DE69616820T2 - Acrylosilan polymer enthaltende beschichtung zur verbesserung der kratzfestigkeit und der korrosionsbeständigkeit gegen säure - Google Patents
Acrylosilan polymer enthaltende beschichtung zur verbesserung der kratzfestigkeit und der korrosionsbeständigkeit gegen säureInfo
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Description
- Die Erfindung ist auf Beschichtungs-Zusammensetzungen, insbesondere klare Beschichtungs-Zusammensetzungen, gerichtet, die als Farbendeckbeschichtung für ein Fahrzeug verwendet werden und die durch den Zusatz eines silanhaltigen Acrylpolymers eine verbesserte Kratz- und Säureätzbeständigkeit aufweisen.
- Saurer Regen und andere Luftverschmutzungen haben zu Problemen der Wasserfleckenbildung und Säureätzung auf Oberflächenlacken, die auf Personen- und Lastkraftwagen verwendet werden, geführt. Der Oberflächenlack der Wahl, der gegenwärtig für die Außenseite von Personen- und Lastkraftwagen verwendet wird, ist ein Oberflächenlack aus einem Klarlack und einem Farblack, bei dem eine klare Beschichtung über einem Farblack, der pigmentiert ist, aufgebracht wird, um einen Schutz für den Farblack bereitzustellen und das Aussehen des gesamten Oberflächenlacks, beispielsweise den Glanz und die Spiegelbildklarheit, zu verbessern. Ein weiteres Problem ist die Kratzbeständigkeit von klaren Oberflächenlacken. Ein Verkratzen des Lacks kann durch mechanische Waschverfahren, die in einer typischen kommerziellen Autowaschanlage eingesetzt werden, oder durch anderweitiges mechanisches Ritzen des Oberflächenlacks verursacht werden. Durch die Einführung von Zusätzen, um die Säureätzbeständigkeit zu verbessern, wird häufig die Kratzbeständigkeit des Oberflächenlacks herabgesetzt.
- Es besteht ein Bedarf an einem Zusatz für klare Beschichtungs-Zusammensetzungen, die Oberflächenlacke bilden, die gegen von saurem Regen verursachte Säureätzung und Wasserflecken beständig sind, und die Oberflächenlacke bilden, die kratzbeständig sind.
- JP-A-02064120 offenbart Zusammensetzungen, die als Anstrich und Beschichtung verwendet werden können und die (a) ein Acrylpolymer, (b) ein Acrylosilanpolymer und (c) eine Isocyanatverbindung enthalten. Die Verwendung eines Polyesters zusammen mit den anderen Bestandteilen in der Zusammensetzung wird nicht offenbart.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Beschichtungs-Zusammensetzung gemäß Anspruch 1.
- Bevorzugte Ausführungsformen davon sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.
- Weiterer Gegenstand ist ein Substrat, das mit einem pigmentierten Grundanstrich beschichtet ist und mit einer Deckschicht aus der Beschichtungs-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 überzogen ist.
- Die Beschichtungs-Zusammensetzung der Erfindung wird allgemein als klare Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet, die über einem Grundanstrich aufgetragen wird, bei dem es sich um eine pigmentierte Zusammensetzung handelt. Oberflächenlacke aus einem Klarlack und einem Gundanstrich werden herkömmlicherweise für die Außenseite von Personen- und Lastkraftwagen verwendet. Die Beschichtungs-Zusammensetzung der Erfindung bildet einen klaren Oberflächenlack, weist eine verbesserte Säureätzbeständigkeit, Wasserfleckenbeständigkeit und Kratzbeständigkeit auf.
- Bei einer typischen Fahrzeugkarosserie, beispielsweise eines Personen- oder eines Lastkraftwagens, ist das Substrat Stahl oder kann ein Kunststoff oder ein Verbundstoff sein. Wenn es sich um ein Stahlsubstrat handelt, wird es zuerst mit einer anorganischen Zink- oder Eisenphosphat-Rostschutzschicht behandelt, und dann wird ein Primer durch ein Elektrophoreseverfahren aufgetragen. Typischerweise handelt es sich bei diesen Primern um Epoxy-modifizierte Harze, die mit einem Polyisocyanat vernetzt sind und die durch ein kathodisches Elektrophoreseverfahren aufgebracht werden. Optional kann ein Primer über dem elektrolytisch abgeschiedenen Primer aufgetragen werden, um für ein besseres Aussehen und/oder eine verbesserte Haftung des Grundanstrichs am Primer zu sorgen. Dann wird ein pigmentierter Grundanstrich oder Farblack aufgetragen. Ein typischer Grundanstrich umfaßt ein Pigment, das Metallteilchenpigmente, wie Aluminiumteilchen, enthalten kann, und ein filmbildendes Bindemittel, das ein Polyurethan, ein Acrylourethan, ein Acrylpolymer oder ein Acrylosilanpolymer sein kann, und enthält ein Vernetzungsmittel, wie ein Aminoharz, typischerweise ein alkyliertes Melaminformaldehyd-Vernetzungsmittel oder ein Polyisocyanat. Der Grundanstrich kann eine Lösungsmittel- oder Wasserbasis aufweisen und kann in Form einer Dispersion oder einer Lösung vorliegen.
- Dann wird ein klarer Deckanstrich (Klarlack) auf den Grundanstrich aufgetragen, bevor der Grundanstrich vollständig gehärtet ist, und dann werden der Grundanstrich und der Klarlack vollständig gehärtet, üblicherweise durch 15-45 Minuten langes Erwärmen bei etwa 100-150ºC. Der Grundanstrich und der Klarlack weisen vorzugsweise eine Beschichtungs-Trockendicke von etwa 2,5-75 Mikrometer bzw. 25-100 Mikrometer auf.
- Falls solch ein Oberflächenlack aus Klarlack und Grundanstrich beschädigt wird, z. B. bei einer Kollision, wird ein Reparatur-Grundanstrich aufgetragen und dann wird ein Klarlack aufgetragen, aber üblicherweise wird keine Wärmebehandlung durchgeführt, um den Oberflächenlack zu härten, und der Oberflächenlack wird bei Umgebungstemperaturen oder bei leicht erhöhten Temperaturen, z.B. 35 bis 65ºC gehärtet.
- Die klare Beschichtungs-Zusammensetzung umfaßt 40-70 Gew.-% eines filmbildenden Bindemittels und 30-70% eines flüchtigen, flüssigen organischen Trägers, bei dem es sich üblicherweise um ein Lösungsmittel für das Bindemittel handelt, und das sich bei 35ºC und darüber verflüchtigt. Der Klarlack kann auch in Form einer Dispersion vorliegen. Das filmbildende Bindemittel der klaren Beschichtungs-Zusammensetzung enthält 30-70 Gew.-% eines Acrylpolymers mit reaktiven Hydroxylgruppen, 5 bis 30 Gew.-% eines Silanpolymer-Zusatzes und 25-50 Gew.-% eines organischen Polyisocyanat-Vernetzungsmittels.
- Silanpolymere, die vernetzbare Silangruppen enthalten, werden in der klären Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet. Diese Silanpolymere bestehen aus polymerisierten Monomeren von Alkylmethacrylaten, Alkylacrylaten mit jeweils 1-12 Kohlenstoffatomen in den Alkylgruppen, Isobornylmethacrylat, Isobornylacrylat, Hydroxyalkylmethacrylat, Hydroxyalkylacrylat mit jeweils 1-4 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, Styrol oder einer beliebigen Mischung beliebiger der vorstehend genannten Monomere und einem monoethylenisch ungesättigten Silanmonomer. Diese Silanpolymere weisen eine massegemittelte Molekülmasse von 1000-10 000 auf.
- Alle Molekülmassen, die hierin offenbart sind, wurden mittels Gelpermeations- Chromatographie (GPC) unter Verwendung eines Polystyrolstandards bestimmt, solange nichts anderes angegeben ist.
- Ein bevorzugtes Silanpolymer ist das Polymerisationsprodukt von nicht-silanhaltigen Monomeren eines Alkylmethacrylats, eines Alkylacrylats mit jeweils 1-8 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, Isobornylmethacrylat, Styrol, Hydroxyalkylmethacrylat mit 1-4 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe und 5-40 Gew.-% eines monoethylenisch ungesättigten silanhaltigen Monomers.
- Typischerweise geeignete ethylenisch ungesättigte, nicht-silanhaltige Monomere sind Alkylacrylate, Alkylmethacrylate, in denen die Alkylgruppen 1-12 Kohlenstoffatome enthalten, wie Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat, Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, Pentylmethacrylat, Hexylmethacrylat, Octylmethacrylat, Nonylmethacrylat, Laurylmethacrylat; Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat, Isobutylacrylat, Pentylacrylat, Hexylacrylat, Octylacrylat, Nonylacrylat und Laurylacrylat. Cycloaliphatische Methacrylate und Acrylate können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise Trimethylcyclohexylmethacrylat, Trimethylcyclohexylacrylat, Isobutylmethacrylat, t-Butylcyclohexylacrylat oder t-Butylcyclohexylmethacrylat. Arylacrylat und Arylmethacrylate können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise Benzylacrylat und Benzylmethacrylat. Isobornylmethacrylat und Isobornylacrylat können ebenfalls verwendet werden. Mischungen von zwei oder mehreren der vorstehend genannten Monomere sind nützlich bei der Formulierung eines Polymers mit den erwünschten Eigenschaften.
- Zusätzlich zu Alkylacrylaten oder Methacrylaten können andere nicht-silanhaltige polymerisierbare Monomere in Mengen von bis zu 50 Gew.-% des Polymers in einem Silanpolymer verwendet werden, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften, wie Härte, Schönheit und Kratzfestigkeit, zu erreichen. Beispiele für solche anderen Monomere sind Styrol, Methylstyrol, Acrylamid, Acrylonitril und Methacrylonitril. Styrol kann in einem Bereich von 0-50 Gew.-% verwendet werden.
- Hydroxy-funktionelle Monomere können in das Silanpolymer eingebaut werden, um ein Polymer mit einer Hydroxylzahl von 20 bis 200 zu erzeugen. Typischerweise geeignete Hydroxy-funktionelle Monomere sind Hydroxyalkylmethacrylate und -acrylate, wie Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylmethacrylate, Hydroxyisobutylmethacrylat, Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat und Hydroxybutylacrylat.
- Ein geeignetes silanhaltiges Monomer, das beim Bilden eines Silanpolymers nützlich ist, ist ein Silan mit der folgenden Strukturformel:
- worin R entweder CH&sub3;, CH&sub3;CH&sub2;, CH&sub3;O oder CH&sub3;CH&sub2;O ist; R¹ und R²CH&sub3; oder CH&sub3;CH&sub2; sind; R³ entweder H, CH&sub3; oder CH&sub3;CH&sub2; ist; und n für 0 oder eine positive ganze Zahl von 1 bis 10 steht. Vorzugsweise steht R für CH&sub3;O oder CH&sub3;CH&sub2;O und n steht für 1.
- Typische Beispiele für solche Silane sind die Acrylatalkoxysilane, wie gamma- Acryloxypropyltrimethoxysilan und die Methacrylatoalkoxysilane, wie gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan und gamma-Methacryloxypropyltris(2-methoxyethoxy)- silan.
- Andere geeignete Silanmonomere weisen die folgende Strukturformel auf:
- worin R, R¹ und R² wie vorstehend beschrieben sind, und n eine positive ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
- Beispiele für solche Silane sind die Vinylalkoxysilane, wie Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan und Vinyltris(2-methoxyethoxy)silan.
- Andere geeignete silanhaltige Monomere sind Acyloxysilane, einschließlich von Acrylatoxysilan, Methacrylatoxysilan, und Vinylacetoxysilane, wie Vinylmethyldiacetoxysilan, Acrylatopropyltriacetoxysilan und Methacrylatopropyltriacetoxysilan. Mischungen dieser vorstehend genannten silanhaltigen Monomere sind ebenfalls geeignet.
- In Übereinstimmung mit den vorstehend genannten Bestandteilen des Silanpolymers wird nachstehend ein Beispiel für ein Silanpolymer angegeben, das in der Beschichtungs-Zusammensetzung der Erfindung nützlich ist und das die folgenden Bestandteile enthält: 0-40 Gew.-% Styrol, 0-40 Gew.-% Methylmethacrylat, 10 bis 40 Gew.-% Ethylhexylacrylat, 0-40 Gew.-% Butylacrylat, 0-40 Gew.-% Hydroxypropylacrylat, 0-40 Gew.-% Isobornylmethacrylat und 5-40 Gew.-% gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan.
- Silan-funktionelle Makromonomere können ebenfalls beim Bilden des Silanpolymers verwendet werden. Ein solches Makromonomer ist beispielsweise das Reaktionsprodukt einer silanhaltigen Verbindung, die eine reaktiven Gruppe aufweist, wie Epoxid oder Isocyanat, mit einem ethylenisch ungesättigten, nicht-silanhaltigen Monomer, das eine reaktive Gruppe, typischerweise eine Hydroxyl- oder eine Epoxidgruppe, aufweist, die ein Reaktionspartner des Silanmonomers ist. Ein Beispiel für ein geeignetes Makromonomer ist das Reaktionsprodukt eines Hydroxy-funktionellen, ethylenisch ungesättigten Monomers, wie eines Hydroxyalkylacrylats oder -methacrylats mit 1-4 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, und eines Isocyanatoalkylalkoxysilans, wie Isocyanatopropyltriethoxysilan.
- Typisch für solche vorstehend genannten Silan-funktionellen Makromonomere sind diejenigen, die die folgende Strukturformel aufweisen:
- worin R, R¹, R² und R³ wie vorstehend beschrieben sind, R&sup4; eine Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, und n eine positive ganze Zahl von 1-8 ist.
- Das Silanpolymer wird anhand eines herkömmlichen Lösungspolymerisations- Verfahrens zubereitet, bei dem die Monomere, Lösungsmittel und Polymerisationskatalysatoren 2-4 Stunden lang auf 120-160ºC erwärmt werden, um die Polymere zu bilden.
- Typische Polymerisationskatalysatoren sind Katalysatoren vom Azotyp, wie Azobisisobutyronitril, Acetatkatalysatoren, wie t-Butylperacetat, Di-t-Butylperoxid, t-Butylperbenzoat und t-Butylperoctoat.
- Typische Lösungsmittel, die verwendet werden können, sind Ketone, wie Methylamylketon, Isobutylketon, Methylethylketon, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Xylol, Ether, Ester, Alkohole, Acetate und Mischungen beliebiger der vorstehend genannten.
- Acrylpolymere, die in den klaren Beschichtungs-Zusammensetzungen verwendet werden, bestehen aus polymerisierten Monomeren von Alkylmethacrylaten, Alkylacrylaten, die jeweils 1-12 Kohlenstoffatome in den Alkylgruppen aufweisen, Isobomylmethacrylat, Isobornylacrylat, Hydroxyalkylmethacrylat, Hydroxyalkylacrylat mit jeweils 1-4 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, Styrol oder beliebigen Mischungen beliebiger der vorstehend genannten Monomere. Diese Acrylpolymere weisen eine massegemittelte Molekülmasse von 1000-10 000 auf.
- Beliebige der vorstehend genannten Alkylmethacrylate, Alkylacrylate, Hydroxyalkylmethacrylate und -acrylate und anderer nicht-silanhaltiger Monomere, die vorstehend genannt sind, können verwendet werden, um das Acrylpolymer zu formen.
- Ein besonders geeignetes Acrylpolymer wird aus polymerisierten Monomeren von Butylacrylat, Isobornylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Methylmethacrylat, Isobutylmethacrylat und Styrol gebildet und weist eine massegemittelte Molekülmasse von 2 000-4 000 auf.
- Die Beschichtungs-Zusammensetzung kann 1-20 Gew.-% eines Polyesterharzes enthalten, bei dem es sich um das Veresterungsprodukt einer aliphatischen Dicarbonsäure, eines Polyols mit mindestens drei reaktiven Hydroxylgruppen, eines Diols, eines cyclischen Anhydrids und eines cyclischen Alkohols handelt, das ein Molekulargewichts-Zahlenmittel von 500-4 000 aufweist. Ein bevorzugtes Polyesterharz ist das Veresterungsprodukt von Adipinsäure, Trimethylolpropan, Hexandiol, Hexahydrophthalsäureanhydrid und Cyclohexandimethalol.
- Die Beschichtungszusammensetzung enthält auch ein organisches Polyisocyanat- Vernetzungsmittel. Es können beliebige der herkömmlichen aromatischen, aliphatischen, cycloaliphatischen, Isocyanate, trifunktionellen Isocyanate und Isocyanatfunktionellen Addukte eines Polyols und eines Diisocyanats verwendet werden. Typischerweise geeignete Diisocyanate sind 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 4,4'-Bisphenylendiisocyanat, Toluoldiisocyanat, Biscyclohexyldiisocyanat, Tetramethylenxyloldiisocyanat, Ethylethylendiisocyanat, 2,3-Dimethylethylendiisocyanat, 1-Methyltrimethylendiisocyanat, 1,3-Cyclopentylendiisocyanat, 1,4-Cyclohexylendiisocyanat, 1,3-Phenylendiisocyanat, 1,5-Naphthalendiisocyanat, Bis(4-isocyanatocyclohexyl)methan und 4,4'-Diisocyanatodiphenylether.
- Typische trifunktionelle Isocyanate, die verwendet werden können, sind Triphenylmethantriisocyanat, 1,3,5-Benzoltriisocyanat und 2,4,6-Toluoltriisocyanat. Trimere von Diisocyanaten können ebenfalls verwendet werden, wie das Trimer von Hexamethylendiisocyanat, das unter dem Handelsnamen "Desmodur" N-3390 vertrieben wird.
- Isocyanurate können verwendet werden, wie das Isocyanurat von Isophorondiisocyanat.
- Isocyanat-funktionelle Addukte können verwendet werden, die aus einem organischen Polyisocyanat und einem Polyol geformt werden. Beliebige der vorstehend genannten Polyisocyanate können mit einem Polyol verwendet werden, um ein Addukt zu bilden. Polyole wie Trimethylolalkane, beispielsweise Trimethylolpropan oder -ethan, können verwendet werden. Ein geeignetes Addukt ist das Reaktionsprodukt von Tetramethylxylidendiisocyanat und Trimethylolpropan und wird unter dem Handelsnamen "Cythane" 3160 vertrieben.
- Ein bevorzugtes Polyisocyanat-Vernetzungsmittel ist eine Mischung aus dem Trimer von Hexamethylendiisocyanat und dem Isocyanurat von Isophorondiisocyanat.
- Härtungskatalysatoren, die im allgemeinen in den Beschichtungs-Zusammensetzungen in Mengen von 0,01-2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, verwendet werden, um die Vernetzung zwischen Silaneinheiten des Silanpolymers und/- oder zwischen Silaneinheiten und anderen Komponenten der Zusammensetzung zu katalysieren, schließen Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndichlorid, Dibutylzinndibromid, Triphenylbor, Tetraisopropyltitanat, Triethanolamintitanatchelat, Dibutylzinndioxid, Dibutylzinndioctoat, Zinnoctoat, Aluminiumtitanat, Aluminiumchelate, Zirkoniumchelat und andere solcher Katalysatoren oder Mischungen davon, die dem Fachmann bekannt sind, ein. Tertiäre Amine und Säuren oder Kombinationen davon sind ebenfalls geeignet, um Silanbindungen zu katalysieren. Andere silanhärtende Katalysatoren sind im US-Patent 4 923 945, Spalte 15 bis Spalte 17 offenbart, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
- Um die Witterungsbeständigkeit des Klarlacks zu verbessern, können klaren Beschichtungs-Zusammensetzung Ultraviolettlicht-Stabilisatoren oder eine Kombination aus Ultraviolettlicht-Stabilisatoren in einer Menge von 0,1-10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zugesetzt werden. Solche Stabilisatoren schließen Ultraviolettlicht-Absorber, Lichtschutzmittel, Quencher und bestimmte gehindertes. Amin-Lichtstabilisatoren ein. Es kann auch ein Antioxidationsmittel zugesetzt werden, in der Menge von 0,1-5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels.
- Typische Ultraviolettlicht-Stabilisatoren, die geeignet sind, schließen Benzophenone, Triazole, Triazine, Benzoate, gehinderte Amine und deren Mischungen ein. Spezielle Beispiele für Ultraviolettlicht-Stabilisatoren sind im US-Patent 4 591 533 offenbart, dessen gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Für gute Haltbarkeit wird eine Mischung aus "Tinuvin" 900 (UV-Lichtschutzmittel) und "Tinuvin" 123 (gehindertes Amin) bevorzugt, beide im Handel von Ciba-Geigy erhältlich.
- Die klare Beschichtungs-Zusammensetzung kann auch andere herkömmliche Formulierungszusätze, wie Verlaufmittel, beispielsweise wie ResiflowTM S (Polybutylacrylat), BYKTM 320 und 325 (Polyacrylate mit hohem Molekulargewicht); und Rheologie-Steuerungsmittel, wie Quarzstaub, verwendet werden.
- Herkömmliche Lösungs- und Verdünnungsmittel werden verwendet, um die vorstehend genannten Polymere der klaren Beschichtungs-Zusammensetzung zu dispergieren und/oder zu verdünnen. Typische Lösungs- und Verdünnungsmittel schließen Toluol, Xylol, Butylacetat, Aceton, Methylisobutylketon, Methylethylketon, Methanol, Isopropanol, Butanol, Hexan, Aceton, Ethylenglycol, Monoethylether, VM- und P-Naptha, Lackbenzin, Heptan und andere aliphatische, cycloaliphatische aromatische Kohlenwasserstoffe, Ester, Ether und Ketone ein.
- Typische Grundanstriche, die in Kombination mit der klaren Beschichtungs- Zusammensetzung verwendet werden, umfassen als filmbildendes Bindemittel ein Polyurethan, ein Acrylourethan, ein Silan, ein acyclisches Harz und ein Vernetzungsmittel, wie ein Polyisocyanat oder ein alkyliertes Melaminharz. Der Grundanstrich kann eine wäßrige oder auf Lösungsmittel basierende Lösung oder Dispersion sein. Der Grundanstrich enthält Pigmente, wie sie herkömmlich verwendet werden, einschließlich von Metallteilchenpigmenten, wie Aluminiumteilchen.
- Sowohl der Grundanstrich als auch der Klarlack werden durch herkömmliche Verfahren, wie Spritzen, elektrostatisches Sprühen, Tauchen, Pinsellackieren und Fluten, aufgebracht.
- Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Alle Teile und Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen, solange nichts anderes angegeben ist. Die Molekülmassen werden mittels GPC (Gelpermeations-Chromatographie) unter Verwendung von Polymethylmethacrylat als Standard bestimmt.
- Es wurde die folgenden Polymere und Harze wurden hergestellt und im Beispiel verwendet.
- Die folgenden Bestandteile wurden in einen Reaktor geladen, der mit einem Rührer, einer Stickstoffspülung, einem Kühler und einem Thermometer ausgestattet war.
- Xylol 617,5
- Toluol 378,4
- Styrol-Monomer (S) 363,6
- Methylmethacrylat-Monomer (MMA) 352,1
- Isobornylmethacrylat-Monomer (IBMA) 352,1
- Butylacrylat-Monomer (BA) 163,6
- Ethylhexylacrylat-Monomer (EHA) 163,6
- Hydroxypropylacrylat-Monomer (HPA) 181,8
- gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan-Monomer (TPM) 240,5
- Polymerisationsinitiator-2,2(2-Methylbutannitril) 90,3
- Polymerisationsinitiator - vorstehend beschrieben 5,4
- Xylol 56,4
- Toluol 34,5
- Trimethylorthoformiat 30,0
- Gesamt 3029,8
- Portion 1 wurde in den Reaktor geladen und bis zur Rückflußtemperatur erwärmt. Portion 2 wurde vorgemischt und bei einer gleichbleibenden Rate über einen Zeitraum von 240 Minuten dem Reaktor zugegeben, während die Reaktionsmischung bei ihrer Rückflußtemperatur gehalten wurde. Portion 3 wurde vorgemischt und dem Reaktor über einen Zeitraum von 30 Minuten zugegeben, nachdem Portion 2 zugegeben worden war. Die Reaktionsmischung wurde 30 Minuten Lang bei 130ºC gehalten und dann gekühlt. Das resultierende Polymerlösung wies einen Polymer-Feststoffgehalt von 62,6% auf, und das Polymer wies eine S/MMA/TBMA/BA/EHA/HPA/TPM-Zusammensetzung von 20/19,4/19,4/9/9/10/13,2 und eine Gardner-Holdt-Viskosität von U und eine massegemittelte Molekülmasse von 8 000 auf.
- Eine Styrolacrylpolymer-Lösung wurde zubereitet, wobei ein ähnliches Polymerisationsverfahren angewendet wurde wie vorstehend beschrieben. Das Polymer wies die folgende Zusammensetzung auf: n-Butylacrylat/Isobornylmethacrylat/2-Hydroxyethylmethacrylat/Methylmethacrylat/Isobutylmethacrylat/Styrol in einem Verhältnis von 20,5/30,5/25/2/2/20 und wies ein Molekulargewichts-Zahlenmittel von 3 000 und eine Tg (Glasübergangstemperatur) von +35ºC auf, und die Polymerlösung hatte einen Feststoffgehalt von 65 Gew.-%.
- Die folgende Polyesterpolymer-Lösung wurde hergestellt, wobei herkömmliche Polymerisationsverfahren angewendet wurden: Adipinsäure/Trimethylolpropan/- 1,6-Hexandiol/Hexahydrophthalsäureanhydrid/1,4-Cyclohexandimethanol in einem Gewichtsverhältnis von 21,5/6,2/20,7/26,3/25,3 mit einen Molekulargewichts-Zahlenmittel von 1 500 und einer Tg von -45ºC, und die Polymerlösung wies einen Feststoffgehalt von 80 Gew.-% auf.
- Es wurden zwei Beschichtungs-Zusammensetzungen durch Mischen der folgenden Bestandteile formuliert:
- Portion 1 wurde in ein Mischgefäß geladen und gemischt, und dann wurde Portion 2 zugegeben und gemischt, um die Beschichtungs-Zusammensetzungen zu bilden.
- Jede der Beschichtungs-Zusammensetzungen wurde mit einer Rakel auf separaten Glasplatten abgezogen, um einen 2 mil dicken Film zu bilden, und die Tukon-Härte wurde bestimmt, nachdem die Filme nach 1 und 4 Tagen vollständig getrocknet waren. Für den Quellversuch wurden 2 mil jeder Beschichtungs-Zusammensetzung auf separaten TPO (thermoplastischen Polyolefin)-Platten abgezogen, und das Quellen in Methylenchlorid wurde nach 1 und 4 Tagen bestimmt. Für den Flexibilitätstest wurden 2 Mil jeder der vorstehend genannten Beschichtungs-Zusammensetzungen auf separaten RIM-Platten (reaktionsspritzgegossene Platte) abgezogen, und die Flexibilität wurde nach 1 und 4 Tagen bestimmt. Die Kratzer- und Flecken-frei-Temperatur wurde auf separaten phosphatisierten, durch kathodische Elektrophorese-Verfahren beschichteten Stahlplatten, die jeweils mit 1 mil einer schwarzen acrylischen Grundschicht-Zusammensetzung beschichtet waren, die dann jeweils mit 2 mil der vorstehend hergestellten Beschichtungs-Zusammensetzung der Erfindung und der Kontroll-Zusammensetzung beschichtet wurden, bestimmt. Der Kratztest wurde nach 14-tägigem Trocknen bei Raumtemperatur, und der Fleckenfrei-Test wurde auf ähnlich präparierten Platten durchgeführt.
- Das Folgende ist eine Zusammenfassung der physikalischen Eigenschaften der Beschichtung, bestimmt mit dem vorstehend genannten Test:
- Der Flecken-frei-Temperaturtest wird durchgeführt, indem man die Beschichtung einer wäßrigen 10%-igen Schwefelsäurelösung aussetzt und die Temperatur mißt, bei der es zu einer Ätzung kommt. Je höher die Temperatur ist, desto besser ist die Ätzbeständigkeit der Beschichtung.
- Die vorstehend angegebenen Testergebnisse zeigen eine Verbesserung sowohl der Kratzbeständigkeit als auch der Ätzbeständigkeit der Beschichtungs-Zusammensetzung der Erfindung, die mit dem Acrylsilanpolymer A hergestellt wurde, im Vergleich zur Kontrolle, die kein Silanpolymer enthielt.
Claims (8)
1. Beschichtungszusammensetzung, umfassend 40-70 Gew.-% eines filmbildenden
Bindemittels und 30-60 Gew.-% eines flüchtigen, flüssigen Trägers für das
Bindemittel, der herkömmliche Lösungs- und Verdünnungsmittel umfaßt, um das
filmbildende Bindemittel der Zusammensetzung zu dispergieren und/oder zu
verdünnen, wobei das Bindemittel umfaßt:
a. 30-70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, eines
Acrylpolymers, das im wesentlichen aus polymerisierten Monomeren, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylmethacrylat, einem Alkylacrylat,
die jeweils 1-12 Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe aufweisen,
Isobomylmethacrylat, Isobornylacrylat, Hydroxyalkylmethacrylat,
Hydroxyalkylacrylat, die jeweils 1-4 Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe
aufweisen, Styrol und beliebigen Mischungen davon, besteht und ein
durchschnittliches Molekulargewicht von 1000-10000 aufweist.
b. 5-30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, eines
Silanpolymers, das im wesentlichen aus polymerisierten Monomeren eines
Alkylmethacrylats, eines Alkylacrylats, die jeweils 1-12 Kohlenstoffatome
in der Alkylgruppe aufweisen, Isobornylmethacrylat, Styrol,
Hydroxyalkylmethacrylat, die jeweils 1-4 Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe
aufweisen, und einem silanhaltigen Monomer mit der folgenden
Strukturformel
worin
R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CH&sub3;, CH&sub3;CH&sub2;, CH&sub3;O, oder
CH&sub3;CH&sub2;O;
R¹ und R² unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe
bestehend aus CH&sub3; oder CH&sub3;CH&sub2;; und
R³ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus H, CH&sub3; oder CH&sub3;CH&sub2;; und
n für 0 oder eine positive ganze Zahl von 1-10 steht,
wobei das Polymer eine Hydroxylzahl von 20-200 und ein Gewichtsmittel
des Molekulargewichts von 1000-10000 aufweist; einer Höchstmenge von
weiteren nicht-silanhaltigen polymerisierbaren Monomeren von bis zu etwa
50 Gew.-% des Polymers, wobei die Menge der verwendeten
Styrolmonomere im Bereich von 0 Gew.-% bis 50 Gew.-% liegt, besteht;
c. 25-50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, eines
organischen Polyisocyanats; und
d. 1-20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, eines
Polyesterharzes, das im wesentlichen aus dem Veresterungsprodukt einer
aliphatischen Dicarbonsäure, eines Polyols mit mindestens drei reaktiven
Hydroxylgruppen, eines Diols, eines zyklischen Anhydrids und eines zyklischen
Alkohols besteht und ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von 500 bis
4000 hat.
2. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Silan ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus gamma-Trimethoxysilylpropylmethacrylat und
gamma-Trimethoxysilylpropylacrylat.
3. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das
Polyesterharz das Veresterungsprodukt von Adipinsäure, Trimethylolpropan, Hexandiol,
Hexahydrophthalsäureanhydrid und Cyclohexandimethanol ist.
4. Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
organische Diisocyanat ein aliphatisches oder cycloaliphatisches Polyisocyanat
ist.
5. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 4, wobei das organische
Polyisocyanat eine Mischung aus dem Trimer von Hexamethylendiisocyanat und dem
Isocyanurat von Isophorondiisocyanat ist.
6. Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die 0,1 bis
10 Gew.-% eines Ultraviolettlicht-Absorptionsmittels enthält.
7. Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das
Bindemittel im wesentlichen besteht aus:
a. 25-50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, eines
Acrylpolymers, das im wesentlichen aus polymerisierten Monomeren eines
Alkylmethacrylats, eines Alkylacrylats, die jeweils 1-4 Kohlenstoffatome
in der Alkylgruppe aufweisen, Isobornylmethacrylat,
Hydroxyalkylmethacrylat, die jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe aufweisen,
und Styrol besteht und ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von 1000
bis 3000 aufweist;
b. 5-20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, eines
Silanpolymers, das im wesentlichen aus polymerisierten Monomeren eines
Alkylmethacrylats, eines Alkylacrylats, die jeweils 1-8 Kohlenstoffatome
in der Alkylgruppe enthalten, Isobornylmethacrylat, Styrol,
Hydroxyalkylmethacrylat, die jeweils 1-4 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe
aufweisen, und einem silanhaltigen Monomer aus
gamma-Trimethoxysilylpropylmethacrylat oder gamma-Trimethoxysilylpropylacrylat besteht und
ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von 1000 bis 10000 aufweist;
c. 1-20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, eines
Polyesterharzes, das im wesentlichen aus dem Veresterungsprodukt einer
aliphatischen Dicarbonsäure, eines Polyols mit mindestens drei reaktiven
Hydroxylgruppen, eines Diols, eines cyclischen Anhydrids und eines zyklischen
Alkohols besteht und eine Zahlenmittel des Molekulargewichts von 500 bis
4000 aufweist; und
d. 25-50 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, eines
organischen Polyisocyanats, das im wesentlichen aus einer Mischung des Trimers
von Hexamethylendiisocyanat und dem Isocyanurat von
Isophorondiisocyanat besteht.
8. Substrat mit einem pigmentierten Grundanstrich und einem Deckanstrich mit
einer Schicht der Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1
bis 7.
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