DE60212891T2

DE60212891T2 - Verfahren zum Anhaften von Beschichtungen an Substraten

Info

Publication number: DE60212891T2
Application number: DE60212891T
Authority: DE
Inventors: Thomas James Glenmore Ennis; William Harrison Bensalem Hill; William August King of Prussia Kirn; Joseph Martin Riegelsville Rokowski
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: JP2002355606A; ATE332353T1; JP4349554B2; EP1243643A2; MXPA02003050A; DE60212891D1; AU2615802A; AU785296B2; EP1243643A3; AR033193A1; BR0200901A; EP1243643B1; ZA200202262B

Description

Diese Erfindung betrifft das Verbessern der Anhaftung von Beschichtungen an Substraten. Insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Verbessern der Haftung einer Beschichtung an Aluminium, galvanisiertem bzw. verzinktem Stahl, Vinyl, PVC, TPO, Hypalon^®, druckbehandeltem Holz, Sperrholz und bitumenartigen Substraten, sowie kalkhaltigen bzw. verkreideten acrylbeschichteten Oberflächen von solchen Substraten.
EPDM- und Asphaltmembranen umfassen etwa 70% des gesamten Bedachungsmarkts. Ein großer Anteil des verbleibenden Marktes besteht aus verschiedenen Metallsubstraten, wie Aluminium und galvanisiertem Stahl. Andere verwendete Substrate umfassen Einschichtsubstrate, die aus PVC (Polyvinylchlorid), TPO (thermoplastisches Polyolefin) und Hypalon^® hergestellt sind. Hypalon ist ein Handelsname für einen synthetischen Kautschuk, der von DuPont Dow hergestellt wurde. Er wird als ein chlorsulfoniertes Polyethylen beschrieben und wird als weiße Schnitzel hergestellt. Er kann für die Herstellung von vielen Produkten verwendet werden, einschließlich Plattenbedachungssubstrate und Schutz-/Dekor-Beschichtungen. Noch andere verwendete Substrate umfassen sprühaufgetragenen Polyurethanschaum. Alle von diesen Substraten können von der Verwendung einer Beschichtung profitieren, um die Ästhetik zu verbessern, Energiekosten zu vermindern und die Haltbarkeit zu verbessern.
Die Baubeschichtungsindustrie wendet Anstrichstoffe an, um ähnliche, auf dem Bedachungsmarkt verwendete Substrate zu beschichten. Der Anstrichstoffmarkt setzt etwas andere Leistungskriterien an als für Beschichtungen, die bei Bedachungen verwendet werden; d.h. Anstrichstoffe werden dünner (3 bis 8 dry mls gegenüber 20 bis 25 dry mls Dachmastix) aufgetragen, und von Anstrichstoffen wird nicht erwartet, dass sie auf Flächen ihre Aufgabe erfüllen, wo Stauwasser vorherrscht. Viele der auf dem Bedachungsmarkt verwendeten Metalle werden für Anwendungen auf dem Baumaterialmarkt eingesetzt. Auf sowohl dem Baumaterial- als auch dem Bedachungsmarkt verwendetes Metall kann im Werk beschichtet worden sein sowie am Verarbeitungsort angestrichen werden. Die baulichen Beschichtungen nutzen viele andere Substrate, die auf dem Bedachungsmarkt nicht vorherrschen. Druckbehandeltes Holz, kalkhaltige bzw. verkreidete Acrylbeschichtungen und werksmäßig aufgetragene Beschichtungen auf Aluminium- und Vinylsubstrate sind Beispiele für üblicherweise verwendete Materialien, die angestrichen werden können. Das Beschichten von diesen Substraten ist aufgrund des Abbaus und der Bewitterung notwendig. Bewitterte Substrate, die früher angestrichen wurden, haben häufig kalkhaltige bzw. verkreidete Oberflächen, an denen schwierig anzuhaften ist, müssen aber erneut beschichtet werden, um den Abbau des Substrats zu verhindern.
In der Bedachungs- oder Bauindustrie ist das wichtigste Kriterium für die Beschichtung, die Fähigkeit dieser Beschichtung, gut an dem Substrat anzuhaften. Das Reinigen mit Wasser vor dem Beschichten kann die Anhaftung der Beschichtung verbessern, verglichen mit ungespülter Substratoberfläche, und Reinigen mit Reinigungsmitteln hat sich auch als hilfreich erwiesen. Das erfindungsgemäße Reinigungsmittel zeigt eine Fähigkeit, die Haftungseigenschaften von Substraten an Beschichtungen wesentlich zu verbessern. Verschiedene Substrate erwiesen sich als schwierig beim Anhaften, so wie Aluminium, galvanisierter bzw. verzinkter Stahl, druckbehandeltes Holz und wettertest behandeltes Kiefernholz. Die Anwendung der wässrigen Reinigungsmittelzusammensetzung und das erfindungsgemäße Verfahren haben die Haftung an solche Substrate verbessert.
Ein Beschichtungssystem, das, insbesondere, wenn Stauwasser ausgesetzt, gute Haftung und überlegene Beständigkeit gegen Blasenbildung zeigt, wird in US-Pat. Nr. 5 059 456 offenbart. Dieses System basiert auf der Verwendung von auf einem auf Wasser basierenden Haftgrund zwischen der Membran und der Beschichtung. Der Haftgrund besteht aus einem in Wasser unlöslichen Latexpolymer und mehrwertigem Metallion, wobei das Latexpolymer Einheiten umfasst, welche die Herstellung von einem Monomergemisch ergeben würden, das mindestens 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Monomergemisches, von mindestens einem hydrophoben Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (C₄-C₂₀)-Alkylmethacrylaten und (C₈-C₂₀)-Alkylacrylaten, und von 3,0 Gewichtsprozent bis 7,5 Gewichtsprozent Methacrylsäure, bezogen auf das Gewicht des Monomergemisches, umfasst, und worin das Latexpolymer eine Glasübergangstemperatur von –20°C bis 5°C aufweist, und worin das Molverhältnis des mehrwertigen Metallions zu der Methacrylsäure in dem Latexpolymer etwa 1 : 1 bis etwa 0,375 : 1 ist. Der Haftgrund wird auf eine Membran vor der anschließenden Auftragung einer Beschichtung aufgetragen. Somit bietet dieses System Eigenschaften von Haftung und Beständigkeit gegen Blasenbildung, die den üblichen Mastixsystemen auf bituminösen Membranen überlegen sind; es gibt keine Offenbarung zu einer Beschichtung von Aluminium, galvanisiertem oder verzinktem Stahl oder druckbehandelten Holzsubstraten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungssystem bereitzustellen, das verbesserte Haftung an Aluminium, galvanisiertem Stahl, Vinyl, PVC, TPO, Hypalon^®, druckbehandeltem Holz, Sperrholz und bitumenösen Substraten, sowie kalkhaltigen, acrylisch beschichteten Oberflächen von solchen Substraten bietet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbessern der Haftung zwischen einer Beschichtung und einem Substrat bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

(A) das Auswählen eines Substrats aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, galvanisiertem bzw. verzinktem Stahl, Vinyl, Polyvinylchlorid, thermoplastischem Polyolefin, chlorsulfoniertem Polyethylen, druckbehandeltem Holz, Sperrholz und kalkhaltigen acrylbeschichteten Oberflächen davon;
(B) das Behandeln einer Oberfläche des Substrats mit einer wässrigen Reinigungsmittelzusammensetzung, anschließend
(C) das Abspülen der Oberfläche des Substrats mit Wasser, um die Reinigungsmittelzusammensetzung zu entfernen, und anschließend
(D) das Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung auf die abgespülte Oberfläche des Substrates, wobei die wässrige Reinigungsmittelzusammensetzung einen pH-Wert von größer als 8 aufweist und von 1 bis 10 Gewichtsprozent Phosphat und von 1 bis 10 Gewichtsprozent Silikat, umfasst.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch Vorbehandeln eines Substrats mit der Reinigungsmittelzusammensetzung vor dem Auftragen einer üblichen Beschichtungszusammensetzung eine synergistische Verbesserung in der Haftung zwischen dem Substrat und der Beschichtung erreicht werden kann. Die überraschenden Vorteile der vorliegenden Erfindung können sowohl für Beschichtungen, die auf neu gelegte Substrate aufgetragen werden, als auch Beschichtungen, die auf alte Substrate aufgetragen werden, welche früher beschichtet und über einen längeren Zeitraum belassen wurden, gemessen werden.
Vorzugsweise ist gemäß der Erfindung das Substrat zur Auftragung Aluminium, galvanisierter bzw. verzinkter Stahl, Vinyl, PVC, Hypalon^®, druckbehandeltes Holz oder Sperrholz. Vorzugsweise wird gemäß der Erfindung der wässrigen Reinigungsmittelzusammensetzung erlaubt, sich für fünf (5) Minuten absetzen zu lassen, gefolgt von dem Spülschritt. Vorzugsweise schließt der Spülschritt sowohl eine Kraftwäsche bei einem Druck von 193 × 10⁵ N/m² (2500 psi) als auch ein druckloses Spülen ein.
Die Beschichtungszusammensetzung kann eine beliebige Zusammensetzung sein, die üblicherweise bei Beschichtungen solcher Substrate eingesetzt wird, die vorzugsweise ein in Wasser unlösliches Latexpolymerbindemittel mit einer Glasübergangstemperatur von –45°C bis 50°C (wie durch die Fox-Gleichung gemessen), welches vorzugsweise acrylisch oder Styrol/acrylisch ist, umfasst. Zusätzlich zu dem Latexpolymer wird die Zusammensetzung mindestens eine oder mehrere der nachstehenden Komponenten umfassen: Pigmente, Extender, Dispersantien, Tenside, Koaleszenzmittel, Netzmittel, Verdickungsmittel, Rheologiemodifizierungsmittel, Trocknungsverzögerer, Weichmacher, Biozide, Antimehltaumittel, Entschäumer, Färbemittel, Wachse, Schmutzaufnahmeverzögerer, Anhaftungsförderer, Zinkoxid und festes Siliziumdioxid. Die Beschichtungszusammensetzung ist vorzugsweise eine bauliche Dachbeschichtungszusammensetzung oder Mastix-Beschichtungszusammensetzung. Das in der Beschichtungszusammensetzung verwendete Bindemittel ist vorzugsweise ein kommerziell erhältliches Bindemittel, das für solche Anwendungen verwendbar ist, wie ein Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, einschließlich Rhoplex AC-261, Rhoplex EC-1791, Rhoplex 2019R und Rhoplex EC-2885, erhältlich von Rohm and Haas Company; Acronal NX 3250, erhältlich von BASF AG, und DA26NA, erhältlich von Dow. Bevorzugter ist das Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, einschließlich Rhoplex AC-261, Rhoplex EC-1791, Rhoplex EC-2885 und Acronal NX 3250. Rhoplex AC-261 und Rhoplex EC-1791 sind die besonders bevorzugten Beschichtungszusammensetzungen.
Die wässrige Reinigungsmittelzusammensetzung umfasst 1 bis 10%, vorzugsweise 2 bis 8%, bevorzugter 3 bis 6%, auf das Gewicht der Zusammensetzung, von einem Mono- oder Polyphosphat oder einem Gemisch von solchen Phosphaten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Trinatriumphosphat, Natriumtripolyphosphat und Trikaliumphosphat. Trinatriumphosphat ist besonders bevorzugt. Die wässrige Reinigungsmittelzusammensetzung umfasst 1 bis 10%, vorzugsweise 2 bis 8%, bevorzugter 3 bis 6%, auf das Gewicht der Zusammensetzung, von einem Meta-, Ortho- oder Parasilikat oder einem Gemisch von solchen Silikaten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriummetasilikat und Kaliummetasilikat. Natriummetasilikat ist das besonders bevorzugte. Die in der Reinigungsmittelzusammensetzung verwendbaren Phosphate und Silikate sind jene, die üblicherweise in üblichen Reinigungsmittelzusammensetzungen verwendet werden, wie bei Geschirrwasch- und Textilwaschmitteln.
Die wässrige Reinigungsmittelzusammensetzung kann auch andere Komponenten umfassen, die man typischerweise in einer wässrigen Reinigungsmittelzusammensetzung findet. Beispielsweise kann die Zusammensetzung bis zu 5%, vorzugsweise bis zu 2%, auf das Gewicht, von mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Octylphenoxypolyethoxyethanol, Octylphenoxypolyethoxyethylphosphat, Polyethylenglycol und Phosphorsäure, umfassen.
Die wässrige Reinigungsmittelzusammensetzung hat einen pH-Wert von über 8, vorzugsweise einen pH-Wert von 9 bis 14 und besonders bevorzugt einen pH-Wert von 12 bis 14.
Die besten Ergebnisse werden aus der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn die gesamte Oberfläche des Substrats mit der Reinigungsmittelzusammensetzung in Kontakt ist. Die Reinigungsmittelzusammensetzung kann über die Oberfläche durch Sprühauftragungsverfahren oder mit der Hilfe einer steifen Bürste verstrichen werden. Die Reinigungsmittelzusammensetzung sollte vorzugsweise für ein Minimum von fünf (5) Minuten mit der Oberfläche der Membran in Kontakt stehen. Obwohl eine Verbesserung in der Haftung einer Beschichtung gemessen werden kann, wenn die Reinigungsmittelzusammensetzung belassen wird, um die Oberfläche für weniger als 30 Sekunden zu behandeln, werden beispielsweise die besten Ergebnisse erreicht, wenn die Reinigungsmittelzusammensetzung mit der Oberfläche für mindestens 5 Minuten in Kontakt belassen wird. Eine Kontaktzeit, wesentlich über 5 Minuten, wird in der Regel zu keiner weiteren wesentlichen Verbesserung in der Haftung führen, obwohl bei der Ausführung Kontaktzeiten von 10 bis 30 Minuten in Abhängigkeit von der Größe des Substrats und dem Tempo des Ausführenden anfallen können. Das Trocknenlassen des Reinigungsmittels auf der Oberfläche vor dem Spülen kann für das erfindungsgemäße Verfahren nicht negativ sein, vorausgesetzt, dass die Oberfläche nachher gut gespült wird, um das Reinigungsmittel zu entfernen.
Die besten Ergebnisse der vorliegenden Erfindung werden erhalten, wenn das Spülen der Substratoberfläche im Wesentlichen die gesamte Reinigungsmittelzusammensetzung entfernt. Sehr effizientes Spülen kann die Anwendung einer steifen Bürste und/oder die Anwendung eines Hochdruckschlauchs beinhalten. Typischerweise wird der Hochdruckschlauch Spülwasser bei 193 × 10⁵ N/m² (2500 psi) freisetzen.
Die nachstehenden Beispiele, einschließlich Vergleichsbeispiele, werden nur für Erläuterungszwecke der Erfindung angegeben und sind keinesfalls vorgesehen, diese zu begrenzen.
Tests
In den Beispielen werden die Beschichtungen Trocken- und Feuchtanhaftungstests unterzogen. Diese werden gemäß ASTM Protokoll D903 ausgeführt.
Beispiel 1 – Herstellung von wässriger Reinigungsmittelzusammensetzung
Eine wässrige Reinigungsmittelzusammensetzung wurde mit der in Tabelle 1 ausgewiesenen Formulierung durch Vermischen der vorgeschriebenen Mengen in einem Kübel hergestellt. Die Zusammensetzung wurde in dem Kübel vermischt, bis alle Komponenten augenscheinlich gelöst waren. Die wässrige Reinigungsmittelzusammensetzung wurde gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und hat einen pH-Wert über 13. Tabelle 1 Wässrige Reinigungsmittelzusammensetzung

Seife = 127 Teile Octylphenoxypolyethoxyethanol 58,5 Teile Octylphenoxypolyethoxyethylphosphat 3,9 Teile Polyethylenglycol 11,7 Teile Phosphorsäure 18,9 Teile Wasser
Beispiel 2 – Substratherstellung
Verschiedene, wie in Beispiel 3 gezeigte Substrate, wurden flach auf eine Oberfläche gelegt. Die obere Oberfläche von jedem Substrat wurde dann unter Verwendung eines Hochdruckschlauchs mit Leitungswasser gewaschen. Nach Waschen mit Wasser wurden 30 cm² Abschnitte von jedem Substrat dann mit der Reinigungsmittelzusammensetzung von Beispiel 1 durch Sprühauftragung von etwa 100 cm³ Rei nigungsmittelzusammensetzung über die zu behandelnde Oberfläche und Bürsten der Zusammensetzung über die Oberfläche und Belassen derselben 5 Minuten darauf, behandelt. Dann wurde die Reinigungsmittelzusammensetzung mit Leitungswasser aus einem Hochdruckschlauch bei 193 × 10⁵ N/m² (2500 psi) weggewaschen.
Jeder von den behandelten Abschnitten und ein nicht mit Reinigungsmittel auf jedem Substrat behandelter Abschnitt wurde dann in einer üblichen Weise mit der nachstehend in Tabellen 2.1 bis 2.4 gezeigten allgemeinen Zusammensetzung beschichtet. Tabelle 2.1 Beschichtungsformulierung EC-1791

Tamol 850: ist ein von Rohm and Haas Company verfügbares Tensid.
KTPP: ist Kaliumtripolyphosphat.
Nopco NXZ: ist von Henkel Corp verfügbar.
Duramit: ist von ECC America, Inc. Verfügbar.
Ti-Pure R-960: ist Titandioxid, verfügbar von E I DuPont de Nemours., Inc.
Kadox: ist von Zinc Corp. of America verfügbar.
Texanol: ist von Eastman Kodak verfügbar.
Skane M-8: ist ein Antimehltaumittel, das von Rohm and Haas Company verfügbar ist.
Natrosol 250 MXR: ist von Aqualon, Inc. verfügbar.

Tabelle 2.2 Beschichtungsformulierung MB-3640
Tabelle 2.3 Beschichtungsformulierung AC-261 oder ML 200 Sheen
TABELLE 2.4 Beschichtungsformulierung für Testprobe
Beispiel 3 – Das Testen von unterschiedlichen Beschichtungszusammensetzungen auf verschiedenen Substraten
Die Trocken- und Nass-Hafteigenschaften und Blasenbildungseigenschaften von verschiedenen kommerziell verfügbaren Beschichtungszusammensetzungen wurden auf verschiedenen Substraten, wie vorstehend beschrieben, mit der wässrigen Reinigungsmittelzusammensetzung von Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse werden in Tabellen 3, 4, 5 und 6 gezeigt. TABELLE 3 180 Grad Schälhaftung Für Trockenfilm-Beschichtungsauftragungen von 8–10 mils Gemessen in Newton/Meter
TABELLE 4 180 Grad Schälhaftung Für Trockenfilm-Beschichtungsauftragungen von 18–20 mils Gemessen in Newton/Meter

Hypalon: ist eine eingetragene Handelsmarke von DuPont Dow.

PVC: bedeutet Pigmentvolumenkonzentration.
VS: bedeutet Volumenfeststoffe.

X Schraffur- oder Gitter-Klebeband-Haftung
Man setzt eine kammartige Metallschablone auf die Oberfläche des Testanstrichs und lässt das Stanley Utility Knife oder Excel Adhesion Knife durch jeden Schlitz laufen, wodurch somit 11 parallele Schnitte in den Anstrichfilm geschnitten werden. Man trägt zum Halten der Schablone einen Lederhandschuh auf der Hand, um Schnitte zu vermeiden. Die Schablone wird dann um 90° gedreht und über der gleichen Fläche gehalten und eine zweite Reihe mit 11 Einschnitten wird angefertigt. Die horizontalen und vertikalen Einschnitte bilden eine 100 Quadrat-Testfläche (das Gardner Adhesion Knife erzeugt ähnliche Testflächen). Ein ein inch breites Permacel^TM-Band mit einer 10,16 cm (4 inch) Überlappung an einem Ende wird unter Bildung eines Zugstreifens über die Testfläche aufgetragen. Das Band wird mit einem Auskratzer gerieben, um guten Kontakt über der Testfläche zu sichern, und dann wird unter Verwendung der Überlappung für das Gitter das Band schnell bei einem Winkel von 180° von dem Substrat abgezogen. Dann bestimmt man sofort die Messerabschälhaftung. Diese Tests sollten so schnell wie möglich ausgeführt werden, weil sich die Haftung während des Trocknens unter Aussetzung von Luft verbessert.
Messerabschältest
Man macht zwei Messerschnitte durch den Testfilm mit dem Excel Adhesion Knife zur Bildung eines X-Schnitts mit einem Winkel von etwa 30°. Für schwer oder hart zu schneidende Substrate kann das Stanley Utility Knife verwendet werden. Unter Anwendung der Spitze von dem Excel Adhesion Knife versucht man, den Latexanstrich an dem Schnittpunkt von dem Substrat abzuschälen. Der Grad der Abschälschwierigkeit wird gemäß der nachfolgenden Karte subjektiv eingestuft:
Messerabschäl-Einstufung:

10

– kein Abschälen

9

– sehr schwierig

8

– schwierig

7

– mittel schwierig

6

– leicht bis mittel schwierig

5

– leicht schwierig

4

– mittelleicht

3

– leicht

2

– sehr leicht

1

– fällt ab

Jede von den Proben von Tabelle 6 wurde gemäß der ASTM D 714 Einstufungsskale getestet, eingestuft auf sowohl Blasengröße als auch Dichte. TABELLE 6 Blasenbildung an kalkhaltigem bzw. verkreidetem acrylbeschichtetem Aluminiumverkleidungsblech

Es wird in Tabellen 3, 4, 5 und 6 gezeigt, dass die Verbesserung der Haftungs- und Blaseneinstufungen zwischen einer Beschichtungszusammensetzung und verschiedenen Substraten durch die Vorbehandlung des Substrats mit der erfindungsgemäßen wässrigen Reinigungsmittelzusammensetzung verbessert sind.

Claims

Verfahren zum Verbessern der Haftung zwischen einer Beschichtung und einem Substrat, wobei das Verfahren (A) das Auswählen eines Substrates aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, galvanisiertem bzw. verzinktem Stahl, Vinyl, Polyvinylchlorid, thermoplastischem Polyolefin, chlorsulfoniertem Polyethylen, druckbehandeltem Holz, Sperrholz und kalkhaltigen acrylbeschichteten Oberflächen davon, (B) das Behandeln einer Oberfläche des Substrats mit einer wässerigen Reinigungsmittelzusammensetzung, anschließend (C) das Abspülen der Oberfläche des Substrates mit Wasser, um die Reinigungsmittelzusammensetzung zu entfernen, und anschließend (D) das Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung auf die abgespülte Oberfläche des Substrates, wobei die wässerige Reinigungsmittelzusammensetzung einen pH-Wert von größer als 8 aufweist und von 1 bis 10 Gew.-% Phosphat und von 1 bis 10 Gew.-% Silicat umfasst, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Phosphat ein Monophosphat ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Monophosphat Trinatriumphosphat ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Silicat ein Metasilicat ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Metasilicat Natriummetasilicat ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der pH-Wert der Reinigungsmittelzusammensetzung in einem Bereich von 9 bis 14 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine Mastix- oder Anstrichbeschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spülen ein Pulverreinigen bei einem Druck von mindestens 193 × 10⁵ N/m² (2500 psi) umfasst.