DE10030418B4

DE10030418B4 - Wäßrige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen

Info

Publication number: DE10030418B4
Application number: DE10030418A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Itakura; Sukekuni Itoh; Takashi Watanabe; Yukiko Ishimoda; Shinnosuki Kawano
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Nippon Bee Chemical Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Nippon Bee Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: CA2311639C; JP3738876B2; US6624234B1; CA2311639A1; DE10030418A1; JP2001002977A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungszusammensetzung für Polsterungen von Automobilen, mit der ein höchsten Ansprüchen genügendes Finish von Kunststoffmaterialien mit unbehandelter (nicht vorbehandelter) Oberfläche, wie Polyolefinmaterialien, erreicht werden kann, und welche wäßrig ist und die ebenfalls eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Chemikalien aufweist. Die wäßrige Zusammensetzung für Polsterungen von Automobilen umfaßt als wesentlichen Bestandteil eine Harzemulsion, wobei die Harzemulsion eine Emulsion A eines Poly(olefinchlorid)harzes und eine Emulsion B eines reinen Acrylatharzes in einem Gewichtsverhältnis (A/B) bezogen auf den Feststoffgehalt von 25/75-30/70 umfaßt, wobei die Emulsion A des Poly(olefinchlorid)harzes eine Emulsion eines Poly(olefinchlorid)harzes mit einem Chlorgehalt von 22-25 Gew.-% bezogen auf den Feststoffgehalt und einer gewichtsgemittelten Molekülmasse von 60000 - 80000 ist und wobei die Emulsion B des reinen Acrylatharzes eine Emulsion eines Acrylatharzes ist, das eine Glasübergangstemperatur von nicht weniger als 40 DEG C aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen, mit der sich ausgezeichnet Kunststoffmaterialien beschichten lassen, insbesondere Materialien aus Polyolefinen.
Als Kunststoffmaterialien, die für Automobilpolsterungen verwendet werden, wird je nach den physikalischen Anforderungen, die das Produkt zu erfüllen hat, beispielsweise Polypropylen (PP), Acrylnitril-Styrol (AS), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyphenylenoxid (PPO), Poly(vinylchlorid) (PVC), Polyurethan (PU) und Polycarbonat (PC) verwendet. Wegen ihrer ausgezeichneten Wiederaufarbeitbarkeit werden in jüngerer Zeit aus Umweltschutzgedanken vermehrt Materialien aus Polyolefinen eingesetzt.
Auf diese Kunststoffmaterialien werden für Polsterungen geeignete Beschichtungen aufgebracht. Da Materialien aus Polyolefinen eine niedrige Oberflächenaktivität aufweisen und kristallin sind, treten dabei jedoch Schwierigkeiten bei der Haftung der Beschichtungsfilme auf den Polyolefinmaterialien auf.
Um eine Haftung sicherzustellen, wird daher eine Vorbehandlung durchgeführt, wie eine Plasmabehandlung oder eine Flammenbehandlung. Das Beschichtungsverfahren wird dadurch aufwendig und die Vorbehandlung verursacht einen Anstieg der Kosten.
Um die Beschichtbarkeit des Polyolefins zu verbessern, wird im Allgemeinen eine Zusammensetzung für die Beschichtung verwendet, die ein Polyvinylchloridharz enthält, um eine Lösung der Beschichtungszusammensetzung zu erhalten, in der das Polyvinylchloridharz in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist. Bei der Lagerung und der Verarbeitung derartiger Lösungen von Beschichtungsmitteln treten jedoch nicht nur Probleme im Hinblick auf eine Umweltverschmutzung auf (wie die Zerstörung der Ozonschicht und das Auftreten von photochemischem Smog), sondern es bestehen wegen der hohen Flüchtigkeit der Lösungsmittel auch Bedenken wegen der Feuergefahr und der negativen Wirkung auf den menschlichen Körper.
Für eine Verwendung im Automobilbereich wird weiter eine Beständigkeit gegen Motorenöl und Schmierfett gefordert.
WO 93/03104 A1 offenbart eine wässrige Grundieranstrichzusammensetzung als Adhäsionsverbesserer für Polyolefinsubstrate. Die Zusammensetzung umfasst ein chloriertes Polyolefin mit einem Molekulargewicht im Bereich von 9.000 zu 150.000 und einem Chlorgehalt im Bereich von 15–35 Gewichts. % und weiter ein funktionelles Carbonsäureharz. Das Gewichstsverhältnis zwischem dem chlorierten Polyolefin und der Carbonsäure liegt im Bereich von 70:30 bis 30:70.
US 5-258 444 offenbart eine wässrige Beschichtungszusammensetzung zum Beschichten von Kunststoffsubstraten, die eine wässrige chlorierte Polyolefindispersion und eine wässrige Polyurethandispersion enthält.
EP 0 774 500 A1 offenbart eine wässrige Einschichtanstrichzusammensetzung für ein Polypropylensubstrat, die eine Mischung aus einem Latex aus chloriertem Polyolefinharz und einem Latex aus einem Acrylharz umfasst. Das Verhältnis zwischen dem chlorierten Polyolefinharz und dem Acrylharz liegt im Bereich von 35:65 bis 65:35.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen zur Verfügung zu stellen, mit der ein Einschichtanstrich (1-coat finish) von noch nicht oberflächenbehandelten Kunststoffmaterialien, wie Polyolefinmaterialien, erreicht werden kann, die wässrig verarbeitet werden kann und die eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien aufweist.
Die Erfinder haben zur Lösung dieser Aufgabe verschiedene Experimente durchgeführt. Als Ergebnis habe sie die vorliegende Erfindung fertiggestellt aus der Erkenntnis, dass bei Verwendung des Poly(olefinchlorid)harzes in Form einer Emulsion, wobei der Chlorierungsgrad auf einen bestimmten Wert eingestellt ist und wobei dieses Poly(olefinchlorid)-harz mit einer großen Menge einer Emulsion eines reinen Acrylatharzes innerhalb eines bestimmten Bereichs in einem bestimmten Verhältnis vermischt wird, die Verwendung eines organischen Lösungsmittels vermieden oder verringert werden kann, und dass weiter ein höchsten Ansprüchen genügendes Finish des Kunststoffmaterials, wie einem Polyolefinmaterial, erreicht werden kann, und ferner die Beständigkeit gegenüber Chemikalien erhöht werden kann.
Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen umfaßt als wesentlichen Bestandteil eine Harzemulsion, wobei die Harzemulsion eine Emulsion A eines Poly(olefinchlorid)harzes und eine Emulsion B eines reinen Acrylatharzes in einem Gewichtsverhältnis (A/B) bezogen auf den Feststoffgehalt von 25/75–30/70 enthält, wobei die Emulsion A des Poly(olefinchlorid)harzes eine Emulsion eines Poly(olefinchlorid)harzes mit einem Chlorgehalt von bezogen auf den Feststoffgehalt 22–25 Gew.-% ist, sowie mit einer gewichtsgemittelten Molekülmasse von 60.000–80.000, und mit einem Emulgator oder einer basischen Substanz ist und wobei die Emulsion B des reinen Acrylatharzes eine Emulsion eines reinen Styrol-freien Acrylatharzes ist, das eine Glasübergangstemperatur von wenigstens 40 °C aufweist.
Sofern die oben beschriebene erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen eine Lackfarbe ist, enthält die Zusammensetzung vorzugsweise weiter ein schuppiges anorganisches Pulver in einem Anteil von 60–75 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzemulsion, bezogen auf den Feststoffgehalt.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung näher erläutert.
(Wäßrige Beschichtungszusammensetzung):
Die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen umfaßt als wesentlichen Bestandteil eine Harzemulsion, wobei die Harzemulsion eine Emulsion A eines Polyolefinchoridharzes und eine Emulsion B eines reinen Acrylatharzes enthält. Der gesamte Anteil dieser beiden Arten von Harzemulsionen an der Beschichtungszusammensetzung beträgt, berechnet als Feststoffgehalt, 15–30 Gew.-%.
Im Allgemeinen wird bei der Ausführung der Erfindung das Poly(olefinchlorid)harz und das reine Acrylatharz getrennt voneinander in eine Emulsion überführt und diese dann miteinander vermischt.
Bei der oben beschriebenen Harzemulsion ist das Poly(olefinchlorid)harz oder das reine Acrylatharz insbesondere in einem wäßrigen Medium verteilt und die Oberflächen der Teilchen werden zum Beispiel mit Emulgatoren, Tensiden oder einem Dispergiermittel stabilisiert.
(Poly(olefinchlorid)harz):
Das Poly(olefinchlorid)harz verleiht der Beschichtungszusammensetzung ein ausreichendes Beschichtungsvermögen für Polyolefinmaterialien, da das Polyolefin eine Affinität zu Kunststoffmaterialien aufweist, die mit diesem beschichtet werden sollen, insbesondere Polyolefinmaterialien, und weil weiter das Polyolefin durch die Chlorierung polarisiert wird, wodurch sich seine Filmbildungseigenschaften verbessern.
Beispiele für Polyolefine umfassen: Homopolymere von z.B. Ethylen oder Propylen; statistische Copolymere oder Blockcopolymere, die durch Copolymerisation von zwei oder mehr Monomeren erhalten werden, wie Olefinmonomere (z.B. Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hepten und 1-Octen) sowie Vinylmonomere mit einer terminalen Vinylgruppe (z.B. Vinylalkylether, Vinylchlorid und Vinylacetat); hydrierte Produkte von Copolymeren von beispielsweise Styrol, Butadien, Isopren, und Dicyclopentadien. Diese können jeweils allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Polypropylen ist besonders bevorzugt, da es leicht verfügbar ist und eine hohe Adhäsion aufweist.
Das Poly(olefinchlorid) muß eine gewichtsgemittelte Molekülmasse im Bereich von 60.000–80.000 aufweisen. Liegt die gewichtsgemittelte Molekülmasse unterhalb des angegebenen Bereichs, tritt leicht ein Quellen bei der Einwirkung von Motorenöl auf, weshalb die Beständigkeit gegenüber Motorenöl gering ist. Liegt die gewichtsgemittelte Molekülmasse oberhalb des oben angegebenen Bereichs, steigt die Viskosität während des Emulgierens stark an, weshalb die Herstellung einer Emulsion schwierig ist und weiter auch die Stabilität während der Lagerung gering ist.
Das Poly(olefinchlorid) muß bezogen auf den Feststoffgehalt einen Chlorgehalt von 22–25 Gew.-% aufweisen. Liegt der Chlorgehalt unterhalb des angegebenen Bereichs, sind die Affinität und die Verträglichkeit zwischen dem Poly(olefinchlorid) und dem reinen Acrylatharz jeweils so gering, das es schwierig ist, einen gleichmäßigen Beschichtungsfilm zu erhalten. Liegt andererseits der Chlorgehalt oberhalb des oben angegebenen Bereichs, ist die Adhäsion zum Polyolefinmaterial schlecht.
Um die Verteilbarkeit in Wasser zu verbessern, kann das Poly(olefinchlorid) mit einer ungesättigten Polycarbonsäure und/oder ihrem Anhydrid modifiziert (gepfropft) werden, da dadurch die Verträglichkeit zwischen dem Poly(olefinchlorid) und dem reinen Acrylatharz verbessert wird. Wird das Poly(olefinchlorid) mit dem Säureanhydrid und/oder Carbonsäure modifiziert, liegt deren Anhydridgruppe und/oder deren Carbonsäuregruppe als freier Rest vor, und/oder reagiert mit einer basischen Substanz unter Ausbildung eines Carboxylatanions, wodurch eine Löslichkeit in Wasser erreicht wird. Das modifizierte Poly(olefinchlorid) läßt sich daher leicht emulgieren und zeigt eine hohe Verteilbarkeit in Wasser. Dadurch läßt sich die Lagerfähigkeit der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung verbessern.
Beispiele für ungesättigte Säureanhydride und/oder Carbonsäuren umfassen Maleinsäure, Fumarsäure, Maleinsäureanhydrid, Citraconsäure, Citraconsäureanhydrid, Itaconsäure und Itaconsäureanhydrid. Diese können jeweils allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Maleinsäure und Maleinsäureanhydrid sind wegen ihrer leichten Verfügbarkeit besonders bevorzugt.
(reines Acrylatharz):
Da die Festigkeit des Beschichtungsfilms und die Witterungsbeständigkeit des oben beschriebenen Poly(olefinchlorids) nur gering ist, ist das in der Erfindung verwendete reine Acrylatharz eine Komponente, mit der diese Eigenschaften ausgeglichen werden können und die der erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzung neben der Festigkeit des Beschichtungsfilms und der Witterungsbeständigkeit eine Beständigkeit gegenüber Motorenöl, eine Beständigkeit gegen Verschmutzung und eine Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln zu verleiht.
Das reine Acrylatharz wird durch Homopolymerisation oder Copolymerisation von Acrylatmonomeren erhalten, wie (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylsäuremonomere mit einer Hydroxylgruppe, (Meth)acrylsäureester und (Meth)acrylnitril. Kurz gesagt ist das reine Acrylatharz ein Acrylharz, das frei von Styrol ist. Die Ursache liegt darin, daß Styrol die Beständigkeit gegenüber Motorenöl verschlechtert, da die Lösungsmittelbeständigkeit von Styrol gering ist.
Insbesondere wird das reine Acrylatharz durch Homopolymerisation oder Copolymerisation von Acrylatmonomeren erhalten, die eine Hydroxygruppe, eine Carboxylgruppe oder eine Estergruppe enthalten. Beispiele für Acrylatmonomere mit einer Hydroxygruppe sind 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat sowie deren Addukte mit ε-Caprolacton. Beispiele für Acrylatmonomere mit einer Carboxylgruppe umfassen (Meth)acrylsäure. Beispiele für Acrylatmonomere mit einer Estergruppe umfassen Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)acrylat, sowie Lauryl(meth)acrylat.
Das reine Acrylatharz muß eine Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 40 °C aufweisen. Ist die Glasübergangstemperatur des reinen Acrylatharzes geringer als 40 °C, kann keine für Automobilpolsterungen erforderliche Härte des Beschichtungsfilms erreicht werden, weshalb die Kratzfestigkeit nicht zufriedenstellend ist. Unter der Glasübergangstemperatur wird ein Wert verstanden, wie er mit dem Verfahren zur Messung der Übergangstemperatur in den plastischen Zustand gemäß JIS-K-7121 bestimmt wird.
(Ausbildung der Emulsion):
Das Poly(olefinchlorid)harz oder das reine Acrylatharz weist eine so hohe Hydrophobie auf, daß sie nur schwierig in Wasser dispergiert werden können. Das Poly(olefinchlorid)harz wird daher mit einem Emulgator oder einer basischen Substanz emulgiert.
Der Mischungsanteil des Emulgators wird entsprechend dem Mischungsanteil des Poly(olefinchlorid)harzes gewählt, des reinen Acrylatharzes, der basischen Substanz oder des Wassers, jedoch wird im Fall des Poly(olefinchlorid)harzes der Mischungsanteil des Emulgators vorzugsweise im Bereich von 3–40 Gewichtsteilen, insbesondere bevorzugt 10–25 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Harzes gewählt. Beträgt der Anteil des Emulgators weniger als 3 Gewichtsteile, ist die Lagerstabilität der Emulsion gering und außerdem tritt bei dem unten beschriebenen Herstellungsverfahren der Emulsion während der Polymerisation leicht Aggregation oder Präzipitation auf. Beträgt der Anteil des Emulgators mehr als 40 Gewichtsteile, verbleibt ein großer Anteil des Emulgators in dem Beschichtungsfilm, was bewirkt, daß sich die Wasserbeständigkeit oder die Witterungsbeständigkeit des Beschichtungsfilms verschlechtert.
Der Emulgator unterliegt an sich keinen besonderen Beschränkungen, als Beispiele können angeführt werden: nichtionische Emulgatoren, wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylphenolether, aliphatische Polyoxyethylenester, Fettsäureester von mehrere Hydroxygruppen enthaltenden Polyoxyethylenalkoholen, Fettsäureester von mehrere Hydroxygruppen enthaltenden Alkoholen, Polyoxyethylenpropylenpolyole, sowie Alkylolamide; anionische Emulgatoren, wie Salze von Alkylsulfatestern, Salze von Alkylphenolsulfonsäuren, Ester von Thiobernsteinsäure; amphothere Emulgatoren, wie Alkylbetaine und Alkylimidazoline; harzartige Emulgatoren, wie Urethanharze mit Polyoxyethylengruppen und Urethanharze mit Carboxylatgruppen; sowie kationische Emulgatoren, wie Imidazolinlaurat, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Stearylbetain, und Distearyldimethylammoniumchlorid. Diese können jeweils allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die nicht-ionischen Emulgatoren sind bevorzugt, da diese keine ionische polare Gruppe mit einer starken Hydrophilie aufweisen, weshalb sie die Wasserbeständigkeit des Beschichtungsfilms verbessern.
Als Emulgatoren können neben den oben beschriebenen unreaktiven Emulgatoren auch reaktive Emulgatoren verwendet werden. Die gleichzeitige Verwendung von reaktiven Emulgatoren und nicht-reaktiven Emulgatoren verbessert die Wasserbeständigkeit des Beschichtungsfilms. Der reaktive Emulgator kann beispielsweise eine reaktionsfähige Gruppe umfassen, wie eine radikalisch polymerisierbare ungesättigte Bindung, sowie eine hydrophile Gruppe (z.B. eine Polyethylenoxidgruppe, eine Hydroxygruppe, eine Carboxylgruppe, eine Sulfonsäuregruppe, eine Schwefelsäuregruppe, eine Aminogruppe) sowie eine hydrophobe Gruppe (z.B. eine Alkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine Fluoralkylgruppe, eine Polysiloxangruppe). Beispiele für reaktive Emulgatoren umfassen: Adeka Reasoap NE-10, NE-20, NE-30, die eine Allylethergruppe, eine Polyethylenoxidgruppe und eine Nonylphenylgruppe umfas sen (hergestellt durch Asahi Denka Kogyo K.K.); SE-10N, das eine Allylethergruppe, eine Polyethylenoxidgruppe eine Schwefelsäuregruppe sowie eine Nonylphenylgruppe umfaßt (hergestellt von Ashai Denka Kogyo K.K.); NOIGEN RN-20, RN-30, RN-50, die eine Propenylgruppe auf einer Phenylgruppe in einer Polyoxyethylennonylphenylethergruppe umfassen (hergestellt durch Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.); HS-10, HS-20, die eine Propenylgruppe auf einer Phenylgruppe in einem Polyoxyethylennonylphenylethersulfatestergruppe enthalten (hergestellt durch Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.); S-120A, S-180A, die eine Allylgruppe und eine Sulfonsäuregruppe umfassen (hergestellt durch die Kao Corporation); sowie Verbindungen, die eine Methacrylylgruppe oder eine Acrylylgruppe enthalten (hergestellt durch NIPPON NYUKAZAI Co., Ltd.), wie z.B. Antox MS-60 (=cyclisches Bis(polyoxyethylenpolyphenylether)methacrylatsulfatester salz) RMA-564, RMA-568, RMA-506 (=Polyoxyethylenonylphenyletheracrylate), RMA-1120, MPG130-MA (= Polyoxyethylenalkyletheracrylate), sowie MA-30, MA-50, MA-100 (=Polyoxyethylenmethacrylatester). Diese können jeweils einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die reaktiven Emulgatoren, welche eine Methacrylylgruppe oder eine Acrylylgruppe umfassen, sind bevorzugt, da sie in dem unten beschriebenen Herstellungsverfahren der Emulsionszusammensetzung leicht mit Acrylsäuremonomeren copolymerisiert werden können.
Der Mischungsanteil der basischen Verbindung, die zum Neutralisieren verwendet wird, kann ebenfalls in Abhängigkeit von dem Mischungsanteil des Poly(olefinchlorid)harzes, des reinen Acrylatharzes, des Emulgators oder des Wassers eingestellt werden. Der Mischungsanteil der basischen Verbindung wird in der Weise ausgewählt, daß eine saure funktionelle Gruppe in dem Poly(olefinchlorid)harz oder im Emulgator ausreichend neutralisiert werden kann, und beträgt bezogen auf die gesamte Emulsion beispielsweise 0,1–5 Gew.-%. Der pH der Emulsion, der durch Zugabe der basischen Sub stanz eingestellt wird, beträgt vorzugsweise 7–11, insbesondere 7,5–10,5, insbesondere bevorzugt 8–10. Liegt der pH der Emulsion unterhalb von 7, ist die Neutralisation nicht ausreichend, weshalb die Lagerstabilität der Emulsion gering sein kann. Beträgt der pH der Emulsion mehr als 11, liegt in der Emulsion ein Überschuß an basischer Substanz vor, weshalb die Emulsion einen so starken Geruch nach Aminen aufweist, daß sie nur schwer verwendbar ist.
Die für die Erfindung verwendete basische Substanz addiert sich an die Säureanhydridgruppe und/oder an die Carboxylgruppe des Poly(olefinchlorid)harzes und/oder neutralisiert diese Gruppen, wodurch die Hydrophilie des modifizierten Poly(olefinchlorids) erhöht wird und deshalb die Lagerungsstabilität der Emulsion verbessert werden kann.
Die basische Substanz unterliegt an sich keinen bestimmten Beschränkungen, Beispiele umfassen jedoch zumindest Aminverbindungen und Ammoniak. Beispiele für Aminverbindungen sind Monoamine, wie Trimethylamin, Triethylamin, Butylamin, Dibutylamin und N-Methylmorpholin; Polyamine, wie Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Piperazin, Isophorondiamin, Triethylendiamin und Diethylentriamin; sowie Alkanolamine, wie Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, N-Methyldiethanolamin, N,N-Dimethylethanolamin sowie 2-Amino-2-methylpropanol. Diese können jeweils einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Sie können auch gemeinsam mit Ammoniak verwendet werden.
Der Mischungsanteil des Wassers liegt bezogen auf die gesamte Emulsion, bevorzugt in einem Bereich von 50–95 Gew.-%, insbesondere 60–85 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 65–80 Gew.-%. Liegt der Mischungsanteil von Wasser unterhalb von 50 Gew.-%, ist der nicht-flüchtige feste Anteil der Emulsion zu hoch, weshalb sich die Lagerungsbeständigkeit der Emulsion wegen des leichten Auftretens von z.B. Aggregation verschlechtern kann. Liegt der Mischungsanteil des Wassers bei mehr als 95 Gew.-%, ist die Verarbeitbarkeit im unten beschriebenen Herstellverfahren der Emulsion schlecht, und wird die Emulsion weiter z.B. für eine Beschichtung wie eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung zum Grundieren oder als Farbe verwendet, ist die Menge an Poly(olefinchlorid)harz, das die wesentliche Komponente bildet, vergleichsweise gering, weshalb keine zufriedenstellenden Eigenschaften erhalten werden können.
Der mittlere Partikeldurchmesser der Polymerteilchen, welche einen größeren Anteil an Poly(olefinchlorid)harz oder reinem Acrylatharz enthalten, ist in der Emulsion an sich keinen Beschränkungen unterworfen, sie liegt jedoch bevorzugt im Bereich von 0,01–10 μm, insbesondere 0,03–5 μm, insbesondere bevorzugt 0,05–1 μm. Ist der mittlere Partikeldurchmesser der Polymerteilchen geringer als 0,01 μm, wird eine große Menge an Emulgator benötigt, weshalb die Wasserbeständigkeit und die Witterungsbeständigkeit des Beschichtungsfilms verschlechtert werden. Ist der mittlere Partikeldurchmesser der Polymerteilchen andererseits größer als 10 μm, verschlechtert sich die Lagerstabilität, außerdem ist das Volumen der Polymerpartikel zu groß, weshalb eine große Schmelzwärme sowie ein hoher Zeitbedarf für die Ausbildung des Beschichtungsfilms benötigt werden, ferner verschlechtern sich die Wärmefließfähigkeit in der Wärme und die Eigenschaften des Beschichtungsfilms, wie das Erscheinungsbild, die Wasserbeständigkeit und die Lösungsmittelbeständigkeit können sich verschlechtern, wenn sie zum Beispiel für eine Beschichtung, wie eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung, zum Grundieren verwendet werden.
(Mischungsverhältnis zwischen den Emulsionen A und B):
Das Mischungsverhältnis (A/B) zwischen der Emulsion A des Poly(olefinchlorid)harzes und der Emulsion B des reinen Acrylatharzes wird bezogen auf das Gewicht des Feststoffgehalts im Bereich von 25/75–30/70 gewählt. Liegt das Mi schungsverhältnis (A/B) unterhalb von 25/75, ist die Menge des Poly(olefinchlorids) zu gering, weshalb die Haftung an Materialien zu gering ist. Liegt das Mischungsverhältnis (A/B) oberhalb von 30/70, ist die Menge an reinem Acrylatharz zu gering, weshalb die chemische Beständigkeit, beispielsweise gegenüber Motorölen, zu gering ist.
(Lackfarbe):
Wird die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung als Lackfarbe ausgeführt, umfaßt die Zusammensetzung gewöhnlich zusätzlich ein schuppiges anorganisches Pulver, wie Talk, Glimmer oder Aluminiumschuppen. Der Anteil des schuppigen anorganischen Pulvers liegt vorzugsweise im Bereich von 60–75 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Harzemulsion bezogen auf den Feststoffgehalt. Beträgt der Mischungsanteil des schuppigen anorganischen Pulvers weniger als 60 Gewichtsteile, können leicht Verschmutzungen eindringen, mit dem Ergebnis, daß die chemische Widerstandsfähigkeit, wie die Beständigkeit gegenüber Motorenöl, sich verschlechtern kann. Beträgt der Mischungsanteil des schuppigen anorganischen Pulvers mehr als 75 Gewichtsteile, kann sich die Beständigkeit gegenüber alkalischen Substanzen verschlechtern.
(Weitere Bestandteile):
Falls erforderlich, kann für die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen die oben beschriebene, die wesentlichen Bestandteile umfassende Harzzusammensetzung geeignet mit anderen wäßrigen Harzen kombiniert werden. Besonders bevorzugt als weiteres wäßriges Harz sind wasserlösliche Acrylatharze. Neben diesen wasserlöslichen Acrylatharzen kann jedoch auch mit anderen Harzemulsionen kombiniert werden, wie zum Beispiel mit Polyesterharzemulsionen, Polyurethanharzemulsionen, Epoxyharzemulsionen oder Aminharzemulsionen.
Falls erforderlich kann die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen auch andere Komponenten umfassen, die gewöhnlich zu Beschichtungen gegeben werden. Beispiele umfassen: Additive, wie oberflächenaktive Substanzen, Substanzen zum Neutralisieren, Stabilisatoren, Verdickungsmittel, Anti-Schaummittel, Oberflächenkonditionierungsmittel, Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht, sowie Antioxidationsmittel; anorganische Füllmittel, wie Siliziumdioxid; leitfähige Füllstoffe, wie leitfähiger Kohlenstoff, leitfähige Füllstoffe, wie Metallpulver; Hilfsstoffe, wie organische Reformer, Weichmacher und Additive.
Beispiele für Färbemittel, die mit der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen vermischt werden können, umfassen: anorganische Pigmente, wie Titandioxid, Ruß, Eisenoxid, Chromoxid, und Preussisch Blau; organische Pigmente, wie Azopigmente, Anthracenpigmente, Perylenpigmente, Chinacridonpigmente, Indigopigmente, sowie Phthalocyaninpigmente; und Farbstoffe.
Die erfindungsgemäße wässerige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen kann weiter ein organisches Lösungsmittel umfassen, sofern dessen Anteil nicht mehr als 20 Gew.-% des Wassers in der Harzemulsion ausmacht. Der Einschluß des organischen Lösungsmittels verbessert die Verarbeitbarkeit und erleichtert die Verteilung beispielsweise von Pigmenten. Die Abwesenheit des organischen Lösungsmittels verbessert jedoch im Allgemeinen die Lagerfähigkeit der Emulsion und entspricht den in jüngerer Zeit erlassenen restriktiven Vorschriften für organische Lösungsmittel. Beispiele für derartige organische Lösungsmittel umfassen: aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol und Xylol; aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan und Octan; alicyclische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan, Methylcyclohexan und Cyclopentan; Ester, wie Ethyla cetat, n-Butylacetat, Isobutylacetat und Amylacetat; Ether, wie n-Butylether und Isobutylether; Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Cyclohexanon; Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Butanol, 2-Butanol, n-Propylenglycol und Isopropylenglycol; Cellosolve, wie Ethylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonobutylether und Ethylenglycolmonoethyletheracetat; Carbitole, wie Diethylenglycolmonoethylether; Propylenglycolmonoalkylether, wie Propylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonoethylether und Propylenglycolmonobutylether; sowie andere Lösungsmittel, wie Dioxan, N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid und Diacetonalkohol.
(Materialien der zu beschichtenden Gegenstände):
Das Kunststoffmaterial, das den Gegenstand darstellt, der mit der erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen beschichtet wird, unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Geeignete Beispiele sind: Polyolefine, wie Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE); Acrylnitril-Styrol (AS), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyphenylenoxid (PPO), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU) und Polycarbonat (PC).
(Beschichtungsverfahren):
Das Verfahren, mit dem das Kunststoffmaterial mit der erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzung beschichtet wird, kann entweder durch Sprühbeschichten mit Luft oder luftloses Sprühbeschichten durchgeführt werden.
Die wäßrige Beschichtungszusammensetzung wird beispielsweise in der Weise aufgebracht, daß die Stärke des trockenen Films bevorzugt im Bereich von 10–50 μm liegt, insbesondere 15–25 μm. Beträgt die Stärke des getrockneten Films weniger als 10 μm, kann die Stärke zu gering sein, um einen gleichmäßigen Film zu erhalten. Beträgt die Stärke des ge trockneten Films andererseits mehr als 50 μm, treten Schwierigkeiten wie ein Brechen des Films auf.
Der Schritt, in dem der Beschichtungsfilm getrocknet wird, kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden, bevorzugt wird er jedoch unter Erwärmen auf 60–80 °C durchgeführt, was die Verarbeitbarkeit und die physikalischen Eigenschaften verbessert.
Wirkungen und Vorteile der Erfindung):
Die erfindungsgemäße wässrige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen ermöglicht es, dass mit dieser wässrigen Beschichtungszusammensetzung ein Einschichtanstrich von Kunststoffmaterialien, wie Polyolefinmaterialien, durchgeführt wird, die noch nicht einer Oberflächenbehandlung (Vorbehandlung) unterzogen wurden und die, da sie auf einer wässrigen Basis beruht, keine Umweltgefährdung darstellt, keine Feuergefahr verursacht und keine negativen Auswirkungen auf den menschlichen Körper hat und die ferner eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Chemikalien aufweist, wie eine Beständigkeit gegen Motorenöl und gegen Schmierfett, und die auch als Lackfarbe ausgeführt werden kann.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Beispielen besonderer Ausführungsformen im Vergleich zu Vergleichsbeispielen, die nicht erfindungsgemäß sind, näher erläutert. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die unten beschriebenen Beispiele. Die Einheiten "Teil(e)" und "%" beziehen sich im Weiteren auf Gewicht.
Die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen verwendete Emulsion A wurde auf die folgende Weise hergestellt.
Einhundert Gewichtsteile des Poly(olefinchlorid)harzes (Anteil nichtflüchtiger Bestandteile: 100 %, Chlorgehalt: 22 %, Maleinsäuregehalt 5 %, gewichtsgemittelte Molekülmasse: 65.000), 40 Teile Xylol sowie 25 Teile Emulgen 920 (hergestellt von der Kao Corporation) wurden in einen Reaktor gegeben, der mit einem Flügelrührer, einem Thermometer, einem Draht zur Temperaturüberwachung und einem Rückflußkühler ausgestattet war. Die sich ergebende Mischung wurde auf 80 °C erhitzt und diese Temperatur wurde für eine Stunde beibehalten. Dann wurden 2 Teile Diethylmethylamin (DEMA) und 255 Teile warmes Wasser tropfenweise während einer Stunde in den Reaktor zugegeben, und die erhaltene Mischung wurde anschließend bei 80 °C gerührt und dann gekühlt, wobei eine Emulsion A eines Poly(olefinchlorid)harzes erhalten wurde, die einen Anteil an nichtflüchtigen Stoffen von 30 % und einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,05–0,1 μm aufwies.
Die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen verwendete Emulsion B des reinen Acrylatharzes wurde auf die folgende Weise hergestellt.
Siebenundsechzig Teile n-Butylmethacrylat, 21 Teile Methylmethacrylat, 2 Teile Methacrylsäure und 14 Teile Emulgen 920 (hergestellt von der Kao Corporation) wurden in einen Reaktor gegeben, der mit einem Flügelrührer, einem Thermometer, einem Draht zur Temperatursteuerung, sowie einem Rückflußkühler ausgestattet war. Die erhaltene Mischung wurde auf 100 °C erhitzt und dann für 30 Minuten gerührt, wodurch eine gleichförmige Lösung erhalten wurde. Nachdem die Lösung auf 50 °C abgekühlt war, wurde eine Lösung von 1,5 Teilen Azobisisobutyronitril (AIBN) und 10 Teilen Methylmethacrylat in den Reaktor gegeben. Weiter wurden 135 Teile entionisiertes Wasser während 30 Minuten unter Rühren bei 1000 Upm tropfenweise in den Reaktor gegeben, wodurch eine wäßrige Suspension erhalten wurde. Die wäßrige Suspension wurde erneut für 3 Stunden auf 85 °C erhitzt, um bei 150 Upm eine Reaktion durchzuführen, wodurch eine Emulsion B des Acrylats erhalten wurde. Diese Emulsion B des Acry lats hatte einen Anteil an nichtflüchtigen Bestandteilen von 45 %, einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,21 um und eine Glasübergangstemperatur des Polymers von 47°C.
Die weiteren verwendeten Komponenten waren wie folgt:
wasserlösliches Acrylatharz: hergestellt von Nippon Paint Co., Ltd., NV = 23 %, Säurewert des Harzes = 55 KOH mg/g
Ruß: Special Black 4A (DEGUSSA CORP)
Titanoxid: R-960 (EI DUPONT DE NEMOURS CO)
Glättungsmittel Siliziumdioxid: SILCRON G601(SCM CHEMICALS AND COLORS)
Oberflächenkonditionierer: TEGO WET KL 245 CHIDLEY & PETO COMPANY)
Entschäumer: SURFYNOL 104PA (hergestellt von Air Products Japan, Inc.)
Filmbildungshilfsmittel: N-Methyl-2-pyrrolidon
– BEISPIELE 1–2 UND VERGLEICHSBEISPIELE 1–5 –
Aus den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen wurden lackartige wässrige Beschichtungszusammensetzungen hergestellt. In Tabelle 1 bezeichnet Emulsion A die Emulsion A des Poly(olefinchlorid)harzes und Emulsion B die Emulsion 1 des reinen Acrylatharzes.
Das Verfahren der Lackbeschichtung wurde auf die folgende Weise ausgeführt: Die lackartigen wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen der Beispiele 1–2 und der Vergleichsbeispiele 1–5 wurden mit Luft auf die Oberfläche eines Polypropylenmaterials als Beschichtung aufgesprüht und anschließend für 30 Minuten bei 80 °C getrocknet, so daß die Dicke des getrockneten Films im Bereich zwischen 15 und 20 μm lag.
Die Eigenschaften der erhaltenen Beschichtungsfilme wurden in der unten beschriebenen Weise bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
(Bewertungsverfahren):
Erscheinungsbild: Nadelstichporen, Krater und Flecken u. dgl. wurden mit dem Auge bewertet.
Haftung: Gemäß dem Schachbrettmuster-Testverfahren JIS K5400 (6,15) wurden in einem Abstand von 2 mm Schnitte in den getrockneten Film eingebracht und ein druckempfindliches Klebeband auf die Schnitte aufgeklebt und anschließend ein Ende des Bandes angehoben um das Band nach oben abzuziehen. Dieses Abziehverfahren wurde zweimal an derselben Stelle durchgeführt. Die Haftung wurde beurteilt aus der Anzahl der Quadrate, in denen die Beschichtung in einem Anteil von nicht weniger als 50 % der Fläche abgezogen wurde. Betrug die Anzahl 0, wurde dies als erfolgreich bewertet, war die Anzahl nicht geringer als 1 wurde dies als Mißerfolg gewertet.
Wasserbeständigkeit: Da Teststück wurde für 24 Stunden in ein auf 40 °C thermostatisiertes Wasser getaucht und dann herausgenommen, um zu beurteilen, ob auf dem Beschichtungsfilm Unregelmäßigkeiten aufgetreten waren oder nicht, und um die oben beschriebene Haftung genauer zu bewerten. Als Erfolg wurde gewertet, wenn kein Unterschied zum Erscheinungsbild gegenüber dem Ausgangszustand festzustellen war und wobei keine Ablösungen auftraten.
Beständigkeit gegenüber Motorenöl und Beständigkeit gegenüber Schmierfett: Eine bestimmte Menge der unten angegebenen Chemikalien wurde auf ein horizontal angeordnetes Teststück gegeben. Anschließend wurde das Teststück in einem Thermostaten für 2 Stunden auf 80 °C erhitzt und dann herausgenommen und anschließend dessen Oberfläche mit einem weichen Tuch abgerieben, das ein neutrales Tensid enthielt. Als Erfolg wurde gewertet, wenn sich der Oberflächenfilm nicht ablöste, wenn er mit einem Nagel angekratzt wurde. Bei der Bewertung der Beständigkeit gegenüber Motorenöl wurden 0,2 ml des Motorenöls "Pure Ultra Oil" (Marke) der Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha aufgetragen. Bei der Beurteilung der Beständigkeit gegenüber Schmierfett wurde 1 g extra feines Schmieröl "Multipurpose Grease" (Marke) der Honda Access Kabushiki Kaisha in einem Durchmesser von 25–30 mm aufgetragen.
Wärme-Kratzbeständigkeit: Bei einem mit dem Beschichtungsfilm beschichteten Teststück wurde ein 1 cm breiter Streifen des Beschichtungsfilm abgezogen, so daß ein Teststück erhalten wurde, bei dem an einem Ende die Oberfläche des Basismaterials freigelegt war. Das Teststück wurde für 30 Minuten bei 80 °C in einem Ofen belassen und dann aus dem Ofen herausgenommen. Ein Werkzeug für den Kratztest, das eine Breite von 1 cm aufwies, einen Kantenwinkel von 90 ° und eine Belastung von 1 kg wurde auf den Beschichtungsfilm in einem Winkel von 30 ° angewandt, um diese mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/s zu zerkratzen, wobei geprüft wurde, ob sich der Beschichtungsfilm ablöste oder nicht. Als Erfolg wurde gewertet, wenn sich der Film nicht ablöste und als Mißerfolg wurde gewertet, wenn sich der Beschichtungsfilm ablöste.
Verschiedene Details der Erfindung können verändert werden, ohne den Kern der Erfindung oder ihren Umfang zu verlassen. Weiter soll die oben dargelegte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung nur der Erläuterung dienen und soll die Erfindung, wie sie in den folgenden Patentansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist, nicht beschränken.

Claims

Wässrige Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen, umfassend als wesentlichen Bestandteil eine Harzemulsion, wobei die Harzemulsion eine Emulsion A eines Poly(olefinchlorid)harzes und eine Emulsion B eines reinen Acrylatharzes in einem auf den Feststoffgehalt bezogenen Gewichtsverhältnis (A/B) von 25/75–30/70 umfasst, wobei die Emulsion A des Poly(olefinchlorid)harzes eine Emulsion eines Poly(olefinchlorid)harzes mit einem Chlorgehalt von 22–25 Gew.-% bezogen auf den Feststoffgehalt und einer gewichtsgemittelten Molekülmasse von 60.000–80.000 mit einem Emulgator oder einer basischen Substanz ist, und wobei die Emulsion B des reinen Acrylatharzes eine Emulsion eines Styrol-freien Acrylatharzes ist, das eine Glasübergangstemperatur von nicht weniger als 40 °C aufweist.
Wässrige Beschichtungszusammensetzung für nach Anspruch 1, welche eine Lackfarbe ist und ferner ein schuppenartiges anorganisches Pulver in einem Anteil von 60–75 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Harzemulsion, bezogen auf den Feststoffgehalt, umfasst.