DE4133487A1 - Verfahren zum pruefen von fein verteiltem metallpigmente enthaltenden wasserbasislacken auf gasungsstabilitaet - Google Patents

Description

In der Automobilindustrie werden in breitem Maßstab Lacke eingesetzt. Diese enthalten oft zur Herstellung eines besonderen Effektes fein verteilte Metallpigmente. Aus Umweltschutzgründen wird immer mehr von organischen Lösungsmitteln Abstand genommen und zu Wasser als Lösungsmittel übergegangen. Dabei hat es sich herausgestellt, daß fein verteilte Metallpigmente nicht immer in der Wasserphase stabil dispergierbar sind. Das liegt einerseits an der Art und der großen Oberfläche der Metallpigmentteilchen, andererseits an den zur Herstellung des Wasserlacks notwendigen Bestandteilen. Die Wasserlacke können entweder saure oder alkalische Anteile enthalten. Bei diesen Bestandteilen besteht jedoch verstärkt die Gefahr, daß sie unter den Lagerbedingungen selbst mit den Metallpigmenten reagieren oder eine chemische Reaktion des Wassers mit dem Pigment katalysieren. Das führt einerseits zu einer Veränderung der physikalischen Eigenschaften des Wasserlack-Materials, andererseits werden auch die optischen Eigenschaften des fertigen Lackfilms beeinträchtigt.

Zusätzlich treten jedoch auch Gefährdungen auf, da bei vielen Reaktionen Wasserstoff als Gas entsteht. Sammelt sich dieses in ausreichenden Konzentrationen mit Sauerstoff an, besteht Brand- und Explosionsgefahr. Die Wasserlacke werden üblicherweise in dicht verschlossenen Gebinden geliefert, damit keine äußeren Einflüsse auf den Lack einwirken können. Dabei besteht dann die Gefahr, daß infolge der Wasserstoffentwicklung sich ein erhöhter Druck bildet. Dieser kann zu Verformungen des Lagergefäßes und sogar zum Undichtwerden führen. Damit besteht die Gefahr, daß das dünnflüssige Lackmaterial ausläuft und die Umwelt gefährdet. Aus diesen Gründen ist es notwendig, die Stabilitätseigenschaften der Wasserlacke, die Metallpigmente enthalten, zu überprüfen.

Eine übliche Vorgehensweise besteht darin, daß nach verschiedenen Lagerbedingungen die physikalischen Eigenschaften des Überzugsmittels oder der fertigen gehärteten Lackschicht untersucht werden. Diese Vorgehensweise erfordert jedoch einen hohen experimentellen Aufwand, es ist teilweise sogar die Applikation des Überzugsmittels erforderlich. Diese Verfahren sind deshalb sehr zeitaufwendig und sehr teuer. Außerdem können auf diese Art und Weise nur dann Vorprodukte untersucht werden, wenn diese zu einem fertigen applizierbaren Lackmaterial verarbeitet sind, dessen Meßparameter dem üblichen Endprodukt entsprechen. Das ist jedoch sehr aufwendig.

Eine weitere Testmethode für die Gasungsstabilität von wäßrigen metallpigmenthaltigen Lacken wird in Farbe + Lack 4/1991, S. 311-314, beschrieben. Sie besteht darin, daß man solche Lacke in dicht verschlossene Gefäße einbringt, über längere Zeit - gegebenenfalls auch bei erhöhter Temperatur - lagert und das gebildete Gasvolumen mißt. Dabei ergibt sich das Problem, daß eine ausreichende Menge Gas entwickelt und aus dem Lack ausgetrieben werden muß, so daß einerseits eine Druckerhöhung, eine merkliche Verformung des Lagerbehälters oder ein Gasvolumenstrom auftritt. Eine weitere Anforderung dabei ist, daß der Lagerbehälter oder die Anschlüsse der Meßapparatur dicht verschlossen sein müssen. Das ist jedoch gerade bei Wasserstoff nur schwierig zu erzielen, wozu Serienversuche und jeweils mehrfache parallele Tests notwendig sind. Diese Vorgehensweise weist also eine große Fehlerempfindlichkeit auf und ist deshalb für die Praxis nicht geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu liefern, mit dem auf schnelle und einfache Art und Weise, gegebenenfalls auch automatisch erfaßbar, ein Test auf Gasungsstabilität von Metallpigmente enthaltenden Wasserbasislacken oder Vorprodukten dafür durchgeführt werden kann.

Das Verfahren besteht darin, daß man zunächst entweder den zu untersuchenden metallpigmenthaltigen Wasserbasislack, oder die zu untersuchende metallpigmenthaltige Komponente vermischt mit einem Testlack oder das zu untersuchende metallpigmenthaltige Zwischenprodukt, gegebenenfalls unter Erhöhung des Anteils der Metallpigmente, homogen aufrührt und von gelösten Gasen befreit. Anschließend bildet man eine homogene Oberfläche aus dem erhaltenen Material und läßt diese unbewegt und ohne Trocknung oder Verdunstung von flüchtigen Bestandteilen ruhen.

Anschließend beurteilt man die optische Veränderung der Oberfläche. Dies kann z. B. direkt im Vergleich mit einer Oberfläche eines frisch homogenisierten gleichen Materials erfolgen. Der Vergleich kann auch indirekt durch Aufzeichnung von Oberflächenmeßwerten der frisch bereiteten Oberfläche mit entsprechenden Werten nach dem Ruhen erfolgen. Letztere Verfahrensweise ist beispielsweise besonders gut für automatische Meß- und Bildaufzeichnungsgeräte geeignet.

Im folgenden wird das zu untersuchende Material zur Vereinfachung als Lack bezeichnet, wobei es sich versteht, daß hierunter auch die vorstehend erläuterten Testlacke und Zwischenprodukte zu verstehen sind.

Während in der frisch homogenisierten Oberfläche die Pigmente gleichmäßig fein verteilt sind und ein gleichmäßiges Erscheinungsbild zeigen, entsteht durch Gasentwicklung eine, wenn auch langsame, Bewegung in der Lackoberfläche. Diese führt dazu, daß sich die ursprünglich homogene Oberfläche in Bereiche zerteilt, in denen die Ausrichtung der Pigmente und Effektpigmentteilchen gestört ist. Das führt dazu, daß diese Oberflächenbereiche ein Farb- und Helligkeitsverhalten aufweisen, das deutlich von dem Ausgangsmaterial unterschiedlich ist und daher in vielen Abstufungen graduell beurteilt werden kann. Die Beurteilung der Unterschiede zum frisch homogenisierten Ausgangsmaterial kann entweder visuell mit dem bloßen Auge, oder durch Meßapparaturen, die beispielsweise Helligkeits- und/oder Farbunterschiede und/oder unterschiedliche Ausrichtungen von Metallpigmenten oder Effektpigmenten erfassen, erfolgen. Meßapparaturen können gegebenenfalls mit automatischen Bildverarbeitungsgeräten kombiniert werden. Wenn die Lagerbedingungen der zu prüfenden Oberfläche konstant sind, werden reproduzierbare Meßergebnisse erhalten.

Um eine ausreichende Aussage über die Stabilität zu erhalten, ist es notwendig, daß die Menge der enthaltenen fein verteilten Metallpigmente von 0,2 bis 35 Gew% beträgt, bevorzugt von 1,0 bis 25 Gew%, jeweils bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des die zu prüfende Oberfläche bildenden Materials. Übliche Metallic-Basis-Lacke für die Automobilindustrie enthalten im allgemeinen 1 bis 5 Gew.% Metallpigmentteilchen. Zwischenprodukte oder wäßrige metall-pigmenthaltige Lacke für andere industrielle Zwecke können erheblich höhere Anteile bis zu 25% enthalten. Um eine deutliche Aussage über die Stabilität der Pigmente selbst zu erhalten, kann zur Prüfung der Gehalt des fein verteilten Metallpigmentes auf eine höhere als in der Praxis angewandte Konzentration erhöht werden. Durch diese Vorgehensweise können die Zeitdauer der Prüfung gesenkt und die Eindeutigkeit der Aussage erhöht werden, ohne daß eine Verfälschung der chemischen Reaktion eintritt.

Die fein verteilten Metallpigmente sind die üblichen in der Lackindustrie verwendeten Pigmente. Es sind beispielsweise fein verteilte Aluminiumplättchen, jedoch sind auch andere Metallpigmente möglich. Die Metallpigmente werden in der handelsüblichen Form, z. B. als Metallpigmentpaste oder als Pulver, eingesetzt. Dabei ist es möglich, daß diese zur Erreichung einer höheren Stabilität speziell präpariert werden, z. B. kann die Oberfläche der Teilchen mit einem hydrophobierenden Schutzüberzug oder einem Korrosionsinhibitor versehen werden. Dafür sind beispielsweise Phosphorsäureester oder Stearate geeignet.

Durch die Zusammensetzung eines Metallic-Wasserbasislackes ist es möglich, daß sich Teile der Schutzschicht auf den Pigmenten lösen und so einen Angriff und eine Zersetzung der Metallpigmente ermöglichen. Um eine Aussage über die Stabilität des Lackes oder der Zwischenprodukte zu erhalten, werden diese Metallpigmente in der handelsüblichen, mit der Schutzschicht versehenen, Form dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren unterzogen.

Unter Wasserbasislack sind allgemein bekannte Metallic-Basislacke zu verstehen. Diese enthalten neben den Metallpigmenten übliche wasserverdünnbare Bindemittel, z. B. auf Basis von Polyester, Polyacrylaten oder Polyurethanen, Wasser sowie organische Colösungsmittel, z. B. Alkohole oder Glykolether, Pigmente und Füllstoffe, z. B. Titandioxid, Iriodinpigmente, Ruß oder organische farbgebende Pigmente, Verlaufsmittel, Antikratermittel, Netzmittel, Entschäumer, Neutralisationsmittel, z. B. organische Säuren oder Basen wie Amine und/oder Katalysatoren.

Die Wasserbasislacke können entweder direkt untersucht werden oder sie werden im Farbton, z. B. durch Tönpasten eingestellt. Diese Anpassungen ändern das Gasungsstabilitätsverhalten nicht. Zwischen- und Vorprodukte können in einen Testlack eingearbeitet werden, der die Einzelbestandteile eines üblichen Wasserbasislackes enthält. Auf diese Weise können auch andere Bestandteile als Metallpigmente wie z. B. Katalysatoren, Neutralisationsmittel oder Bindemittel auf ihren Einfluß im Zusammenhang mit den Metallpigmenten untersucht werden. Ein solcher Testlack braucht in seinen anwendungstechnischen Eigenschaften nicht optimiert zu werden. Ebenso ist es möglich, Zwischenprodukte auf ihre Stabilität direkt zu untersuchen. Dieses ist beispielsweise dann notwendig, wenn es sich um metallpigmenthaltige Zwischenprodukte handelt, die lagerfähig sein sollen.

Die Testzeit kann 1 Std. bis 5 Tage betragen. Die Lagerung bzw. das Stehenlassen kann bei Temperaturen von 15-65°C durchgeführt werden, bevorzugt bei 20-40°C. Durch die erhöhte Temperatur wird die chemische Reaktion der Gasentwicklung beschleunigt, und die Lagerzeit kann abgekürzt werden. Es ist dabei jedoch darauf zu achten, daß durch erhöhte Temperatur Konvektionsvorgänge auftreten, die das Testergebnis verfälschen können.

Es ist notwendig, den Lack vor der Untersuchung gut zu entgasen, da aufsteigende Gasblasen, die an der Oberfläche aufplatzen, den Ausgangszustand der Oberfläche sowie ebenfalls das erreichte Ergebnis verändern. Das Entfernen von Gasblasen kann durch Anlegen von Vakuum und durch Rühren der Lackmischung unterstützt werden.

Bei der Lagerung ist darauf zu achten ein größeres Verdunsten von flüchtigen Anteilen, wie Lösungsmittelbestandteilen, zu vermeiden. Weiterhin ist darauf zu achten, daß ein Gasaustausch möglich ist, damit sich keine gefährlichen Gaskonzentrationen bilden. Das kann erreicht werden, indem die zu prüfenden Oberflächen durch eine Abdeckvorrichtung bedeckt werden.

Die Ausbildung der Oberfläche hängt von der Viskosität bzw. Thixotropie des Lackes ab. Die Viskosität des zu messenden Lackes ist so einzustellen, daß die Pigmente eine ausreichende Stabilität gegen Sedimentation oder Phasenseparation zeigen. Andererseits muß noch ein Verfließen und ein Ausrichten der Metallic-Pigmentteilchen an der Oberfläche möglich sein. Die Viskosität kann gegebenenfalls durch Zugabe von Wasser oder organischem Lösungsmittel eingestellt werden.

Die zu untersuchende Oberfläche kann beispielsweise ausgebildet werden durch Stehenlassen des homogenisierten zu untersuchenden Materials in einem Gefäß, z. B. dem Homogenisier- oder Rührgefäß oder einem anderen Gefäß. Die Schichtdicke beträgt bevorzugt mehr als 0,5 cm, besonders bevorzugt mehr als 1 cm.

Der Meßeffekt beruht hauptsächlich auf der Ausrichtung der metallischen Pigmentteilchen; es ist jedoch die optische Beurteilung auch für Farbeffekte empfindlich. Bevorzugt sind diese Effekte bei dunklen Farbtönen besonders gut zu erkennen. Werden handelsübliche Lackmaterialien untersucht, kann den hellen Farbtönen deshalb eine dunkle Tönpaste, z. B. eine Rußpaste, zugesetzt werden. Ebenso können Zwischenprodukte dunkel eingefärbt werden. Zur Untersuchung von Vor- und Zwischenprodukten, z. B. Metallic-Pasten, festen Metallic-Pigmentteilchen, Additiven oder Lackbindemitteln, ist ein Testlack bevorzugt. In diesen Testlack wird das zu untersuchende Vor- oder Zwischenprodukt eingearbeitet. Der Testlack ist bevorzugt dunkel pigmentiert und enthält alle wesentlichen zur Lackformulierung notwendigen Bestandteile. Es ist eine geeignete Viskosität des Testlackes einzustellen.

Die Beurteilung der Meßproben kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten stattfinden. Sie kann visuell geschehen, z. B. durch Messung der Helligkeit, photographisch oder mit einer rechnergestützten Bildverarbeitung. Gasungsstabile Proben zeigen nur einen geringen Abfall der Helligkeit, der Metallorientierung und/oder der Farbwerte über mehrere Tage, während bei instabilen Proben deutliche Änderungen der Oberflächenstrukturen innerhalb weniger Stunden zu beobachten sind.

Eine weitere Möglichkeit zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß allgemein nicht-stabile, Gas entwickelnde Zubereitungen untersucht werden können. Zur Erzeugung des Meßeffektes ist es dann jedoch notwendig, diesen Zubereitungen eine geeignete Menge eines stabilen feinverteilten Metallpigments oder eines anderen stabilen Effektpigments zuzusetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine schnelle und reproduzierbare Arbeitsweise, um die Gasungsstabilität eines metallpigmenthaltigen Wasserlackes und seiner Vorprodukte praxisnah zu untersuchen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Untersuchung der Stabilität einer wäßrigen metallpigmenthaltigen Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zusammensetzung homogenisiert und von darin enthaltenden Gasen befreit, worauf man die Zusammensetzung ohne wesentliches Austrocknen oder wesentliches Verdunsten von flüchtigen Anteilen unbewegt ruhen läßt und danach die Veränderung der Oberfläche der Zusammensetzung beurteilt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige metallpigmenthaltige Zusammensetzung ein wäßriges Überzugsmittel, ein Zwischenprodukt dafür, oder eine metallpigmenthaltige Komponente für wäßrige Überzugsmittel, vermischt mit einem Testbad untersucht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man 1 Stunde bis 5 Tage ruhen läßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Zusammensetzung mit einer Schichtstärke von mehr als 0,5 cm untersucht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu untersuchende Zusammensetzung auf einen Gehalt von 1,0 bis 25,0 Gew.% Metallpigmente einstellt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu untersuchende Zusammensetzung dunkel färbt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Menge der enthaltenen Metallpigmente vor der Untersuchung erhöht.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Zusammensetzung mit feinverteiltem Aluminiumpigment untersucht.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Ruhen zwischen 20-40°C gehalten wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Testzeit 3 Stunden bis zu 3 Tagen beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Veränderung der Oberfläche durch direkten oder indirekten Vergleich mit der Oberfläche der frisch homogenisierten und von darin enthaltenen Gasen befreiten Zusammensetzung beurteilt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man zum indirekten Vergleich Oberflächen-Maßwerte der frisch homogenisierten und von darin enthaltenen Gasen befreiten Zusammensetzung aufzeichnet und später mit entsprechenden Maßwerten der Oberfläche nach dem unbewegten Ruhen vergleicht.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beurteilung oder zum Vergleich der Oberflächen die unterschiedliche Helligkeit, der unterschiedliche Farbton und/oder die unterschiedliche Orientierung der Metallpigmente gemessen wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Beurteilung oder des Vergleichs über eine rechnergestützte Bildverarbeitung durchgeführt wird.