DE3507984A1 - Verfahren zur herstellung einer beschichtung auf einem polyolefinsubstrat - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer beschichtung auf einem polyolefinsubstratInfo
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BAUERSTRASSE ZZ. D-SOOO MÜNCHEN
München, 6. März 1985 °27
BETREFF: RE
DAI-ICHI KOGYO SEIYAKU CO., LTD.
Nishishichijo Higashikubocho, Shimogyo-ku,
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Polyolefinsubstrat
Μ/26 027 X
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Polyolefinsubstrat.
Polyolefinharze, wie Polyethylen und Polypropylen, sind häufig eingesetzt worden, um Eisen und andere Metallsubstrate
zu schützen, insbesondere gegen Rost. Diese Polyolefinharze wurden eingesetzt, da sie nur wenig Wasser
absorbieren und da ihre Permeabilität für Feuchtigkeit gering ist. Sie besitzen zudem starke antikorrosive
Eigenschaften. Jedoch haften sie auf gleichartigen oder unterschiedlich aufgebauten Harzen nur sehr schlecht.
Daher können Fehler auf den Polyolefinoberflachen nur
mit unbefriedigenden Ergebnissen repariert oder beseitigt werden. Derartige Fehler können beispielsweise dadurch
ausgeglichen werden, daß man eine Polyolefinfolie auf
die Polyolefinoberfläche aufbringt und die Folie mit der Oberfläche verschmilzt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht
zufriedenstellend, da sich der erhaltene Beschichtungsfilm
leicht von der Oberfläche, auf die er aufgetragen wurde, abschält. Dies beruht darauf, daß das Harz und
das Metall einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
besitzen. Es sind verschiedene Grundierungszusammensetzungen bekannt, mit denen die Haftung von
Schlußbeschichtungen, welche auf Polyolefinsubstrate aufgetragen werden, verbessert werden sollen. Jedoch können
mit keiner dieser bekannten Grundierungszusammensetzungen befriedigende Ergebnisse erzielt werden.
Es bestand daher seit langem ein Bedürfnis nach einer Grundierungszusammensetzung mit deren Hilfe eine wesentlich
bessere Haftung zwischen einem Beschichtungsfilm
- S-
(Überzug) und Polyolefinsubstraten erzielt werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Polyolefinsubstrat,
wobei man eine Grundierung und dann eine Schlußbeschichtung auf das Substrat aufträgt. Dieses Verfahren ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Grundierung im wesentlichen aus einem, eine Vielzahl endständiger freier Isocyanatgruppen
enthaltenden Polyurethanprepolymer besteht, das sich von einem Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht
von etwa 400 bis etwa 2 000 und einem Überschuß an Diphenylmethandiisocyanat ableitet. Dabei ist
ein NCO/OH Äquivalenzverhältnis von 1,2 bis 4,0 bevorzugt.
Das Polyolefinsubstrat unterwirft man vor dem Auftragen der Grundierung einer üblichen Oberflächenbehandlung,
beispielsweise einer Flammenbehandlung, einer Korona-Entladung oder einer Behandlung mit Bichromat/Schwefelsäure,
um die Polyolefinoberflachen chemisch zu verändern.
Polypropylenglykole (im folgenden als "PPG" bezeichnet) stellt man normalerweise her, indem man Propylenoxid in
Gegenwart eines alkalischen Katalysators polymerisiert. Für die erfindungsgemäßen Zwecke muß das Molekulargewicht
des PPG zwischen etwa 400 und etwa 2 000 liegen. Ist das Molekulargewicht zu niedrig, dann besteht die Gefahr, daß
das Prepolymer zu einer steifen oder brüchigen Schicht härtet, die zerbrechen kann, wenn mechanische Kräfte auftreten.
Ist dagegen das Molekulargewicht zu hoch, dann ist die erhaltene Grundierungsschicht zu flexibel. Daher
ist die Haftung der Grundierungsschicht auf dem Substrat nicht so gut, wie es erwünscht ist. Das PPG besitzt vorzugsweise
ein Molekulargewicht von etwa 600 bis etwa 1 500,
M/26 027 Λ
Diphenylmethandiisocyanat (im folgenden als "MDI" bezeichnet)
ist im Handel in verschiedenen Formen erhältlieh, beispielsweise als reines Produkt, als Rohprodukt
oder in flüssiger Form. Jede Form des MDI kann verwendet werden. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß nur
MDI mit PPG zu einem Prepolymer reagiert, das für die erfindungsgemäßen Zwecke mit befriedigendem Ergebnis
eingesetzt werden kann. Andere übliche Diisocyanate, beispielsweise
Toluylendiisocyanat(TDI), Hexamethylendiisocyanat (HMDI) und dergleichen erfüllen nicht den Zweck
de*r vorliegenden Erfindung. Es wird daher angenommen,
daß das Prepolymer, das ausgehend von MDI erhalten wurde, reaktiver ist und eine größere Kohäsionskraft besitzt
als die Prepolymere, die sich von den anderen Diisocyanaten ableiten.
Das Prepolymer stellt man her, indem man PPG mit einem Überschuß MDI bei einem NCO/OH Äquivalenzverhältnis von
vorzugsweise 1,2 bis 4,0 umsetzt. Ist das NCO/OH Äquivalenzverhältnis zu niedrig, dann ist das erhaltene Prepolymer
zu viskos und kann kaum als Grundierung für das Substrat eingesetzt werden. Ist dagegen das Verhältnis
zu hoch, dann besteht die Gefahr, daß das erhaltene Prepolymer zu einer steifen Polyurethanschicht erhärtet,
die zerbrechen kann, wenn mechanische Kräfte auftreten. Diese Schicht enthält ferner zahlreiche kleine Blasen
oder Hohlräume.
Falls erforderlich, kann man das Prepolymer mit einem inerten Lösungsmittel, beispielsweise Toluol, Xylol,
Ethylacetat, Butylacetat, Methylenchlorid, Trichlorethan und dergleichen auf eine geeignete Viskosität verdünnen,
so daß man es auf übliche Weise auf das Polyolefinsubstrat
auftragen kann.
M/26 027 *-
Das Prepolymer kann man härten, indem man es auf das
Substrat aufträgt und mit dem Wasser in der Atmosphäre bei Raumtemperatur reagieren läßt. Da das Prepolymer aus
einer Komponente besteht, ist seine Anwendungszeit nicht auf das "pot-life" beschränkt, wie das beispielsweise
bei Zwei-Komponenten-Polyurethanzusammensetzungen der Fall ist. Man kann einen Katalysator verwenden, um schneller
zu härten. Beispiele geeigneter Katalysatoren sind tertiäre Amine, wie Triethylamin, Triethylendiamin,
Ν,Ν-Dimethylethanolamin, N,N,N', N'-Tetramethylethylendiamin,
N-Methylmorpholin und dergleichen. Man kann auch Organozinn-Verbindungen, wie Dibutylzinndilaurat,
Dibutylzinndiacetat, Stannooctoat und dergleichen, verwenden.
Als Beispiele für Polyolefine kann man nennen: Polyethylen, Polypropylen, Polybutadien und dergleichen.
Man kann auch modifizierte Polyolefine einsetzen, i.e.
Copolymere eines Olefins mit geringen Mengen eines Comonomers, wie Vinylacetat, Styrol oder Acrylonitril,
und Copolymereolefine, wie Ethylen-Propylengummi.
Die Oberfläche der Polyolefinsubstrate unterwirft man
vorzugsweise einer üblichen Oberflächenbehandlung, beispielsweise einer Flammenbehandlung, einer Korona-Entladung
oder einer Behandlung mit Bichromat/Schwefelsäure, bevor man die Grundierung aufträgt. Die Flammen-
3Q behandlung ist geeignet, um verhältnismäßig dicke PoIyolefinfilme
zu behandeln, während die Korona-Entladung zur Behandlung verhältnismäßig dünner Polyolefinfilme
geeignet ist. Die Schlußbeschichtungen kann man auftragen, nachdem die Grundierung so weit gehärtet ist, daß
35 sie nicht mehr klebt.
M/26 027 <β
Als Schlußbeschichtungen (finish) setzt man vorzugsweise
solche auf Epoxy- oder Polyurethan-Basis ein.
Die erfindungsgemäße Grundierung kann man somit leicht auftragen. Die Polyolefinoberflachen und die Grundierung
haften selbst dann noch stark und lange aneinander, wenn Feuchtigkeit zugegen ist oder erhöhte Temperaturen
herrschen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beispiele näher erläutert. Die dort angegebenen Teil- und Prozentangaben
beziehen sich auf das Gewicht.
Die in der Tabelle I angegebenen Mengen an PPG und Diisocyanat wurden in einen 1 1 Kolben gegeben und bei
90-1000C umgesetzt, bis der Gehalt an freien Isocyanatgruppen
des erhaltenen Prepolymers auf einen bestimmten Wert abgefallen war. Wenn die Viskosität zu hoch war,
wurde die Reaktionsmischung mit Toluol verdünnt.
Eine aus Polyethylen niedriger Dichte hergestellte
Probe wurde einer Flammenbehandlung unterworfen, dann wurde eine dünne Beschichtung aus dem Prepolymer aufgetragen
und bei bestimmten Bedingungen getrocknet, bis die Beschichtung klebfrei war.
Eine Zwei-Komponenten Polyurethan-Beschichtungszusammensetzung, die von der Firma Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co.,
Ltd., Kyoto, Japan unter der Bezeichnung "MacFlex 105"
vertrieben wird, wurde auf die Probe aufgetragen und bei Raumtemperatur 7 Tage gehärtet. Die Abreißfestigkeit
M/26 027 $
1 Λ-
(T-Typ) (T type peel strength) des Beschichtungsfilms wurde mit Hilfe eines automatisch aufzeichnenden Spannungstesters
bei einer Geschwindigkeit von 50 mm/Minute untersucht.
Die für die Proben der Beispiele 1-3 und der Vergleichsbeispiele 1-3 erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle I zusammengefaßt.
ω cn
ω ο
fco
cn
to
ο
CJi
N> ■vl
Beispiel | 1 | 2 | 3 | Vergleichsbeispiel | 1 | 2 | 3 | |
PPG M.W. Menge (Teile) |
750 36.8 |
1200 37.2 |
750 38.8 |
750 41.5 |
3000 76.6 |
|||
Diisocyanat (Teile) | 23.2 | 22.8 | 21.2 | 18.5 | 23.4 | |||
Rohes MDI Flüssiges MDI TDI |
40 | 40 | 40 | 40 | ||||
Toluol (Teile) | 4 h. 200C, 50% RH |
24 h. 2O0C, 50% RH |
4 L·. 200C, 50% RH |
4 hu , 200C, 50% RH |
4 h. 200C, 50% RH |
|||
Trocknungs bedingungen |
9.34 | 8.37 | 8.33 | 0.48 | 1.50 | 2.04 | ||
Abreißfestigkeit (Kg/25mn) |
5 | 7 | 3 | 7 | 5 | |||
Freier NCO-Gehalt (%) |
0.1% Dibutylzinn- dilaurat |
0.1% Dibutylzinn- dilaurat |
0.1% Dibutylzinn- dilaurat |
0.1% Dibutylzirin- dilaurat |
Keine Grundierung |
|||
Bemerkungen |
RH - Relative Luftfeuchtigkeit
CD OO
M/26 027
/Λ
Die Abreißfestigkeit des Beschichtungsf11ms des Beispiels
1 wurde bei verschiedenen Temperaturen untersucht. In der Tabelle II sind die Ergebnisse zusammengefaßt. Wie
man sieht, bleibt die Abreißfestigkeit im ausreichenden Maße bis zu einer Temperatur von 600C erhalten.
Temperatur | (0C) | Abreißfestigkeit (Kg/ 2 5mm) |
25 | 11.9 | |
40 | 7.5 | |
60 | 5.0 | |
80 | 1.9 |
M/26 027
Si
Die beschichtete Probe des Beispiels 1 wurde jeweils bei 500C und 800C in destilliertes Wasser oder eine
3%ige Kochsalzlösung getaucht. Es wurde die im Laufe der Zeit aufgetretene Änderung der Abreißfestigkeit
untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle III zusammengefaßt.
Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die Abreißfestigkeit in destilliertem Wasser und in
Kochsalzlösung im ausreichenden Maße erhalten bleibt.
Eintauchzeit | Destilliertes Wasser | bei 8O0C | 3%ige Kochsalzlösung | bei 800C |
(Monat) | bei 5O0C | 11.3 | bei 500C | 11.0 |
1 | 12.2 | 10.0 | 11.8 | 10.8 |
2 | 11.7 | 10.3 | 11.7 | 10.8 |
3 | 11.3 | 11.5 |
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Polyolefinsubstrat, wobei man eine Grundierung
und dann eine Schlußbeschichtung auf das Substrat aufträgt,
dadurch gekennzeichnet ,
daß man eine Grundierung einsetzt, die im wesentlichen aus einem, mehrere endständige freie
Isocyanatgruppen enthaltenden Polyurethanprepolymer 20
besteht, das aus Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 400 bis etwa 2 000 und einem
Überschuß Diphenylmethandiisocyanat erhalten wurde.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
25
daß das Polypropylenglykol ein Molekulargewicht von
etwa 600 bis etwa 1 500 besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das NCO/OH Äquivalenzverhältnis des Prepolymers 30
von 1,2 bis 4,0 beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Polyolefinsubstrat vor dem Aufbringen
der Grundierung außerdem einer Flammenbehandlung, 35
einer Korona-Entladung oder einer Behandlung mit
Bichromat/Schwefelsäure unterwirft.
M/26 027 2
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schlußbeschichtung eine Epoxy- oder PoIy-
5 urethanbeschichtung einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Grundierung einsetzt, die eine katalytisch
wirksame Menge eines tertiären Amins oder einer
10 Organozinn-Verbindung aufweist.
7. Grundierungszusammensetzung für ein Polyolefinsubstrat,
dadurch gekennzeichnet, daß sie ein, mehrere endständige freie Isocyanatgruppen enthaltendes
IQ Polyurethanprepolymer aufweist, das aus Polypropylenglykol
mit einem Molekulargewicht von etwa 400 bis etwa 2 000 und einem Überschuß Diphenylmethandiisocyanat
erhalten wurde.
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