanester können durch die nachstehende Struktur dargestellt werden, die eine jegliche eines Monoesters, Diesters, Triesters, Tetraesters oder Gemischen davon sein kann.
In der vorstehenden Formel bedeutet jede Z-Gruppe unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine C(O)R--Gruppe und jede R-Gruppe bedeutet beiderseits unabhängig eine Hydrocarbylgruppe mit 9 bis 99 Kohlenstoffatomen, mehr bevorzugt 11 bis 23 Kohlenstoffatomen. Beispiele von Sorbitanestern umfassen Sorbitanstearate und Sorbitanoleate wie Sorbitanstearat (d. h. Monostearat), Sorbitandistearat, Sorbitantristearat, Sorbitanoleat und Sorbitansesquioleat. In einer Ausführungsform ist der Sorbitanester Sorbitantristearat. Sorbitanester sind unter den Handelsnamen Spans^TM und Arlacels^TM käuflich erhältlich und werden auch von der Calgene Chemical Company verkauft.
Die Sorbitanester umfassen auch Polyoxyalkylensorbitanester, worin die Alkylengruppe 2 bis 24 Kohlenstoffatome aufweist. Diese Polyoxyalkylensorbitanester können der Struktur
entsprechen, worin jede R-Gruppe unabhängig eine Alkylengruppe mit 2 bis 24 Kohlenstoffatomen ist, R¹ eine Hydrocarbylgruppe mit 9 bis 99 Kohlenstoffatomen, mehr bevorzugt 11 bis 23 Kohlenstoffatomen ist und w, x, y und z der Anzahl von sich wiederholenden Oxyalkylen-Einheiten entsprechen. Zum Beispiel führt eine Ethoxylierung von Sorbitanfettsäureestern zu einer Reihe von hydrophileren Tensiden, was das Ergebnis einer Umsetzung von Hydroxygruppen von Sorbitan mit Ethylenoxid ist. Eine Haupthandelsklasse dieser ethoxylierten Sorbitanester sind diejenigen, die 5 bis 80 Ethylenoxid-Einheiten enthalten. Sie werden von Calgene Chemical unter dem Namen "Polysorbat" vertrieben. Typische Beispiele sind Polyoxyethylen (hierin nachstehend als "POE" bezeichnet) (20)-Sorbitantristearat (Polysorbat 65) und POE (20)- Sorbitantrioleat (Polysorbat 85), POE (5)-Sorbitanmonooleat (Polysorbat 81) und POE (80)-Sorbitanmonooleat (Polysorbat 80). Wie in dieser Terminologie verwendet, bezeichnet die Zahl in den Klammern die Anzahl von Ethylenoxid-Einheiten, die in der Zusammensetzung vorhanden sind. Der bevorzugte erfindungsgemäße Sorbitanester ist Sorbitantristearat, das derzeit von Calgene Chemical Company als "Calgene STS" verkauft wird. Vorzugsweise ist die Alkylengruppe der Polyoxyalkylensorbitanester eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, d. h. sie ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Propylen, Butylen und Gemischen davon.
Andere optionale Komponenten der Pulverbeschichtungszusammensetzung
Die erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungszusammensetzungen können auch andere Additive wie Verlaufmittel-Additive, Entgasungsmittel, Pigmente, Füllstoffe und Spezialeffekt-Additive enthalten.
Verlaufmittel-Additive sind eine weitere Komponente einer Pulverbeschichtungszusammensetzung. In den meisten (aber nicht allen) Formulierungen ist diese Komponente sehr erwünscht, da ohne sie es sehr schwierig ist, gehärtete Filme mit einer guten Fließfähigkeit und einem guten Aussehen und ohne Krater oder andere Oberflächendefekte zu erhalten. Die Verlaufmittel-Additive können ein Feststoff oder eine Flüssigkeit sein. Jedoch bestehen sie normalerweise aus hochgradig viskosen auf Polyacrylaten basierenden Flüssigkeiten. Sie werden entweder in der Form von so genannten Grundmischungen, d. h. sie wurden zu dem Harz durch den Harzhersteller sofort nach dem Harzkoch-Arbeitsgang und gerade vor dem Flocken zugesetzt, zugefügt oder das Additiv wird auf fein verteiltes Silica absorbiert und kann zu dem Pulver-Vorgemisch direkt zugegeben werden. Somit liegt, obwohl sogar diese Komponente selbst eine Flüssigkeit sein kann, die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes in der Form eines Pulvers vor.
Die erfindungsgemäße Pulverbeschichtungszusammensetzung kann auch ein Entgasungsmittel wie Benzoin enthalten. Benzoin soll als ein Mittel gegen Lochfraß und als eine Entgasungshilfe wirken und es wird allgemein angenommen, dass es das Aussehen der ausgehärteten Beschichtung verbessert.
Pigmente können als fein vermahlene Materialien definiert werden, die in dem zu verwendenden Medium (Bindemittel) unlöslich sind und die den Beschichtungen Farbe und Deckkraft verleihen. Pigmente können auch viele andere wichtige Eigenschaften der endgültigen Beschichtung wie Wasserpermeabilität, Flexibilität und Schlagbeständigkeit beeinflussen.
Pigmente können im Allgemeinen in anorganische und organische Pigmente eingeteilt werden. Anorganische Pigmente umfassen Titandioxid, Eisenoxid, Chromoxid und Ruß. Organische Pigmente umfassen blaue Pigmente wie Kupferphthalocyanin-Blau, Indanthron-Blau, Carbozol-Violett, Rotpigmente wie Cadmium-Rot, Chinacridon-Rot und Thioindigo-Rot, Gelbpigmente wie Benzidin-Gelb und Benzimidazolon-Gelb, Orangepigmente wie Benzidin-Orange, Grünpigmente wie Kupferphthalocyanin-Grün und Violettpigmente wie Chinacridon-Violett.
Ein oder mehrere Pigmente können in einer Pulverbeschichtungsformulierung verwendet werden. Die Details der Verwendung von Pigmenten sind dem Fachmann gut bekannt.
Füllstoffe, die auch als Streckungsmittel bezeichnet werden, sind chemisch inerte Materialien, die in dem zu verwendenden Bindemittel unlöslich sind und die der Beschichtung bestimmte Eigenschaften verleihen. Bindemittel können die Kosten einer endgültigen Beschichtungszusammensetzung verringern und beeinflussen auch Eigenschaften wie Glanz, Flexibilität, Fließeigenschaften, Lagerstabilität, Dichte und Porosität. Einige der üblicherweise am meisten verwendeten Füllstoffe umfassen Lithopon, Bariumsulfat, Silikate und Calciumcarbonate.
Die Pulverbeschichtungszusammensetzung kann auch bestimmte Spezialeffekt-Additive enthalten. Spezialeffekte wie Metalleffektfarben, Hammerschlaglacke, Narbeneffekt- oder strukturierte Lacke und Beschichtungen mit geringem Glanz sind im Allgemeinen schwieriger mit Pulverbeschichtungen zu erreichen als mit herkömmlichen flüssigen Beschichtungen. Narbeneffektlacke können durch den Einbau von bestimmten inerten Additiven wie Polypropylen, Nylon und einigen speziellen Wachsen erhalten werden. Hammerschlaglacke werden durch den Einbau einer Verunreinigung erreicht, die mit dem Fluss des verwendeten Harzsystems konkurriert. Tatsächlich kann die gehärtete Beschichtung viele Krater aufweisen und in Gegenwart eines Aluminiumpigments wird der Hammerschlageffekt auftreten. Metalleffektfarben sind in Pulverbeschichtungen aufgrund des Fehlens von Orientierungseffekten von Pigmenten oder Füllstoffpartikeln (wegen sehr großer Viskositäten während einer Filmbildung) schwierig zu erhalten. Sie können auch aufgrund der Brennbarkeit der metallischen Pigmente ziemlich gefährlich sein. Verfahren zum Einbauen von metalli schen Pigmenten, um einen Metalleffekt an Beschichtungen zu verleihen, umfassen einen Einbau vor dem Extrusionsverfahren, ein nachträgliches Mischen zu der endgültigen Pulverbeschichtung und ein spezielles Bindeverfahren, während dem die Metallpigmente an die Oberfläche der Pulverpartikel gebunden werden, nachdem sie gemahlen worden sind. Ein Verfahren, um matte Beschichtungen zu erreichen, ist ein Zusammenmischen von zwei mit einem Überzugslack versehenen und bereits gemahlenen Pulvern von unterschiedlichen Reaktivitäten. Das sich ergebende Gemisch wird sodann eine matte Beschichtung nach einem Aushärten ergeben.
Anwendungsverfahren für Pulverbeschichtungen sind dem Fachmann bekannt. Sie umfassen das Wirbelschichtverfahren, elektrostatisches Wirbelschichtverfahren, elektrostatisches Spritzverfahren, triboelektrisches Sprühverfahren, Verwendung von internen und externen Corona-Spritzpistolen, Pulverglocken und Pulverdrehzerstäubern, wobei das bevorzugte Verfahren die Verwendung von Corona-Spritzpistolen ist. Ferner kennt der Fachmann auch das allgemeine Herstellungsverfahren für Pulverbeschichtungen und dieses umfasst die Schritte eines Vormischens, des Mischens unter Schmelzen und Pulverisierens.
Die Substrate für Pulverbeschichtungen umfassen Metall, Holz und Plastik und Glas. Beispiele von Substraten, die industriell pulverbeschichtet wurden, umfassen Büromöbel, Geräte (wie Kühlschränke, Tiefkühler, Waschmaschinen) als auch Paneele von Kraftfahrzeugkarosserien.
Die Temperatur, die zum Erhitzen der auf geeignete Substrate aufgetragenen Beschichtung verwendet wird, um den Film zu bilden, variiert abhängig davon, ob die Beschichtungszusammensetzung ein thermoplastisches oder hitzehärtbares System ist, wobei eine höhere Temperatur zum Aushärten der Duroplasten verwendet wird. Die Temperatur zum Schmelzen der Beschichtungszusammensetzung reicht von 70 bis 90°C (für thermoplastische Kunststoffe und Duroplasten) und zum Aushärten von Duroplasten wird die Temperatur weiter auf 150–200°C erhöht. Die Filmdicke der Beschichtung reicht von 10–500 μm (0,5–20 mils), mehr bevorzugt 10–250 μm (0,5 bis 10 mils). Die ausgehärteten Beschichtungen mit dem Additiv (b) sind nicht-mattierend und weisen verbesserte Gleiteigenschaften auf im Vergleich zu Beschichtungen ohne das Additiv (b).
Eine hervorragende Quelle, die die Chemie, Verwendungen und Anwendungen von verschiedenen in Beschichtungen verwendeten Harzen und Additiven beschreibt, ist Protective Coatings-Fundamentals of Chemistry and Compositions von Clive H. Hare, Technology Publishing Company, Pittsburgh, Pennsylvania (1994).
Eine besonders hervorragende Quelle, die die Chemie, Herstellung und Anwendung von Pulverbeschichtungen beschreibt, ist Powder Coatings von Josef H. Jilek, veröffentlicht von Federation of Societies for Coatings Technology, Darlene Brezinski 8& Thomas J. Miranda, Hrsg. (1993).
BEISPIELE
Beispiel 1 (Sorbitantristearat in einer Polyesterharz/Isocyanat-Aushärtungsmittel-Pulverbeschichtungsformulierung)
Tabelle 7 zeigt eine Polyesterharz/Isocyanat-Aushärtungsmittel-Pulverbeschichtungsformulierung, die bei der Beurteilung von Sorbitantristearat als ein nicht-mattierendes gleitverbesserndes Mittel verwendet wird.
Tabelle 7. Pulverbeschichtungsformulierung, die auf einem Polyesterharz/Isocyanat-Aushärtungsmittel basiert und bei der Bewertung von Sorbitantristearat als ein nicht-mattierendes gleitverbesserndes Additiv verwendet wird
Die Leistungsergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.
Tabelle 8. Testergebnisse von Pulverbeschichtunszusammensetzungen von Tabelle 7
Verarbeitung:

Vormischen – 30 s Aufreibmischer (wearing blender)
Extrudieren: Baker-Perkins APV MP19PC 15 : 1 Doppelschneckenextruder Trommel 90°C Zone 1; 110°C Zone 2; UPM = 350; Feeder 25; Walzen 21,9 Komponenten wurden unter Verwendung einer Labormühle vermahlen, durch ein 140-mesch-Sieb gesibt und unter Verwendung einer Nordson Versaspray II-Pulversprühpistole versprüht.
Substrat: Phosphat-beschichtete, kalt gewalzte Stahlplatte-Bonderite 1000 Parkalen 60, mit entionisiertem Wasser gespült, unpoliert
Aushärtung: 15 min bei 191°C(375°F) in einem elektrischen Präzisionsofen

Im Vergleich zu der Kontrollformulierung ohne ein jegliches Gleitadditiv (Formulierung A) zeigen die Ergebnisse mit Sorbitantristearat (Formulierung B) in der vorstehenden Polyesterharz/Isocyanat-Aushärtungsmittel-Formulierung einen verbesserten 20°-Glanz, einen gleichwertigen 60°-Glanz und verbesserte Gleiteigenschaften (geringerer Reibungskoeffizient).
Beispiel 2 (Sorbitantristearat, bewertet in einer auf einem Epoxid-Polyester-Hybrid-Harz basierenden Pulverbeschichtungsformulierung)
Tabelle 9 zeigt eine Pulverbeschichtungsformulierung, die auf einem Epoxid-Polyester-Hybrid-Harz basiert und bei der Bewertung von Sorbitantristearat als ein nicht-mattierendes, gleitverbesserndes Additiv verwendet wurde.
Tabelle 9. Pulverbeschichtungszusammensetzung, die auf einem Epoxid-Polyester-Hybrid basiert und in der Bewertung von Sorbitantristearat verwendet wurde
Leistungsergebnisse sind in der Tabelle 10 gezeigt.
Tabelle 10. Testergebnisse von Pulverbeschichtunszusammensetzungen von Tabelle 9
Verarbeitung:

Vormischen – Komponenten der Pulverbeschichtung wurde abgewogen und in einem Beutel vermischt
Extrudieren – Alle Materialien wurden zweimal mit einem "APV 19PC"-Doppelschneckenextruder mit einer Trommellänge von 15 L/D bei folgenden Parametern extrudiert: Trommelzone 1: 60°C Trommelzone 2: 100°C Schmelztemperatur: 70–75°C UPM der Schnecke: 300 Torsion: 60–70%
Vermahlen – Nach einem groben Vermahlen wurden die Proben mit einer Retsch Z-100-Mühle vermahlen. Sodann wurden die Beschichtungen mit einem 100 μm-Sieb gesibt.
Auftragung – Die Beschichtungen wurden mit einem manuellen Pulver-Pulverisierungswerkzeug auf Aluminiumplatten mittels des Corona-Verfahrens aufgesprüht: Spannung: 80 kV Förderlufgt: 2,2 bar
Aushärtung – Die Platten wurden bei 160°C für 18 Minuten ausgehärtet.

In der Epoxid-Polyester-Mischformulierung zeigen die Ergebnisse mit Sorbitantristearat (Formulierungen B und C, Tabelle 10) einen etwas geringeren Glanz im Vergleich zu der Kontrolle und verbesserte Gleiteigenschaften.
Soweit nicht anders angegeben, soll jede Chemikalie oder Zusammensetzung, auf die hierin verwiesen wird, als ein Material von käuflicher Güte angesehen werden, das die Isomere, Nebenprodukte, Derivate und andere solche Materialien enthalten kann, von denen normalerweise angenommen wird, dass sie in der käuflichen Güte vorhanden sind. Jedoch ist die Menge jeder chemischen Komponente ausschließlich eines jeglichen Lösungsmittels oder Verdünnungsöls vorhanden, das herkömmlicherweise in dem käuflichen Material vorhanden sein kann, wenn nicht anders angegeben. Es soll verstanden werden, dass die hierin angegebenen Mengen-, Bereichs- und Verhältnisgrenzen kombiniert werden können. Wie hierin verwendet, erlaubt der Ausdruck "im Wesentlichen bestehend aus" die Aufnahme von Substanzen, die die grundlegenden und neuen Eigenschaften der unter Betracht stehenden Zusammensetzung nicht materiell beeinflussen.

Claims

Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfassend: (a) eine filmbildende Harzzusammensetzung und (b) eine nicht-mattierende und gleitverbessernde Menge eines Additivs, das ein nicht-vernetztes Umsetzungsprodukt einer Hydroxylverbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Inosit, Sorbit, Mannit, Ribit, Sorbitan und Gemischen von zwei oder mehreren davon, und einer Carbonsäure oder einem reaktiven Äquivalent der Carbonsäure umfasst, wobei das Reaktionsprodukt mindestens eine Esterfunktionalität und mindestens eine unverzweigte Hydrocarbylgruppe mit etwa 10 bis etwa 100 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend ferner: (c) ein Verlaufmittel, (d) ein Entgasungsmittel und/oder (e) ein Pigment.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die filmbildende Harzzusammensetzung (a) ein Harz umfasst, ausgewählt aus Epoxidharzen, ölfreien Polyesterharzen, Acrylharzen und Gemischen von zwei oder mehreren davon.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hydroxylverbindung Sorbitan ist.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Carbonsäure 1 bis etwa 10 Carboxylgruppen enthält.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hydroxylverbindung ein Sorbitanester ist, der einen Sorbitanfettsäureester umfasst, wobei die Fettsäurekomponente des Esters eine Carbonsäure mit etwa 10 bis etwa 100 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei der Sorbitanester ein Sorbitanstearat, ein Sorbitanoleat oder ein Gemisch davon umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das Sorbitanstearat Sorbitantristearat ist.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Additiv (b) bei einer Menge von mindestens etwa 0,01 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung verwendet wird.
Verfahren zum Beschichten eines Substrats, umfassend die Schritte: (I) Auftragen einer Pulverbeschichtungszusammensetzung, wie sie in einem der vorstehenden Ansprüche definiert ist, auf das Substrat und (II) Erhitzen der aufgetragenen Pulverbeschichtungszusammensetzung aus Schritt (I), um einen Film zu bilden.