DE19804281A1 - Verfahren zur Herstellung eines blockierten Lackpolyisocyanats und dessen Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines blockierten Lackpolyisocyanats und dessen VerwendungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lackpolyisocyanats auf
Basis eines ε-Caprolactam-blockierten, Urethangruppen enthaltenden 1-Isocyanato-3.5.5-
trimethyl-3-isocyanatomethylcyclohexans (Isophorondiisocyanat, abgekürzt IPDI). Die
Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung dieses Lackpolyisocyanats als Härter (Vernetzer)
für Polyurethan(PUR)-Pulverlacke.
Hitzehärtbare pulverförmige Massen, die man durch Reaktion eines hydroxylgruppenhaltigen
Harzes mit einem maskierten Polyisocyanat erhält, gehören zum Stand der Technik und werden
weit verbreitet angewandt. Von den maskierten Polyisocyanaten haben sich als PUR-Pulver
härter ε-Caprolactam-blockierte Isophorondiisocyanataddukte durchgesetzt. Die mit diesen
Härtern hergestellten PUR-Pulver nehmen infolge ihrer überlegenen Witterungs- und Wärme
farbstabilität eine hervorragende Stellung ein.
So werden in der DE-PS 21 05 777 als Härter von PUR-Pulvern wegen einer Reihe von
Vorteilen insbesondere ε-Caprolactam-blockierte Addukte des Isophorondiisocyanats und Di-
bzw. Triolen genannt.
In der DE-PS 25 42 191 werden blockierte Polyisocyanate aus IPDI, ε-Caprolactam und einem
Polyol, das ein Gemisch aus einem Diol und Triol ist, beansprucht sowie deren Verwendung
zur Herstellung (in Kombination mit einem Hydroxylgruppen enthaltenden Polymeren) von in
der Hitze härtbaren pulverförmigen Überzugsmassen.
In der DE-PS 30 04 876 werden blockierte Polyisocyanate beansprucht, die aus ε-
Caprolactam-blockierten Addukten des IPDI und Polyolen bestehen, wobei die Addukte pro
OH-Äquivalent 3,3 bis 8 NCO-Äquivalente enthalten. Mit diesen blockierten IPDI-Addukten
werden PUR-Pulverlacke hergestellt.
Aus diesen mit ε-Caprolactam blockierten IPDI-Addukten werden beim Einbrennen mit
geeigneten Hydroxylverbindungen Lacke erhalten, die sich bei leichter Handhabbarkeit durch
guten Verlauf, hohe Härte und Elastizität sowie gute Chemikalienbeständigkeit auszeichnen.
Ein Nachteil dieser PUR-Pulverlacke ist jedoch die Einbrenntemperatur von ca. 190-210°C.
Das bei der Herstellung der Härterkomponente dieser PUR-Pulver eingesetzte IPDI enthält
herstellungsbedingt ca. 200 ppm Chlor. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die PUR-
Pulver gemäß der Lehre der DE-PSS 21 05 777, 25 42 191, 30 04 876 bei um ca. 10°C
tieferen Temperaturen aushärten, wenn die Härterkomponente aus einem IPDI, das praktisch
chlorfrei ist, hergestellt wurde. Darüber hinaus wird bei diesen Pulvern, deren
Härterkomponente auf einem chlorfreien IPDI basiert, die Vergilbungsanfälligkeit beim
Überbrennen während des Aushärtungsprozesses nahezu vollständig beseitigt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines ε-
Caprolactam-blockierten, Urethangruppen enthaltenden Isophorondiisocyanats, dadurch
gekennzeichnet, daß das zur Urethanbildung eingesetzte Isophorondiisocyanat weniger als 10
ppm Chlor enthält.
Die Herstellung eines solchen IPDI wird in den DE-OSS 38 28 033, 42 14 236 sowie 42 31
417 beschrieben.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer ersten Stufe das chlorfreie IPDI mit
dem Polyol umgesetzt. Hierbei wird zu dem bei 100 bis 120°C vorgelegten - chlorfreien -
IPDI das Polyol unter intensivem Rühren innerhalb von 2 bis 3 Stunden unter Stickstoff und
Ausschluß von Feuchtigkeit so zudosiert, daß pro OH-Äquivalent des Polyols mindestens 2,
maximal 8, vorzugsweise 4 bis 6 Äquivalente NCO des IPDI zur Reaktion kommen.
Um die Reaktion zu beschleunigen, kann man einen konventionellen Urethanisierungs
katalysator hinzugeben, z. B. Organozinnverbindungen wie auch bestimmte tertiäre Amine, wie
Triethylendiamin, und zwar in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis
0,15 Gew.-%, bezogen auf das Reaktionsgemisch.
In der zweiten Stufe werden dann die NCO-Gruppen mit ε-Caprolactam blockiert. Zu
Durchführung der Blockierungsreaktion wird im allgemeinen die Isocyanatkomponente, das
urethanisierte chlorfreie IPDI, vorgelegt und ε-Caprolactam zugegeben. Die Reaktion kann in
Substanz oder auch in Gegenwart geeigneter (inerter) Lösemittel durchgeführt werden.
Bevorzugt wird jedoch in Substanz gearbeitet. Dabei wird zu dem Polyol-IPDI-Addukt bei ca.
100 bis 130°C ε-Caprolactam portionsweise so zugegeben, daß die Temperatur nicht über
140 °C steigt. Nach Beendigung der ε-Caprolactamzugabe wird die Reaktionsmischung zur
Vervollständigung der Umsetzung nun etwa 1 h bei 130°C erhitzt. Das ε-Caprolactam wird in
solchen Mengen zugegeben, daß auf 1 NCO-Äquivalent des urethanisierten IPDI 0,7 bis 1,1
mol ε-Caprolactam, bevorzugt 1 mol, zur Reaktion kommen.
Als Polyole für die Umsetzung mit dem chlorfreien IPDI in der ersten Stufe des
erfindungsgemäßen Verfahrens sind Polyole, wie Ethylenglykol, Propandiol-1.3, Butandiol-
1.4, Pentandiol-1.5, 3-Methyl-pentandiol-1.5, Hexandiol-1.6, 2.2.4(2.4.4)-Trimethylhexan
diol-1.6, 1.4-Di(hydroxymethyl)-cyclohexan, Diethylenglykol, Triethylenglykol,
Diethanolmethylamin, Neopentylglykol, Triethanolamin, Trimethylolpropan,
Trimethylolethan, Glycerin, Pentaerythrit.
Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die ε-
Caprolactam blockierten IPDI-Addukte in umgekehrter Reihenfolge hergestellt werden, d. h. in
der ersten Stufe partielle Umsetzung des chlorfreien IPDI mit ε-Caprolactam und in der
zweiten Stufe Umsetzung mit dem Polyol.
Mit den erfindungsgemäß hergestellten Verfahrensprodukten lassen sich in Verbindung mit
der Polyolkomponente überbrennbare, witterungsbeständige PUR Pulverlacke herstellen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist der die Verwendung der nach dem erfindungs
gemäßen Verfahren hergestellten Lackpolyisocyanate zur Herstellung von PUR-Pulverlacken.
Als Reaktionspartner für PUR-Pulverlacke und kommen Verbindungen in Frage, die solche
funktionellen Gruppen tragen, die sich mit Isocyanatgruppen während des Härtungsprozesses
in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit umsetzen, z. B. Hydroxyl-, Carboxyl-, Mercapto-,
Amino-, Urethan- und (Thio)-Harnstoffgruppen. Als Polymere können Polymerisate,
Polykondensate und Polyadditionsverbindungen eingesetzt werden.
Bevorzugte Komponenten sind in erster Linie Polyether, Polythioether, Polyacetale,
Polyesteramide, Epoxidharze mit Hydroxylgruppen im Molekül, Aminoplaste und ihre
Modifizierungsprodukte mit polyfunktionellen Alkoholen, Polyazomethine, Polyurethane,
Polysulfonamide, Melaminabkömmlinge, Celluloseester und -ether, teilweise verseifte Homo-
und Copolymerisate von Vinylestern, insbesondere aber Polyester- und Acrylatharze.
Die einzusetzenden hydroxylgruppenhaltigen Polyester haben zweckmäßigerweise eine OH-
Funktionalität von 2,5 bis 5, bevorzugt von 3 bis 4,2, ein mittleres Molekulargewicht von 1 800
bis 5 000, bevorzugt von 2 300 bis 4 500, eine OH-Zahl von 25 bis 120 mg KOH/g, bevorzugt
von 30 bis 100 mg KOH/g, eine Viskosität bei 160°C von < 80 000 mPa.s, bevorzugt von
< 60 000 mPa.s, besonders bevorzugt von < 40 000 mPa.s, und einen Schmelzpunkt von ≧ 70
°C bis ≦ 120°C, bevorzugt von ≧ 75 bis ≦ 100°C.
Die Polyester können auf an sich bekannte Weise durch Kondensation in einer Inertgas
atmosphäre bei Temperaturen von 100 bis 260°C, vorzugsweise von 130 bis 220°C, in der
Schmelze oder in azeotroper Fahrweise gewonnen werden, wie es z. B. in Methoden der
Organischen Chemie (Houben-Weyl), Bd. 14/2, 1-5, 21-23, 40-44, Georg Thieme Verlag,
Stuttgart, 1963 oder bei C.R. Martens, Alkyl Resins, 51-59, Reinhold Plastics Appl., Series,
Reinhold Publishing Comp., New York, 1961, beschrieben ist.
Das Mischungsverhältnis von hydroxylgruppenhaltigen Polymeren und ε-Caprolactam
blockierter Isocyanatkomponente wird in der Regel so gewählt, daß auf eine OH-Gruppe 0,6
bis 1,2, bevorzugt 0,8 bis 1,1, ganz besonders bevorzugt 1,0 blockierte NCO-Gruppen
entfallen.
Die ε-Caprolactam-blockierte Isocyanatkomponente wird für die Herstellung von PUR-
Pulverlacken mit dem geeigneten hydoxylgruppenhaltigen Polymeren und ggf. Katalysatoren,
Pigmenten, Fullstoffen und Verlaufsmitteln, z. B. Siliconöl und flüssigen Acrylatharzen,
gemischt und in der Schmelze homogennisiert. Dies kann in geeigneten Apparaten, z. B. in
beheizbaren Knetern, vorzugsweise aber durch Extrudieren erfolgen, wobei
Temperaturgrenzen von 130 bis 140°C nicht überschritten werden sollten. Die extrudierte
homogenisierte Masse wird nach Abkühlen auf Raumtemperatur und nach geeigneter
Zerkleinerung zum sprühfertigen Pulver vermahlen. Das Auftragen des sprühfertigen Pulvers
auf geeignete Substrate kann nach den bekannten Verfahren, z. B. elektrostatisches Pulver
sprühen, Wirbelsintern oder elektrostatisches Wirbelsintern erfolgen. Nach dem Pulverauftrag
werden die beschichteten Werkstücke zur Aushärtung 60 bis 10 Minuten auf eine Temperatur
von 160 bis 210°C, vorzugsweise 30 bis 10 Minuten bei 170 bis 200°C erhitzt.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen werden nach folgendem Verfahren
hergestellt:
Zu dem bei 100 bis 120°C vorgelegten chlorfreien Isophorondiisocyanat wurde die
Polyolkomponente unter intensivem Rühren so zugegeben, daß die Temperatur des
Reaktionsgemisches nicht über 130°C stieg. Nach beendeter Polyolzugabe wurde das
Reaktionsgemisch noch ca. 1 bis 2 Stunden bei 100 bis 120°C erhitzt.
Anschließend wurde bei 120°C ε-Caprolactam portionsweise zugegeben. Auch hier sollte die
Temperatur des Reaktionsgemisches nicht über 130°C ansteigen. Zur Vervollständigung der
Reaktion wurde nach beendeter ε-Caprolactamzugabe das Reaktionsgemisch noch ca. 2 bis 3
Stunden erhitzt.
Die Herstellung des blockierten Polyisocyanats kann auch so erfolgen, daß zuerst die Reaktion
des IPDI mit dem ε-Caprolactam erfolgt und anschließend die Umsetzung dieses teilweise
verkappten IPDI-Gemisches mit der Polyolverbindung.
Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Zusammensetzung, die chemischen und physikalischen
Kenndaten blockierter Isocyanataddukte auf Basis von IPDI und Polyolen.
Die zerkleinerten Produkte - blockiertes Polyisocyanat (Vernetzer), Polyester, Verlaufsmittel-,
ggf. Katalysator-Masterbatch - werden ggf. mit dem Weißpigment in einem Kollergang innig
vermischt und anschließend im Extruder bis maximal 130°C homogenisiert. Nach dem
Erkalten wird das Extrudat gebrochen und mit einer Stiftmühle auf eine Korngröße < 100 µm
gemahlen. Das so hergestellte Pulver wird mit einer elektrostatischen Pulverspritzanlage bei 60
kV auf entfettete, ggf. vorbehandelte Eisenbleche appliziert und in einem Umlufttrocken
schrank bei Temperaturen zwischen 189 und 200°C eingebrannt.
Es werden 10 Gew.-% des Verlaufsmittels - ein handelsübliches Copolymer von Butylacrylat
und 2-Ethylhexylacrylat - in dem entsprechenden Polyester in der Schmelze homogenisiert und
nach dem Erstarren zerkleinert.
Es werden 5 Gew.-% des Katalysators - Dibutylinnndilaurat (DBTL) - in dem entsprechenden
Polyester in der Schmelze homogenisiert und nach dem Erstarren zerkleinert.
Die Abkürzungen in der folgenden Tabelle bedeuten:
SD = Schichtdicke in µm
ET = Tiefung nach Erichsen in mm (DIN 53 156)
GS = Gitterschnittprüfung (DIN 53 151)
GG 60°∡ = Messung des Glanzes nach Gardner (ASTM-D 5233)
Imp.rev. = Impact reverse in g.m
ET = Tiefung nach Erichsen in mm (DIN 53 156)
GS = Gitterschnittprüfung (DIN 53 151)
GG 60°∡ = Messung des Glanzes nach Gardner (ASTM-D 5233)
Imp.rev. = Impact reverse in g.m
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines ε-Caprolactam-blockierten, Urethangruppen
enthaltenden Isophorondiisocyanats,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zur Urethanbildung eingesetzte Isophorondiisocyanat weniger als
10 ppm Chlor enthält.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß pro OH-Äquivalent Polyol mindestens 2, maximal 8 NCO-Äquivalente
Isophorondiisocyanat mit weniger als 10 ppm Chlor zur Reaktion kommen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Polyol Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol-1.3, Neopentyl
glykol oder 1.4-Dimethylolcyclohexan ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Polyol Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Trimethanolamin oder
Pentaerythrit ist.
5. Verwendung der nach Anspruch 1 bis 4 hergestellten, mit ε-Caprolactam
blockierten Isophorondiisocyanat-Polyol-Addukte zur Herstellung von hitzehärtbaren
PUR-Pulverlacken.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998104281 DE19804281A1 (de) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Verfahren zur Herstellung eines blockierten Lackpolyisocyanats und dessen Verwendung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998104281 DE19804281A1 (de) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Verfahren zur Herstellung eines blockierten Lackpolyisocyanats und dessen Verwendung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19804281A1 true DE19804281A1 (de) | 1999-08-05 |
Family
ID=7856563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1998104281 Withdrawn DE19804281A1 (de) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Verfahren zur Herstellung eines blockierten Lackpolyisocyanats und dessen Verwendung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19804281A1 (de) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1559751A2 (de) | 2004-01-28 | 2005-08-03 | Xerox Corporation | Emulgierungs- und Aggregierungsprozess als Methode zur Herstellung von härtbaren Pulverbeschichtungszusammensetzungen, härtbare Pulverbeschichtungen und Verfahren um diese zu benutzen |
| US7112394B2 (en) | 2004-03-01 | 2006-09-26 | Xerox Corporation | Thermosetting toner compositions, thermosetting developer compositions and methods for making and using the same |
| US7247415B2 (en) | 2004-08-31 | 2007-07-24 | Xerox Corporation | Process for preparing toner particles and toner particles |
| WO2008079232A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Anodic electrodeposition coating composition |
| US7501150B2 (en) | 2004-01-28 | 2009-03-10 | Xerox Corporation | Emulsion aggregation process for forming powder coating compositions, powder coating compositions and method for using the same |
-
1998
- 1998-02-04 DE DE1998104281 patent/DE19804281A1/de not_active Withdrawn
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| US7985524B2 (en) | 2004-01-28 | 2011-07-26 | Xerox Corporation | Emulsion aggregation process for forming curable powder coating compositions, curable powder coating compositions and method for using the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |