WO2001012736A1 - Beschichtungsstoff und seine verwendung zur herstellung hochkratzfester mehrschichtiger klarlackierungen - Google Patents

Beschichtungsstoff und seine verwendung zur herstellung hochkratzfester mehrschichtiger klarlackierungen Download PDF

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WO2001012736A1
WO2001012736A1 PCT/EP2000/007990 EP0007990W WO0112736A1 WO 2001012736 A1 WO2001012736 A1 WO 2001012736A1 EP 0007990 W EP0007990 W EP 0007990W WO 0112736 A1 WO0112736 A1 WO 0112736A1
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WO
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coating material
layer
actinic radiation
coating
optionally
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PCT/EP2000/007990
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French (fr)
Inventor
Ulrike RÖCKRATH
Hubert Baumgart
Andrea Zumbrink
Stefan Silber
Thomas Farwick
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Basf Coatings Ag
Goldschmidt Ag
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/10—Block or graft copolymers containing polysiloxane sequences
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F290/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers modified by introduction of aliphatic unsaturated end or side groups
    • C08F290/08—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers modified by introduction of aliphatic unsaturated end or side groups on to polymers modified by introduction of unsaturated side groups
    • C08F290/14—Polymers provided for in subclass C08G
    • C08F290/148—Polysiloxanes

Definitions

  • the present invention relates to a new coating material which is curable thermally and, if appropriate, with actinic radiation, and to a new, highly scratch-resistant multilayer clearcoat produced therewith.
  • the present invention relates to the use of the new, highly scratch-resistant, multi-layer clearcoat in automotive initial and repair painting, industrial painting, including coil coating and container coating, plastic painting and furniture painting.
  • the present invention relates to a new process for the production of multilayer clearcoats and color and / or effect multilayer coatings.
  • the clear coat can be used as the sole coat of paint or form the top layer of a color and / or effect multi-coat paint system. Automotive bodies in particular are largely provided with such a multi-layer paint and / or effect coating.
  • the electrocoat and the water filler are each baked after their application and then form the primer.
  • the basecoat in particular the waterborne basecoat, is then applied and dried.
  • the clear lacquer is applied to this not yet hardened layer, after which the two layers are hardened together (wet-on-wet method). If plastics are used as substrates, hydro primers are known to be used instead of electrocoat materials.
  • the top two layers of the multi-layer coating are responsible for the visual or visual appearance and weather resistance.
  • the basecoat in particular waterborne basecoat, gives the multi-layer coating the color and / or optical effects such as metallic effects or interference effects, while the clearcoat, in addition to the scratch and etch resistance, i.e. the resistance to environmentally harmful substances, for the so-called appearance, ie the gloss , the brilliance and the course.
  • Water-based paint and Clear varnish must be fine-tuned to provide a composite with the desired advantageous property profile.
  • IC One-component
  • 2K two-component
  • 3K, 4K multi-component clearcoats
  • IC One-component
  • 2K two-component
  • 3K, 4K multi-component
  • clearcoats are described, for example, in the patents US Pat. No. 5,474,811, US Pat. No. 5,356,669, US Pat. No. 5,605,965, WO 94/1021 1, WO 94/10212, WO 94/10213, EP-A-0 594 068, EP-A-0 594 071, EP-A-0 594 142, EP-A-0 604 992, WO 94/22969, EP-A- 0 596 460 or WO 92/22615.
  • Powder clearcoats are known, for example, from German patent specification DE-A-42 22 194 or the product information from BASF Lacke + Wegner AG, "Powder coatings", 1990.
  • Powder slurry coatings are powder coatings in the form of aqueous dispersions. Such slurries are described, for example, in US Pat. No. 4,268,542 and German patent applications DE-A-195 18 392.4 and DE-A-196 13 547 and the unpublished German patent application DE-Al 98 14 471.7.
  • UV-curable clearcoats are known, for example, from the patents EP-A-0 540 884, EP-A-0 568 967 or US-A-4,675,234.
  • Each of these clear coats has specific strengths and weaknesses. With these clear coats you get multi-layer coatings that meet the optical requirements. However, the scratch-resistant one-component (IC) clearcoats are sometimes not sufficiently weatherproof, whereas the weatherproof two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) clearcoats are often not sufficiently scratch-resistant. Some one-component (1 K) clearcoats are scratch-resistant and weather-resistant, but in combination with frequently used water-based paints they have surface defects such as shrinking.
  • Powder clearcoats, powder lurry clearcoats and UV-curable clearcoats have an incompletely satisfactory interlayer adhesion without the problems of scratch resistance or etch resistance having been completely solved.
  • EP-A-0 568 967 also discloses a process in which a coating material curable with actinic radiation is applied to the pigmented basecoat layer and cured. Another layer of the same coating material is then applied and cured with actinic radiation. The result is a high-gloss surface without any noticeable structure, but the clear coat in question yellows. The scratch resistance also leaves something to be desired.
  • sol-gel clearcoats based on siloxane-containing paint formulations, which are obtained by hydrolysis and condensation of silane compounds, have recently been developed.
  • lacquers which are used as coating agents for coatings on plastics, are described, for example, in German patents DE-A-43 03 570, DE-A-34 07 087, DE-A-40 1 1 045, DE-A-40 25 215, DE-A-38 28 098, DE-A-40 20 316 or DE-A-41 22 743.
  • Sol-gel clear coats give plastic substrates such as B. glasses or motorcycle helmet visors have a very good scratch resistance. This scratch resistance is not achieved by the known OEM (original equipment manufacturing) clearcoats described above, which are usually used in the initial painting of vehicles. The automotive industry is now required to transfer this improved scratch resistance to the clearcoat layers used in the painting of automobiles. Above all, the particularly heavily used parts of the automobile bodies, such as the bonnet, bumpers, sills or doors, should be better protected in the area of the door handles.
  • sol-gel clearcoats are too expensive because they are too brittle for this purpose or because they try to meet the OEM requirements to adapt, often only poor optical properties (appearance) can be achieved. Furthermore, they cannot be applied in thicknesses> 8 to 10 ⁇ m. In addition, constituents of the sol-gel clearcoats can knock away during their drying and / or curing, ie they become from the substrate absorbed, whereby the hardness of the clearcoat layers in question is lost. Above all, however, the sol-gel clearcoats are too expensive
  • the object of the present invention is to provide a new coating material which can be hardened thermally and optionally with actinic radiation and which provides a new multilayer clearcoat which no longer has the disadvantages of the prior art, but in a simpler manner Can be manufactured in such a way that it is highly scratch-resistant, weather-resistant, non-yellowing, hard, flexible and free from surface defects, has excellent adhesion to all substrates and within the clearcoat and can be produced in the high layer thickness required for an excellent overall optical impression.
  • At least one binder (A) contains at least one olefinically unsaturated polysiloxane macromonomer, which on average has at least 3.0 double bonds per molecule, polymerized.
  • coating material curable thermally and optionally with actinic radiation
  • the new highly scratch-resistant multilayer clearcoat KL for a primed or unprimed substrate was found, which can be produced by:
  • At least one clear lacquer layer I made of a coating material I which is curable thermally and optionally with actinic radiation is applied to the surface of the substrate and
  • the coating material LI and / or the coating material I, in particular the coating material LI is a coating material according to the invention.
  • the new highly scratch-resistant multilayer clearcoat KL is referred to below as the "clearcoat KL according to the invention.
  • At least one clear lacquer layer I made of a coating material I which is curable thermally and optionally with actinic radiation is applied to the surface of the substrate and
  • the coating material LI and / or the coating material I, in particular the coating material LI is a coating material according to the invention.
  • KL process The new process for producing highly scratch-resistant clearcoats KL is referred to below as the “KL process according to the invention”.
  • the new highly scratch-resistant multi-layer paint and / or effect paint ML was found for a primed or unprimed substrate, which can be produced by:
  • At least one coloring and / or effect-imparting basecoat layer HI made of a pigmented coating material LH which is curable thermally and optionally with actinic radiation is applied to the surface of the substrate and, without curing, dries
  • at least one clear lacquer layer I of a coating material I which is curable thermally and optionally with actinic radiation is applied to the surface of the basecoat layer LLI and
  • a further clear lacquer layer LI composed of a coating material LI which is curable thermally and optionally with actinic radiation is applied to the surface of the clear lacquer layer (s) I,
  • the coating material LI and / or the coating material L is in particular the coating material I, a coating material according to the invention.
  • multilayer coating ML the new coloring and / or effect multilayer coating ML is referred to as "multilayer coating ML according to the invention".
  • the new process for producing a highly scratch-resistant multi-layer paint and / or effect coating ML was found on a primed or unprimed substrate, in which one
  • At least one color and / or effect basecoat layer LTI made of a thematic and optionally pigmented coating material HI curable with actinic radiation is applied to the surface of the substrate and, without curing, dries,
  • At least one clear lacquer layer I made of a coating material I which is curable thermally and optionally with actinic radiation is applied to the surface of the basecoat layer HI and
  • the coating material LI and / or the coating material L is in particular the coating material LI, a coating material according to the invention.
  • the new process for producing a highly scratch-resistant, multi-layer paint and / or effect paint system ML is referred to as the “inventive ML process”.
  • Last but not least, primed or unprimed substrates were found which are coated with at least one clearcoat KL according to the invention and / or with at least one multilayer coating ML according to the invention.
  • thermal hardening means the heat-initiated hardening of a lacquer layer made of a coating material, in which a crosslinking agent is usually used separately. Usually this is referred to by experts as external crosslinking. Are the crosslinking agents already in the binders built-in, one speaks of self-crosslinking, according to the invention the external crosslinking is advantageous and is therefore preferred.
  • actinic radiation is understood to mean electron radiation or preferably UV radiation. Curing by UV radiation is usually initiated by free-radical or cationic photoinitiators and, according to its mechanism, is free-radical or cationic photopolymerization.
  • the clearcoat KL according to the invention and the multi-coat lacquer ML according to the invention have excellent optical properties, in particular a high level, high DOI values, a high gloss and no yellowing.
  • the clearcoat KL according to the invention and the multilayer coating ML according to the invention are of excellent weather and chemical stability. Last but not least, they are extremely scratch-resistant.
  • the coating material of the invention contains, as an essential constituent, at least one binder (A) which contains at least one olefinically unsaturated polysiloxane macromonomer, which on average has at least 3.0 double bonds per molecule in copolymerized form.
  • binder (A) which contains at least one olefinically unsaturated polysiloxane macromonomer, which on average has at least 3.0 double bonds per molecule in copolymerized form.
  • the polysiloxane macromonomer has a statistical average of at least 4.0, particularly preferably 5.0 and in particular 5.5 double bonds per molecule. In order to achieve the advantages according to the invention, in most cases, a statistical average of 10.5, preferably 9.0, particularly preferably 8.5 and in particular 8.0 double bonds per molecule are sufficient. Special advantages are obtained if the polysiloxane macromonomer in the statistical means 5.5 to 6.5, in particular 6.0, contains double bonds per molecule.
  • polysiloxane macromonomers are particularly suitable which have a number average molecular weight Mn of 500 to 100,000, preferably 1,000 to 50,000, particularly preferably 2,000 to 30,000 and in particular 2,500 to 20,000 daltons.
  • Polysiloxane macromonomers which are three-dimensionally crosslinked are particularly suitable.
  • Polysiloxane macromonomers of the type described above, which are alkyl, cycloalkyl, alkyl-aryl, alkyl-cycloalkyl, cycloalkyl-aryl or arylsiloxane resins, are very particularly suitable.
  • the alkyl radicals advantageously contain 1 to 10, particularly preferably 1 to 5 and in particular 1 to 3 carbon atoms, the cycloalkyl radicals 3 to 10, particularly preferably 4 to 8 and in particular 5 to 7 carbon atoms and the aryl radicals 6 to 12 and in particular 6 to 10 carbon atoms.
  • alkyl residues are of particular advantage and are therefore used with particular preference.
  • methyl radicals have proven to be very particularly advantageous. They are therefore used with particular preference.
  • the olefinically unsaturated double bonds of the polysiloxane macromonomers to be used according to the invention are in acrylic, methacrylic, ethacrylic, vinyl, allyl and / or crotonyl groups.
  • acrylic, Methacrylic and the vinyl groups, but especially the acrylic groups have particular advantages and are therefore used with very particular preference.
  • polysiloxane macromonomers to be used according to the invention described above are prepared by the customary and known methods of polysiloxane chemistry. Those to be used according to the invention
  • Polysiloxane macromonomers are also available on the market and are sold, for example, by Tego Chemie Service GmbH under the trade name Tego® LA-S 517.
  • the binders (A) to be used according to the invention can contain the polysiloxane macromonomers in copolymerized form in widely varying amounts. Because of their high functionality of on average more than 3.0 double bonds per molecule, a proportion of up to 15% by weight, preferably up to 10% by weight, particularly preferably up to 5% by weight and in particular, is sufficient in most cases up to 2% by weight, based in each case on the binder (A), in order to achieve the technical effects and advantages according to the invention.
  • the binders (A) to be used according to the invention contain at least two, in particular at least three functional groups (a1) which can undergo thermal crosslinking reactions with complementary functional groups (b1) in the crosslinking agent (B).
  • suitable complementary reactive functional groups (a1) and (b1) which are to be used according to the invention and which undergo crosslinking reactions are summarized in the following overview.
  • the variable R stands for an acyclic or cyclic aliphatic, an aromatic and / or an aromatic-aliphatic (araliphatic) radical
  • the variables R 1 and R 2 stand for identical or different aliphatic radicals or are linked to one another to form an aliphatic or heteroaliphatic ring.
  • Binder (A) and crosslinking agent (B) or crosslinking agent () and binder (A) are crosslinking agent (B) or crosslinking agent () and binder (A).
  • the selection of the respective complementary groups (al) and (b2) depends on the one hand on the fact that they do not undergo any undesired reactions during storage and / or, if appropriate, must not interfere or inhibit curing with actinic radiation, and on the other hand in which Temperature range the thermal curing should take place.
  • a temperature range which does not exceed 100 ° C., in particular 80 ° C.
  • hydroxyl groups and isocyanate groups or carboxyl groups and epoxy groups have proven to be advantageous as complementary functional groups, which is why they are preferably used according to the invention in the coating materials according to the invention, which are present as two- or multi-component systems.
  • Particular advantages result if the hydroxyl groups are used as functional groups (a1) and the isocyanate groups as functional groups (b2).
  • one-component systems are also suitable as coating materials according to the invention, in which the functional groups (al) are preferably thio, amino, hydroxyl, carbamate, allophanate, carboxy -, and / or (meth) acrylate groups, but especially hydroxyl groups and the functional groups (b1) preferably anhydride, carboxy, epoxy, blocked isocyanate, urethane, methylol, methylol ether, siloxane, amino, hydroxy - and / or beta-hydroxyalkylamide groups.
  • the functional groups (al) are preferably thio, amino, hydroxyl, carbamate, allophanate, carboxy -, and / or (meth) acrylate groups, but especially hydroxyl groups and the functional groups (b1) preferably anhydride, carboxy, epoxy, blocked isocyanate, urethane, methylol, methylol ether, siloxane, amino, hydroxy - and / or beta-hydroxyalkylamide groups.
  • the preferred binders (A) according to the invention are hydroxyl-containing oligomeric or polymeric resins.
  • binders (A) which are particularly preferred according to the invention are linear and / or branched and / or block-like, comb-like and / or random poly (meth) acrylates or acrylate copolymers, polyesters, alkyds, aminoplast resins, polyurethanes, acrylated polyurethanes, acrylated polyesters, polylactones containing hydroxyl groups , Polycarbonates, polyethers, epoxy resin-amine adducts, (Meth) acrylate diols, partially saponified polyvinyl esters or polyureas, of which the acrylate copolymers, the polyesters, the polyurethanes, the polyethers and the epoxy resin-amine adducts, but especially the acrylate copolymers, are particularly advantageous and are therefore used with particular preference.
  • the binders In the case of binders for aqueous paints, the binders contain ionic or nonionic groups which ensure water solubility or water dispersibility.
  • Particularly preferred acrylate copolymers (A) can be prepared by (ml) 10 to 70% by weight, preferably 20 to 60% by weight, of a hydroxyl-containing ester of acrylic acid or methacrylic acid or a mixture of such monomers, (m2) 10 to 70 % By weight, preferably 20 to 60% by weight, of one of (ml) different aliphatic or cycloaliphatic esters of acrylic acid or methacrylic acid with preferably at least 4 carbon atoms in the alcohol residue or a mixture of such monomers, 0.01 to 15% by weight %, preferably 0.05 to 10% by weight of the polysiloxane macromonomer to be used according to the invention, (m3) 0 to 2% by weight, preferably 0 to 1% by weight, of an ethylenically unsaturated carboxylic acid or a mixture of ethylenically unsaturated carboxylic acids and (m4) 0 to 30 wt .-%, preferably 0 to 20 wt
  • the preferably used acrylate copolymers (A) can be prepared in bulk, solution or emulsion by generally known polymerization processes respectively. Polymerization processes for the production of polyacrylate resins are generally known and have been described many times (see, for example: Houben Weyl, Methods of Organic Chemistry, 4th Edition, Volume 14/1, pages 24 to 255 (1961)).
  • Taylor reactors are advantageous, in particular for bulk, solution or emulsion copolymerization.
  • Taylor reactors which are used to convert substances under the conditions of the Taylor flow are known. They essentially consist of two coaxial, concentrically arranged cylinders, the outer of which is fixed and the inner of which rotates. The volume formed by the gap between the cylinders serves as the reaction space. With increasing angular velocity ⁇ ; of the inner cylinder occur a number of different flow forms, which are characterized by a dimensionless characteristic number, the so-called Taylor number Ta.
  • the Taylor number is also dependent on the kinematic viscosity v of the fluid in the gap and on the geometric parameters, the outer radius of the inner cylinder r;, the inner radius of the outer cylinder r a and the gap width d, the difference both radii, according to the following formula:
  • Ta COJ r; dv _1 (d / ri) ⁇ / 2
  • This behavior is based on the fact that when the inner cylinder rotates with the outer cylinder at rest, the fluid particles near the inner cylinder are subjected to a stronger centrifugal force than those which are further away from the inner cylinder. This difference in the acting centrifugal forces pushes the fluid particles from the inner to the outer cylinder. The centrifugal force counteracts the viscosity force, since the friction has to be overcome when the fluid particles move. If the rotational speed increases, then the centrifugal force also increases. The Taylor vortices arise when the centrifugal force becomes greater than the stabilizing viscosity force.
  • each pair of vortices travels through the gap, with only a small mass exchange occurring between adjacent pairs of vortices.
  • the mixing within such vortex pairs is very high, whereas the axial mixing beyond the pair boundaries is only very low.
  • a pair of vortices can therefore be regarded as a well-mixed stirred kettle.
  • the flow system thus behaves like an ideal flow tube in that the vortex pairs move through the gap with a constant dwell time like ideal stirred tanks.
  • Taylor reactors with an outer reactor wall and a concentrically or eccentrically arranged rotor located therein are particularly advantageous.
  • a reactor base and a reactor cover which together define the annular gap-shaped reactor volume, at least one device for metering in educts and a device for the product outflow, the reactor wall and / or the rotor being or being geometrically designed such that essentially over the entire length of the reactor Reactor volume the conditions for the Taylor flow are met, ie the annular gap widens in the direction of flow.
  • the acrylate copolymers (A) used are preferably produced using the solution polymerization process.
  • An organic solvent or solvent mixture is usually initially introduced and heated to boiling.
  • the monomer mixture to be polymerized and one or more polymerization initiators are then continuously added to this organic solvent or solvent mixture.
  • the polymerization takes place at temperatures between 100 and 160 ° C., preferably between 130 and 150 ° C.
  • Free radical initiators are preferably used as the polymerization initiators.
  • the initiator force and amount are usually chosen so that the supply of radicals is as constant as possible at the polymerization temperature during the feed phase.
  • initiators which can be used are: dialkyl peroxides, such as di-tert-butyl peroxide or dicumyl peroxide; Hydroperoxides, such as cumene hydroperoxide or tert-butyl hydroperoxide; Peresters, such as tert-butyl perbenzoate, tert-butyl perpivalate, tert-butyl per-3,5,5-trimethyl hexanoate or tert-butyl per-2-ethyl hexanoate; Azodinitriles such as azobisisobutyronitrile or C-C-cleaving initiators such as benzpinacol silyl ether.
  • dialkyl peroxides such as di-tert-butyl peroxide or dicumyl peroxide
  • Hydroperoxides such as cumene hydroperoxide or tert-butyl hydroperoxide
  • Peresters such as tert-butyl perbenz
  • the polymerization conditions reaction temperature, feed time of the monomer mixture, amount and type of organic solvents and Polymerization initiators, possible use of
  • Molecular weight regulators such as mercaptans, thiol glycol esters and hydrogen chloride are selected so that the polyacrylate resins used have a number average molecular weight of 1,500 to 10,000, preferably 2,000 to 5,000 (determined by gel permeation chromatography using polystyrene as calibration substance)
  • the acid number of the acrylate copolymers (A) used according to the invention can be set by the person skilled in the art by using appropriate amounts of the monomers (m3). The same applies analogously to the setting of the hydroxyl number
  • any hydroxyl-containing ester of acrylic acid or methacrylic acid or a mixture of such monomers can be used as monomers (ml).
  • monomers (ml) examples include hydroxyalkyl esters of acrylic acid, such as, for example, hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxybutyl acrylate, in particular 4-hydroxybutyl acrylate, and hydroxyalkyl esters of methacrylic acid, such as, for example, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl methacrylate, in particular 4-hydroxybutyl methacrylate, reaction products from cyclic esters, such as, for example, epsilon-caprolactone and hydroxyalkyl esters of acrylic acid or methacrylic acid
  • composition of the monomers (ml) is preferably selected so that when the monomers (ml) are polymerized alone, a polyacrylate resin having a glass transition temperature of -50 to +70, preferably -30 to + 50 ° C. is obtained.
  • W n weight fraction of the nth monomer
  • TQ J - J glass transition temperature of the homopolymer from the nth monomer
  • any aliphatic or cycloaliphatic esters of acrylic acid or methacrylic acid with at least 4 carbon atoms in the alcohol residue or a mixture of such monomers can be used as the monomer (m2).
  • examples include: aliphatic esters of acrylic and methacrylic acid with 4 to 20 carbon atoms in the alcohol residue, such as e.g. n-butyl, iso-butyl, tert-butyl, 2-ethylhexyl, stearyl and lauryl acrylate and methacrylate as well as cycloaliphatic esters of acrylic and methacrylic acid such as.
  • B. cyclohexyl acrylate and cyclohexyl methacrylate is preferably selected so that when the monomers (m2) are polymerized alone, a polyacrylate resin having a glass transition temperature of 10 to 100, preferably 20 to 60 ° C. is obtained.
  • any ethylenically unsaturated carboxylic acid or a mixture of ethylenically unsaturated carboxylic acids can be used as the monomer (m3).
  • Monomer (m3) are preferably acrylic acid and / or methacrylic acid.
  • any ethylenically unsaturated monomer other than (ml), (m2) and (m3) or a mixture of such monomers can be used as the monomer (m4).
  • Examples of monomers which can be used as component (m4) are: vinylaromatic hydrocarbons, such as styrene, alpha-alkylstyrene and vinyltoluene, amides of acrylic acid and methacrylic acid, such as, for example, methacrylamide and acrylamide, nitriles of methacrylic acid and acrylic acid; Vinyl ethers and vinyl esters or polysiloxane macromonomers, as described in the patents DE-A-38 07 571. DE-A 37 06 095, EP-B-0 358 153, US-A 4,754,014, DE-A 44 21 823 or WO 92/22615 to be discribed.
  • vinylaromatic hydrocarbons such as styrene, alpha-alkylstyrene and vinyltoluene
  • amides of acrylic acid and methacrylic acid such as, for example, methacrylamide and acrylamide, nitriles of methacrylic acid and acrylic acid
  • Vinylaromatic hydrocarbons, in particular styrene, are preferably used as monomers (m4).
  • the composition of the monomers (m4) is preferably selected so that when the monomers (m4) are polymerized alone, a resin with a glass transition temperature of 70 to 120, preferably 80 to 100 ° C. is obtained.
  • the binders (A) in the coating material according to the invention are advantageously in an amount of 5 to 95% by weight, particularly preferably 7 to 70% by weight and in particular 10 to 50% by weight, in each case based on the total solids content of B according to the invention it layering material.
  • the coating materials according to the invention further contain at least one crosslinking agent (B) which contains at least two, in particular three, of the complementary functional groups (bl) described in detail above.
  • polyisocyanates and / or polyepoxides are used as crosslinking agents (B).
  • suitable polyisocyanates (B) are organic polyisocyanates, in particular so-called lacquer polyisocyanates, with free, isocyanate groups bound to aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic and / or aromatics.
  • Polyisocyanates with 2 to 5 isocyanate groups per molecule and with viscosities of 100 to 10,000, preferably 100 to 5000 and in particular 100 to 2000 mPas (at 23 ° C.) are preferably used.
  • organic solvent preferably 1 to 25% by weight, based on pure polyisocyanate
  • solvents suitable as additives for the polyisocyanates are, for example, ethoxyethyl propionate, amyl methyl ketone or butyl acetate.
  • the polyisocyanates (B) can be modified in a customary and known manner to be hydrophilic or hydrophobic.
  • polyisocyanates (B) are, for example, in "Methods of Organic Chemistry", Houben-Weyl, Volume 14/2, 4th Edition, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1963, pages 61 to 70, and by W. Siefken, Liebigs Annalen der Chemie, Volume 562, pages 75 to 136.
  • isocyanate group-containing polyurethane prepolymers which can be prepared by reacting polyols with an excess of polyisocyanates and which are preferably low-viscosity.
  • polyisocyanates (B) are isocyanurate, biuret, allophanate, iminooxadiazindone, urethane, urea and / or uretdione groups containing polyisocyanates.
  • Polyisocyanates containing urethane groups are obtained, for example, by reacting some of the isocyanate groups with polyols, such as, for example, trimethylolpropane and glycerol.
  • Aliphatic or cycloaliphatic polyisocyanates, in particular hexamethylene diisocyanate, are preferably used.
  • dimerized and trimerized hexamethylene diisocyanate dimerized and trimerized hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 2-isocyanatopropylcyclohexyl isocyanate, dicyclohexylmethane-2,4'-diisocyanate,
  • BIC 3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane
  • polyepoxides (B) are all known aliphatic and / or cycloaliphatic and / or aromatic polyepoxides, for example based on bisphenol-A or bisphenol-F.
  • polyepoxides commercially available under the names Epikote® from Shell, Denacol® from Nagase Chemicals Ltd., Japan, such as Denacol EX-41 1 (pentaerythritol polyglycidyl ether), Denacol EX-321
  • crosslinking agents (B) are used which react at higher temperatures with the functional groups of the binders in order to build up a three-dimensional network.
  • Such crosslinking agents (B) can of course also be used in minor amounts in the multicomponent systems.
  • “minor amount” means a portion which does not interfere with the main crosslinking reaction or even prevents it altogether.
  • Suitable crosslinking agents (B) of this type are blocked polyisocyanates.
  • suitable polyisocyanates are those described above.
  • suitable blocking agents are the blocking agents known from US Pat. No. 4,444,954, such as
  • phenols such as phenol, cresol, xylenol, nitrophenol, chlorophenol,
  • lactams such as ⁇ -caprolactam, ⁇ -valerolactam, ⁇ -butyrolactam or ß-propiolactam
  • active methylenic compounds such as diethyl malonate, dimethyl malonate, ethyl or methyl acetoacetate or acetylacetone;
  • alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, t-butanol, n-amyl alcohol, t-amyl alcohol, lauryl alcohol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether,
  • Diethylene glycol monomethyl ether diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, methoxymethanol, glycolic acid,
  • Glycolic acid ester lactic acid, lactic acid ester, methylolurea, methylolmelamine, diacetone alcohol, ethylene chlorohydrin,
  • mercaptans such as butyl mercaptan, hexyl mercaptan, t-butyl mercaptan, t-dodecyl mercaptan, 2-mercaptobenzothiazole, thiophenol, methylthiophenol or ethylthiophenol;
  • acid amides such as acetoanihd, acetoamsidmamide, acrylamide, methacrylamide, acetic acid amide, stearic acid amide or benzamide,
  • vm) amines such as diphenylamine, phenylnaphthylamine, xylidm, N-phenylxylidm, carbazole, aniline, naphthylamm, butylamm, dibutylamm or butylphenylamm,
  • imidazoles such as imidazole or 2-ethylimazole
  • ureas such as urea, thiourea, ethylene urea, ethylene thiourea or 1,3-diphenylurea,
  • xi) carbamates such as phenyl N-phenylcarbamate or 2-oxazohdon,
  • oximes such as acetone oxime, formal doxime, acetaldoxime, acetoxime, methyl ethyl ketoxime, dnsobutyl ketoxime, diacetyl monoxime,
  • xiv) salts of the sulfuric acid such as sodium bisulfite or potassium bisulfite
  • xv) hydroxamic acid esters such as benzyl methacrylohydroxamate (BMH) or allyl methacrylohydroxamate, or
  • TACT alkoxycarbonylamino triazines
  • tris (alkoxycarbonylamino) triazines (B) examples are described in the patents US-A-4,939,213, US-A-5,084,541 or EP-A-0 624 577.
  • the tris (methoxy-, tris (butoxy- and / or tris (2-ethylhexoxycarbonylamino) triazines are used.
  • methyl butyl mis esters the butyl 2-ethylhexyl mixed esters and the butyl esters are advantageous. Compared to the pure methyl ester, these have the advantage of better solubility in polymer melts and also have less tendency to crystallize out.
  • aminoplast resins for example melamine resins, are considered
  • Crosslinking agent (B) can be used. Any aminoplast resin suitable for transparent topcoats or clearcoats or a mixture of such aminoplast resins can be used. In particular, the customary and known aminoplast resins, their methylol and / or
  • Methoxymethyl groups e.g. T. are functionalized by means of carbamate or allophanate groups.
  • Crosslinking agents of this type are described in the patents US-A-4 710 542 and EP-B-0 245 700 and in the article by B. Singh and co-workers "Carbamylmethylated Melamines, Novel Crosslinkers for the Coatings Industry” in Advanced Organic Coatings Science and Technology Series, 1991, Volume 13, pages 193 to 207.
  • crosslinking agents (B) are beta-hydroxyalkylamides such as N, N, N ', N'-tetrakis (2-hydroxyethyl) adipamide or N, N, N', N'-tetrakis (2-hydroxypropyl) adipamide.
  • suitable crosslinking agents (B) are siloxanes, in particular siloxanes with at least one trialkoxy or dialkoxysilane group.
  • crosslinking agents (B) are polyanhydrides, in particular polysuccinic anhydride.
  • the amount of crosslinking agent (B) in the coating material of the invention can vary widely and depends in particular on the one hand on the functionality of the crosslinking agent (B) and on the other hand on the number of crosslinking functional groups (a1) present in the binder (A) and on the Networking density that you want to achieve.
  • the person skilled in the art can therefore determine the amount of crosslinking agent (B) on the basis of his general specialist knowledge, if necessary with the aid of simple orienting experiments.
  • crosslinking agent (B) and binder (A) so that the ratio of functional groups (bl) in the crosslinking agent (B) and functional groups (a1) in the binder ( A) between 2: 1 to 1: 2, preferably 1.5: 1 to 1: 1.5, particularly preferably 1: 2: 1 to 1: 1.2 and in particular 1.1: 1 to 1: 1.1 lies
  • the coating material according to the invention is to be curable not only thermally but also with actinic radiation, in particular UV radiation and / or electron radiation (dual cure), it contains at least one constituent (C) which is curable with actinic radiation.
  • all constituents (C) are all oligomeric and polymeric compounds curable with actinic radiation, in particular UV radiation and / or electron radiation, of the kind normally used in the field of UV-curable or electronically curable coating materials.
  • Radiation-curable binders are advantageously used as constituents (C).
  • suitable radiation-curable binders (C) are (meth) acrylic functional (meth) acrylic copolymers, polyether acrylates, polyester acrylates, unsaturated polyesters, epoxy acrylates, urethane acrylates, amino acrylates, melamine acrylates, silicone acrylates and the corresponding methacrylates.
  • Binders (C) which are free from aromatic structural units are preferably used.
  • Urethane (meth) acrylates are therefore preferred and / or polyester (meth) acrylates, particularly preferably aliphatic urethane acrylates.
  • the coating material of the invention may further contain at least one photoinitiator (D). If the coating material or the clear lacquer layer is also to be crosslinked with UV radiation, the use of a photoinitiator (B) is generally necessary. If it is also used, it is preferably in the coating material of the invention in proportions of 0.1 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 8% by weight and in particular 2 to 6% by weight, in each case based on the total solids content of the coating material of the invention.
  • Suitable photoinitiators (D) are those of the Norrish LI type, the mechanism of which is based on an intramolecular variant of the hydrogen abstraction reactions, as occurs in a variety of ways in photochemical reactions (for example, here on Römpp Chemie Lexikon, 9th extended and revised edition , Georg Thieme Verlag Stuttgart, Vol. 4, 1991) or cationic photoinitiators (for example, refer to Römpp Lexikon "Lacquers and Printing Inks" Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1998, pages 444 to 446), in particular benzophenones, benzoins or benzoin ethers or phosphine oxides.
  • Irgacure® 184 Lrgacure® 1800 and Irgacure® 500 from Ciba Geigy
  • Grenocure® MBF from Rahn
  • Lucirin® TPO from BASF AG
  • the coating material can contain at least one initiator of the thermal crosslinking (E). From 80 to 120 ° C. these form radicals which start the crosslinking reaction.
  • thermolabile free radical initiators are organic peroxides, organic azo compounds or CC-cleaving initiators such as dialkyl peroxides, peroxocarboxylic acids, Peroxodicarbonates, peroxide esters, hydroperoxides, ketone peroxides, azodinitriles or benzpinacol silyl ethers.
  • CC-initiators are particularly preferred since their thermal cleavage does not produce gaseous decomposition products which could lead to defects in the coating layer. If they are used, their amounts are generally between 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 8% by weight and in particular 1 to 5% by weight, in each case based on the total solids content of the coating material according to the invention
  • the coating material can contain at least one reactive diluent (F) which can be hardened with actinic radiation and / or thermally
  • thermally crosslinkable reactive thinners are branched, cyclic and / or cyclic C9-Ci6-alkanes which are functionalized with at least two hydroxyl groups, preferably dialkyl octane diols, in particular the positionally isomeric diethyl octane diols
  • thermally crosslinkable reactive diluents are oligomeric polyols which can be obtained from ohomeric intermediates, which are obtained by metathesis reactions of acychic monoolefins and cychschen monoolefins, by hydroformylation and subsequent hydrogenation.
  • Suitable cychsch monoolefins are cyclobutene, cyclophenopentene , Cyclooctene, cycloheptene, norbones or 7-oxanorbones
  • suitable acychian monoolefins are contained in hydrocarbon mixtures which are obtained in petroleum processing by cracking (Cs cut)
  • suitable oligomeric polyols to be used according to the invention have a hydroxyl number (OHZ) of 200 to 450, a number average molecular weight Mn of 400 to 1000 and a mass average molecular weight Mw of 600 to 1100
  • thermally crosslinkable reactive thinners are hyperbranched compounds having a tetrahedral functional central group, derived from ditrimethylolpropane, diglycerol, ditrimethylolethane, pentaerythritol, tetrakis (2-hydroxyethyl) methane, tetrakis (3-hydroxypropyl) methane or 2,2-bis-hydroxymethyl -butanediol- (1,4) (homopentaerythritol).
  • These reactive diluents can be prepared by the customary and known methods of producing hyperbranched and dendrimeric compounds.
  • Suitable synthesis methods are described, for example, in the patent specifications WO 93/17060 or WO 96/12754 or in the book by GR Newkome, CN Moorefield and F. Vögtle, "Dendritic Molecules, Concepts, Syntheses, Perspectives", VCH, Weinheim, New York, 1996 , described.
  • Suitable reactive diluents (F) are polycarbonate diols, polyester polyols, poly (meth) acrylate diols or polyadducts containing hydroxyl groups.
  • Suitable reactive solvents which can be used as reactive thinners (F) are butyl glycol, 2-methoxypropanol, n-butanol, methoxybutanol, n-propanol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether,
  • the reactive diluents (F) which can be crosslinked with actinic radiation are, for example, the above-described polysiloxane macromonomers to be used according to the invention, (meth) acrylic acid and their other esters, maleic acid and their esters or half esters, vinyl acetate, vinyl ether, vinyl ureas and others.
  • alkylene glycol di (meth) acrylate examples include alkylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butanediol di (meth) acrylate, vinyl (meth) acrylate, allyl (meth) acrylate, glycerol tri (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate , Trimethylolpropane di (meth) acrylate, tripropylene glycol diacrylate, styrene, vinyl toluene, divinylbenzene, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, hexanediol di (meth) acrylate, ethoxyethylacrylate, ethoxyethylaethyla
  • the two acrylate groups must be separated by a polyoxibutylene structure. It is also possible to use 1,12-dodecyl diacrylate and the reaction product of 2 moles of acrylic acid with one mole of a dimer fatty alcohol, which generally has 36 carbon atoms. Mixtures of the monomers mentioned are also suitable.
  • Preferred reactive diluents (F) are mono- and / or diacrylates, such as, for example, isobomylacrylate, hexanediol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, Laromer® 8887 from BASF AG and Actilane® 423 from Akcros Chemicals Ltd., GB. Isobomylacrylate, hexanediol diacrylate and tripropylene glycol diacrylate are particularly preferably used.
  • the reactive diluents (F) are used in an amount of preferably 2 to 70% by weight, particularly preferably 10 to 65% by weight and in particular 15 to 50% by weight, in each case based on the total solids content of the coating material of the invention applied.
  • the coating material can contain at least one customary and known paint additive (G) in effective amounts, i.e. in amounts of preferably up to 40% by weight, particularly preferably up to 30% by weight and in particular up to 20% by weight, in each case based on the total solids content of the coating material. It is essential that the paint additives (G) do not adversely affect the transparency and clarity of the coating material of the invention.
  • G paint additive
  • Light stabilizers such as HALS compounds, benzotriazoles or oxalanilides
  • Crosslinking catalysts such as dibutyltin dilaurate or lithium decanoate
  • Emulsifiers especially non-ionic emulsifiers such as alkoxylated alkanols and polyols, phenols and alkylphenols or anionic emulsifiers such as alkali salts or ammonium salts of alkane carboxylic acids, alkane sulfonic acids, and sulfonic acids of alkoxylated alkanols and polyols, phenols and alkylphenols;
  • wetting agents such as siloxanes, fluorine-containing compounds, carboxylic acid half-esters, phosphoric acid esters, polyacrylic acids and their copolymers or polyurethanes;
  • Adhesion promoters such as tricyclodecanedimethanol
  • film-forming aids such as cellulose derivatives
  • Sag control agents such as ureas, modified ureas and / or silicas, as described, for example, in references EP-A-192 304, DE-A-23 59 923, DE-A-18 05 693, WO 94/22968, DE-C -27 51 761, WO 97/12945 or "färbe + lack", 11/1992, pages 829 ff.
  • Rheology-controlling additives such as those known from the patent specifications WO 94/22968, EP-A-0 276 501, EP-A-0 249 201 or WO 97/12945; crosslinked polymeric microparticles, such as are disclosed, for example, in EP-A-0 008 127; inorganic layered silicates such as Aluminum-magnesium silicates, sodium-magnesium and
  • Montmorillonite type sodium magnesium fluorine lithium layered silicates Silicas such as aerosils; or synthetic polymers with ionic and / or associative groups such as polyvinyl alcohol, poly (meth) acrylamide, poly (meth) acrylic acid, polyvinyl pyrrolidone,
  • non-aqueous coating materials can contain 20 to 70% by weight, preferably 40 to 60% by weight (based on the ready-to-apply coating material) of organic solvents (H), such as e.g. aliphatic, aromatic and / or cycloaliphatic hydrocarbons, alkyl esters of acetic acid or propionic acid, alkanols, ketones, glycol ethers and / or glycol ether esters.
  • organic solvents such as e.g. aliphatic, aromatic and / or cycloaliphatic hydrocarbons, alkyl esters of acetic acid or propionic acid, alkanols, ketones, glycol ethers and / or glycol ether esters.
  • the coating material of the invention can be in various forms.
  • the coating material can be a solution or dispersion of the components described above in organic solvents (H) and / or water. It is a further advantage of the coating material of the invention that solids contents of up to more than 80% by weight, based on the coating material, can be adjusted.
  • the coating material according to the invention can be a powder clearcoat if the components described above are selected accordingly.
  • component (B) can be microencapsulated if it is a polyisocyanate. This powder clearcoat can then optionally be dispensed in water, resulting in a powder slurry clearcoat.
  • the coating material of the invention can be a two- or multi-component system in which at least component (B) is stored separately from the other components and is added to them shortly before use.
  • the coating material of the invention can also be aqueous, the component (B) preferably being present in a component containing a solvent (H).
  • the coating material according to the invention can be part of a so-called mixing system or module system, as described for example in the patent specifications DE-A-41 10 520, EP-A-0 608 773, EP-A-0 614 951 or EP-A-0471 972 become.
  • the production of the coating material of the invention from its constituents (A) and (B) and optionally (C), (D), (E), (F), (G) and / or (H) has no peculiarities, but is carried out in a customary and known manner by mixing the constituents in suitable mixing units such as stirred kettles, dissolvers or extruders according to the methods suitable for the production of the respective coating materials, as described, for example, in the patents mentioned at the outset.
  • the coating material of the invention is used to produce the clearcoats KL and multilayer coatings ML of the invention on primed or unprimed substrates.
  • Suitable substrates are all surfaces to be painted which are not damaged by curing the paints thereon using heat and optionally actinic radiation.
  • the clearcoat KL according to the invention is also suitable for applications outside of automotive painting, in particular for painting furniture and industrial painting, including coil coating and container coating. As part of industrial painting, it is suitable for painting practically all parts for private or industrial use, such as radiators, household appliances, small parts made of metal, hubcaps or rims.
  • the clearcoat KL according to the invention is suitable as a coating for basecoats, preferably in the automotive industry. It is particularly suitable as a clearcoat over waterborne basecoats based on polyesters, polyurethane resins and aminoplast resins, in particular in the context of the multilayer coating ML according to the invention.
  • primed or not can also be used primed plastics such as B. ABS, AMMA, ASA, CA, CAB, EP, UF, CF, MF, MPF, PF, PAN, PA, PE, HDPE, LDPE, LLDPE, UHMWPE, PET, PMMA, PP, PS, SB, PUR, PVC, RF, SAN, PBT, PPE, POM, PUR-RIM, SMC, BMC, PP-EPDM and UP (short names according to DLN 7728T1) can be painted.
  • the plastics to be painted can of course also be polymer blends, modified plastics or fiber-reinforced plastics.
  • the plastics typically used in vehicle construction, in particular motor vehicle construction, can also be used.
  • non-functionalized and / or non-polar substrate surfaces these can be subjected to a pretreatment, such as with a plasma or with flame treatment, in a known manner before coating.
  • the clearcoat KL according to the invention can be produced by applying at least one clearcoat layer I composed of a coating material I curable with actinic radiation and / or thermally curable to the surface of the substrate in a first process step.
  • a clear lacquer layer I made of coating material I can be applied.
  • two or more such clear lacquer layers I can be applied.
  • Different coating materials I can be used for the structure of the clear lacquer layers I.
  • the desired property profile of the clearcoat KL according to the invention is achieved with a clearcoat film I.
  • the clear coat I is applied in a wet coat thickness that after curing in the finished clear coat KL according to the invention a Dry layer thickness of 10 to 100, preferably 15 to 75, particularly preferably 20 to 55 and in particular 20 to 35 ⁇ m results.
  • the application of the coating material I for the purpose of producing the clear lacquer layer I can be carried out by all customary application methods, such as e.g. Spraying, knife coating, painting, pouring, dipping or rolling.
  • Spray application methods are preferably used, such as, for example, compressed air spraying, airless spraying, high rotation, electrostatic spray application (ESTA), optionally combined with hot spray application such as, for example, hot air hot spraying.
  • the applications can be used at temperatures of max. 70 to 80 "Celsius can be carried out so that suitable application viscosities are achieved without the coating material I and its overspray, which may have to be reprocessed, being changed or damaged during the briefly acting thermal load.
  • the hot spraying can thus be designed such that the coating material I only is heated very shortly in or shortly before the spray nozzle.
  • the spray booth used for the application can be operated, for example, with a circulation that can be tempered, if necessary, which is equipped with a suitable absorption medium for the overspray, e.g. B. the coating material I itself is operated.
  • the coating material I is curable with actinic radiation
  • the clear lacquer layer I is partially or completely cured after its application.
  • partial curing does not differ from the usual complete curing of a lacquer layer. It is crosslinked only so long that the clear coat layer I on the one hand has sufficient dimensional stability for the purposes of the KL or ML process according to the invention and on the other hand enough of the crosslinkable functional groups (al) and (b2) described above (complementary functional groups) for the Post-crosslinking and for interlayer adhesion.
  • the extent of partial curing can therefore vary widely and depends on the requirements of the individual case. However, it can be identified by the specialist on the basis of his general specialist knowledge and / or on the basis of simple preliminary tests.
  • 0.5 to 99.5, particularly preferably 1 to 99, very particularly preferably 2 to 90 and in particular 3 to 80 mol% of the crosslinkable functional groups present in the coating material I are reacted. It is very particularly preferred if the clear lacquer layer I is still sticky after its partial curing.
  • the clear lacquer layer (s) I can, however, also be fully cured.
  • the outer surface of the clear lacquer layer (s) I can then be roughened or sanded before the application of the clear lacquer layer II to improve the interlayer adhesion.
  • the usual and known roughening methods such as sanding with sandpaper or steel wool or files or brushes come into consideration.
  • it is a particular advantage of the KL and ML process that sanding the clear coat layer I is generally not necessary.
  • the clear lacquer layer I can be cured thermally or with actinic radiation and thermally partially or completely.
  • the hardening can take place after a certain rest period. It can have a duration of 30 s to 2 h, preferably 1 min to 1 h and in particular 1 min to 30 min.
  • the idle time is used, for example, for the course and degassing of the clear lacquer layer I or for the evaporation of volatile constituents such as solvents, water or carbon dioxide if the coating material I has been applied with supercritical carbon dioxide as a solvent.
  • the rest period can be supported and / or shortened by the use of elevated temperatures up to 80 ° Celsius, provided that there is no damage or changes to the clear lacquer layer I, such as premature complete crosslinking.
  • the obligatory thermal hardening has no special features in terms of method, but is carried out according to the usual and known methods such as heating in a forced air oven or irradiation with IR lamps.
  • the thermal hardening can take place in stages.
  • the thermal curing is advantageously carried out at a temperature of 50 to 100 ° C., particularly preferably 80 to 100 ° C. and in particular 90 to 100 ° C. for a time of 1 minute to 2 hours, particularly preferably 2 minutes to 1 hour and in particular 3 min to 30 min.
  • thermal crosslinking can also be carried out at temperatures above 100 ° C. In general, it is advisable not to exceed temperatures of 180 ° C., preferably 160 ° C. and in particular 140 ° C.
  • curing with actinic radiation takes place with UV radiation or electron beams. If necessary, it can be carried out or supplemented with actinic radiation from other radiation sources.
  • actinic radiation from other radiation sources.
  • work is preferably carried out under an inert gas atmosphere. This can be done, for example, by adding carbon dioxide and / or nitrogen directly to the surface of the clear lacquer layer I are guaranteed
  • the usual and known radiation sources and optical auxiliary measures are used.
  • suitable radiation sources are high-pressure or low-pressure mercury vapor lamps, which may be doped with lead to open a radiation window up to 405 nm, or electron beam sources known and can be adapted to the conditions of the workpiece and the process parameters.
  • the areas (shadow areas) which are not accessible to direct radiation, such as cavities, folds and other undercuts due to construction, can be connected with point, small area or all-round emitters combined with an automatic movement device for irradiation of cavities or edges can be (partially) cured
  • the (partial) curing can be carried out in stages, ie by multiple exposure or irradiation with actinic radiation. This can alternate take place, that is, that alternately curing with UV radiation and electron radiation.
  • thermal curing and curing with actinic radiation are used together, these methods can be used simultaneously or alternately. If the two curing methods are used alternately, thermal curing can be started, for example, and curing with actinic radiation can be ended. In other cases, it may prove advantageous to start and end the curing with actinic radiation.
  • the person skilled in the art can determine the hardening method which is most advantageous for the individual case on the basis of his general specialist knowledge, if necessary with the aid of simple preliminary tests.
  • a further clear lacquer layer H made of a coating material II which is curable thermally and optionally with actinic radiation is applied to the surface of the clear lacquer layer (s) I, after which - if the clear lacquer layer I has been partially cured - the clear lacquer layers I and LI together or - if the clear lacquer layer I has been fully cured - the clear lacquer layer LI cures thermally alone and optionally with actinic radiation, the methods and devices described above also being used here.
  • coating material I for producing clear coat layer I is the coating material according to the invention.
  • the coating material H for the production of the clear lacquer layer H can be a customary and known coating material, as is described in the patents mentioned at the beginning.
  • coating material II can also be a coating material according to the invention.
  • coating material LI according to the invention is also used as coating material LI in this variant of the clear coating KL according to the invention and the KL process according to the invention, there are also very particular advantages with regard to resistance to weathering and scratch resistance.
  • the clear lacquer layer H is applied in a wet layer thickness that results in a dry layer thickness of 10 to 100, preferably 15 to 75, particularly preferably 20 to 55 and in particular 20 to 35 ⁇ m after curing in the finished clear lacquer KL according to the invention.
  • the clear coat H is made from a coating material H according to the invention and a conventional coating material is used to produce the clear coat I (second variant of the clear coat KL and of the KL method according to the invention).
  • this variant is often preferred for economic reasons alone.
  • the ratio of the layer thicknesses of clear lacquer layer I to clear lacquer layer II can vary widely, but in the second variant in particular it is also advantageous for economic reasons if the clear lacquer layer I is the thicker of the two layers
  • the clearcoats KL according to the invention described above which are preferably produced with the aid of the KL process according to the invention, can also be part of the multilayer coatings ML according to the invention.
  • these are produced using the ML process according to the invention
  • the clear coat layer (s) I is or are not applied in the first process step to the primed or unprimed substrates, but rather to at least one color and / or effect basecoat layer H 1 located thereon, made from a pigmented coating material HI which can be hardened thermally and optionally with actinic radiation
  • the clear coat layer (s) I by the wet-on-wet method to the dried or dried, but not yet hardened, basecoat layer HL and either partially on its own, together with the basecoat layer HI partially or together with the Basecoat layer Hl is to be fully cured thermally and, if appropriate, with actinic radiation. If the curing is complete, the outer surface of the clearcoat layer (s) I can be sanded as described above before applying the clearcoat layer LI
  • a further clear lacquer layer H is then made of a coating material II which can be hardened thermally and optionally with actinic radiation the surface of the clearcoat layer (s) I is applied, after which - if the underlying lacquer layers have not yet been fully cured - the clearcoat layers I and H and the basecoat layer HI together or - if these lacquer layers have already been fully cured - the clearcoat layer Uvolue thermally and if necessary, cures with actinic radiation
  • the coating material H and / or the coating material I can also be a coating material according to the invention in the multilayer coating ML and the ML process according to the invention
  • Suitable coating materials HI for the production of the basecoat film EL are the customary and known basecoats, in particular waterborne basecoats, as described in the patents mentioned at the outset.
  • the coating materials HI are advantageously applied in a wet film thickness such that the basecoat films HI are advantageously advantageous after they have completely hardened have a dry layer thickness of 5 to 25 ⁇ m, particularly preferably 10 to 20 ⁇ m and in particular 12 to 18 ⁇ m
  • the pigmented powder coating known from European Patent Specification EP-A-0 844 286, which can be cured thermally and with actinic radiation. It contains an unsaturated binder and a second resin which can be copolymerized with it, as well as a photoinitiator and a thermal initiator and is therefore thermally hardenable with actinic radiation Powder base lacquer coating can be thermally hardened on the surface with UV light and in the areas close to the substrate.
  • the clearcoat KL according to the invention has excellent optical, mechanical and chemical properties. So it is free from any surface defects such as shrinking. It is of excellent transparency and scratch resistance. Delamination due to poor interlayer adhesion is not observed. The etch resistance is excellent.
  • the coating material to be used according to the invention is therefore outstandingly suitable for refining all conventional clearcoats without the customer having to make major changes to the coating systems.
  • the latter in particular have an excellent brilliance of the colors and / or an excellent expression of the optical effects such as metallic, pearlescent or flop effects.
  • the metering of the monomer mixture and the initiator solution was started simultaneously. After the initiator metering had ended, the reaction mixture was kept at 140 ° C. for a further two hours and then cooled. The resulting polymer solution had a solids content of 65%, determined in a forced air oven at 130 ° C. for 1 h.
  • Preparation example 1 was repeated, except that no polysiloxane macromonomer to be used according to the invention was used.
  • a monomer mixture of 450 g of 2-ethylhexyl methacrylate, 180 g of n-butyl methacrylate, 210 g of styrene, 180 g of hydroxyethyl acrylate, 450 g of 4-hydroxybutyl acrylate and 30 g of acrylic acid were added within 4 hours and a initiator solution of 150 g of t-butyl perethyl hexanoate in 90 g of the aromatic solvent described is metered uniformly into the reactor over the course of 4.5 hours.
  • the metering of the monomer mixture and the initiator solution was started simultaneously. After the end of the initiator metering, the The reaction mixture was kept at 140 ° C.
  • the resulting polymer solution had a solids content of 65%, determined in a forced air oven at 130 ° C. for 1 h, an acid number of 15 and a viscosity of 3 dPas (measured on a 60% strength) Dissolve the polymer solution in the aromatic solvent described using an ICI plate-cone viscometer at 23 ° C).
  • a monomer mixture of, 427.5 g n-butyl acrylate, 180 g n-butyl methacrylate, 450 g styrene, 255 g hydroxyethyl acrylate, 165 g 4-hydroxybutyl acrylate and 22.5 g acrylic acid were mixed in within 4 hours and an initiator solution of 120 g of t-butyl perethylhexanoate in 90 g of the aromatic solvent described were metered uniformly into the reactor over the course of 4.5 hours. The metering of the monomer mixture and the initiator solution was started at the same time.
  • the polymer solution had a solids content of 60%, determined in a convection oven at 130 ° C. for 1 h, an acid number of 13 mg KOH / g, an OH number of 116 mg KOH / g, a glass transition temperature Tg of 3.23 ° C. and a viscosity of 9 dPas (measured on the 60% polymer solution in the aromatic solvent described using an ICI plate-cone viscometer at 23 ° C.)
  • Example 1 and Comparative Experiment VI The production of a one-component clearcoat material according to the invention (example 1) and a one-component clearcoat material according to the invention
  • a one-component clearcoat material according to the invention (example 1) and a conventional one-component clearcoat material (comparative experiment VI) were prepared from the constituents listed in table 1 by mixing.
  • Table 1 Composition of the one-component clearcoat according to the invention (example 1) and of the conventional one-component clearcoat (comparative experiment VI)
  • Binder polyacrylate (A) according to production example 2 34.7 50.0 polyacrylate (A) according to
  • TACT commercially available tris (alkoxycarbonylamino) triazine from CYTEC
  • the clearcoat material of Example 1 according to the invention had a flow time of 23 s in a DIN4 cup at 21 ° C. According to the invention, it was used as clear coat H.
  • the clearcoat material of Comparative Experiment VI not according to the invention had a run-out time of 28 s in a DIN4 cup at 21 ° C.
  • Example 2 and comparative experiment V2 The production of a multilayer coating ML according to the invention (example 2) and a multilayer coating not according to the invention
  • a clear lacquer I background clear lacquer
  • the clear coat I had a run-out time of 46 s in the DLN4 beaker at 21 ° C. For the application, it was set to a run-out time of 28 s with 8 parts by weight of a thinner (organic solvent mixture).
  • an electro dip coating dry layer thickness 22 ⁇ m
  • a water filler FU63-9400 from BASF Coatings AG
  • the electrodeposition paint was baked at 170 ° C. for 20 minutes and the filler at 160 ° C. for 20 minutes.
  • a blue water-based paint was then applied (Water-Percolor basecoat FW 05-513P from BASF Coatings AG applied with a layer thickness of 15 - 18 ⁇ m and flashed off at 80 ° C for 10 minutes
  • the clear lacquer I (see Table 2) was applied wet-on-wet and baked at 135 ° C. for 30 minutes, so that a dry layer thickness of 35 ⁇ m resulted
  • Example 2 the tablets obtained in this way were overcoated with the clear coat H (cf. Table 1) according to the invention without intermediate layers.
  • the resulting clear coat layer LI was baked at 140 ° C. for 20 minutes, so that a dry layer thickness of 20 ⁇ m resulted
  • the tablets were overcoated with the clear lacquer not in accordance with the invention (see Table 1) without intermediate layers.
  • the resulting clear lacquer layer LI was likewise baked at 140 ° C. for 20 minutes, so that a dry layer thickness of 20 ⁇ m resulted
  • the adhesion of the multilayer coating ML according to the invention of Example 2 was determined after storage for 24 hours at room temperature according to the cross-hatch test according to DIN 53151 (2 mm) [grade 0 to 5]. There was no delamination grade GT0. In contrast, the multilayer coating of the comparative test not according to the invention V2 for the release of the clear coat grade GT4
  • the scratch resistance of the multi-layer coating on the tablets was measured after 24 hours at room temperature using the BASF coating described in FIG. 2 on page 28 of the article by P Betz and A Bartelt, Progress m Organic Coatmgs, 22 (1993), pages 27-37. Burst tests, however, regarding the used Weight (2000 g instead of the 280 g mentioned there) was evaluated as follows
  • the paint surface was damaged with a sieve fabric that was loaded with a mass.
  • the screen fabric and the varnish surface were wetted liberally with a detergent solution.
  • the test panel was created using a
  • test specimen was an eraser covered with nylon screen fabric (No. 11, 31 ⁇ m mesh size, Tg 50 ° C.) (4.5 ⁇ 2.0 cm, wide side perpendicular to the direction of scratching).
  • the coating weight was 2000 g.
  • the screen fabric was renewed before each test; the running direction of the mesh was parallel to the direction of scratching.
  • a pipette approx. 1 ml of a freshly stirred 0.25% Persil solution was applied in front of the eraser.
  • the number of revolutions of the motor was set so that 80 double strokes were carried out in a time of 80 s.
  • the remaining washing liquid was rinsed with cold tap water and the test panel was blown dry with compressed air.
  • the gloss was measured according to DLN 67530 before and after damage and after regeneration (reflow).
  • the measuring direction was perpendicular to the scratch direction.
  • Table 3 They demonstrate the superior scratch resistance and the excellent reflow behavior of the multilayer coating ML according to the invention.
  • Clear varnish I (see Table 2) was then applied wet-on-wet and baked at 135 ° C. for 30 minutes, resulting in a dry layer thickness of 35 ⁇ m.
  • test panels thus obtained were overcoated without intermediate sanding in the vertical position with the clear coat H according to the invention from example 1 (cf. table 1).
  • the resulting clear lacquer layer LI according to the invention was baked at 140 ° C. for 20 minutes, so that a dry layer thickness of 20 ⁇ m resulted.

Abstract

Thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbarer Beschichtungsstoff, welcher A) mindestens ein Bindemittel mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (a1), welche mit komplementären funktionellen Gruppen (b1) im Vernetzungsmittel (B) thermische Vernetzungsreaktionen eingehen können, und B) mindestens ein Vernetzungsmittel mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (b1), welche mit den komplementären funktionellen Gruppen (a1) im Bindemittel (A) thermische Vernetzungsreaktionen eingehen können, enthält, wobei mindestens ein Bindemittel (A) mindestens ein olefinisch ungesättigtes Polysiloxanmakromonomer, welches im statistischen Mittel mindestens 3,0 Doppelbindungen pro Molekül aufweist, einpolymerisiert enthält; sowie die Verwendung des Beschichtungsstoffs für die Herstellung hochkratzfester mehrschichtiger Klarlackierungen.

Description

Beschichtungsstoff und seine Verwendung zur Herstellung hochkratzfester mehrschichtiger Klarlackierungen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff sowie eine hiermit hergestellte neue hochkratzfeste mehrschichtige Klarlackierung. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen hochkratzfesten mehrschichtigen Klarlackierung in der Automobilerst- und -reparaturlackierung, der industriellen Lackierung, inclusive Coil Coating und Container Coating, der Kunststofflackierung und der Möbellackierung. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Klarlackierungen und färb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen.
Automobilkarosserien, Kunststoffteile für Automobile oder Haushaltsgeräte und industrielle Bauteile werden heutzutage durch eine Klarlackierung geschützt. Hierbei kann die Klarlackierung als alleinige Lackschicht verwendet werden oder die oberste Schicht einer färb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierung bilden. Insbesondere Automobilkarosserien sind größtenteils mit einer solchen färb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierung versehen.
Die Anforderungen an die Beständigkeit von Lackierungen, welche der Witterung, insbesondere der Sonneneinstrahlung und dem sauren Regen, ausgesetzt sind und zudem auch noch häufiger mechanischer Beanspruchung, insbesondere durch Waschbürstenreinigungsanlagen, werden stetig höher. Dies gilt ganz besonders für die Fahrzeuglackierungen, welche diese Anforderungen erfüllen und zusätzlich noch höchste optische Ansprüche an Glanz, Oberflächenglätte und Farbe befriedigen müssen. Bisher wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß entsprechend den gestiegenen Anforderungen an die Umweltverträglichkeit eine insbesondere aus wäßrigen Beschichtungsstoffen aufgebaute Mehrschichtlackierung auf die Substrate appliziert wird. Im Falle von Metallsubstraten wird diese bekanntermaßen aus einem wäßrigen Elektrotauchlack, einem Wasserfüller, einem Basislack, insbesondere einem Wasserbasislack, und einem lösemittelhaltigen Klarlack hergestellt. Der Elektrotauchlack und der Wasserfüller werden jeweils nach ihrer Applikation eingebrannt und bilden dann die Grundierung. Hierauf wird der Basislack, insbesondere der Wasserbasislack, appliziert und zwischengetrocknet. Auf diese noch nicht ausgehärtete Schicht wird der Klarlack aufgetragen, wonach die beiden Schichten gemeinsam gehärtet werden (Naß-in-naß-Verfahren). Werden Kunststoffe als Substrate verwendet, werden bekanntermaßen an Stelle der Elektrotauchlacke Hydrogrundierungen angewandt.
Das Naß-in-naß-Verfahren für die Herstellung von färb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen ist beispielsweise in den Patentschriften US-A-3, 639,147, DE-A-3 3 33 072, DE-A-38 14 853, GB-A-2 012 191, US-A-3,953,644, EP-A-0 260 447, DE-A-39 03 804, EP-A-0 320 552, DE-A-36 28 124, US-A-4,719,132, EP-A-0 297 576, EP-A-0 069 936, EP-A-0 089 497, EP-A-0 195 931, EP-A-0 228 003, EP-A-0 038 127 und DE-A-28 18 100 beschrieben.
Für das optische oder visuelle Erscheinungsbild und die Witterungsbeständigkeit sind vor allem die beiden obersten Schichten der Mehrschichtlackierung verantwortlich. So gibt der Basislack, insbesondere Wasserbasislack, der Mehrschichtlackierung die Farbe und/oder optischen Effekte wie Metallic-Effekte oder Interferenzeffekte, während der Klarlack neben der Kratz- und Etchbeständigkeit, d. h. die Beständigkeit gegen umweltbedingte schädigende Substanzen, für das sogenannte Appearance, d. h. der Glanz, die Brillanz und der Verlauf, sorgt. Wasserbasislack und Klarlack müssen hierbei sehr fein aufeinander abgestimmt sein, um einen Verbund mit dem gewünschten vorteilhaften Eigenschaftsprofil zu liefern.
Wasserbasislacke sowie die entsprechenden Lackierungen, welche diesen Anforderungen im wesentlichen gerecht werden, sind aus den Patentschriften EP-A-0 089 497, EP-A-0 256 540, EP-A-0 260 447, EP-A-0 297 576, WO 96/12747, EP-A-0 523 610, EP-A-0 228 003, EP-A-0 397 806, EP-A-0 574 417, EP-A-0 531 510, EP- A-0 581 21 1 , EP-A-0 708 788, EP-A-0 593 454, DE-A-43 28 092, EP-A-0 299 148, EP-A-0 394 737, EP-A-0 590 484, EP-A-0 234 362, EP-A-0 234 361, EP-A-0 543 817, WO 95/14721 , EP- A-0 521 928, EP-A-0 522 420, EP-A-0 522 419, EP-A-0 649 865, EP-A-0 536 712, EP-A-0 596 460, EP-A-0 596 461, EP-A-0 584 818, EP-A- 0 669 356, EP-A-0 634 431, EP-A-0 678 536, EP-A-0 354 261, EP-A-0 424 705, WO 97/49745, WO 97/49747 oder EP-A-0 401 565 bekannt.
Für die Herstellung von einschichtigen oder mehrschichtigen Klarlackierung werden heutzutage die üblichen und bekannten Einkomponenten (1K)-, Zweikomponenten (2K)-, Mehrkomponenten (3K, 4K)- Pulver- oder Pulverslurry-Klarlacke oder UV- härtbare Klarlacke verwendet.
Einkomponenten(lK)-, Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)- Klarlacke werden beispielsweise in den Patentschriften US-A-5,474,811 , US-A- 5,356,669, US-A-5,605,965, WO 94/1021 1 , WO 94/10212, WO 94/10213, EP-A-0 594 068, EP-A-0 594 071 , EP-A-0 594 142, EP-A-0 604 992, WO 94/22969, EP-A-0 596 460 oder WO 92/22615 beschrieben.
Pulverklarlacke sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE-A-42 22 194 oder der Produkt-Information der Firma BASF Lacke + Farben AG, „Pulverlacke", 1990 bekannt. Bei Pulverslurry-Lacken handelt es sich um Pulverlacke in Form wäßriger Dispersionen. Derartige Slurries sind beispielsweise in der US Patentschrift US-A- 4,268,542 und den deutschen Patentanmeldungen DE-A-195 18 392.4 und DE-A-196 13 547 und der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE- A-l 98 14 471.7 beschrieben.
UV-härtbare Klarlacke gehen beispielsweise aus den Patentschriften EP-A-0 540 884, EP-A-0 568 967 oder US-A-4,675,234 hervor.
Jeder dieser Klarlacke weist spezifische Stärken und Schwächen auf. So erhält man mit Hilfe dieser Klarlacke Mehrschichtlackierungen, die den optischen Anforderungen genügen. Indes sind die kratzfesten Einkomponenten(lK)-Klarlacke manchmal nicht genügend witterungsbeständig, wogegen die witterungsbeständigen Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke oftmals nicht genügend kratzfest sind. Manche Einkomponenten(l K)-Klarlacke sind zwar kratzfest und witterungsstabil, weisen aber in Kombination mit häufig angewandten Wasserbasislacken Oberflächenstörungen wie Schrumpf (wrinkling) auf.
Pulverklarlacke, Pulvers lurry-Klarlacke und UV-härtbare Klarlacke dagegen weisen eine nicht völlig befriedigende Zwischenschichthaftung auf, ohne daß die Probleme der Kratzfestigkeit oder der Etchbeständigkeit völlig gelöst wären.
Aus der EP-A-0 568 967 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtlackierungen bekannt, bei dem eine thermisch härtbare Klarlackschicht nach dem Naß-in-naß-Verfahren auf eine pigmentierte Basislackschicht aufgetragen wird, wonach die beiden Schichten in der Wärme gemeinsam ausgehärtet werden. Auf die ausgehärtete Klarlackschicht wird anschließend mindestens eine weitere Klarlackschicht auf der Basis von mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoffen aufgetragen und mit aktinischer Strahlung oder mit aktinischer Strahlung und thermisch ausgehärtet. Dieses Verfahren liefert Klarlacküberzüge von hoher Chemikalienfestigkeit und optischer Qualität. Indes ist die Kratzfestigkeit nicht befriedigend.
Außerdem geht aus der EP-A-0 568 967 ein Verfahren hervor, bei dem ein mit aktinischer Strahlung härtbarer Beschichtungsstoff auf die pigmentierte Basislackschicht aufgetragen und ausgehärtet wird. Anschließend wird eine weitere Schicht desselben Beschichtungsstoffs appliziert und mit aktinischer Strahlung gehärtet. Es resultiert zwar eine hochglänzende Oberfläche ohne wahrnehmbare Struktur, indes vergilbt der betreffende Klarlacküberzug. Auch die Kratzfestigkeit läßt nach wie vor zu wünschen übrig.
In neuerer Zeit wurden sogenannte Sol-Gel-Klarlacke auf Basis von siloxanhaltigen Lackformulierungen entwickelt, die durch Hydrolyse und Kondensation von Silanverbindungen erhalten werden. Diese Lacke, die als Überzugsmittel für Beschichtungen von Kunststoffen verwendet werden, werden beispielsweise in den deutschen Patentschriften DE-A-43 03 570, DE-A-34 07 087, DE-A-40 1 1 045, DE- A-40 25 215, DE-A-38 28 098, DE-A-40 20 316 oder DE-A-41 22 743 beschrieben.
Sol-Gel-Klarlacke verleihen Kunststoff-Substraten wie z. B. Brillengläsern oder Motorradhelm- Visieren eine sehr gute Kratzfestigkeit. Diese Kratzfestigkeit wird von den vorstehend beschriebenen bekannten OEM (Original Equipment Manufacturing)- Klarlacken, die üblicherweise bei der Erstlackierung von Fahrzeugen verwendet werden, nicht erreicht. Seitens der Automobilindustrie wird nun die Anforderung gestellt, diese verbesserte Kratzfestigkeit auch auf die bei der Lackierung von Automobilen verwendeten Klarlackschichten zu übertragen. Hierbei sollen vor allem die besonders stark beanspruchten Teile der Automobilkarosserien wie Motorhaube, Stoßfänger, Schweller oder Türen im Bereich der Türgriffe besser geschützt werden. Der Ersatz der üblicherweise m der Automobillackierung eingesetzten OEM- Klarlacke oder OEM-Pulverslurry-Klarlacke durch Sol-Gel-Klarlacke ist indes nicht ohne weiteres möglich, weil sie hierfür z B zu spröde sind oder weil bei dem Versuch, sie an die OEM-Anforderungen anzupassen, häufig nur schlechte optische Eigenschaften (Appearance) erzielt werden Des weiteren können sie nicht m Dicken > 8 bis 10 μm appliziert werden Außerdem können Bestandteile der Sol-Gel- Klarlacke bei ihrer Trocknung und/oder Härtung wegschlagen, d h , sie werden vom Substrat absorbiert, wodurch die Harte der betreffenden Klarlackschichten verloren geht Vor allem aber sind die Sol-Gel-Klarlacke zu teuer
Der ökonomisch gunstigere Einsatz der Sol-Gel-Klarlacke als zusatzliche Uberzugsschicht über die bisher verwendeten Klarlacke ergibt Haftungsprobleme innerhalb der mehrschichtigen Klarlackierung zwischen der Klarlackschicht und der Sol-Gel-Schicht, die insbesondere nach Steinschlag und bei Belastung durch Schwitzwasser auftreten Diese Probleme werden in manchen Fallen noch dadurch verstärkt, daß auch die Haftung zwischen der Klarlackschicht und dem Substrat in Mitleidenschaft gezogen wird
Diese Probleme können bis zu einem gewissen Grad dadurch gelost werden, daß man die Klarlackschicht, welche mit dem Sol-Gel-Klarlack überzogen werden soll, nur teilweise aushärtet, so daß der Sol-Gel-Uberzug bei dem gemeinsamen Ausharten gewissermaßen chemisch auf der Klarlackschicht verankert werden kann Indes erfordert die zweite Klarlackschicht für ihre Aush rtung eine lange Ofentrocknungszeit, was ein erheblicher Nachteil ist
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung hartbaren Beschichtungsstoff bereitzustellen, welcher eine neue mehrschichtige Klarlackierung liefert, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr langer aufweist, sondern in einfacher Weise herstellbar, hochkratzfest, witterungsstabil, vergilbungsfrei, hart, flexibel und von Oberflächenstörungen frei ist, auf allen Substraten sowie innerhalb der Klarlackierung eine vorzügliche Haftung aufweist und sich in der für einen hervorragenden optischen Gesamteindruck notwendigen hohen Schichtdicke herstellen läßt. Außerdem ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein neues Verfahren der Herstellung solcher mehrschichtiger Klarlackschichten aus mindestens einem neuen Beschichtungsstoff bereitzustellen.
Demgemäß wurde der neue thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbare Beschichtungsstoff gefunden, welcher
A) mindestens ein Bindemittel mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (al), welche mit komplementären funktionellen Gruppen (bl) im Vernetzungsmittel (B) thermische Vernetzungsreaktionen eingehen können, und
B) mindestens ein Vernetzungsmittel mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (bl), welche mit den komplementären funktionellen Gruppen (al) im Bindemittel (A) thermische Vernetzungsreaktionen eingehen können,
sowie gegebenenfalls
C) mindestens einen Bestandteil, welcher mit aktinischer Strahlung vemetztbar ist
D) mindestens einen Photoinitiator,
E) mindestens einen Initiator der thermischen Vernetzung, F) mindestens einen mit aktinischer Strahlung und/oder thermisch härtbaren Reaktiwerdünner;
G) mindestens ein Lackadditiv und/oder
H) mindestens ein organisches Lösemittel
enthält, wobei mindestens ein Bindemittel (A) mindestens ein olefinisch ungesättigtes Polysiloxanmakromonomer, welches im statistischen Mittel mindestens 3,0 Doppelbindungen pro Molekül aufweist, einpolymerisiert enthält.
Im folgenden wird der neue thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbare Beschichtungsstoff als „erfindungsgemäßer Beschichtungsstoff" bezeichnet.
Des weiteren wurde die neue hochkratzfeste mehrschichtige Klarlackierung KL für ein grundiertes oder ungrundiertes Substrat gefunden, welche herstellbar ist, indem man
(1) mindestens eine Klarlackschicht I aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche des Substrats appliziert und
(1.1) partiell oder (1.2) vollständig
aushärtet und (2) eine weitere Klarlackschicht LI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff LI auf die Oberfläche der Klarlackschicht(en) I appliziert,
(3) wonach man
(3.1) die Klarlackschichten I und II gemeinsam oder
(3.2) die Klarlackschicht LI alleine
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet,
wobei der Beschichtungsstoff LI und/oder der Beschichtungsstoff I, insbesondere der BeschichtungsstoffLI, ein erfindungsgemäßer Beschichtungsstoff ist.
Die neue hochkratzfeste mehrschichtige Klarlackierung KL wird im folgenden als die „erfindungsgemäße Klarlackierung KL" bezeichnet.
Des weiteren wurde das neue Verfahren zur Herstellung einer hochkratzfesten mehrschichtigen Klarlackierung KL auf einem grundierten oder ungrundierten Substrat gefunden, bei dem man
(1) mindestens eine Klarlackschicht I aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche des Substrats appliziert und
(1.1) partiell oder
(1.2) vollständig
aushärtet und (2) eine weitere Klarlackschicht LI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff ]! auf die Oberfläche der Klarlackschicht(en) I appliziert,
(3) wonach man
(3.1) die Klarlackschichten I und LI gemeinsam oder
(3.2) die Klarlackschicht II alleine
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet,
wobei der Beschichtungsstoff LI und/oder der Beschichtungsstoff I, insbesondere der BeschichtungsstoffLI, ein erfindungsgemäßer Beschichtungsstoff ist.
Im folgenden wird das neue Verfahren zur Herstellung von hochkratzfesten Klarlackierungen KL als „erfindungsgemäßes KL- Verfahren" bezeichnet.
Außerdem wurde die neue hochkratzfeste färb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackierung ML für ein grundiertes oder ungrundiertes Substrat gefunden, welche herstellbar ist, indem man
(1) mindestens eine färb- und/oder effektgebende Basislackschicht HI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren pigmentierten Beschichtungsstoff LH auf die Oberfläche des Substrats appliziert und, ohne auszuhärten, trocknet, (2) mindestens eine Klarlackschicht I aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche der Basislackschicht LLI appliziert und
(2.1) für sich alleine partiell,
(2.2) gemeinsam mit der Basislackschicht HI partiell oder
(2.3) gemeinsam mit der Basislackschicht LH vollständig
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet und
(3) eine weitere Klarlackschicht LI aus einem thennisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff LI auf die Oberfläche der Klarlackschicht(en) I appliziert,
(4) wonach man
(4.1) die Klarlackschichten I und LI sowie die Basislackschicht HL gemeinsam oder
(4.2) die Klarlackschicht II alleine
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet,
wobei der BeschichtungsstoffLI und/oder der Beschichtungsstoff L insbesondere der Beschichtungsstof I, ein erfindungsgemäßer Beschichtungsstoff ist.
Im folgenden wird die neue färb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackierung ML als „erfindungsgemäße Mehrschichtlackierung ML" bezeichnet. Darüber hinaus wurde das neue Verfahren zur Herstellung einer hochkratzfesten farb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackierung ML auf einem grundierten oder ungrundierten Substrat gefunden, bei dem man
(1) mindestens eine färb- und/oder effektgebende Basislackschicht LTI aus einem them isch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren pigmentierten Beschichtungsstoff HI auf die Oberfläche des Substrats appliziert und, ohne auszuhärten, trocknet,
(2) mindestens eine Klarlackschicht I aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche der Basislackschicht HI appliziert und
(2.1 ) für sich alleine partiell, (2.2) gemeinsam mit der Basislackschicht LH partiell oder
(2.3) gemeinsam mit der Basislackschicht LH vollständig
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet und
(3) eine weitere Klarlackschicht LI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche der Klarlackschicht(en) I appliziert,
(4) wonach man
(4.1) die Klarlackschichten I und LI sowie die Basislackschicht H gemeinsam oder
(4.2) die Klarlackschicht II alleine thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet,
wobei der Beschichtungsstoff LI und/oder der Beschichtungsstoff L insbesondere der BeschichtungsstoffLI, ein erfindungsgemäßer Beschichtungsstoff ist.
Im folgenden das neue Verfahren zur Herstellung einer hochkratzfesten farb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackierung ML als „erfindungsgemäßes ML- Verfahren" bezeichnet.
Nicht zuletzt wurden grundierte oder ungrundierte Substrate gefunden, welche mit mindestens einer erfindungsgemäßen Klarlackierung KL und/oder mit mindestens einer erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML beschichtet sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „thermische Härtung" die durch Hitze initiierte Härtung einer Lackschicht aus einem Beschichtungsstoff, bei der üblicherweise ein separat vorliegendes Vernetzungsmittel angewandt wird. Üblicherweise wird dies von der Fachwelt als Fremdvernetzung bezeichnet. Sind die Vernetzungsmittel in die Bindemittel bereits eingebaut, spricht man auch von Selbstvernetzung. Erfindungsgemäß ist die Fremdvernetzung von Vorteil und wird deshalb bevorzugt angewandt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter aktinischer Strahlung Elektronenstrahlung oder vorzugsweise UV-Strahlung zu verstehen. Die Härtung durch UV-Strahlung wird üblicherweise durch radikalische oder kationische Photoinitiatoren initiiert und ist ihrem Mechanismus nach eine radikalische oder kationische Photopolymerisation.
Werden die thermische und die Härtung mit aktinischem Licht bei einem Beschichtungsstoff gemeinsam angewandt, spricht man auch von „Dual Cure". Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, daß die komplexe Aufgabe, welche der Erfindung zugrunde liegt, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs, der erfindungsgemäßen Klarlackierung KL und der erfmdungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML sowie der erfmdungsgemäßen KL- und ML-Verfähren gelöst werden konnte. Besonders überraschend ist, daß nicht nur die Zwischenschichthaftung innerhalb der erfindungsgemäßen Klarlackierung KL, sondern auch die Haftung zu der Basislackschicht LH innerhalb der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML weit über das bekannte Maß hinaus verbessert sind. Dabei weisen die erfindungsgemäße Klarlackierung KL und die erfindungsgemäße Mehrschichtlackierung ML hervorragende optische Eigenschaften auf, insbesondere eine hohe Fülle, hohe DOI-Werte, einen hohen Glanz und keine Vergilbung. Bei alledem sind die erfindungsgemäße Klarlackierung KL und die erfindungsgemäße Mehrschichtlackierung ML von einer hervorragenden Witterungs- und Chemikalienstabilität. Nicht zuletzt aber sind sie außerordentlich kratzfest.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff enthält als wesentlichen Bestandteil mindestens ein Bindemittel (A), welches mindestens ein olefinisch ungesättigtes Polysiloxanmakromonomer, welches im statistischen Mittel mindestens 3,0 Doppelbindungen pro Molekül aufweist, einpolymerisiert enthält.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn das Polysiloxanmakromonomer im statistischen Mittel mindestens 4,0, besonders bevorzugt 5,0 und insbesondere 5,5 Doppelbindungen pro Molekül aufweist. Um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen, reichen in den allermeisten Fällen im statistischen Mittel 10,5, vorzugsweise 9,0, besonders bevorzugt 8,5 und insbesondere 8,0 Doppelbindungen pro Molekül aus. Besondere Vorteile werden erhalten, wenn das Polysiloxanmakromonomer im statistischen Mittel 5,5 bis 6,5, insbesondere 6,0, Doppelbindungen pro Molekül enthält.
Erfindungsgemäß sind insbesondere Polysiloxanmakromonomere geeignet, die ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 500 bis 100.000, bevorzugt von 1.000 bis 50.000, besonders bevorzugt 2.000 bis 30.000 und insbesondere 2.500 bis 20.000 Dalton aufweisen.
Besonders gut geeignet sind Polysiloxanmakromonomere, welche dreidimensional vernetzt vorliegen.
Ganz besonders gut geeignet sind Polysiloxanmakromonomere der vorstehend beschriebenen Art, bei denen es sich um Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkyl-Aryl-, Alkyl- Cycloalkyl-, Cycloalkyl-Aryl- oder Arylsiloxanharze handelt. Vorteilhafterweise enthalten die Alkylreste 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 5 und insbesondere 1 bis 3 Kohlenstoffatome, die Cycloalkylreste 3 bis 10, besonders bevorzugt 4 bis 8 und insbesondere 5 bis 7 Kohlenstoffatome und die Arylreste 6 bis 12 und insbesondere 6 bis 10 Kohlenstoffatome.
Von diesen Resten sind die Alkylreste von besonderem Vorteil und werden deshalb besonders bevorzugt verwendet. Hinsichtlich der Herstellung der Polysiloxanmakromonomeren und ihrer technischen Wirkungen in den Bindemitteln (A) und den erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoffen erweisen sich Methylreste als ganz besonders vorteilhaft. Sie werden deshalb ganz besonders bevorzugt verwendet.
Die olefinisch ungesättigten Doppelbindungen der erfindungsgemäß zu verwendenden Polysiloxanmakromonomeren befinden sich in Acryl-, Methacryl-, Ethacryl-, Vinyl-, Allyl- und/oder Crotonylgruppen. Von diesen bieten die Acryl-, Methacryl- und die Vinylgruppen, insbesondere aber die Acrylgruppen, besondere Vorteile und werden deshalb ganz besonders bevorzugt verwendet.
Die Herstellung der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Polysiloxanmakromonomeren erfolgt nach den üblichen und bekannten Methoden der Polysiloxanchemie. Die erfindungsgemäß zu verwendenden
Polysiloxanmakromonomeren sind außerdem am Markt erhältlich und werden beispielsweise von der Firma Tego Chemie Service GmbH unter dem Handelsnamen Tego® LA-S 517 vertrieben.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Bindemittel (A) können die Polysiloxanmakromonomeren in breit variierenden Mengen einpolymerisiert enthalten. Aufgrund ihrer hohen Funktionalität von im Mittel mehr als 3,0 Doppelbindungen pro Molekül reicht in den allermeisten Fällen ein Anteil bis zu 15 Gew.-%, vorzugsweise bis zum 10 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 5 Gew.-% und insbesondere bis zu 2 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Bindemittel (A), aus, um die erfindungsgemäßen technischen Effekte und Vorteile zu erzielen. Hierbei erweist es sich erfindungsgemäß als ganz besonderer Vorteil, daß bereits Mengen von mindestens 0,01 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,05 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,08 Gew.-% und insbesondere mindestens 0,1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Bindemittel (A), die erfindungsgemäßen technischen Effekte und Vorteile hervorrufen.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Bindemittel (A) enthalten mindestens zwei, insbesondere mindestens drei fünktionelle Gruppen (al), welche mit komplementären funktionellen Gruppen (bl) im Vernetzungsmittel (B) thermische Vernetzungsreaktionen eingehen können. Beispiele geeigneter erfindungsgemäß zu verwendender komplementärer reaktiver funktioneller Gruppen (al) und (bl), welche Vernetzungsreaktionen eingehen, sind in der folgenden Übersicht zusammengestellt. In der Übersicht steht die Variable R für einen acyclischen oder cyclischen aliphatischen, einen aromatischen und/oder einen aromatisch-aliphatischen (araliphatischen) Rest; die Variablen R1 und R2 stehen für gleiche oder verschiedene aliphatische Reste oder sind miteinander zu einem aliphatischen oder heteroaliphatischen Ring verknüpft.
Übersicht: Beispiele komplementärer funktioneller Gruppen (al) und (b2) in
Bindemittel (A) und Vernetzungsmittel (B) oder Vernetzungsmittel ( ) und Bindemittel (A
-SH -C(0)-OH
-NH2 -C(0)-0-C(0)-
-OH -NCO
-0-(CO)-NH-(CO)-NH2 -NH-C(0)-OR
-0-(CO)-NH2 -CH2-OH
-CH2-0-CH3
-NH-C(0)-CH(-C(0)OR)2 -NH-C(0)-CH(-C(0)OR)(-C(0)-R)
-NH-C(0)-NR1R2
= Si(OR)2
O / \ -CH-CH2
-C(0)-OH O
-CH-CH2
-0-C(0)-CR=CH2 -OH
-0-CR=CH2 -NH2
-C(0)-CH2-C(0)-R
-CH=CH2
Die Auswahl der jeweiligen komplementären Gruppen (al) und (b2) richtet sich zum einen danach, daß sie bei der Lagerung keine unerwünschten Reaktionen eingehen und/oder gegebenenfalls die Härtung mit aktinischer Strahlung nicht stören oder inhibieren dürfen, und zum anderen danach, in welchem Temperaturbereich die thermische Härtung erfolgen soll. Hierbei ist es, insbesondere im Hinblick auf thermisch sensible Substrate wie Kunststoffe, erfindungsgemäß von Vorteil, einen Temperaturbereich zu wählen, welcher 100 °C, insbesondere 80 °C nicht überschreitet. Ltn Hinblick auf diese Rahmenbedingungen haben sich Hydroxylgruppen und Isocyanatgruppen oder Carboxylgruppen und Epoxygruppen als komplementäre fünktionelle Gruppen als vorteilhaft erwiesen, weswegen sie in den erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffen, welche als Zwei- oder Mehrkomponentensysteme vorliegen, erfindungsgemäß bevorzugt angewandt werden. Besondere Vorteile resultieren, wenn die Hydroxylgruppen als fünktionelle Gruppen (al) und die Isocyanatgruppen als fünktionelle Gruppen (b2) verwendet werden.
Können höhere Vernetzungstemperaturen, beispielsweise von 100 °C bis 180 °C, angewandt werden, kommen als erfindungsgemäße Beschichtungsstoffe auch Einkomponentensysteme in Betracht, worin die funktionellen Gruppen (al) vorzugsweise Thio-, Amino-, Hydroxyl-, Carbamat-, Allophanat-, Carboxy-, und/oder (Meth)acrylatgruppen, insbesondere aber Hydroxylgruppen und die funktionellen Gruppen (bl) vorzugsweise Anhydrid-, Carboxy-, Epoxy-, blockierte Isocyanat-, Urethan-, Methylol-, Methylolether-, Siloxan-, Amino-, Hydroxy- und/oder beta-Hydroxyalkylamidgruppen sind.
Somit handelt es sich bei den erf dungsgemäß bevorzugten Bindemitteln (A) um hydroxylgruppenhaltige oligomere oder polymere Harze.
Beispiele geeigneter erfindungsgemäß besonders bevorzugter Bindemittel (A) sind hydroxylgruppenhaltige lineare und/oder verzweigte und/oder blockartig, kammartig und/oder statistisch aufgebaute Poly(meth)acrylate oder Acrylatcopolymerisate, Polyester, Alkyde, Aminoplastharze, Polyurethane, acrylierte Polyurethane, acrylierte Polyester, Polylactone, Polycarbonate, Polyether, Epoxidharz-Amin-Addukte, (Meth)Acrylatdiole, partiell verseifte Polyvinylester oder Polyhamstoffe, von denen die Acrylatcopolymerisate, die Polyester, die Polyurethane, die Polyether und die Epoxidharz-Amin-Addukte, insbesondere aber die Acrylatcopolymerisate, besonders vorteilhaft sind und deshalb besonders bevorzugt verwendet werden.
Im Falle von Bindemitteln für wäßrige Lacke enthalten die Bindemittel ionische oder nichtionische Gruppen, welche eine Wasserlöslichkeit oder Wasserdispergierbarkeit gewährleisten.
Besonders bevorzugte Acrylatcopolymerisate (A) sind herstellbar, indem (ml) 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%, eines hydroxylgruppenhaltigen Esters der Acrylsäure oder Methacrylsäure oder eines Gemisches aus solchen Monomeren, (m2) 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%, eines von (ml) verschiedenen aliphatischen oder cycloaliphatischen Esters der Acrylsäure oder Methacrylsäure mit vorzugsweise mindestens 4 C- Atomen im Alkoholrest oder eines Gemisches aus solchen Monomeren, 0,01 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0, 05 bis 10 Gew.-%, des erfindungsgemäß zu verwendenden Polysiloxanmakromonomeren, (m3) 0 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Gew.-%, einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure oder einer Mischung aus ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und (m4) 0 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 20 Gew.-%, eines von (ml), (m2) und (m3) verschiedenen ethylenisch ungesättigten Monomers oder eines Gemisches aus solchen Monomeren zu einem Polyacrylatharz mit einer Säurezahl von 0 bis 15, vorzugsweise 0 bis 8, einer Hydroxylzahl von 80 bis 140, vorzugsweise 80 bis 120, und einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 1.500 bis 10.000, vorzugsweise 2.000 bis 5.000 polymerisiert werden, wobei die Summe der Gewichtsanteile der Komponenten (ml), (m2), (m3) und (m4) stets 100 Gew.-% ergibt.
Die Herstellung der bevorzugt eingesetzten Acrylatcopolymerisate (A) kann nach allgemein gut bekannten Polymerisations verfahren in Masse, Lösung oder Emulsion erfolgen. Polymerisationsverfahren zur Herstellung von Polyacrylatharzen sind allgemein bekannt und vielfach beschrieben (vgl. z.B.: Houben Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4. Auflage, Band 14/1 , Seite 24 bis 255 (1961)).
Weitere Beispiele geeigneter (Co)Polymerisationsverfahren für die Herstellung der Acrylatcopolymerisate (A) werden in den Patentschriften DE-A-197 09 465, DE-C- 197 09 476, DE-A-28 48 906, DE-A-195 24 182, EP-A-0 554 783, WO 95/27742, DE-A-38 41 540 oder WO 82/02387 beschrieben.
Vorteilhaft sind Taylorreaktoren, insbesondere für die Copolymerisation in Masse, Lösung oder Emulsion.
Taylorreaktoren, die der Umwandlung von Stoffen unter den Bedingungen der Taylorströmung dienen, sind bekannt. Sie bestehen in wesentlichen aus zwei koaxialen konzentrisch angeordneten Zylindern, von denen der äußere feststehend ist und der innere rotiert. Als Reaktionsraum dient das Volumen, das durch den Spalt der Zylinder gebildet wird. Mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit ω; des Innenzylinders treten einer Reihe unterschiedlicher Strömungsformen auf, die durch eine dimensionslose Kennzahl, die sogenannte Taylor-Zahl Ta, charakterisiert sind. Die Taylor-Zahl ist zusätzlich zur Winkelgeschwindigkeit des Rührers auch noch abhängig von der kinematischen Viskosität v des Fluids im Spalt und von den geometrischen Parametern, dem äußeren Radius des Innenzylinders r;, dem inneren Radius des Außenzylinders ra und der Spaltbreite d, der Differenz beider Radien, gemäß der folgenden Formel:
Ta = COJ r; d v_1(d/ ri) ι/2
0) mit d = ra - η. Bei niedriger Winkelgeschwindigkeit bildet sich die laminare Couette-Strömung, eine einfache Scherströmung, aus. Wird die Rotationsgeschwindigkeit des Innenzylinders weiter erhöht, treten oberhalb eines kritischen Werts abwechselnd entgegengesetzt rotierende (kontrarotierende) Wirbel mit Achsen längs der Umfangsrichtung auf. Diese sogenannten Taylor-Wirbel sind rotationssymmetrisch und haben einen Durchmesser, der annähernd so groß ist wie die Spaltbreite. Zwei benachbarte Wirbel bilden ein Wirbelpaar oder eine Wirbelzelle.
Dieses Verhalten beruht darauf, daß bei der Rotation des Innenzylinders mit ruhendem Außenzylinder die Fluidpartikel nahe des Innenzylinders einer stärkeren Zentrifugalkraft ausgesetzt sind als diejenigen, die weiter vom inneren Zylinder entfernt sind. Dieser Unterschied der wirkenden Zentrifugalkräfte drängt die Fluidpartikel vom Innen- zum Außenzylinder. Der Zentrifugalkraft wirkt die Viskositätskraft entgegen, da bei der Bewegung der Fluidpartikel die Reibung überwunden werden muß. Nimmt die Rotationsgeschwindigkeit zu, dann nimmt auch die Zentrifugalkraft zu. Die Taylor-Wirbel entstehen, wenn die Zentrifugalkraft größer als die stabilisierende Viskositätskraft wird.
Bei der Taylor-Strömung mit einem geringen axialen Strom wandert jedes Wirbelpaar durch den Spalt, wobei nur ein geringer Stoffaustausch zwischen benachbarten Wirbelpaaren auftritt. Die Vermischung innerhalb solcher Wirbelpaare ist sehr hoch, wogegen die axiale Vermischung über die Paargrenzen hinaus nur sehr gering ist. Ein Wirbelpaar kann daher als gut durchmischter Rührkessel betrachtet werden. Das Strömungsystem verhält sich somit wie ein ideales Strömungsrohr, indem die Wirbelpaare mit konstanter Verweilzeit wie ideale Rührkessel durch den Spalt wandern.
Von besonderem Vorteil sind hierbei Taylorreaktoren mit einer äußeren Reaktorwand und einem hierin befindlichen konzentrisch oder exzentrisch angeordneten Rotor, einem Reaktorboden und einem Reaktordeckel, welche zusammen das ringspaltförmige Reaktorvolumen definieren, mindestens einer Vorrichtung zur Zudosierung von Edukten sowie einer Vorrichtung für den Produktablauf, wobei die Reaktorwand und/oder der Rotor geometrisch derart gestaltet ist oder sind, daß auf im wesentlichen der gesamten Reaktorlänge im Reaktorvolumen die Bedingungen für die Taylorströmung erfüllt sind, d.h., daß sich der Ringspalt in Durchflußrichtung verbreitert.
Die eingesetzten Acrylatcopolymerisate (A) werden vorzugsweise mit Hilfe des Lösungspolymerisationsverfahrens hergestellt. Hierbei wird üblicherweise ein organisches Lösemittel bzw. Lösemittelgemisch vorgelegt und zum Sieden erhitzt. Ln dieses organische Lösemittel bzw. Lösemittelgemisch werden dann das zu polymerisierende Monomerengemisch sowie ein oder mehrere Polymerisationsinitiatoren kontinuierlich zugegeben. Die Polymerisation erfolgt bei Temperaturen zwischen 100 und 160 °C, vorzugsweise zwischen 130 und 150 °C. Als Polymerisationsinitiatoren werden vorzugsweise freie Radikale bildende Initiatoren eingesetzt. Initiatorkraft und -menge werden üblicherweise so gewählt, daß bei der Polymerisationstemperatur während der Zulaufphase ein möglichst konstantes Radikalangebot vorliegt.
Als Beispiele für einsetzbare Initiatoren werden genannt: Dialkylperoxide, wie Di- tert.-Butylperoxid oder Dicumyl-peroxid; Hydroperoxide, wie Cumolhydroperoxid oder tert- Butylhydroperoxid; Perester, wie tert-Butylperbenzoat, tert- Butylperpivalat, tert-Butylper-3,5,5-trimethyl- hexanoat oder tert.-Butylper-2- ethylhexanoat; Azodinitrile wie Azobisisobutyronitril oder C-C-spaltende Initiatoren wie Benzpinakolsilylether.
Die Polymerisationsbedingungen (Reaktionstemperatur, Zulaufzeit der Monomerenmischung, Menge und Art der organischen Lösemittel und Polymerisationsinitiatoren, eventuelle Mitverwendung von
Molekulargewichtsreglern, wie z B Mercaptanen, Thiolglykolsaureestern und Chlorwasserstoffen) werden so ausgewählt, daß die eingesetzten Polyacrylatharze ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 1 500 bis 10 000, vorzugsweise 2 000 bis 5 000 (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Polystyrol als Eichsubstanz) aufweisen
Die Saurezahl der erfindungsgemaß eingesetzten Acrylatcopolymerisate (A) kann vom Fachmann durch Einsatz entsprechender Mengen der Monomeren (m3) eingestellt werden Analoges gilt für die Einstellung der Hydroxylzahl Sie ist über die Menge an eingesetztem Monomer (ml) steuerbar
Als Monomere (ml) kann im Prinzip jeder hydroxylgruppenhaltige Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure oder ein Gemisch aus solchen Monomeren eingesetzt werden Als Beispiele werden genannt Hydroxyalkylester der Acrylsäure, wie z B Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropyl- acrylat, Hydroxybutylacrylat, insbesondere 4- Hydroxy- butylacrylat, Hydroxyalkylester der Methacrylsäure, wie z B Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylmethacrylat, insbesondere 4-Hydroxybutyl- methacrylat, Umsetzungsprodukte aus cychschen Estern, wie z B epsilon-Caprolacton und Hydroxyalkylestem der Acrylsäure bzw Methacrylsäure
Die Zusammensetzung der Monomeren (ml) wird vorzugsweise so ausgewählt, daß bei alleiniger Polymerisation der Monomeren (ml) em Polyacrylatharz mit einer Glasuber- gangstemperatur von -50 bis +70, vorzugsweise -30 bis +50°C erhalten wird Die Glasubergangstemperatur kann vom Fachmann unter Zuhilfenahme der Formel n = x
1 TG= Σ Wn/T , n=l
TQ = Glasübergangstemperatur des Polymeren x = Anzahl der verschiedenen einpolymerisierten Monomere,
Wn = Gewichtsanteil des n-ten Monomers
TQJ-J = Glasübergangstemperatur des Homopolymers aus dem n-ten Monomer
näherungsweise berechnet werden.
Als Monomer (m2) kann im Prinzip jeder von (ml) verschiedene aliphatische oder cycloaliphatische Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure mit mindestens 4 C- Atomen im Alkoholrest oder ein Gemisch aus solchen Monomeren eingesetzt werden. Als Beispiele werden genannt: aliphatische Ester der Acryl- und Methacrylsäure mit 4 bis 20 C-Atomen im Alkoholrest, wie z.B. n-Butyl-, iso-Butyl-, tert-Butyl, 2-Ethylhexyl-, Stearyl- und Laurylacrylat und -methacrylat sowie cycloaliphatische Ester der Acryl- und Methacrylsäure wie z. B. Cyclohexylacrylat und Cyclohexylmethacrylat. Die Zusammensetzung der Monomeren (m2) wird vorzugsweise so ausgewählt, daß bei alleiniger Polymerisation der Monomeren (m2) ein Polyacrylatharz mit einer Glasübergangstemperatur von 10 bis 100, vorzugsweise 20 bis 60°C erhalten wird.
Als Monomer (m3) kann im Prinzip jede ethylenisch ungesättigte Carbonsäure oder eine Mischung aus ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren eingesetzt werden. Als
Monomer (m3) werden vorzugsweise Acrylsäure und/oder Methacrylsäure eingesetzt. Als Monomer (m4) kann im Prinzip jedes von (ml), (m2) und (m3) verschiedene ethylenisch ungesättigte Monomer oder ein Gemisch aus solchen Monomeren eingesetzt werden. Als Beispiele für Monomere, die als Komponente (m4) eingesetzt werden können, werden genannt: vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, wie Styrol, alpha-Alkylstyrol und Vinyltoluol, Amide der Acrylsäure und Methacrylsäure, wie z.B. Methacrylamid und Acrylamid, Nitrile der Methacrylsäure und Acrylsäure; Vinylether und Vinylester oder Polysiloxanmakromonomere, wie sie in den Patentschriften DE- A-38 07 571. DE-A 37 06 095, EP-B-0 358 153, US-A 4,754,014, DE-A 44 21 823 oder WO 92/22615 beschrieben werden. Als Monomere (m4) werden vorzugsweise vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Styrol eingesetzt. Die Zusammensetzung der Monomere (m4) wird vorzugsweise so ausgewählt, daß bei alleiniger Polymerisation der Monomeren (m4) ein Harz mit einer Glasübergangstemperatur von 70 bis 120, vorzugsweise 80 bis 100°C erhalten wird.
Vorteilhafterweise sind die Bindemittel (A) in dem erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoff in einer Menge von 5 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 7 bis 70 Gew.-% und insbesondere 10 bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt des erfindungsgemäßen B es chichtungs Stoffs, enthalten.
Der erfmdungsgemäße Beschichtungsstoffe enthält des weiteren mindestens ein Vernetzungsmittel (B), welches mindestens zwei, insbesondere drei, der vorstehend im Detail beschriebenen komplementären funktionellen Gruppen (bl) enthält.
Handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff um ein Zwei- oder Mehrkomponentensystem, werden Polyisocyanate und/oder Polyepoxide, insbesondere aber Polyisocyanate als Vernetzungsmittel (B) verwendet. Beispiele geeigneter Polyisocyanate (B) sind organische Polyisocyanate, insbesondere sogenannte Lackpolyisocyanate, mit aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch und/oder aromatisch gebundenen, freien Isocyanatgruppen. Bevorzugt werden Polyisocyanate mit 2 bis 5 Isocyanatgruppen pro Molekül und mit Viskositäten von 100 bis 10.000, vorzugsweise 100 bis 5000 und insbesondere 100 bis 2000 mPas (bei 23 °C) eingesetzt. Gegebenenfalls können den Polyisocyanaten noch geringe Mengen organisches Lösemittel, bevorzugt 1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf reines Polyisocyanat, zugegeben werden, um so die Einarbeitbarkeit des Isocyanates zu verbessern und gegebenenfalls die Viskosität des Polyisocyanats auf einen Wert innerhalb der obengenannten Bereiche abzusenken. Als Zusatzmittel geeignete Lösemittel für die Polyisocyanate sind beispielsweise Ethoxyethylpropionat, Amylmethylketon oder Butylacetat. Außerdem können die Polyisocyanate (B) in üblicher und bekannter Weise hydrophil oder hydrophob modifiziert sein.
Beispiele für geeignete Polyisocyanate (B) sind beispielsweise in "Methoden der organischen Chemie", Houben-Weyl, Band 14/2, 4. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1963, Seite 61 bis 70, und von W. Siefken, Liebigs Annalen der Chemie, Band 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben. Beispielsweise geeignet sind auch die isocyanatgruppenhaltigen Polyurethanpräpolymere, die durch Reaktion von Polyolen mit einem Überschuß an Polyisocyanaten hergestellt werden können und die bevorzugt niederviskos sind.
Weitere Beispiele geeigneter Polyisocyanate (B) sind Isocyanurat-, Biuret-, Allophanat-, Iminooxadiazindon-, Urethan-, Harnstoff- und/oder Uretdiongruppen aufweisende Polyisocyanate. Urethangruppen aufweisende Polyisocyanate werden beispielsweise durch Umsetzung eines Teils der Isocyanatgruppen mit Polyolen, wie z.B. Trimethylolpropan und Glycerin, erhalten. Vorzugsweise werden aliphatische oder cycloaliphatische Polyisocyanate, insbesondere Hexamethylendiisocyanat, dimerisiertes und trimerisiertes Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 2- Isocyanatopropylcyclohexylisocyanat, Dicyclohexylmethan-2,4'-diisocyanat,
Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat oder 1 ,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (BIC), Diisocyanate, abgeleitet von Dimerfettsäuren, wie sie unter der Handelsbezeichnung DDI 1410 von der Firma Henkel vertrieben werden, 1 ,8- Diisocyanato-4-isocyanatomethyl-oktan, l ,7-Diisocyanato-4-isocyanatomethyl- heptan oder l -Lsocyanato-2-(3-isocyanatopropyl)cyclohexan oder Mischungen aus diesen Polyisocyanaten eingesetzt.
Beispiele für geeignete Polyepoxide (B) sind alle bekannten aliphatischen und/oder cycloaliphatischen und/oder aromatischen Polyepoxide, beispielsweise auf Basis Bisphenol-A oder Bisphenol-F. Als Polyepoxide geeignet sind beispielsweise auch die im Handel unter den Bezeichnungen Epikote® der Firma Shell, Denacol® der Firma Nagase Chemicals Ltd., Japan, erhältlichen Polyepoxide, wie z.B. Denacol EX-41 1 (Pentaerythritpolyglycidylether), Denacol EX-321
(Trimethylolpropanpolyglycidylether), Denacol EX-512 (Polyglycerol- polyglycidylether) und Denacol EX-521 (Polyglycerolpolyglycidylether).
Im Falle der Einkomponentensysteme werden Vernetzungsmittel (B) verwendet, welche bei höheren Temperaturen mit den funktionellen Gruppen der Bindemittel reagieren, um ein dreidimensionales Netzwerk aufzubauen. Selbstverständlich können solche Vernetzungsmittel (B) in untergeordneten Mengen in den Mehrkomponentensystemen mit verwendet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „untergeordnete Menge" einen Anteil, welcher die hauptsächliche Vernetzungsreaktion nicht stört oder gar ganz verhindert.
Beispiele geeigneter Vernetzungsmittel (B) dieser Art sind blockierte Polyisocyanate. Beispiele geeigneter Polyisocyanate sind die vorstehend beschriebenen. Beispiele für geeignete Blockierungsmittel sind die aus der US -Patentschrift US-A- 4,444,954 bekannten Blockierungsmittel wie
i) Phenole wie Phenol, Cresol, Xylenol, Nitrophenol, Chlorophenol,
Ethylphenol, t-Butylphenol, Hydroxybenzoesäure, Ester dieser Säure oder 2,5- di-tert.-Butyl-4-hydroxytoluol;
ii) Lactame, wie ε-Caprolactam, δ-Valerolactam, γ-Butyrolactam oder ß- Propiolactam;
iii) aktive methylenische Verbindungen, wie Diethylmalonat, Dimethylmalonat, Acetessigsäureethyl- oder -methylester oder Acetylaceton;
iv) Alkohole wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, t-Butanol, n-Amylalkohol, t-Amylalkohol, Laurylalkohol, Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether,
Ethylenmonopropylether, Ethylenglykolmonobutylether,
Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Propylenglykolmonomethylether, Methoxymethanol, Glykolsäure,
Glykolsäureester, Milchsäure, Milchsäureester, Methylolharnstoff, Methylolmelamin, Diacetonalkohol, Ethylenchlorohydrin,
Ethylenbromhydrin, l,3-Dichloro-2-propanol, 1,4-Cyclohexyldimethanol oder Aceto cyanhydrin ;
v) Mercaptane wie Butylmercaptan, Hexylmercaptan, t-Butylmercaptan, t- Dodecylmercaptan, 2-Mercaptobenzothiazol, Thiophenol, Methylthiophenol oder Ethylthiophenol; vi) Saureamide wie Acetoanihd, Acetoamsidmamid, Acrylamid, Methacrylamid, Essigsaureamid, Steaπnsaureamid oder Benzamid,
vπ) Imide wie Succmimid, Phthahmid oder Maleimid,
vm) Amine wie Diphenylamin, Phenylnaphthylamin, Xylidm, N-Phenylxylidm, Carbazol, Anilin, Naphthylamm, Butylamm, Dibutylamm oder Butylphenylamm,
ix) Imidazole wie Imidazol oder 2-Ethyhmιdazol,
x) Harnstoffe wie Harnstoff, Thioharnstof Ethylenharnstoff, Ethylen- thioharnstoff oder 1 ,3 -Diphenylhamstoff,
xi) Carbamate wie N-Phenylcarbamidsaurephenylester oder 2-Oxazohdon,
xπ) Imme wie Ethylemmin,
xm) Oxime wie Acetonoxim, Formaldoxim, Acetaldoxim, Acetoxim, Methylethylketoxim, Dnsobutylketoxim, Diacetylmonoxim,
Benzophenonoxim oder Chlorohexanonoxime,
xiv) Salze der schwefeligen Saure wie Natπumbisulfit oder Kahumbisulfit,
xv) Hydroxamsaureester wie Benzylmethacrylohydroxamat (BMH) oder Allylmethacrylohydroxamat, oder
xvi) substituierte Pyrazole, Ketoxime, Imidazole oder Tπazole, sowie Gemische dieser Blockierungsmittel, insbesondere Dimethylpyrazol und Triazole, Malonester und Acetessigsäureester oder Dimethylpyrazol und Succinimid.
Als Vemetzungsmittel (B) können auch Tris(alkoxycarbonylamino)triazine (TACT) der allgemeinen Formel
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eingesetzt werden.
Beispiele geeigneter Tris(alkoxycarbonylamino)triazine (B) werden in den Patentschriften US-A-4,939,213, US-A-5,084,541 oder EP-A-0 624 577 beschrieben. Insbesondere werden die Tris(methoxy-, Tris(butoxy- und/oder Tris(2- ethylhexoxycarbonylamino)triazine verwendet.
Von Vorteil sind die Methyl -Butyl-Mis ehester, die Butyl-2-Ethylhexyl-Mischester und die Butylester. Diese haben gegenüber dem reinen Methylester den Vorzug der besseren Löslichkeit in Polymerschmelzen und neigen auch weniger zum Auskristallisieren. Insbesondere sind Aminoplastharze, beispielsweise Melaminharze, als
Vemetzungsmittel (B) verwendbar. Hierbei kann jedes für transparente Decklacke oder Klarlacke geeignete Aminoplastharz oder eine Mischung aus solchen Aminoplastharzen verwendet werden. Insbesondere kommen die üblichen und bekannten Aminoplastharze in Betracht, deren Methylol- und/oder
Methoxymethylgruppen z. T. mittels Carbamat- oder Allophanatgruppen defünk- tionalisiert sind. Vemetzungsmittel dieser Art werden in den Patentschriften US-A-4 710 542 und EP-B-0 245 700 sowie in dem Artikel von B. Singh und Mitarbeiter "Carbamylmethylated Melamines, Novel Crosslinkers for the Coatings Industry" in Advanced Organic Coatings Science and Technology Series, 1991, Band 13, Seiten 193 bis 207, beschrieben.
Weitere Beispiele geeigneter Vemetzungsmittel (B) sind beta-Hydroxyalkylamide wie N,N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamid oder N,N,N',N'-Tetrakis(2- hydroxypropyl)-adipamid.
Weitere Beispiele geeigneter Vernetzungsmittel (B) sind Siloxane, insbesondere Siloxane mit mindestens einer Trialkoxy- oder Dialkoxysilangruppe.
Weitere Beispiele geeigneter Vemetzungsmittel (B) sind Polyanhydride, insbsondere Polysuccinsäureanhydrid.
Die Menge der Vernetzungsmittel (B) in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff kann breit variieren und richtet sich insbesondere zum einen nach der Funktionalität der Vemetzungsmittel (B) und zum anderen nach der Anzahl der im Bindemittel (A) vorhandenen vernetzenden funktionellen Gruppen (al) sowie nach der Vernetzungs dichte, die man erzielen will. Der Fachmann kann daher die Menge der Vemetzungsmittel (B) aufgrund seines allgemeinen Fachwissens, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einfacher orientierender Versuche ermitteln. Vorteilhafterweise ist das Vemetzungsmittel (B) in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff in einer Menge von 5 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-% und insbesondere 15 bis 45 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs, enthalten. Hierbei empfiehlt es sich des weiteren, die Mengen an Vemetzungsmittel (B) und Bindemittel (A) so zu wählen, daß in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff das Verhältnis von funktionellen Gruppen (bl) im Vemetzungsmittel (B) und funktionellen Gruppen (al) im Bindemittel (A) zwischen 2 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise 1,5 : 1 bis 1 : 1,5, besonders bevorzugt 1 ,2 : 1 bis 1 : 1,2 und insbesondere 1,1 : 1 bis 1 : 1,1 liegt
Wenn der erfmdungsgemäße Beschichtungsstoff nicht nur thermisch sondern auch mit aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung und/oder Elektronenstrahlung, härtbar sein soll (Dual Cure), enthält er mindestens einen Bestandteil (C), welcher mit aktinischer Strahlung härtbar ist.
Als Bestandteile (C) kommen grundsätzlich alle mit aktinischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung und/oder Elektronenstrahlung, härtbaren oligomeren und polymeren Verbindungen in Betracht, wie sie üblicherweise auf dem Gebiet der UV- härtbaren oder mit Elektronenstrahlung härtbaren Beschichtungsstoffe verwendet werden.
Vorteilhafterweise werden strahlenhärtbare Bindemittel als Bestandteile (C) verwendet. Beispiele geeigneter strahlenhärtbarer Bindemittel (C) sind (meth)acrylfünktionelle (Meth)Acrylcopolymere, Polyetheracrylate, Polyesteracrylate, ungesättigte Polyester, Epoxyacrylate, Urethanacrylate, Aminoacrylate, Melaminacrylate, Silikonacrylate und die entsprechenden Methacrylate. Bevorzugt werden Bindemittel (C) eingesetzt, die frei von aromatischen Struktureinheiten sind. Bevorzugt werden daher Urethan(meth)acrylate und/oder Polyester(meth)acrylate, besonders bevorzugt aliphatische Urethanacrylate, eingesetzt.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff kann desweiteren mindestens einen Photoinitiator (D) enthalten. Wenn der Beschichtungsstoff bzw. die Klarlackschicht zusätzlich mit UV-Strahlung vernetzt werden soll, ist die Verwendung eines Photoinitiators (B) im allgemeinen notwendig. Sofern er mitverwendet wird, ist er in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff bevorzugt in Anteilen von 0,1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 8 Gew.-% und insbesondere 2 bis 6 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs, enthalten.
Beispiele geeigneter Photoinitiatoren (D) sind solche vom Norrish LI-Typ, deren Wirkungsmechanismus auf einer intramolekularen Variante der Wasserstoff- Abstraktionsreaktionen beruht, wie sie in vielfaltiger Weise bei photochemischen Reaktionen auftreten (beispielhaft sei hier auf Römpp Chemie Lexikon, 9. erweiterte und neubearbeitete Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, Bd. 4, 1991 , verwiesen) oder kationische Photoinitiatoren (beispielhaft sei hier auf Römpp Lexikon »Lacke und Druckfarben« Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1998, Seiten 444 bis 446, verwiesen), insbeondere Benzophenone, Benzoine oder Benzoinether oder Phosphinoxide. Es können auch beispielsweise die im Handel unter den Namen Irgacure® 184, Lrgacure® 1800 und Irgacure® 500 der Firma Ciba Geigy, Grenocure ® MBF der Firma Rahn und Lucirin® TPO der Firma BASF AG erhältlichen Produkte eingesetzt werden.
Neben den Photoinitiatoren (D) können übliche Sensibilisatoren (D) wie Anthracen in wirksamen Mengen verwendet werden. Des weiteren kann der Beschichtungsstoff mindestens einen Initiator der thermischen Vernetzung (E) enthalten Diese bilden ab 80 bis 120 °C Radikale, welche die Vernetzungsreaktion starten Beispiele für thermolabile radikalische Initiatoren sind organische Peroxide, organische Azoverbtndungen oder C-C-spaltende Initiatoren wie Dialkylperoxide, Peroxocarbonsauren, Peroxodicarbonate, Peroxidester, Hydroperoxide, Ketonperoxide, Azodinitrile oder Benzpinakolsilylether C-C- spaltende Initiatoren sind besonders bevorzugt, da bei ihrer thermischen Spaltung keine gasformigen Zersetzungprodukte gebildet werden, die zu Störungen in der Lackschicht führen konnten Sofern sie mit verwendet werden, liegen ihre Mengen im allgemeinen zwischen 0,1 bis 10 Gew -%, vorzugsweise 0,5 bis 8 Gew -% und insbesondere 1 bis 5 Gew -%, jeweils bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt des erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoffs
Darüber hinaus kann der Beschichtungsstoff mindestens einen mit aktinischer Strahlung und/oder thermisch hartbaren Reaktiwerdunner (F) enthalten
Beispiele geeigneter thermisch vernetzbarer Reaktiverdunner (F) sind verzweigte, cychsche und/oder acychsche C9-Ci6-Alkane, die mit mindestens zwei Hydroxylgruppen funktionahsiert sind, vorzugsweise Dialkyloctandiole, insbesondere die stellungsisomeren Diethyloctandiole
Weitere Beispiele geeigneter thermisch vernetzbarer Reaktiverdunner (F) sind oligomere Polyole, welche aus ohgomeren Zwischenprodukten, die durch Metathesereaktionen von acychschen Monoolefinen und cychschen Monoolefinen gewonnen werden, durch Hydroformyherung und anschließender Hydrierung erhaltlich sind, Beispiele geeigneter cychscher Monoolefine sind Cyclobuten, Cy- clopenten, Cyclohexen, Cycloocten, Cyclohepten, Norbonen oder 7-Oxanorbonen, Beispiele geeigneter acychscher Monoolefine sind in Kohlenwasserstoffgemischen enthalten, die m der Erdölverarbeitung durch Cracken erhalten werden (Cs-Schnitt), Beispiele geeigneter, erfindungsgemäß zu verwendender oligomerer Polyole weisen eine Hydroxylzahl (OHZ) von 200 bis 450, ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 400 bis 1000 und ein massenmittleres Molekulargewicht Mw von 600 bis 1100 auf
Weitere Beispiele geeigneter thermisch vemetzbarer Reaktiverdunner (F) sind hyperverzweigte Verbindungen mit einer tetrafünktionellen Zentralgruppe, abgeleitet von Ditrimethylolpropan, Diglycerin, Ditrimethylolethan, Pentaerythrit, Tetrakis(2- hydroxyethyl)methan, Tetrakis(3-hydroxypropyI)methan oder 2,2-Bis- hydroxymethyl-butandiol-(l,4) (Homopentaerythrit). Die Herstellung dieser Reaktiwerdünner kann nach den üblichen und bekannten Methoden der Herstellung hyperverzweigter und dendrimerer Verbindungen erfolgen. Geeignete Synthesemethoden werden beispielsweise in den Patentschriften WO 93/17060 oder WO 96/12754 oder in dem Buch von G. R. Newkome, C. N. Moorefield und F. Vögtle, "Dendritic Molecules, Concepts, Syntheses, Perspectives", VCH, Weinheim, New York, 1996, beschrieben.
Weitere Beispiele geeigneter Reaktiwerdünner (F) sind Polycarbonatdiole, Polyesterpolyole, Poly(meth)acrylatdiole oder hydroxylgruppenhaltige Polyadditionsprodukte.
Beispiele geeigneter reaktiver Lösemittel, welche als Reaktiverdunner (F) verwendet werden können, sind Butylglykol, 2-Methoxypropanol, n-Butanol, Methoxybutanol, n-Propanol, Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether,
Diethylenglykolmonoethyl-ether, Diethylenglykoldiethylether, Diethylenglykolmo- nobutylether, Trimethylolpropan, 2-Hydroxypropionsäureethylester oder 3-Methyl-3-methoxybutanol sowie Derivate auf Basis von Propylenglykol, z.B. Isopropoxypropanol, genannt. Als Reaktivverdünner (F), welche mit aktinischer Strahlung vernetzt werden können, werden beispielsweise die vorstehenden Detail beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Polysiloxanmakromonomeren, (Meth)Acrylsäure und deren sonstigen Ester, Maleinsäure und deren Ester bzw. Halbester, Vinylacetat, Vinylether, Vinylharnstoffe u.a. eingesetzt. Als Beispiele seien Alkylenglykoldi(meth)acrylat, Polyethylenglykoldi(meth)acrylat, 1 ,3 -Butandioldi(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Glycerin-tri(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Trimethylolpropandi(meth)acrylat, Tripropylenglykoldiacrylat, Styrol, Vinyltoluol, Divinylbenzol, Pentaerythrittri(meth)acrylat, Pentaerythrittetra(meth)acrylat, Dipro- pylenglykoldi(meth)acrylat, Hexandioldi(meth)acrylat, Ethoxyethoxyethylacrylat, N-Vinylpyrrolidon, Phenoxyethylacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Hydroxyethyl- (meth)acrylat, Butoxyethylacrylat, Isobomyl(meth)acrylat, Dimethylacrylamid und Dicyclopentylacrylat, die in derEP-A-0250 631 beschriebenen, langkettigen linearen Diacrylate mit einem Molekulargewicht von 400 bis 4000, bevorzugt von 600 bis 2500. Beispielsweise können die beiden Acrylatgruppen durch eine Polyoxibutylenstruktur getrennt sein. Einsetzbar sind außerdem 1,12-Dodecyl- diacrylat und das Umsetzungsprodukt von 2 Molen Acrylsäure mit einem Mol eines Dimerfettalkohols, der im allgemeinen 36 C-Atome aufweist. Geeignet sind auch Gemische der genannten Monomeren.
Bevorzugt werden als Reaktiwerdünner (F) Mono- und/oder Diacrylate, wie z.B. Isobomylacrylat, Hexandioldiacrylat, Tripropylenglykoldiacrylat, Laromer® 8887 der Firma BASF AG und Actilane® 423 der Firma Akcros Chemicals Ltd., GB, eingesetzt. Besonders bevorzugt werden Isobomylacrylat, Hexandioldiacrylat und Tripropylenglykoldiacrylat eingesetzt. Sofern sie mit verwendet werden, werden die Reaktiwerdünner (F) in einer Menge von vorzugsweise 2 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 65 Gew.-% und insbesondere 15 bis 50 Gew. -%, jeweils bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs, angewandt.
Darüber hinaus kann der Beschichtungsstoff mindestens ein übliches und bekanntes Lackadditiv (G) in wirksamen Mengen, d.h. in Mengen vorzugsweise bis zu 40 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 30 Gew.-% und insbesondere bis zu 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt des Beschichtungsstoffs, enthalten. Wesentlich ist, daß die Lackadditive (G) die Transparenz und Klarheit des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs nicht negativ beeinflussen.
Beispiele geeigneter Lackadditive (G) sind
- UV- Absorber;
Lichtschutzmittel wie HALS-Verbindungen, Benztriazole oder Oxalanilide;
Radikalfänger;
Katalysatoren für die Vernetzung wie Dibutylzinndilaurat oder Lithiumdecanoat;
Slipadditive;
Polymerisationsinhibitoren;
Entschäumer; Emulgatoren, insbesondere nicht ionische Emulgatoren wie alkoxylierte Alkanole und Polyole, Phenole und Alkylphenole oder anionische Emulgatoren wie Alkalisalze oder Ammoniumsalze von Alkancarbonsäuren, Alkansulfonsäuren, und Sulfosäuren von alkoxylierten Alkanolen und Polyolen, Phenolen und Alkylphenolen;
Netzmittel wie Siloxane, fluorhaltige Verbindungen, Carbonsäurehalbester, Phosphorsäureester, Polyacrylsäuren und deren Copolymere oder Polyurethane;
Haftvermittler wie Tricyclodecandimethanol;
Verlaufmittel;
filmbildende Hilfsmittel wie Cellulose-Derivate;
transparente Füllstoffe; hierzu wird auf das Römpp Lexikon »Lacke und Druckfarben« Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, Seiten 250 bis 252, verwiesen;
Sag control agents wie Harnstoffe, modifizierte Harnstoffe und/oder Kieselsäuren, wie sie beispielsweise in den Literaturstellen EP-A-192 304, DE-A-23 59 923, DE-A-18 05 693, WO 94/22968, DE-C-27 51 761, WO 97/12945 oder "färbe + lack", 11/1992, Seiten 829 ff, beschrieben werden;
Rheologiesteuernder Additive wie die aus den Patentschriften WO 94/22968, EP-A-0 276 501, EP-A-0 249 201 oder WO 97/12945 bekannten; vernetzte polymere Mikroteilchen, wie sie beispielsweise in der EP-A-0 008 127 offenbart sind; anorganische Schichtsilikate wie Aluminium-Magnesium-Silikate, Natrium-Magnesium- und
Natrium-Magnesium-Fluor-Lithium-Schichtsilikate des Montmorillonit-Typs; Kieselsäuren wie Aerosile; oder synthetische Polymere mit ionischen und/oder assoziativ wirkenden Gruppen wie Polyvinylalkohol, Poly(meth)acrylamid, Poly(meth)acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon,
Styrol-Maleinsäureanhydrid- oderEthylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere und ihre Derivate oder hydrophob modifizierte ethoxylierte Urethane oder Polyacrylate;
- Flammschutzmittel und/oder
Mattierungsmittel.
Weitere Beispiele geeigneter Lackadditive (G) werden in dem Lehrbuch »Lackadditive« von Johan Bieleman, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, beschrieben.
Im Falle von nichtwäßrigen erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoffen können diese 20 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-%, (bezogen auf den applikationsfertigen Beschichtungsstoff) organische Lösungsmittel (H) enthalten, wie z.B. aliphatische, aromatische und/oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkylester der Essigsäure oder Propionsäure, Alkanole, Ketone, Glykolether und/oder Glykoletherester.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff kann in unterschiedlichen Formen vorliegen.
So kann er bei entsprechender Wahl seiner vorstehend beschriebenen Bestandteile (A) und (B) sowie gegebenenfalls (C), (D), (E), (F), (G) und/oder (H) als flüssiger Beschichtungsstoff vorliegen, welcher im wesentlichen frei von organischen Lösemitteln und/oder Wasser ist (100%-System).
Indes kann es sich bei dem Beschichtungsstoff um eine Lösung oder Dispersion der vorstehend beschriebenen Bestandteile in organischen Lösemitteln (H) und/oder Wasser handeln. Es ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs, daß hierbei Feststoffgehalte bis zu mehr als 80 Gew.-%, bezogen auf den Beschichtungsstoff, eingestellt werden können.
Des weiteren kann der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff bei entsprechender Wahl seiner vorstehend beschriebenen Bestandteile ein Pulverklarlack sein. Zu diesem Zweck kann der Bestandteil (B) mikroverkapselt sein, wenn es sich um ein Polyisocyanat handelt. Dieser Pulverklarlack kann dann gegebenenfalls in Wasser disp ergiert werden, wodurch ein Pulverslurry-Klarlack resultiert.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff kann ein Zwei- oder Mehrkomponentensystem sein, bei dem zumindest der Bestandteil (B) getrennt von den übrigen Bestandteilen gelagert und erst kurz vor der Verwendung zu diesen hinzugegeben wird. In diesem Falle kann der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff auch wäßrig sein, wobei der Bestandteil (B) vorzugsweise in einer ein Lösemittel (H) enthaltenden Komponente vorliegt.
Des weiteren kann der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff Bestandteil eines sogenannten Mischsystems oder Modulsystems sein, wie sie beispielsweise in den Patentschriftten DE-A-41 10 520, EP-A-0 608 773, EP-A-0 614 951 oderEP-A-0471 972 beschrieben werden.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffs aus seinen Bestandteilen (A) und (B) sowie gegebenenfalls (C), (D), (E), (F), (G) und/oder (H) weist keine Besonderheiten auf, sondern erfolgt in üblicher und bekannter Weise durch Vermischen der Bestandteile in geeigneten Mischaggregaten wie Rührkessel, Dissolver oder Extruder nach den für die Herstellung der jeweiligen Beschichtungsstoffe geeigneten Verfahren, wie sie beispielsweise in den eingangs aufgeführten Patentschriften beschrieben werden.
Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff dient der Herstellung der erfindungsgemäßen Klarlackierungen KL und Mehrschichtlackierungen ML auf grundierten oder ungrundierten Substraten.
Als Substrate kommen alle zu lackierenden Oberflächen, die durch eine Härtung der hierauf befindlichen Lackierungen unter Anwendung von Hitze und gegebenenfalls aktinischer Strahlung nicht geschädigt werden, in Betracht, das sind z. B. Metalle, Kunststoffe, Holz, Keramik, Stein, Textil, Faserverbunde, Leder, Glas, Glasfasern, Glas- und Steinwolle, mineral- und harzgebundene Baustoffe, wie Gips- und Zementplatten oder Dachziegel. Demnach ist die erfmdungsgemäße Klarlackierung KL auch für Anwendungen außerhalb der Automobillackierung geeignet, insbesondere für die Lackierung von Möbeln und die industrielle Lackierung, inklusive Coil Coating und Container Coating. Im Rahmen der industriellen Lackierungen eignet sie sich für die Lackierung praktisch aller Teile für den privaten oder industriellen Gebrauch wie Radiatoren, Haushaltsgeräte, Kleinteile aus Metall, Radkappen oder Felgen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Klarlackierung KL als Überzug von Basislacken geeignet, vorzugsweise in der Automobilindustrie. Besonders geeignet ist sie als Klarlackiemng über Wasserbasislacken auf Basis von Polyestern, Polyurethanharzen und Aminoplastharzen, insbesondere im Rahmen der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML.
Mit der erfmdungsgemäßen Klarlackiemng KL oder der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML können insbesondere auch grundierte oder nicht grundierte Kunststoffe wie z. B. ABS, AMMA, ASA, CA, CAB, EP, UF, CF, MF, MPF, PF, PAN, PA, PE, HDPE, LDPE, LLDPE, UHMWPE, PET, PMMA, PP, PS, SB, PUR, PVC, RF, SAN, PBT, PPE, POM, PUR-RIM, SMC, BMC, PP-EPDM und UP (Kurzbezeichnungen nach DLN 7728T1) lackiert werden. Die zu lackierenden Kunststoffe können selbstverständlich auch Polymerblends, modifizierte Kunststoffe oder faserverstärkte Kunststoffe sein. Es können auch die üblicherweise im Fahrzeugbau, insbesondere Kraftfahrzeugbau, eingesetzten Kunststoffe zum Einsatz kommen.
Im Falle von nichtfünktionalisierten und/oder unpolaren Substratoberflächen können diese vor der Beschichtung in bekannter Weise einer Vorbehandlung, wie mit einem Plasma oder mit Beflammen, unterzogen werden.
Die erfindungsgemäße Klarlackiemng KL ist herstellbar, indem man in einem ersten Verfahrensschritt mindestens eine Klarlackschicht I aus einem mit aktinischer Strahlung und/oder thermisch härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche des Substrats appliziert.
Somit kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich eine Klarlackschicht I aus dem Beschichtungsstoff I aufgetragen werden. Es können jedoch zwei oder mehr solcher Klarlackschichten I appliziert werden. Hierbei können jeweils unterschiedliche Beschichtungsstoffe I für den Aufbau der Klarlackschichten I angewandt werden. In den allermeisten Fällen wird indes das angestrebte Eigenschaftsprofil der erfmdungsgemäßen Klarlackiemng KL mit einer Klarlackschicht I erzielt.
Die Klarlackschicht I wird in einer Naßschichtdicke aufgetragen, daß nach der Aushärtung in der fertigen erfindungsgemäßen Klarlackiemng KL eine Trockenschichtdicke von 10 bis 100, vorzugsweise 15 bis 75, besonders bevorzugt 20 bis 55 und insbesondere 20 bis 35μm resultiert.
Die Applikation des Beschichtungsstoffs I zum Zwecke der Herstellung der Klarlackschicht I kann durch alle üblichen Applikationsmethoden, wie z.B. Spritzen, Rakeln, Streichen, Gießen, Tauchen oder Walzen erfolgen. Vorzugsweise werden Spritzapplikationsmethoden angewandt, wie zum Beispiel Druckluftspritzen, Airless- Spritzen, Hochrotation, elektrostatischer Sprühauftrag (ESTA), gegebenenfalls verbunden mit Heißspritzapplikation wie zum Beispiel Hot-Air - Heißspritzen. Die Applikationen kann bei Temperaturen von max. 70 bis 80 "Celsius durchgeführt werden, so daß geeignete Applikationsviskositäten erreicht werden, ohne daß bei der kurzzeitig einwirkenden thermischen Belastung eine Veränderung oder Schädigungen des Beschichtungsstoffs I und seines gegebenenfalls wiederaufzubereitenden Overspray eintreten. So kann das Heißspritzen so ausgestaltet sein, daß der Beschichtungsstoff I nur sehr kurz in der oder kurz vor der Spritzdüse erhitzt wird.
Die für die Applikation verwendete Spritzkabine kann beispielsweise mit einem gegebenenfalls temperierbaren Umlauf betrieben werden, der mit einem geeigneten Absorptionsmedium für den Overspray, z. B. dem Beschichtungsstoff I selbst, betrieben wird.
Sofern der Beschichtungsstoff I auch mit aktinischer Strahlung härtbar ist, wird die
Applikation bei Beleuchtung mit sichtbarem Licht einer Wellenlänge von über 550 nm oder unter Lichtausschluß durchgeführt. Hierdurch werden eine stoffliche Andemng oder Schädigung des Beschichtungsstoffs I und des Overspray vermieden.
Selbstverständlich können die vorstehend beschriebenen Applikationsmethoden auch bei der Herstellung der Klarlackschicht LI oder der Basislackschicht HI sowie gegebenenfalls weiterer Lackschichten im Rahmen der erfindungsgemäßen KL- und ML- Verfahren angewandt werden.
Erfindungsgemäß wird die Klarlackschicht I nach ihrer Applikation partiell oder vollständig ausgehärtet.
Methodisch gesehen unterscheidet sich die partielle Aushärtung nicht von einer üblicherweise erfolgenden vollständigen Aushärtung einer Lackschicht. Es wird hierbei lediglich so lange vernetzt, daß die Klarlackschicht I einerseits eine für die Zwecke der erfindungsgemäßen KL - oder ML-Verfahren ausreichende Dimensionsstabilität und andererseits genügend der vorstehend beschriebenen vernetzungsfähigen funktionellen Gruppen (al) und (b2) (komplementäre fünktionelle Gruppen) für die Nachvernetzung und für die Zwischenschichthaftung aufweist. Das Ausmaß der partiellen Aushärtung kann daher breit variieren und richtet sich nach den Erfordernissen des jeweiligen Einzelfalls. Es kann indes vom Fachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens und/oder anhand einfacher Vorversuche ennittelt werden. Vorzugsweise werden 0,5 bis 99,5, besonders bevorzugt 1 bis 99, ganz besonders bevorzugt 2 bis 90 und insbesondere 3 bis 80 Mol-% der in dem Beschichtungsstoff I vorhandenen vernetzungsfähigen funktionellen Gmppen umgesetzt. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Klarlackschicht I nach ihrer partiellen Aushärtung noch klebrig ist.
Die Klarlackschicht(en) I kann oder können indes auch vollständig ausgehärtet werden. Anschließend kann die äußere Oberfläche der Klarlackschicht(en) I vor der Applikation der Klarlackschicht II zur Verbessemng der Zwischenschichthaftung aufgerauht oder angeschliffen werden. Hierbei kommen die üblichen und bekannten Aufrauhmethoden wie Schleifen mit Sandpapier oder Stahlwolle oder Feilen oder Bürsten in Betracht. Indes ist es ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen KL- und ML-Verfahren, daß ein Anschleifen der Klarlackschicht I im allgemeinen nicht notwendig ist.
Erfindungsgemäß kann die Klarlackschicht I thermisch oder mit aktinischer Strahlung und thermisch partiell oder vollständig ausgehärtet werden.
Die Aushärtung kann nach einer gewissen Ruhezeit erfolgen. Sie kann eine Dauer von 30 s bis 2 h, vorzugsweise 1 min bis 1 h und insbesondere 1 min bis 30 min haben. Die Ruhezeit dient beispielsweise zum Verlauf und zur Entgasung der Klarlackschicht I oder zum Verdunsten von flüchtigen Bestandteilen wie Lösemittel, Wasser oder Kohlendioxid, wenn der Beschichtungsstoff I mit überkritischem Kohlendioxid als Lösemittel appliziert worden ist. Die Ruhezeit kann durch die Anwendung erhöhter Temperaturen bis 80 °Celsius unterstützt und/oder verkürzt werden, sofern hierbei keine Schädigungen oder Veränderungen der Klarlackschicht I eintreten, etwa eine vorzeitige vollständige Vernetzung.
Die obligatorische thermische Härtung weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt nach den üblichen und bekannten Methoden wie Erhitzen in einem Umluftofen oder Bestrahlen mit IR-Lampen. Hierbei kann die thermische Härtung stufenweise erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt die thermische Härtung bei einer Temperatur von 50 bis 100 °C, besonders bevorzugt 80 bis 100 °C und insbesondere 90 bis 100 ° C während einer Zeit von 1 min bis zu 2 h, besonders bevorzugt 2 min bis zu 1 h und insbesondere 3 min bis 30 min. Werden Substrate verwendet, welche thermisch stark belastbar sind, kann die thermische Vernetzung auch bei Temperaturen oberhalb 100 °C durchgeführt werden. Im allgemeinen empfiehlt es sich, hierbei Temperaturen von 180 °C, vorzugsweise 160 °C und insbesondere 140 °C nicht zu überschreiten. Sofern angewandt, erfolgt die Aushärtung mit aktinischer Strahlung mit UV- Strahlung oder Elektronenstrahlen Gegebenenfalls kann sie mit aktinischer Strahlung von anderen Strahlenquellen durchgeführt oder ergänzt werden Im Falle von Elektronenstrahlen wird vorzugsweise unter In ertgasatmosphare gearbeitet Dies kann beispielsweise durch Zuführen von Kohlendioxid und/oder Stickstoff direkt an die Oberflache der Klarlackschicht I gewahrleistet werden
Auch im Falle der Härtung mit UV-Strahlung kann, um die Bildung von Ozon zu vermeiden, unter Inertgas gearbeitet werden
Für die Härtung mit aktinischer Strahlung werden die üblichen und bekannten Strahlenquellen und optischen Hilfsmaßnahmen angewandt Beispiele geeigneter Strahlenquellen sind Quecksilberhoch- oder -mederdruckdampflampen, welche gegebenenfalls mit Blei dotiert sind, um ein Strahlenfenster bis zu 405 nm zu offnen, oder Elektronenstrahlquellen Deren Anordnung ist im Prinzip bekannt und kann den Gegebenheiten des Werkstucks und der Verfahrensparameter angepaßt werden Bei kompliziert geformten Werkstucken wie Automobilkarosseπen können die nicht direkter Strahlung zugänglichen Bereiche (Schattenbereiche) wie Hohlräume, Falzen und anderen konstruktionsbedingte Hinterschneidungen mit Punkt-, Kleinflachen- oder Rundumstrahlern verbunden mit einer automatischen Bewegungsemnchtung für das Bestrahlen von Hohlräumen oder Kanten (partiell) ausgehartet werden
Die Anlagen und Bedingungen dieser Hartungsmethoden werden beispielsweise in R Holmes, U V and E B Cuπng Formulations for Pπnting Inks, Coatings and Pamts, SITA Technology, Academic Press, London, United Kindom 1984, beschrieben
Hierbei kann die (partielle) Aushärtung stufenweise erfolgen, d h durch mehrfache Belichtung oder Bestrahlung mit aktinischer Strahlung Dies kann auch alternierend erfolgen, d. h., daß abwechselnd mit UV-Strahlung und Elektronenstrahlung gehärtet wird.
Werden die thermische Härtung und Härtung mit aktinischer Strahlung zusammen angewandt, können diese Methoden gleichzeitig oder alternierend eingesetzt werden. Werden die beiden Härtungsmethoden alternierend verwendet, kann beispielsweise mit der thermischen Härtung begonnen und mit der Härtung mit aktinischer Strahlung geendet werden. In anderen Fällen kann es sich als vorteilhaft erweisen, mit der Härtung mit aktinischer Strahlung zu beginnen und hiermit zu enden. Der Fachmann kann die Härtungsmethode, welche für den jeweiligen Einzelfall am vorteilhaftesten ist, aufgrund seines allgemeinen Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einfacher Vorversuche ermitteln.
Selbstverständlich können die vorstehend beschriebenen Härtungsmethoden auch bei der Herstellung der Klarlackschicht H oder der Basislackschicht HI sowie gegebenenfalls weiterer Lackschichten im Rahmen der erfindungsgemäßen KL- oder ML- Verfahren angewandt werden.
Ln erfindungsgemäßer Verfahrensweise wird eine weitere Klarlackschicht H aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff II auf die Oberfläche der Klarlackschicht(en) I appliziert, wonach man - wenn die Klarlackschicht I partiell ausgehärtet wurde - die Klarlackschichten I und LI gemeinsam oder - wenn die Klarlackschicht I vollständig ausgehärtet wurde - die Klarlackschicht LI alleine thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet, wobei auch hier die vorstehend beschriebenen Methoden und Vorrichtungen zur Anwendung kommen.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Beschichtungsstoff I zur Herstellung der Klarlackschicht I um den erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff. In diesem Falle kann der Beschichtungsstoff H zur Herstellung der Klarlackschicht H ein üblicher und bekannter Beschichtungsstoff sein, wie er in den eingangs aufgeführten Patentschriften beschrieben wird. Indes kann es sich auch bei dem Beschichtungsstoff II um einen erfmdungsgemäßen Beschichtungsstoff handeln.
Bei dieser Variante der erfindungsgemäßen Klarlackiemng KL und des erfindungsgemäßen KL-Verfahrens, bei welcher der Beschichtungsstoff I der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff und der Beschichtungsstoff TL ein üblicher und bekannter Beschichtungsstoff ist, ergeben sich besondere Vorteile hinsichtlich der Zwischenschichthaftung und der Haftung zum Substrat.
Wird bei dieser Variante der erfindungsgemäßen Klarlackiemng KL und des erfindungsgemäßen KL-Verfahrens als Beschichtungsstoff LI ebenfalls der erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff LI verwendet, ergeben sich zusätzlich ganz besondere Vorteile hinsichtlich der Wittemngsbeständigkeit und Kratzfestigkeit.
Die Klarlackschicht H wird in einer Naßschichtdicke aufgetragen, daß nach der Aushärtung in der fertigen erfindungsgemäßen Klarlackiemng KL eine Trockenschichtdicke von 10 bis 100, vorzugsweise 15 bis 75, besonders bevorzugt 20 bis 55 und insbesondere 20 bis 35μm resultiert.
In den allermeisten Fällen ist es indes für eine hervorragende Zwischenschichthaftung, Wittemngsbeständigkeit und Kratzfestigkeit völlig ausreichend, wenn lediglich die Klarlackschicht H aus einem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff H hergestellt wird und für die Herstellung der Klarlackschicht I ein herkömmlicher Beschichtungsstoff verwendet wird (zweite Variante der erfindungsgemäßen Klarlackiemng KL und des erfindungsgemäßen KL-Verfahrens). Deswegen wird dieser Variante allein schon aus wirtschaftlichen Gründen auch häufig der Vorzug gegeben. Das Verhältnis der Schichtdicken von Klarlackschicht I zu Klarlackschicht II kann breit variieren, indes ist es insbesondere bei der zweiten Variante auch aus wirtschaftlichen Gründen von Vorteil, wenn die Klarlackschicht I die dickere der beiden Schichten ist
Die vorstehend beschriebenen erfmdungsgemäßen Klarlackierungen KL, welche vorzugsweise mit Hilfe des erfmdungsgemäßen KL-Verfahrens hergestellt werden, können auch Bestandteil der erfmdungsgemäßen Mehrschichtlackierungen ML sein Vorteilhafterweise werden diese mit Hilfe des erfmdungsgemäßen ML- Verfahrens hergestellt
Zu diesem Zweck wird oder werden die Klarlackschιcht(en) I im ersten Verfahrensschπtt nicht auf die grundierten oder ungrundierten Substrate, sondern auf mindestens eine hierauf befindliche färb- und/oder effektgebende Basislackschicht Hl aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung hartbaren pigmentierten Beschichtungsstoff HI appliziert
Erfindungsgemaß ist es von Vorteil, die Klarlackschιcht(en) I nach dem Naß-in-naß- Verfahren auf die getrocknete oder abgeluftete, indes nicht ausgehartete Basislackschicht HL aufzutragen und entweder für sich alleine partiell, gemeinsam mit der Basislackschicht HI partiell oder gemeinsam mit der Basislackschicht Hl thermisch und gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung vollständig auszuhärten Erfolgt eine vollständige Aushärtung, kann die äußere Oberflache der Klarlackschιcht(en) I vor der Applikation der Klarlackschicht LI wie vorstehend beschrieben angeschliffen werden
Hiernach wird erfindungsgemaß eine weitere Klarlackschicht H aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung hartbaren Beschichtungsstoff II auf die Oberflache der Klarlackschιcht(en) I appliziert, wonach man - wenn die darunter hegenden Lackschichten noch nicht vollständig ausgehartet wurden - die Klarlackschichten I und H sowie die Basislackschicht HI gemeinsam oder - wenn diese Lackschichten bereits vollständig ausgehartet wurden - die Klarlackschicht U alleme thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet
Hierbei können die vorstehend beschriebenen Applikations- und Hartungsmethoden und -Vorrichtungen zur Anwendung kommen
Wie vorstehend bei der erfmdungsgemäßen Klarlackierung KL und dem erfmdungsgemäßen KL-Verfahren beschrieben, kann auch bei der erfmdungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML und dem erfmdungsgemäßen ML- Verfahren der Beschichtungsstoff H und/oder der Beschichtungsstoff I, insbesondere aber der BeschichtungsstoffLI, ein erfindungsgemaßer Beschichtungsstoff sein
Als Beschichtungsstoff HI für die Herstellung der Basislackschicht EL kommen die üblichen und bekannten Basislacke, insbesondere Wasserbasislacke, m Betracht, wie sie m den eingangs aufgeführten Patentschriften beschrieben werden Vorteilhafterwelse werden die Beschichtungsstoffe HI in einer Naßschichtdicke appliziert, daß die Basislackschichten HI nach ihrer vollständigen Aushärtung vorteilhafterweise eine Trockenschichtdicke von 5 bis 25 μm, besonders bevorzugt 10 bis 20 μm und insbesondere 12 bis 18 μm aufweisen
Es kann indes auch der aus der europaischen Patentschnft EP-A-0 844 286 bekannte pigmentierte Pulverlack, welcher thermisch und mit aktinischer Strahlung hartbar ist, verwendet werden Er enthalt ein ungesättigtes Bindemittel und ein zweites hiermit copolymensierbares Harz sowie einen Photoinitiator und einen thermischen Initiator und ist somit thermisch und mit aktinischer Strahlung hartbar Die Pulverbasislackschicht kann an der Oberfläche mit UV-Licht und in den substratnahen Bereichen thermisch gehärtet werden.
Die erfindungsgemäße Klarlackiemng KL weist hervorragende optische, mechanische und chemische Eigenschaften auf. So ist sie frei von jeglichen Oberflächenstörungen wie Schrumpf (wrinkling). Sie ist von hervorragender Transparenz und Kratzfestigkeit. Delamination wegen mangelhafter Zwischenschichthaftung ist nicht zu beobachten. Die Etchbeständigkeit ist hervorragend. Somit eignet sich der erfindungsgemäß zu verwendende Beschichtungsstoff in hervorragender Weise dazu, sämtliche herkömmlichen Klarlackierungen zu veredeln, ohne daß beim Kunden größere Umstellungen der Lackieranlagen notwendig werden. Dies stellt einen weiteren besonderen Vorteil der erfmdungsgemäßen Mehrschichtlackierungen ML dar. Letztere weisen insbesondere eine hervorragende Brillianz der Farben und/oder eine hervorragende Ausprägung der optischen Effekte wie Metallic-, Perlglanz- oder Flop-Effekte auf.
Beispiele und Vergleichsversuche
Herstellbeispiele 1 bis 6
1. Die Herstellung eines erfindungsgemäß verwendbaren Polyacrylats (A)
In einem Laborreaktor mit einem Nutzvolumen von 4 1, ausgestattet mit einem Rührer, zwei Tropftrichtem für die Monomermischung resp. Initiatorlösung, Stickstoffeinleitungsrohr, Thermometer und Rückflußkühler, wurden 640,6 g einer Fraktion aromatischer Kohlenwasserstoffe mit einem Siedebereich von 158 - 172°C eingewogen. Das Lösemittel wurde auf 140 °C aufgeheizt. Nach Erreichen von 140 °C wurden eine Monomermischung aus 597 g Ethylhexylacrylat, 173,2 g Hydroxyethylmethacrylat, 128,4 g Styrol, 385,2 g 4-Hydroxybutylacrylat und 3,2 g eines hexaacrylatfünktionellen Polysiloxanmakromonomeren (Methylsiloxanharz Tego® LA-S 517 der Firma Tego Chemie Service GmbH; Wirkstoffgehalt: 60 Gew.- %) innerhalb von 4 Stunden und eine Initiatorlösung von 25,6 g t- Butylperethylhexanoat in 50 g des beschriebenen aromatischen Lösemittels innerhalb von 4,5 Stunden gleichmäßig in den Reaktor dosiert. Mit der Dosiemng der Monomermischung und der Initiatoranlösung wurde gleichzeitig begonnen. Nach Beendigung der Initiatordosierung wurde die Reaktionsmischung zwei weitere Stunden bei 140 °C gehalten und danach abgekühlt. Die resultierende Polymerlösung hatte einen Feststoffgehalt von 65%, bestimmt in einem Umluftofen 1 h bei 130 °C.
2. Die Herstellung eines herkömmlichen Polyacrylats (A)
Herstellbeispiel 1 wurde wiederholt, nur daß kein erfindungsgemäß zu verwendendes Polysiloxanmakromonomer eingesetzt wurde.
3. Die Herstellung eines Polyacrylats als Reibharz
In einem Laborreaktor mit einem Nutzvolumen von 4 1, ausgestattet mit einem Rührer, zwei Tropftrichtem für die Monomermischung resp. Initiatorlösung, Stickstoffeinleitungsrohr, Thermometer und Rückflußkühler, wurden 720 g einer Fraktion aromatischer Kohlenwasserstoffe mit einem Siedebereich von 158 - 172 °C eingewogen. Das Lösemittel wurde auf 140 °C aufgeheizt. Nach Erreichen von 140 °C wurden eine Monomermischung aus 450 g 2-Ethyl-hexylmethacrylat, 180 g n- Butylmethacrylat, 210 g Styrol, 180 g Hydroxiethylacrylat, 450 g 4- Hydroxibutylacrylat und 30 g Acrylsäure innerhalb von 4 Stunden und eine Lnitiatorlösung von 150 g t-Butylperethylhexanoat in 90 g des beschriebenen aromatischen Lösemittels innerhalb von 4,5 Stunden gleichmäßig in den Reaktor dosiert. Mit der Dosiemng der Monomermischung und der Initiatoranlösung wurde gleichzeitig begonnen. Nach Beendigung der Initiatordosierung wurde die Reaktionsmischung zwei weitere Stunden auf 140 °C gehalten und danach abgekühlt Die resultierende Polymerlösung hatte einen Feststoffgehalt von 65%, bestimmt in einem Umluftofen 1 h bei 130 °C, eine Säurezahl von 15 und eine Viskosität von 3 dPas (gemessen an einer 60%igen Anlösung der Polymerlösung in dem beschriebenen aromatischen Lösemittel unter Verwendung eines ICI Platte-Kegel Viskosimeters bei 23 °C).
4. Die Herstellung einer Thixotropierpaste
In einer Laborrührwerksmühle der Firma Vollrath werden 800 g Mahlgut, bestehend aus 323.2 g des Polyacrylats gemäß Herstellbeispiel 3, 187.2 g Butanol, 200.8 g Xylol und 88.8 g Aerosil® 812 (Degussa AG, Hanau), zusammen mit 1100 g Quarzsand (Korngröße 0.7 - 1 mm) eingewogen und unter Wasserkühlung 30 Minuten angerieben.
5. Die Herstellung eines Vernetzungsmittels (B)
In einem 41 - Edelstahlreaktor wurden 40 Gewichtsteile Basonat® HI 190 B/S (Isocyanurat auf der Basis von Hexamethylendiisocyanat der Firma BASF Aktiengesellschaft) und 16,4 Gewichtsteile Solventnaphtha eingewogen und auf 50°C erhitzt. Innerhalb von vier Stunden wurden 26,27 Gewichtsteile Diethylmalonat, 6,5 Gewichtsteile Acetessigsäureethylester und 0,3 Gewichtsteile Katalysatorlösung (Natriumethylhexanoat) gleichmäßig zudosiert. Im Anschluß daran wurde die Temperatur auf 70°C erhöht. Bei Erreichen eines Isocyanat-Äquivalentgewichts von 5.900 bis 6.800 wurden 1,03 Gewichtsteile 1 ,4-Cyclohexyldimethanol während 30 Minuten bei 70°C unter Rühren zugegeben. Nach Erreichen eines Isocyanat- Äquivalentgewichts von > 13.000 wurden 5 Gewichtsteile n-Butanol zugegeben. Die Temperatur wurde dabei auf 50°C gesenkt, und das resultierende blockierte Polyisocyanat mit n-Butanol auf einen theoretischen Festkorpergehalt von 68 Gew - % angelost
6. Die Herstellung eines weiteren herkömmlichen Polyacrylat (A)
In einem Laborreaktor mit einem Nutzvolumen von 4 1, ausgestattet mit einem Ruhrer, zwei Tropftrichtem für die Monomermischung resp Initiatorlosung, Stickstoffeinleitungsrohr, Thermometer und Ruckflußkuhler, wurden 720 g einer Fraktion aromatischer Kohlenwasserstoffe mit einem Siedebereich von 158 - 172 °C eingewogen Das Losemittel wurde auf 140 °C aufgeheizt Nach Erreichen von 140 °C wurden eine Monomermischung aus, 427,5 g n-Butylacrylat, 180 g n- Butylmethacrylat, 450 g Styrol, 255 g Hydroxyethylacrylat, 165 g 4- Hydroxybutylacrylat und 22,5 g Acrylsäure innerhalb von 4 Stunden und eine Lnitiatorlosung von 120 g t-Butylperethylhexanoat in 90 g des beschriebenen aromatischen Losemittels innerhalb von 4,5 Stunden gleichmäßig in den Reaktor dosiert Mit der Dosiemng der Monomermischung und der Initiatoranlösung wurde gleichzeitig begonnen Nach Beendigung der Initiatordosierung wurde die Reaktionsmischung zwei weitere Stunden auf 140 °C gehalten und danach abgekühlt Die resultierende Polymerlosung hatte einen Feststoffgehalt von 60%, bestimmt m einem Umluftofen 1 h bei 130 °C, eine Saurezahl von 13 mg KOH/g, eine OH-Zahl von 1 16 mg KOH/g, eine Glasubergangstemperatur Tg von 3,23 °C und eine Viskosität von 9 dPas (gemessen an der 60%ιgen Polymerlosung in dem beschriebenen aromatischen Losemittel unter Verwendung eines ICI Platte-Kegel Viskosimeters bei 23 °C)
Beispiel 1 und Vergleichsversuch VI Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Einkomponentenklarlacks (Beispiel 1) und eines nicht erfindungsgemäßen Einkomponentenklarlacks
(Vergleichsversuch VI)
Ein erfindungsgemäßer Einkomponentenklarlack (Beispiel 1) und ein herkömmlicher Einkomponentenklarlack (Vergleichsversuch VI) wurden aus den in der Tabelle 1 aufgeführten Bestandteilen durch Vermischen hergestellt.
Tabelle 1: Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Einkomponentenklarlacks (Beispiel 1) und des herkömmlichen Einkomponentenklarlacks (Vergleichsversuch VI)
Bestandteile Beispiel 1 Vergleichsvers. V2 (Gew.-Teile) (Gew.-Teile)
Bindemittel Polyacrylat (A) gemäß Herstellbeispiel 2 34.7 50.0 Polyacrylat (A) gemäß
Herstellbeispiel 1 (erfindungsgemäß) 15,3
Thixotropierpaste gemäß Herstellbeispiel 4 3.0 3.0
Vernetzungsmittel TACT 26.6 26.6
Weitere Bestandteile Substit Hydroxyphenyl- 1.0 1.0 benztriazol (95%-ig in Xylol) (Tinuvin® 292 der Firma
Ammoethermodifizierter 1.2 1.2
-2,2,6,6-Tetramethyl- piperydinylester(Tinuvin® 400 der Firma Ciba)
Handelsübliche Lösung eines 1.4 1.4 polyethermodifizierten Polydimethylsiloxans (5 %ig in Xylol) Byk® 310 (Byk Chemie) Butyldiglykolacetat 5.5 5.5
Butylglykolacetat 5.5 5.5
Solvesso® 150 5.8 5,8
Summe: 100 100
TACT handelsübliches Tris(alkoxycarbonylamino)triazin von der Firma CYTEC
Der erfindungsgemäße Klarlack des Beispiels 1 wies im DIN4-Becher bei 21 °C eine Auslaufzeit von 23 s auf. Erfindungsgemäß wurde er als Klarlack H verwendet.
Der nicht erfindungsgemäße Klarlack des Vergleichsversuchs VI wies im DIN4- Becher bei 21 °C eine Auslaufzeit von 28 s auf.
Beispiel 2 und Vergleichsversuch V2 Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML (Beispiel 2) und einer nicht erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung
(Vergleichsversuch V2)
Für die Herstellung der erfmdungsgemäßen Mehrschichtlackiemng ML des Beispiels 2 und der nicht erfindungsgemäßen Mehrschichtlackiemng des Vergleichsversuchs V2 wurde zunächst ein Klarlack I (Untergmndklarlack) durch Vermischen der in der Tabelle 2 angegebenen Bestandteile hergestellt.
Tabelle 2: Die Zusammensetzung des Klarlacks I
Bestandteile Gew.- Teile
Herkömmliches Polyacrylat 43.4 gemäß Herstellbeispiels 6
Vemetzungsmittel 9.0 gemäß Herstellbeispiel 5
Handelsübliches Butanol- 16.0 verethertes Melamin-Form- aldehyd-Harz (60%-ig in Butanol/Xylol)
Setalux® C91756 13.5
(handelsübliches
Thixotropiemngsmittel der Firma Akzo)
Substituiertes Hydroxy- 0.6 phenyltriazin (65 %ig in Xylol) (Cyagard® 1 164 L)
Aminoethermodifizierter 0.8
-2,2,6,6-Tetramethyl- piperydinylester (Tinuvin® 123 der Firma Ciba) Byk® 390 (Byk Chemie) 0.05
Byk® 310 (Byk Chemie) 0.15
Tego® LAG 502 0.2
Butanol 1 1.4 Solventnaphtha® 2.5
Xylol 0.9
Butyldiglykolacetat 1.5
Summe: 100
Der Klarlack I wies im DLN4-Becher bei 21 °C eine Auslaufzeit von 46 s auf Für die Applikation wurde er mit 8 Gewichtsteilen eines Verdünners (organisches Lösemittelgemisch) auf eine Auslaufzeit von 28 s eingestellt.
Zur Herstellung der Prüftafeln wurden nacheinander ein Elektrotauchlack (Trockenschichtdicke 22 μm) und ein Wasserfüller (FU63-9400 der Firma BASF Coatings AG) appliziert und eingebrannt (Trockenschichtdicke 30 μm). Hierbei wurde der Elektrotauchlack während 20 Minuten bei 170°C und der Füller während 20 Minuten bei 160°C eingebrannt Anschließend wurde ein blauer Wasserbasislack (Wasser-Percolor-Basislack FW 05-513P der Firma BASF Coatings AG mit einer Schichtdicke von 15 - 18 μm aufgetragen und 10 Minuten bei 80°C abgeluftet
Anschließend wurde der Klarlack I (vgl Tabelle 2) naß-in-naß appliziert und wahrend 30 Minuten bei 135 °C eingebrannt, so daß eine Trockenschichtdicke von 35 μm resultierte
Für das Beispiel 2 wurden die so erhaltenen Pmftafeln ohne Zwischenschhff mit dem erfmdungsgemäßen Klarlack H (vgl Tabelle 1) uberschichtet Die resultierende Klarlackschicht LI wurde wahrend 20 Minuten bei 140°C eingebrannt, so daß eine Trockenschichtdicke von 20 μm resultierte
Für den Vergleichsversuch V2 wurden die Pmftafeln ohne Zwischenschhff mit dem nicht erfmdungsgemäßen Klarlack (vgl Tabelle 1) uberschichtet Die resultierende Klarlackschicht LI wurde ebenfalls wahrend 20 Minuten bei 140°C eingebrannt, so daß eine Trockenschichtdicke von 20 μm resultierte
Die Haftung der erfindungsgemaß en Mehrschichtlackiemng ML des Beispiels 2 wurde nach 24 Stunden Lagerung bei Raumtemperatur nach dem Gitterschnittest nach DIN 53151 (2 mm) [Note 0 bis 5] ermittelt Es erfolgte keine Enthaftung Note GT0 Demgegenüber kann es bei der nicht erfmdungsgemäßen Mehrschichtlackiemng des Vergleichsversuchs V2 zur Enthaftung der Klarlackiemng Note GT4
Die Kratzfestigkeit der Mehrschichtlackiemng auf den Pmftafeln wurde nach 24 Stunden Lagemng bei Raumtemperatur mit Hilfe des in Fig 2 auf Seite 28 des Artikels von P Betz und A Bartelt, Progress m Organic Coatmgs, 22 (1993), Seiten 27 - 37, beschriebenen BASF-Burstentests, der allerdings bezüglich des verwendeten Gewichts (2000 g statt der dort genannten 280 g) abgewandelt wurde, folgendermaßen beurteilt
Bei dem Test wurde die Lackoberfläche mit einem Siebgewebe, welches mit einer Masse belastet wurde, geschädigt. Das Siebgewebe und die Lackoberfläche wurden mit einer Waschmittel-Lösung reichlich benetzt. Die Prüftafel wurde mittels eines
Motorantriebs in Hubbewegungen unter dem Siebgewebe vor- und zurückgeschoben.
Der Prüfkörper war ein mit Nylon-Siebgewebe (Nr. 11, 31 μm Maschenweite, Tg 50 °C) bespanntes Radiergummi (4,5 x 2,0 cm, breite Seite senkrecht zur Kratzrichtung). Das Auflagegewicht betrugt 2000 g.
Vor jeder Prüfung wurde das Siebgewebe erneuert; dabei war die Laufrichtung der Gewebemaschen parallel zur Kratzrichtung. Mit einer Pipette wurde ca. 1 ml einer frisch aufgerührten 0,25%igen Persil-Lösung vor dem Radiergummi aufgebracht. Die Umdrehungszahl des Motors wurde so eingestellt, daß in einer Zeit von 80 s 80 Doppelhübe ausgeführt wurden. Nach der Prüfung wurde die verbleibende Waschflüssigkeit mit kaltem Leitungswasser abgespült, und die Prüftafel wurden mit Druckluft trockengeblasen. Gemessen wurde der Glanz nach DLN 67530 vor und nach Beschädigung und nach Regenerierung (Reflow). Die Meßrichtung lag hierbei senkrecht zur Kratzrichtung. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse werden in der Tabelle 3 einander gegenübergestellt. Sie belegen die überlegene Kratzfestigkeit und das vorzügliche Reflow- Verhalten der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackiemng ML.
Tabelle 3: Die Kratzfestigkeit nach dem Bürstentest und das Reflow- Verhalten
Eigenschaften Beispiel 2 Vergleichsversuch V2
Ausgangsglanz: 87.5 88.2 Glanz nach Belastung bei Raumtemperatur: 79.2 73.3 Glanz nach zweistündiger Lagerung bei 40 °C: 83.5 76.4 Glanz nach zweistündiger Lagemng bei 60 °C: 83.8 78.3 Reflow 40 °C: 51.81 20.81 Reflow 60 °C: 55.42 33.56
Die Haftungseigenschaften der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackiemng ML des Beispiels 2 und der nicht erfindungsgemäßen Mehrschichtlackiemng des Vergleichsversuchs V2 wurde mit Hilfe des Gitters chnittests nach Belastung mit Kondenswasser ermittelt. Die Ergebnisse finden sich in der Tabelle 4. Sie untermauern erneut die überlegene Haftfestigkeit der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackiemng ML. Tabelle 4: Kondenswasser-Konstantklimatest (KK-Test)a) und Haftungseigenschaften der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML des Beispiels 2 und der Mehrschichlackierung des Vergleichsversuchs 2
Beispiel 2 Vergleichsvers.2
Haftung nach dem
Gitterschnittest b) GT1 GT5
a) übliches Verfahren zur Bewertung der Beständigkeit von Lackmaterialien gegenüber einer Belastung mit Dauerfeuchte (240 Stunden, 100% rel. Feuchte, 40°C, Details in der von der BASF Coatings AG erhältlichen Prüfvorschrift MKK0001A, Ausgabe A/14.05.1996). Die Auswertung erfolgt eine Stunde nach Abschluß der Schwitzwasserbelastung.
b) Gitterschnitt nach DIN 53151 (2 mm) nach 240 Stunden SKK und 24 Stunden Regeneration; Note 0 bis 5: 0 = bester Wert; 5 = schlechtester Wert
Beispiel 3 und Vergleichsversuch V3
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML (Beispiel 3) und einer nicht erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung
(Vergleichsversuch V3) Für die Ermittlung der Oberflächeneigenschaften wurde ein handelsüblicher schwarzer Wasserbasislack (FV95-9108 von BASF Coatings AG) auf vertikale Stahlbleche appliziert und während zehn Minuten bei 80 °C abgelüftet. Der Wasserbasislack wurde in einer Naßschichtdicke appliziert, daß die Trockenschichtdicke nach dem Einbrennen bei 12 bis 15 μm lag.
Anschließend w irde der Klarlack I (vgl. Tabelle 2) naß-in-naß appliziert und während 30 Minuten bei 135 °C eingebrannt, so daß eine Trockenschichtdicke von 35 μm resultierte.
Für das Beispiel 3 wurden die so erhaltenen Prüftafeln ohne Zwischenschliff in vertikaler Stellung mit dem erfindungsgemäßen Klarlack H des Beispiels 1 (vgl. Tabelle 1) überschichtet. Die resultierende erfindungsgemäße Klarlackschicht LI wurde während 20 Minuten bei 140°C eingebrannt, so daß eine Trockenschichtdicke von 20 μm resultierte.
Für den Vergleichsversuch V3 wurden die Prüftafeln ohne Zwischenschliff in vertikaler Stellung mit dem nicht erfindungsgemäßen Klarlack des Vergleichsversuchs VI (vgl. Tabelle 1) überschichtet. Die resultierende erfindungsgemäße Klarlackschicht H wurde ebenfalls während 20 Minuten bei 140°C eingebrannt, so daß eine Trockenschichtdicke von 20 μm resultierte.
Die Oberflächeneigenschaften der resultierenden erfindungsgemäßen Mehrschichtlackiemng ML des Beispiels 3 und der nicht erfindungsgemäßen Mehrschichtlackiemng des Vergleichsversuchs V3 wurden visuell und mit Hilfe der WaveScan-Methode beurteilt. Die Ergebnisse finden sich in der Tabelle 5. Sie belegen, daß die erfindungsgemäße Mehrschichtlackierung ML eine hervorragende Oberfläche aufweist, welche im wesentlichen frei von groben und feinen Strukturen ist. Tabelle 5: Verlaufseigenschaften (vertikal) der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung ML des Beispiels 3 und der Mehrschichtlackierung des Vergleichsversuchs V3
Beispiel 3 Vergleichsvers.3
Verlauf (visuell) sehr glatte Oberfläche Oberfläche sehr unmhig
Verlauf (meßtechn.)a) Wavescan/longwave 1.3 12.7
Wavescan/shortwave 1.1
a) Meßgerät: Fa. Byk/Gardner - Wave scan plus

Claims

Beschichtungsstoff und seine Verwendung zur Herstellung hochkratzfester mehrschichtiger Klarlackierungen
Patentansprüche
1 Thermisch sowie gegebenenfalls mit aktmischer Strahlung hartbarer
Beschichtungsstoff, enthaltend
A) mindestens ein Bindemittel mit mindestens zwei funktionellen Gmppen (al ), welche mit komplementären funktionellen Gmppen (b 1 ) im Vemetzungsmittel (B) thermische Vernetzungsreaktionen eingehen können, und
B) mindestens ein Vemetzungsmittel mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (bl), welche mit den komplementären funktionellen Gruppen
(al) im Bindemittel (A) thermische Vernetzungsreaktionen eingehen können,
sowie gegebenenfalls enthaltend
C) mindestens einen Bestandteil, welcher mit aktinischer Strahlung vernetztbar ist,
D) mindestens einen Photoinitiator,
E) mindestens einen Initiator der thermischen Vernetzung,
F) mindestens einen mit aktinischer Strahlung und/oder thermisch hartbaren Reaktiwerdünner, G) mindestens ein Lackadditiv und/oder
H) mindestens ein organisches Lösemittel,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Bindemittel (A) mindestens ein olefinisch ungesättigtes Polysiloxanmakromonomer, welches im statistischen Mittel mindestens 3,0 Doppelbindungen pro Molekül aufweist, einpolymerisiert enthält.
Der Beschichtungsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polysiloxanmakromonomer im statistischen Mittel mindestens 4,0, besonders bevorzugt mindestens 5,0 und insbesondere mindestens 5,5 Doppelbindungen pro Molekül aufweist.
Der Beschichtungsstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polysiloxanmakromonomer im statistischen Mittel bis zu 10,5, vorzugsweise 9,0, besonders bevorzugt 8,5 und insbesondere 8,0 Doppelbindungen pro Molekül aufweist.
Der Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polysiloxanmakromonomer im statistischen Mittel 5,5 bis 6,5, insbesondere 6,0, Doppelbindungen pro Molekül enthält.
Der Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polysiloxanmakromonomer ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 500 bis 100.000, bevorzugt von 1.000 bis 50.000, besonders bevorzugt 2.000 bis 30.000 und insbesondere 2.500 bis 20.000 Dalton aufweist. Der Beschichtungsstoff nach emem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polysiloxanmakromonomer dreidimensional vernetzt vorliegt
Der Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Polysiloxanmakromonomer um ein Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkyl-Aryl-, Alkyl-Cycloalkyl-, Cycloalkyl-Aryl- oder Arylsiloxanharz handelt
Der Beschichtungsstoff nach Anspmch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Alkylreste 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 5 und insbesondere 1 bis 3
Kohlenstoffatome, die Cycloalkylreste 3 bis 10, besonders bevorzugt 4 bis 8 und insbesondere 5 bis 7 Kohlenstoffatome und die Arylreste 6 bis 12 und insbesondere 6 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten
Der Beschichtungsstoff nach Anspmch 6 oder 7, durch gekennzeichnet, daß es sich um ein Alkylsiloxanharz, insbesondere um ein Methylsiloxanharz, handelt
Der Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polysiloxanmakromonomer als Gmppen mit olefinisch ungesättigten Doppelbindungen Acryl-, Methacryl-, Ethacryl-, Vinyl-, Allyl- und/oder Crotonylgruppen, besonders bevorzugt Acryl-, Methacryl- und Vmylgruppen und insbesondere Acrylgruppen enthalt
Der Beschichtungsstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Bindemittel (A) bis zu 15 Gew -%, vorzugsweise bis zum 10 Gew -%, besonders bevorzugt bis zu 5 Gew -% und insbesondere bis zu 2 Gew -%, jeweils bezogen auf das Bindemittel (A), mindestens eines Polysiloxanmakromonomeren gemäß einem der Anspmche 1 bis 9 einpolymerisiert enthalt
Der Beschichtungsstoff nach einem der Anspmche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Bindemittel (A) mindestens 0,01 Gew -%, vorzugsweise mindestens 0,05 Gew -%>, besonders bevorzugt mindestens 0,08 Gew -% und insbesondere mindestens 0,1 Gew -%, jeweils bezogen auf das Bindemittel (A), mindestens eines Polysiloxanmakromonomeren gemäß einem der Anspmche 1 bis 9 einpolymerisiert enthalt
Mehrschichtige Klarlackiemng KL für ein grundiertes oder ungrundiertes Substrat, herstellbar, indem man
(1) mindestens eine Klarlackschicht I aus emem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktmischer Strahlung hartbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche des Substrats appliziert und
(1 1) partiell oder (1 2) vollständig
aushärtet und
(2) eine weitere Klarlackschicht LI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung hartbaren Beschichtungsstoff H auf die Oberflache der Klarlackschιcht(en) I appliziert, (3) wonach man
(3 1) die Klarlackschichten I und LI gemeinsam oder (3.2) die Klarlackschicht LI alleine
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsstoff LI und/oder der Beschichtungsstoff L insbesondere der Beschichtungsstoff LI, ein Beschichtungsstoff gemäß einem der Anspmche 1 bis 1 1 ist
Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Klarlackiemng KL auf einem grundierten oder ungrundierten Substrat, bei dem man
(1) mindestens eine Klarlackschicht I aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche des Substrats appliziert und
(1.1 ) partiell oder (1.2) vollständig
aushärtet und
(2) eine weitere Klarlackschicht LI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktmischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff
LI auf die Oberfläche der Klarlackschicht(en) I appliziert,
(3) wonach man (3.1 ) die Klarlackschichten I und LI gemeinsam oder
(3.2) die Klarlackschicht H alleine
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsstoff H und/oder der Beschichtungsstoff I, insbesondere der Beschichtungsstoff H, ein Beschichtungsstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
15. Färb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackiemng ML für ein grundiertes oder ungrundiertes Substrat, herstellbar, indem man
(1) mindestens eine färb- und/oder effektgebende Basislackschicht HI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren pigmentierten Beschichtungsstoff HI auf die Oberfläche des
Substrats appliziert und, ohne auszuhärten, trocknet,
(2) mindestens eine Klarlackschicht I aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche der Basislackschicht IH appliziert und
(2.1 ) für sich alleine partiell,
(2.2) gemeinsam mit der Basislackschicht LH partiell oder
(2.3) gemeinsam mit der Basislackschicht HI vollständig
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet und 2736
72
(3) eine weitere Klarlackschicht LI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff LI auf die Oberfläche der Klarlacks chicht(en) I appliziert,
(4) wonach man
(4.1) die Klarlackschichten I und LI sowie die Basislackschicht LT gemeinsam oder
(4.2) die Klarlackschicht II alleine
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsstoff LI und/oder der Beschichtungsstoff I, insbesondere der Beschichtungsstoff LL ein Beschichtungsstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
16. Verfahren zur Herstellung einer färb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackiemng ML auf einem gmndierten oder ungmndierten Substrat, bei dem man
(1) mindestens eine färb- und/oder effektgebende Basislackschicht HI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren pigmentierten Beschichtungsstoff ILL auf die Oberfläche des Substrats appliziert und, ohne auszuhärten, trocknet,
(2) mindestens eine Klarlackschicht I aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff I auf die Oberfläche der Basislackschicht HI appliziert und (2.1) für sich alleine partiell,
(2.2) gemeinsam mit der Basislackschicht HI partiell oder
(2.3) gemeinsam mit der Basislackschicht HI vollständig
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet und
(3) eine weitere Klarlackschicht LI aus einem thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff II auf die Oberfläche der Klarlackschi cht(en) I appliziert,
(4) wonach man
(4.1) die Klarlackschichten I und LI sowie die Basislackschicht HI gemeinsam oder
(4.2) die Klarlackschicht H alleine
thermisch sowie gegebenenfalls mit aktinischer Strahlung aushärtet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsstoff LI und/oder der
Beschichtungsstoff I, insbesondere der Beschichtungsstoff π, ein Beschichtungsstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
17. Verwendung des Beschichtungsstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, der Klarlackiemng KL gemäß Anspmch 12, der gemäß Anspmch 13 hergestellten Klarlackiemng KL, der Mehrschichtlackiemng ML gemäß
Anspmch 14 und der gemäß Anspmch 15 hergestellten
Mehrschichtlackiemng in der Automobilerst- und -reparaturlackiemng, der 2736
74
industriellen Lackiemng, inclusive Coil Coating und Container Coating, der Kunststofflackierung und der Möbellackierung.
18. Gmndierte oder ungmndierte Substrate, enthaltend mindestens eine Klarlackiemng KL gemäß Anspmch 12, eine gemäß Anspmch 13 hergestellte Klarlackiemng KL, eine Mehrschichtlackiemng ML gemäß Anspmch 14 und/oder eine gemäß Anspmch 15 hergestellte Mehrschichtlackiemng ML.
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