DE4437535A1 - Polyurethanmodifziertes Polyacrylat - Google Patents

Polyurethanmodifziertes Polyacrylat

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DE4437535A1
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Egon Dr Wegner
Gerhard Dr Reusmann
Cornelia Petri-Huber
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BASF Lacke und Farben AG
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein polyurethanmodifiziertes Polyacrylat, das sich zur Herstellung von wäßrigen, pigmentierten Lacken eignet.
Derartige Lacke eignen sich für die aus dem Stand der Technik bekannten Base- Clear-Coat-Verfahren, die vor allem in der Automobilindustrie zur Herstellung hoch­ wertiger Decklackierungen, insbesondere Metalleffektlackierungen eingesetzt werden (vgl. EP-A-38127, EP-A-89497 und DE-OS 36 28 124). Bei diesen Verfahren werden im überwiegenden Maße Basislacke eingesetzt, die als Verdünnungs- und/oder Lö­ semittel ausschließlich organische Lösemittel enthalten.
Seit einigen Jahren werden daher in der Lackindustrie wäßrige Basislacke entwickelt, die sich für Base-Coat/Clear-Coat-Verfahren eignen. Ein wesentliches Merkmal dieser Base-Code/Clear-Code-Verfahren besteht darin, daß der transparente Decklack auf die noch nicht eingebrannte Basisschicht lackiert wird und erst danach Basisschicht und Decklack gemeinsam eingebrannt werden (Naß-in-Naß-Verfahren).
Für diese Verfahrenweise geeignete Lacke sind u. a. in der DE-OS 40 09 858 beschrie­ ben. Dort werden spezielle wasserverdünnbare Polyacrylatharze für die Lacke einge­ setzt.
Für Naß-in-Naß-Verfahren geeignete Basislacke werden darüber hinaus in der Deut­ schen Offenlegungsschrift 40 10 176 beschrieben. Diese enthalten als Bindemittel ein Polymer, das erhältlich ist, indem in einem organischen Lösemittel oder einem Ge­ misch organischer Lösemittel ethylenisch ungesättigte Monomere und Polyurethan­ harze umgesetzt werden. Wesentlich bei diesem Verfahren ist der Einsatz von poly­ merisierbaren Doppelbindungen bei der Herstellung des Polyurethanharzes.
Die bisherige Praxis hat ergeben, daß die nach dem Naß-in-Naß-Verfahren aufge­ brachten Lacke noch keine ausreichende Stabilität bei der Lagerung aufweisen. Dies gilt insbesondere, wenn unter praxisrelevanten erhöhten Temperaturen gelagert wird.
Die vorliegende Erfindung hat sich demgemäß die Aufgabe gestellt, ein polyurethan­ modifiziertes Polyacrylat zur Verfügung zu stellen, das sich für die Herstellung von wäßrigen Basislacken eignet und bei diesen eine erhöhte Lagerstabilität bewirkt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das polyurethanmodifizierte Polyacrylat er­ hältlich ist
  • I. durch Polymerisation unter Zugabe
    • a1) eines im wesentlichen carboxylgruppenfreien Acrylsäureesters oder eines Gemisches von Acrylsäureestern,
    • a2) eines ethylenisch ungesättigten Monomeren, das mindestens eine Hy­ droxylgruppe pro Molekül trägt und im wesentlichen carboxylgrup­ penfrei ist oder eines Gemisches aus solchen Monomeren und
    • a3) eines im wesentlichen carboxylgruppenfreien von (a1) und (a2) ver­ schiedenen ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemi­ sches aus solchen Monomeren
  • zu einer Polyurethanlösung, die keine copolymerisierbaren Doppelbindungen enthält.
  • II. durch anschließende Weiterpolymerisation und Zugabe
    • b1) mindestens eines eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden ethyle­ nisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren und
    • b2) eines im wesentlichen carboxylgruppenfreien ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren,
  • nachdem die in Stufe I zugegebenen Monomeren nahezu vollständig umge­ setzt worden sind, und
  • III. durch Neutralisation nach Beendigung der Polymerisation und Dispergierung in Wasser.
Die Gewichtsanteile von (a1) liegen bei 40-90, vorzugsweise 40-80 Gew.-%, von (a2) bei 0-45, vorzugsweise 4-34 Gew.-%, von (a3) bei 0-40, vorzugsweise 10- 30 Gew.-%, von (b1) bei 2,5-15, vorzugsweise 3-7 Gew.-% und von (b2) bei 0-60, vorzugsweise 0-28 Gew.-%.
Erfindungsgemäß wird das Polyurethan, das keine copolymerisierbaren Doppelbin­ dungen enthält, in einem organischen Lösemittel oder einem Lösemittelgemisch ge­ löst. Die Polymerisation gem. Stufe II wird vorzugsweise erst dann durchgeführt, wenn mindestens 80% der in Stufe I zugegebenen Monomeren umgesetzt worden sind.
Die erfindungsgemäß eingesetzten wasserverdünnbaren Polyacrylatharze ermögli­ chen die Formulierung von Basislacken, die - insbesondere im Vergleich zu bekann­ ten polyacrylatharzhaltigen Basislacken - eine verbesserte Lagerstabilität aufweisen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden Polyacrylatharze kann als Komponente (a1) jeder mit (a2), (a3), (b1) und (b2) copolymerisierbare, im wesentli­ che carboxylgruppenfreie Ester der (Meth)acrylsäure oder ein Gemisch aus solchen (Meth)acrylsäureestern eingesetzt werden. Als Beispiele werden Alkylacrylate und Al­ kylmethacrylate mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Hexyl-, Ethylhexyl-, Stearyl- und Laurylacrylat und -methacrylat und cycloaliphatische (Meth)acrylsäurester, wie z. B. Cyclohexyl(meth)acrylat genannt. Be­ vorzugt werden Gemische aus Alkylacrylaten und/oder Alkylmethacrylaten als (a1)- Komponente eingesetzt, die zu mindestens 25 Gew.-% aus n-Butyl- und/oder t-Bu­ tylacrylat und/oder n-Butyl- und/oder t-Butylmethylacrylat bestehen.
Als Komponente (a2) können alle mit (a1), (a3), (b1) und (b2) copolymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomere, die mindestens eine Hydroxylgruppe pro Mole­ kül tragen und im wesentlichen carboxylgruppenfrei sind, oder ein Gemisch aus sol­ chen Monomeren eingesetzt werden. Als Beispiele werden Hydroxyalkylester der Acrylsäure, Methacrylsäure oder einer anderen α,β-ethylenisch ungesättigten Car­ bonsäure genannt. Diese Ester können sich von einem Alkylenglykol ableiten, das mit der Säure verestert ist, oder sie können durch Umsetzung der Säure mit einem Al­ kylenoxid erhalten werden. Als Komponente (a2) werden vorzugsweise Hydroxyal­ kylester der Acrylsäure und Methacrylsäure, in denen die Hydroxyalkylgruppe bis zu 4 Kohlenstoffatomen enthält, Umsetzungsprodukte aus cyclischen Estern, wie z. B. ε- Caprolacton und diesen Hydroxylalkylestern oder Mischungen aus diesen Hydroxylal­ kylestern bzw. e-caprolactonmodifizierten Hydroxyalkylestern eingesetzt. Als Beispiele für derartige Hydroxyalkylester werden 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat 2-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 2- Hydroxyethylmethacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat und 4-Hydroxybutylmethacrylat ge­ nannt. Entsprechende Ester von anderen ungesättigten Säuren wie z. B. Ethacryl­ säure, Crotonsäure und ähnliche Säuren mit bis zu etwa 6 Kohlenstoffatomen pro Molekül können auch eingesetzt werden.
Als Komponente (a3) können alle mit (a1), (a2), (b1) und (b2) copolymerisierbaren, im wesentlichen carboxylgruppenfreien, von (a1) und (a2) verschiedenen ethylenisch ungesättigten Monomere oder Gemische aus solchen Monomeren eingesetzt werden.
Als Komponente (a3) werden vorzugsweise vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, wie Styrol, α-Alkylstyrol und Vinyltoluol, eingesetzt.
Die erfindungsgemäß verwendeten Polyacrylatharze werden hergestellt, indem in Stufe (I) die Komponente (a1) gegebenenfalls zusammen mit (a2) und ggf. zusammen mit (a3) und in Gegenwart eines Polyurethans, das keine copolymerisierbaren Dop­ pelbindungen enthält, in einem organischen Lösemittel oder Lösemittelgemisch poly­ merisiert wird. Das Polyurethanharz wird aus folgenden Komponenten hergestellt:
  • a) ein Polyester- und/oder Polyetherpolyol mit einem zahlenmittleren Molekular­ gewicht von 400 bis 5000 oder ein Gemisch aus solchen Polyester- und/oder Polyetherpolyolen
  • b) ein Polyisocyanat oder ein Gemisch aus Polyisocyanaten
  • c) gegebenenfalls eine Verbindung, die mindestens eine gegenüber Isocyanat­ gruppen reaktive und mindestens eine zur Anionenbildung befähigte Gruppe im Molekül aufweist oder ein Gemisch aus solchen Verbindungen
  • d) gegebenenfalls eine Verbindung, die mindestens eine gegenüber NCO-Grup­ pen reaktive Gruppe und mindestens eine Poly(oxyalkylen)gruppe im Molekül aufweist, oder ein Gemisch aus solchen Verbindungen und gegebenenfalls
  • e) eine Hydroxyl- und/oder Aminogruppen enthaltende organische Verbindung mit einem Molekulargewicht von 60 bis 600, oder ein Gemisch aus solchen Verbindungen.
Das Polyurethanharz soll ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 700 bis 30 000, vorzugsweise 500 bis 15 000 haben. Es ist bevorzugt, daß das Polyurethanharz eine Säurezahl von 0 bis 2,0 aufweist. Das Molekulargewicht der Polyurethanharze kann - wie dem Fachmann bekannt - insbesondere durch das Mengenverhältnis und die Funktionalität der eingesetzten Ausgangsverbindungen (a) bis (f) gesteuert werden.
Die Polyurethanharze können sowohl in Substanz als auch in organischen Lösemit­ teln hergestellt werden. Die Polyurethanharze können durch gleichzeitige Umsetzung aller Ausgangsverbindungen hergestellt werden. In vielen Fällen ist es jedoch zweck­ mäßig, die Polyurethanharze stufenweise herzustellen. So ist es zum Beispiel mög­ lich, ein isocyanatgruppenhaltiges Präpolymer herzustellen, das dann weiter umge­ setzt wird. Weiter ist es möglich, aus den Komponenten (a), (b), (c) und gegebenen­ falls (d) und (e) ein isocyanatgruppenhaltiges Präpolymer herzustellen, das dann mit der Komponente (f) zu höhermolekularen Polyurethanen umgesetzt werden kann. In den Fällen, in denen als Komponente (d) eine Verbindung eingesetzt wird, die nur eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktive Gruppe enthält, kann in einer ersten Stufe aus (c) und (d) ein isocyanatgruppenhaltiges Vorprodukt hergestellt werden, das an­ schließend mit den weiteren Komponenten weiter umgesetzt werden kann.
Die Umsetzung der Komponenten (a) bis (f) wird zweckmäßigerweise in Gegenwart von Katalysatoren, wie z. B. Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinnmaleat, tertiäre Amine usw. durchgeführt.
Die einzusetzenden Mengen an Komponente (a), (b), (c), (d), (e) und (f) ergeben sich aus dem anzustrebenden zahlenmittleren Molekulargewicht und der anzustrebenden Säurezahl.
Als Komponente (b) können gesättigte und ungesättigte Polyester- und/oder Poly­ etherpolyole, die keine polymerisierbaren Doppelbindungen enthalten, insbesondere Polyester- und/oder Polyetherdiole, mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 5000 eingesetzt werden. Geeignete Polyetherdiole sind z. B. Polyetherdiole der allgemeinen Formel H(-O-(CHR¹)n-)mOH, wobei R¹ = Wasserstoff oder ein nied­ riger, gegebenenfalls substituierter Alkylrest ist, n = 2 bis 6, bevorzugt 3 bis 4 und m = 2 bis 100, bevorzugt 5 bis 50 ist. Als Beispiele werden lineare oder verzweigte Polye­ therdiole wie Poly(oxyethylen)glykole, Poly(oxypropylen)glykole und Poly(oxybutylen)glykole genannt. Die ausgewählten Polyetherdiole sollen keine übermäßigen Mengen an Ethergruppen einbringen, weil sonst die gebildeten Poly­ mere in Wasser anquellen. Die bevorzugten Polyetherdiole sind Poly(oxypropylen)glykole im Molmassenbereich Mn von 400 bis 3000.
Polyesterdiole werden durch Veresterung von organischen Dicarbonsäuren oder ihren Anhydride mit organischen Diolen hergestellt oder leiten sich von einer Hydroxycar­ bonsäure oder einem Lacton ab. Um verzweigte Polyesterpolyole herzustellen, kön­ nen in geringem Umfang Polyole oder Polycarbonsäure mit einer höheren Wertigkeit als 2 eingesetzt werden. Die Dicarbonsäuren und Diole können lineare oder ver­ zweigte aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Dicarbonsäuren oder Diole sein.
Die zur Herstellung der Polyester verwendeten Diole bestehen beispielsweise aus Al­ kylenglykolen, wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Butandiol-1,4, Hexan­ diol-1,6, Neopentylglykol und anderen Diolen, wie Dimethylolcyclohexan. Es können jedoch auch kleine Mengen an Polyolen, wie Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaery­ thrit, zugesetzt werden. Die Säurekomponente des Polyesters besteht in erster Linie aus niedermolekularen Dicarbonsäuren oder ihren Anhydriden mit 2 bis 44, bevorzugt 4 bis 36 Kohlenstoffatomen im Molekül. Geeignete Säuren sind beispielsweise o- Phtalsäure, Isophthalsäure, Terephtalsäure, Tetrahydrophtalsäure, Cyclohexandicar­ bonsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebazinsäure, Maleinsäure,, Fumarsäure, Glutarsäure, Hexachlorheptandicarbonsäure, Tetrachlorphtalsäure und/oder dimerisierte Fettsäuren. Anstelle dieser Säuren können auch ihre Anhydride, soweit diese existieren, verwendet werden. Bei der Bildung von Polyesterpolyolen können auch kleinere Mengen an Carbonsäuren mit 3 oder mehr Carboxylgruppen beispielsweise Trimellithsäureanhydrid oder das Addukt von Maleinsäureanhydrid an ungesättigte Fettsäuren anwesend sein.
Es können auch Polyesterdiole eingesetzt werden, die durch Umsetzung eines Lac­ tons mit einem Diol erhalten werden. Sie zeichnen sich durch die Gegenwart von ent­ ständigen Hydroxylgruppen und wiederkehrenden Polyesteranteilen der Formel (-CO- (CHR²)n-CH₂-O) aus. Hierbei ist n bevorzugt 4 bis 6 und der Substituent R² = Was­ serstoff, ein Alkyl-, Cycloalkyl- oder Alkoxy-Rest. Kein Substituent enthält mehr als 12 Kohlenstoffatome. Die gesamte Anzahl der Kohlenstoffatome im Substituenten über­ steigt 12 pro Lactonring nicht. Beispiele hierfür sind Hydroxycapronsäure, Hydroxy­ buttersäure, Hydroxydecansäure und/oder Hydroxystearinsäure.
Für die Herstellung der Polyesterdiole wird das unsubstituierte ε-Caprolacton, bei dem n den Wert 4 hat und alle R²-Substituenten Wasserstoff sind, bevorzugt. Die Umset­ zung mit Lacton wird durch niedermolekulare Polyole wie Ethylenglykol, 1,3-Propan­ diol, 1,4-Butandiol, Dimethylolcyclohexan gestartet. Es können jedoch auch andere Reaktionskomponenten, wie Ethylendiamin, Alkyldialkanolamine oder auch Harnstoff mit Caprolacton umgesetzt werden. Als höhermolekulare Diole eignen sich auch Po­ lylactamdiole, die durch Reaktion von beispielsweise ε-Capinlactam mit niedermole­ kularen Diolen hergestellt werden.
Als Komponente (c) können aliphatische und/oder cycloalipathische und/oder aroma­ tische Polyisocyanate eingesetzt werden. Als Beispiele für aromatische Polyisocya­ nate werden Phenylendiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Xylylendiisocyanat, Biphenylendiisocyanat, Naphtylendiisocyanat und Diphenylmethandiisocyanat ge­ nannt.
Aufgrund ihrer guten Beständigkeit gegenüber ultraviolettem Licht ergeben (cyclo)aliphatische Polyisocyanate Produkte mit geringer Vergilbungsneigung. Bei­ spiele für cycloaliphatische Polyisocyanate sind Isophorondiisocyanat, Cyclopentylen­ diisocyanat sowie die Hydrierungsprodukte der aromatischen Diisocyanate wie Cyclo­ hexylendiisocyanat, Methylcyclohexylendiisocyanat und Dicyclohexylmethandiisocya­ nat. Aliphatische Diisocyanate sind, z. B. Trimethylendiisocyanat, Tetramethylendi­ isocyanat, Pentamethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Propylendiisocya­ nat, Ethylethylendiisocyanat, Dimethylethylendiisocyanat, Methyltrimethylendiisocya­ nat und Trimethylhexandiisocyanat. Als weiteres Beispiel für ein aliphatisches Di­ isocyanat wird Tetramethylxyloldiisocyanat genannt. Besonders bevorzugt werden als Diisocyanate Isophorondiisocyanat, Dicyclohexylmethandiisocyanat und Tetrame­ thyxyloldiisocyanat genannt.
Die Komponente (c) muß hinsichtlich der Funktionalität der Polyisocyanate so zu­ sammengesetzt sein, daß kein vernetztes Polyurethanharz erhalten wird. Die Kompo­ nente (c) kann neben Diisocyanaten auch einen Anteil an Polyisocyanaten mit Funk­ tionalitäten über zwei - wie z. B. Triisocyanate - enthalten.
Als Triisocyanate haben sich Produkte bewährt, die durch Trimerisation oder Oligome­ risation von Diisocyanaten öder durch Reaktion von Diisocyanaten mit polyfunktionel­ len OH- oder NH-Gruppen enthaltenden Verbindungen entstehen. Hierzu gehören beispielsweise das Biuret von Hexamethylendiisocyanat und Wasser, das Isocyanurat des Hexamethylendiisocyanats oder das Addukt von Isophorondiisocyanat an Trime­ thylolpropan. Die mittlere Funktionalität kann gegebenenfalls durch Zusatz von Mo­ noisocyanaten gesenkt werden. Beispiele für solche kettenabbrechenden Mo­ noisocyanate sind Phenylisocyanat, Cyclohexylisocyanat und Stearylisocyanat.
Als Veresterungskomponente können erfindungsgemäß polymere Fettsäuren einge­ setzt werden. Diese können hergestellt werden, indem Fettsäuren, wie beispielsweise Linolen-, Linol- oder Ölsäure einzeln, im Gemisch oder im Gemisch mit gesättigten Fettsäuren polymerisiert werden. Es entsteht ein Gemisch, das je nach Reaktionsfüh­ rung hauptsächlich dimere, aber auch monomere und trimere Moleküle sowie Neben­ produkte enthält. Üblicherweise wird destillativ gereinigt. Handelsübliche polymere Fettsäuren enthalten i.a. mindestens 80 Gew.-% dimere Fettsäure, bis zu 20 Gew.-% trimere Fettsäuren und maximal 1 Gew.-% monomere Fettsäuren. Es ist bevorzugt, polymere Fettsäuren einzusetzen, die zu mindestens 98 Gew.-% aus dimeren Fett­ säuren und höchstens 2 Gew.-% trimeren Fettsäuren und höchstens Spuren mono­ merer Fettsäuren besteht.
Polymere Fettsäuren enthalten sowohl cyclische als auch lineare aliphatische Mole­ külfragmente. Im Sinne der vorliegenden Erfindungen werden sie jedoch nicht als cy­ cloaliphatische, sondern als lineare aliphatische Polycarbonsäuren angesehen.
Die Einführung von zur Anionenbildung befähigten Gruppen in die Polyurethanmole­ küle erfolgt über den Einbau von Verbindungen (d) in die Polyurethanmoleküle, die mindestens eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktive und eine zur Anionenbildung befähigte Gruppe im Molekül enthalten. Die Menge an einzusetzender Komponente (d) kann aus der angestrebten Säurezahl berechnet werden.
Als Komponente (d) werden vorzugsweise Verbindungen eingesetzt, die zwei gegen­ über Isocyanatgruppen reaktive Gruppen im Molekül enthalten. Geeignete gegenüber Isocyanatgruppen reaktive Gruppen sind insbesondere Hydroxylgruppen, sowie pri­ märe und/oder sekundäre Aminogruppen. Geeignete zur Anionenbildung befähigte Gruppen sind Carboxyl-, Sulfonsäure- und/oder Phosphonsäuregruppen, wobei Car­ boxylgruppen bevorzugt sind. Als Komponente (d) können beispielsweise Alkansäu­ ren mit zwei Substituenten am α-ständigem Kohlenstoffatom eingesetzt werden. Der Substituent kann eine Hydroxylgruppe, eine Alkylgruppe oder bevorzugt eine Alky­ lolgruppe sein. Diese Alkansäuren haben mindestens eine, im allgemeinen 1 bis 3 Carboxylgruppen im Molekül. Sie haben zwei bis etwa 25, vorzugsweise 3 bis 10 Kohlenstoffatome. Beispiele für die Komponente (d) sind Dihydroxypropionsäure, Di­ hydroxybernsteinsäure und Dihydroxybenzoesäure. Eine besonders bevorzugte Gruppe von Alkansäuren sind die α,α-Dimethylolalkansäuren der allgemeinen Formel R⁴-C(CH₂OH)₂COOH, wobei R⁴ für ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit bis zu etwa 20 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele für solche Verbindungen sind 2,2- Dimethylolessigsäure, 2,2-Dimethylolpropionsäure, 2,2-Dimethylolbuttersäure und 2,2-Dimenthylolpentansäure. Die bevorzugte Dihydroxyalkansäure ist 2,2- Dimethylolpropionsäure. Aminogruppenhaltige Verbindungen sind beispielsweise α, β-Diaminovaleriansäure, 3,4-Diaminobenzoesäure, 2,4-Diaminotoluolsulfonsäure und 2,4-Diamino-diphenylethersulfonsäure.
Mit Hilfe der Komponente (e) können Poly(oxyalkylen)-gruppen als nichtionische sta­ bilisierende Gruppen in die Polyurethanmoleküle eingeführt werden. Als Komponente (e) können beispielsweise eingesetzt werden Alkoxypoly(oxyalkylen)alkohole mit der allgemeinen Formel R′O-(-CH₂CH′′-O-)n H in der R′ für einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, R′′ für ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 6 Koh­ lenstoffatomen und n für eine Zahl zwischen 20 und 75 steht.
Der Einsatz der Komponente (f) führt zur Molekulargewichtserhöhung der Po­ lyurethanharze. Als Komponente (f) können beispielsweise Polyole mit bis zu 36 Kohlenstoffatomen je Molekül wie Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,2-Butylenglykol, 1,6-Hexandiol, Tri­ methylolpropan, Ricinusöl oder hydriertes Ricinusöl, Di-trimethylolpropanether, Pen­ taerythrit, 1,2-Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Bisphenol A, Bisphenol F, Neopentylglykol, Hydroxypivalinsäure-neopentylglykolester, hydroxyethyliertes oder hydroxypropyliertes Bisphenol A, hydriertes Bisphenol A und deren Mischungen ein­ gesetzt werden. Die Polyole werden im allgemeinen in Mengen von bis zu 30 Ge­ wichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die eingesetzte Menge an Komponente (a) und (f) eingesetzt.
Als Komponente (f) können auch Di- und/oder Polyamine mit primären und/oder se­ kundären Aminogruppen eingesetzt werden. Polyamine sind im wesentlichen Alkylen- Polyamine mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise etwa 2 bis 15 Kohlenstoff­ atomen. Sie können Substituenten tragen, die keine mit Isocyanat-Gruppen reakti­ onsfähige Wasserstoffatome haben. Beispiele sind Polyamine mit linearer oder ver­ zweigter aliphatischer, cycloaliphatischer oder aromatischer Struktur und wenigstens zwei primären Aminogruppen.
Als Diamine sind zu nennen Hydrazin, Ethylendiamin, Propylendiamin, 1,4-Butylen­ diamin, Piperazin, 1,4-Cyclohexyldimethylamin, Hexamethylendiamin-1,6, Trimethyl­ hexamethylendiamin, Methandiamin, Isophorondiamin, 4,4′-Diaminodicyclohexylme­ than und Aminoethylenothanolamin. Bevorzugte Diamine sind Hydrazin, Alkyl- oder Cycloalkyldiamine wie Propylendiamin und 1 Amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcy­ clohexan.
Es können auch Polyamine als Komponente (f) eingesetzt werden, die mehr als zwei Aminogruppen im Molekül enthalten. In diesen Fällen ist jedoch - z. B. durch Mitver­ wendung von Monoaminen - darauf zu achten, daß keine vernetzten Polyurethan­ harze erhalten werden. Solche brauchbaren Polyamine sind Diethylentriamin, Trie­ thylentetramin, Dipropylendiamin und Dibutylentriamin. Als Beispiel für ein Monoamin ist Ethylhexylamin zu nennen.
Als organische Lösemittel und Polymerisationsinitiatoren können die für die Herstel­ lung von Polyacrylatharzen üblichen und für die Herstellung von wäßrigen Dispersio­ nen geeigneten Lösemittel und Polymerisationsinitiatoren eingesetzt werden. Als Bei­ spiele für brauchbare Lösemittel werden Butylglykol, 2-Methoxypropanol, n-Butanol, Methoxybutanol, n-Propanol, Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmono­ ethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylen­ glykolmonoethylether, Diethylenglykoldieehthylether, Diethylenglykolmonobutylether, 3-Methyl-3-methoxybutanol und Propylenglykol genannt. Als Beispiele für brauchbare Polymerisationsinitiatoren werden freie Radikale bildende Initiatoren, wie z. B. Ben­ zoylperoxid, Azobisisobutyronitril, t-Butylperethylhexanoat und t-Butylperbenzoat ge­ nannt. Die Polymerisation wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 80 bis 160° vorzugsweise 110 bis 160°C durchgeführt. Nachdem mindestens 80 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% der in Stufe (I) zugegebenen Monomere umge­ setzt worden sind, werden in Stufe (II)
  • (b1) 2,5 bis 15, vorzugsweise 3 bis 7 Gew.-% eines mindestens eine Car­ boxylgruppe pro Molekül tragenden ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren und (b2) 0 bis 60, vorzugs­ weise 0 bis 28 Gew.-% eines im wesentlichen carboxylgruppenfreien ethyle­ nisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monome­ ren
zugegeben und in Gegenwart des in Stufe (I) erhaltenen Reaktionsproduktes polyme­ risiert. In der Stufe II wird so lange polymerisiert, bis die in den Stufen (I) und (II) zu­ gegebenen Monomeren im wesentlichen vollständig umgesetzt worden sind.
Als Komponente (b1) kann jedes mindestens eine Carboxylgruppe pro Molekül tra­ gende, mit (a1), (a2), (a3) und (b2) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Mo­ nomer oder ein Gemisch aus solchen Monomeren eingesetzt werden. Als Kompo­ nente (b1) werden vorzugsweise Acrylsäure und/oder Methacrylsäure eingesetzt. Es können aber auch andere ethylenisch ungesättigte Säuren mit bis zu 6 Kohlenstoff­ atomen im Molekül eingesetzt werden. Als Beispiele für solche Säuren werden Etha­ crylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure genannt. Als Kom­ ponente (b1) können auch Maleinsäuremono(meth)acryloyloxyethylester, Bern­ steinsäuremono(meth)acryloyloxyethylester und Phtalsäure­ mono(meth)acryloyloxyethylester eingesetzt werden.
Als Komponente (b2) kann jedes mit (a1), (a2), (a3) und (b1) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Monomer oder ein Gemisch aus solchen Monomeren einge­ setzt werden. Als Komponente (b2) können alle bei der Beschreibung der Kompo­ nenten (a1), (a2) und (a3) aufgezählten Monomere eingesetzt werden.
Die Komponenten (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) werden in Art und Menge so ausge­ wählt, daß das Polyacrylatharz eine Hydroxylzahl von 0 bis 200, vorzugsweise 60 bis 140, eine Säurezahl von 20 bis 100, vorzugsweise 25 bis 50 und eine Glasübergangstemperatur (TG) von -40°C bis +60°C, vorzugsweise -20°C bis +40°C, aufweist.
Die Menge und Zugabegeschwindigkeit des Initiators wird vorzugsweise so gewählt, daß ein Polyacrylatharz mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 2500 bis 20 000 erhalten wird. Es ist bevorzugt, die Initiatorzugabe zum gleichen Zeitpunkt wie die Zugabe der Monomeren zu beginnen und etwa eine halbe Stunde, nachdem die Zugabe der Monomeren beendet worden ist, zu beenden. Der Initiator wird vorzugs­ weise in konstanter Menge pro Zeiteinheit zugegeben. Nach Beendigung der Initiatorzugabe wird das Reaktionsgemisch noch so lange (in der Regel etwa 1½ Stunden) auf Polymerisationstemperatur gehalten, bis alle eingesetzten Monomere im wesentli­ chen vollständig umgesetzt worden sind. "Im wesentlichen vollständig" umgesetzt soll bedeuten, daß vorzugsweise 100 Gew.-% der eingesetzten Monomere umgesetzt worden sind, daß es aber auch möglich ist, daß ein geringer Restmonomerengehalt von höchstens bis zu etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Reaktionsmi­ schung, unumgesetzt zurückbleiben kann.
Nach Beendigung der Polymerisation wird das erhaltene Polyacrylatharz zumindest teilweise neutralisiert und in Wasser dispergiert.
Zur Neutralisation können sowohl organische Basen als auch anorganische Basen verwendet werden. Vorzugsweise werden primäre, sekundäre und tertiäre Amine, wie z. B. Ethylamin, Propylamin, Dimethylamin, Dibutylamin, Cyclohexylamin, Benzylamin, Morpholin, Piperidin und Triethanolamin verwendet. Besonders bevorzugt werden teri­ täre Amine als Neutralisationsmittel eingesetzt, insbesondere Dimethylethanolamin, Triethylamin, Tripropylamin und Tributylamin.
Die Neutralisationsreaktion wird im allgemeinen durch Mischen der neutralisierenden Base mit dem Polyacrylatharz durchgeführt. Dabei wird vorzugsweise soviel Base eingesetzt, daß das Polyacrylatharz einen pH-Wert von 7-8,5, vorzugsweise 7,2 bis 7,8 aufweist.
Anschließend wird das partiell oder vollständig neutralisierte Polyacrylatharz durch Zugabe von Wasser dispergiert. Dabei entsteht eine wäßrige Polyacrylatharzdisper­ sion. Gegebenenfalls kann ein Teil oder das gesamte organische Lösemittel abdestil­ liert werden.
Die erfindungsgemäßen Polyacrylatharzdispersionen enthalten Polyacrylatharzteil­ chen, deren mittleren Teilchengröße vorzugsweise zwischen 60 und 300 nm liegt (Meßmethode: Laserlichtstreuung, Meßgerät: Malvern Autosizer 2C).
Mit den oben beschriebenen Polyacrylatharzen als Bindemittel können erfindungsge­ mäße wäßrige Basislacke hergestellt werden. Es ist jedoch bevorzugt, die Poly­ acrylatharze mit mindestens einem wasserverdünnbaren Polyesterharz und/oder min­ destens einem wasserverdünnbaren Aminoplastharz als Bindemittel zu kombinieren. Bei Basislacken, die nur nichtmetallische Pigmente bzw. Mischungen aus nichtmetal­ lischen Pigmenten und keine Metallpigmente enthalten, wird vorzugsweise eine Mi­ schung eingesetzt aus
  • (A) 10 bis 95, vorzugsweise 25 bis 70 Gew.-% des erfindungsgemäßen Polyacrylatharzes,
  • (B) 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% eines Aminoplastharzes
  • (C) 0 bis 85, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-% eines wasserverdünnbaren Polyesterharzes.
Die Summe der Gewichtsanteile der Komponenten (A) bis (C) beträgt stets 100 Gew.-%.
Als wasserverdünnbare Polyesterharze werden vorzugsweise solche eingesetzt, die in der DE-OS 40 09 858 beschrieben sind.
Neben den oben beschriebenen Bindemitteln können die erfindungsgemäßen Basis­ lacke noch weitere wasserverdünnbare Kunstharze, die zum Anreiben der Pigmente und/oder als rheologiesteuernde Additive dienen, enthalten. Als Beispiele für solche Kunstharze werden genannt: Polyether, wie z. B. Polypropylenglykol mit einem zah­ lenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 1200, wasserlösliche Celluloseether, wie Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose oder Carboxymethylcellulose sowie syntheti­ sche Polymere mit ionischen und/oder assoziativ wirkenden Gruppen, wie Polyvinylal­ kohol, Poly(meth)acrylamid, Poly(meth)acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Styrol-Malein­ säureanhydrid oder Ethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere und ihre Derivate oder auch hydrophob modifizierte ethoxylierte Urethane oder carboxylgruppenhaltige Po­ lyacrylate.
Die erfindungsgemäßen Basislacke können auch vernetzte Polymikroteilchen, wie sie z. B. in der EP-A-38 127 offenbart sind, enthalten.
Die erfindungsgemäßen Basislacke können auch anorganische Rheologiesteue­ rungsmittel, wie z. B. Schichtsilikate enthalten.
Als Pigmente können die erfindungsgemäßen Basislacke farbgebende Pigmente auf anorganischer Basis, wie z. B. Titandioxid, Eisenoxid, Ruß usw. und/oder farbgebende Pigmente auf organischer Basis und/oder übliche Metallpigmente (z. B. handelsübliche Aluminiumbronzen, Edelstahlbronzen . . . ) und/oder nicht-metallische Effektpigmente (z. B. Perlglanz- bzw. Interferenzpigmente) enthalten. Die erfindungsgemäßen Basis­ lacke enthalten vorzugsweise Metallpigmente und/oder Effektpigmente. Die Pigmen­ tierungshöhe liegt in üblichen Bereichen.
Die erfindungsgemäßen Basislacke weisen bei Spritzviskosität im allgemeinen einen Festkörpergehalt von etwa 15 bis 50 Gew.-% auf. Der Festkörpergehalt variiert mit dem Verwendungszweck der Basislacke. Für Metalliclacke liegt er beispielsweise be­ vorzugt bei 17 bis 25 Gew.-%. Für unifarbige Lacke liegt er höher, beispielsweise bei 30 bis 45 Gew.-%.
Die erfindungsgemäßen Basislacke können zusätzlich übliche organische Lösemittel enthalten. Deren Anteil wird möglichst gering gehalten. Er liegt beispielsweise unter 15 Gew.-%.
Die erfindungsgemäßen Basislacke werden im allgemeinen auf einen pH-Wert zwi­ schen 6,5 und 9,0 eingestellt. Der pH-Wert kann mit üblichen Aminen, wie z. B. Trie­ thylamin, Dimethylaminoethanol und N-Methylmorpholin eingestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Basislacke können sowohl bei der Serien- als auch bei der Reparaturlackierung eingesetzt werden. Sie werden vorzugsweise bei der Serien­ lackierung eingesetzt.
Als transparente Decklacke können Lacke auf Basis organischer Lösemittel, wasser­ verdünnbare Lacke und auch Pulverlacke eingesetzt werden. Die Lacke können als unpigmentierte Klarlacke oder als transparent pigmentierte Lacke eingesetzt werden.
Mit den erfindungsgemäßen Basislacken können auch ohne Überlackierung mit einem transparenten Decklack qualitativ hochwertige Lackierungen hergestellt wer­ den. Auf diese Weise werden einschichtige Lackierungen erhalten, die sich durch einen besonders hohen Glanz auszeichnen.
Die erfindungsgemäßen Lacke können auf beliebige Substrate, wie z. B. Metall, Holz, Kunststoff oder Papier aufgebracht werden.
In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert.
A Herstellung einer wäßrigen Polyesterharzlösung
In einen Reaktor mit Rührer, Thermometer und Füllkörperkolonne werden 729 Gew.- Teile Neopentylglykol, 768 Gew.-Teile Hexandiol, 462 Gew.-Teile Hexahydrophthalsäureanhydrid und 1710 Gew.-Teile einer polymeren Fettsäure (Dimerengehalt mindestens 98 Gew.-%, Trimerengehalt höchstens 2 Gew.-%, Monomerengehalt höchstens Spuren) eingewogen und zum Schmelzen gebracht. Unter Rühren wird so aufgeheizt, daß die Kolonnenkopftemperatur 100°C nicht übersteigt. Es wird bei maximal 220°C so lange verestert bis eine Säurezahl von 9 erreicht ist. Nach dem Abkühlen auf 180°C werden 768 Gew.-Teile Trimellithsäureanhydrid zugegeben und weiter verestert bis eine Säurezahl von 32 erreicht ist. Dann wird auf 120°C abgekühlt und mit 1392 Gew.-Teilen Butylglykol angelöst. Nach dem Abkühlen auf 90°C werden langsam 158 Gew.-Teile Dimethylethanolamin und anschließend 1150 Gew.-Teile deionisiertes Wasser eingerührt. Diese Polyesterharzlösung wird mit Dimethylethanolamin auf einen pH- Wert von 7,6 und mit deionisiertem Wasser auf einen nichtflüchtigen Anteil von 60 Gew.-% eingestellt.
B Herstellung einer wäßrigen Polyurethandispersion
716,6 Gew.-Teile eines Kondensationsproduktes (zahlenmittleres Molekulargewicht: 1410) aus 1,81 Mol einer polymeren Fettsäure (Dimerengehalt mindestens 98 Gew.-%, Trimerengehalt höchstens 2 Gew.-%, Monomerengehalt höchstens Spuren), 0,82 Mol Isophthalsäure, 0,61 Mol Hexandiol und 0,61 Mol Neopentylgylkol, 61 Gew.-Teile Di­ methylolpropionsäure, 10,6 Gew.-Teile Neopentylglykol, 365 Gew.-Teile Methylethylketon und 308,3 Gew.-Teile m-TMXDI werden in ein rührbares Reaktions­ gefäß unter einer Stickstoffatmosphäre auf 80°C erhitzt. Die Reaktion wird bis zu einem NCO-Gehalt von 1,1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, fortgeführt. Dann werden 52,6 Gew.-Teile Trimethylolpropan zugegeben und es wird bei 80°C gerührt bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar sind. Dann wer­ den langsam 33 Gew.-Teile Dimethylethanolamin, 255 Gew.-Teile Butylglykol und an­ schließend 2153 Gew.-Teile deionisiertes Wasser eingerührt. Unter Vakuum wird das Methylethylketon abdestilliert. Man erhält eine feinteilige Dispersion, deren pH-Wert mit Dimethylethanolamin auf 7,4 und deren nichtflüchtiger Anteil mit deionisiertem Wasser auf 31 Gew.-% eingestellt werden.
C Herstellung einer acrylierten Polyurethandispersion
525,5 Gew.-Teile eines Kondensationsproduktes (zahlenmittleres Molekulargewicht: 1423) aus 1 Mol einer polymeren Fettsäure (Dimerengehalt mindestens 98 Gew.-%, Trimerengehalt höchstens 2 Gew.-%, Monomerengehalt höchstens Spuren), 1 Mol Isophthalsäure und 2,6 Mol Hexandiol, 28,3 Gew.-Teile Neopentylglykol, 9,0 Gew.- Teile Trimethylolmonoallylether, 194 Gew.-Teile Isophorondiisocyanat, 523,7 Gew.- Teile Methylisobutylketon und 0,5 Gew.-Teile Dibutylzinndilaurat werden in ein rührba­ res Reaktionsgefäß unter einer Stickstoffatmosphäre auf 105°C erhitzt. Die Reaktion wird bis zu einem NCO-Gehalt von 1,1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammen­ setzung, fortgeführt. Dann werden 45 Gew.-Teile Trimethylolpropan zugegeben und es wird bei 105°C gerührt bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar sind. Zu dieser Lösung werden bei 105°C innerhalb von 3 h eine Monomerenmischung beste­ hend aus 370 Gew.-Teile n-Butylacrylat, 370 Gew.-Teile Methylmethacrylat und 62,4 Gew.-Teile Acrylsäure und innerhalb von 3,5 h eine Initiatorlösung bestehend aus 163,5 Gew.-Teile Methylisobutylketon und 24 Gew.-Teile Peroxid t-Butylperethylhexanoat zudosiert. Der Monomerenzulauf und der Initiatorzulauf beginnen gleichzeitig. Ca. 3 h nach Beendigung des Initiatorzulaufes (FK 70-72%; Viskosität = 3,0-6,0 dPa·s für Probe/N-Methylpyrrolidon = 1 : 1) wird auf 95°C abgekühlt und 50 Gew.-Teile Dimethyl­ ethanolamin eingerührt. Anschließend wird mit 2390 Gew.-Teile deionisiertem Wasser verdünnt und das Methylisobutylketon abdestilliert. Der pH-Wert wird mit Dimethyl­ ethanolamin auf 7,7 und der nichtflüchtige Anteil mit deionisiertem Wasser auf 40 Gew.-% eingestellt.
D Herstellung des erfindungsgemäßen polyurethanmodifizierten Polyacrylates Herstellung der Polyurethanlösung
500 Gew.-Teile eines Kondensationsproduktes (zahlenmittleres Molekulargewicht: 1345) aus 1 Mol einer polymeren Fettsäure (Dimerengehalt mindestens 98 Gew.-%, Trimerengehalt höchstens 2 Gew.-%, Monomerengehalt höchstens Spuren), 1,5 Mol Isophthalsäure, 1,6 Mol Neopentylglykol und 1,7 Mol Hexandiol, 31,2 Gew.-Teile Neopentylglykol, 185 Gew.-Teile Methylethylketon, 201,7 Gew.-Teile m-TMXDI und 0,7 Gew.-Teile Dibutylzinndilaurat werden in ein rührbares Reaktionsgefäß unter einer Stickstoffatmosphäre auf 80°C erhitzt. Die Reaktion wird bis zu einem NCO-Gehalt von 1,3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, fortgeführt. Dann wer­ den 30 Gew.-Teile Diethanolamin zugegeben und bei 80°C gerührt bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar sind. Dann werden 466 Gew.-Teile Butylglykol eingerührt und das Methylethylketon im Vakuum abdestilliert. Die Polyurethanlösung wird anschließend mit Butylglykol auf einen nichtflüchtigen Anteil von 60 Gew.-% ein­ gestellt.
In einem Stahlkessel, ausgestattet mit Monomerenzulauf, Initiatorzulauf, Thermome­ ter, Ölheizung und Rückflußkühler werden 28,44 Gew.-Teile Butylglykol und 24,24 Gew.-Teile von o.g. Polyurethanlösung vorgelegt und auf 110°C aufgeheizt. Dann wird eine Lösung von 5,1 Gew.-Teilen t-Butylperethylhexanoat in 6,0 Gew.-Teilen Butylgly­ kol in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 5 h 30 min abgeschlossen ist.
Mit Beginn der Zugabe der t-Butylperethylhexanoatlösung wird auch mit der Zugabe einer Mischung aus (a1): 18,36 Gew.-Teilen n-Butylmethacrylat, 17,0 Gew.-Teilen Methylmethacrylat und 17,0 Gew.-Teilen Laurylmethacrylat; (a2) 17,34 Gew.-Teilen Hydroxipropylarcylat und (a3) 12,75 Gew.-Teilen Styrol begonnen. Die Mischung aus (a1), (a2) und (a3) wird in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe in 5 h abgeschlossen ist.
Nachdem die t-Butylperethyhlhexanoatlösung vollständig zugegeben worden ist, wird die Polymerisationstemperatur noch 1 h auf 110°C gehalten.
Dann wird eine Lösung von 1,17 Gew.-Teilen t-Butylperethylhexanoat in 3,5 Gew.- Teilen Butylglykol in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 1 h 30 min abgeschlossen ist. Mit Beginn der Zugabe der t-Butylperethylhexanoat­ lösung wird auch mit der Zugabe einer Mischung aus (b1) 5,85 Gew.-Teilen Acryl­ säure und (b2): 4,65 Gew.-Teilen n-Butylmethacrylat, 2,94 Gew.-Teilen Methyl­ methacrylat, 5,90 Gew.-Teilen Laurylmethacrylat; 1,25 Gew.-Teilen Hydroxipropylacry­ lat und 2,94 Gew.-Teilen Styrol begonnen. Die Mischung aus (b1) und (b2) wird in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe in 1 h abgeschlossen ist.
Die Temperatur wird noch 1 h 30 min auf 110°C gehalten. Die so erhaltene Harzlösung wird destillativ unter Vakuum auf 80 Gew-% (Feststoffgehalt) aufkonzentriert und mit Dimethylethanolamin bei 80°C innerhalb von ca. 30 min. bis zu einem Neutralisati­ onsgrad von 80% neutralisiert. Die Harzlösung wird auf 60°C abgekühlt und die Hei­ zung abgestellt. Anschließend wird langsam soviel Wasser zugegeben bis der Fest­ stoffgehalt der Dispersion etwa 40 Gew.-% beträgt.
Die erhaltene Dispersion hat folgende Kennzahlen: Säurezahl 36,7 mg KOH/g, und einen pH- Wert von 7,6.
E Herstellung einer wäßrigen Polyacrylatdispersion
In einem Stahlkessel, ausgestattet mit Monomerenzulauf, Initiatorzulauf, Thermome­ ter, Ölheizung und Rückflußkühlerwerden 32 Gew.-Teile Butylglykol vorgelegt und auf 110°C aufgeheizt. Dann wird eine Lösung von 6,0 Gew.-Teilen t-Butylperethylhexa­ noat in 6,0 Gew.- Teilen Butylglykol in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 5 h 30 min abgeschlossen ist.
Mit Beginn der Zugabe der t-Butylperethylhexanoatlösung wird auch mit der Zugabe einer Mischung aus (a1): 21,6 Gew.-Teilen n-Butylmethacrylat, 20,0 Gew.-Teilen Me­ thylmethacrylat und 20,0 Gew.-Teilen Laurylmethacrylat; (a2) 20,4 Gew.-Teilen Hydroxipropylarcylat und (a3) 15,0 Gew.-Teilen Styrol begonnen. Die Mischung aus (a1), (a2) und (a3) wird in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe in 5 h abgeschlossen ist.
Nachdem die t-Butylperethyhlhexanoatlösung vollständig zugegeben worden ist, wird die Polymerisationstemperatur noch 1 h auf 110°C gehalten.
Dann wird eine Lösung von 1,17 Gew.-Teilen t-Butylperethylhexanoat in 3,5 Gew.- Teilen Butylglykol in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 1 h 30 min abgeschlossen ist. Mit Beginn der Zugabe der t-Butylperethylhexanoat­ lösung wird auch mit der Zugabe einer Mischung aus (b1) 5,85 Gew.-Teilen Acryl­ säure und (b2): 4,65 Gew.-Teilen n-Butylmethacrylat, 2,94 Gew.-Teilen Methyl­ methacrylat, 5,90 Gew.-Teilen Laurylmethacrylat; 1,25 Gew.-Teilen Hydroxipropylacry­ lat und 2,94 Gew.-Teilen Styrol begonnen. Die Mischung aus (b1) und (b2) wird in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe in 1 h abgeschlossen ist.
Die Temperatur wird noch 1 h 30 min auf 110°C gehalten. Die so erhaltene Harzlösung wird destillativ unter Vakuum auf 80 Gew-% (Feststoffgehalt) aufkonzentriert und mit Dimethylethanolamin bei 80°C innerhalb von ca. 30 min. bis zu einem Neutralisati­ onsgrad von 80% neutralisiert. Die Harzlösung wird auf 60°C abgekühlt und die Hei­ zung abgestellt. Anschließend wird langsam soviel Wasser zugegeben bis der Fest­ stoffgehalt der Dispersion etwa 40 Gew.-% beträgt.
Die erhaltene Dispersion hat folgende Kennzahlen: Säurezahl 36,8 mg KOH/g und einen pH- Wert von 7,6.
I Herstellung eines wäßrigen Metallic-Basislackes (Vergleichsbeispiel nach DE 40 09 858 A1)
Es werden 33,5 Gew.-Teile Verdickungsmittel (Paste eines Natrium-Magnesium-Silika­ tes mit Schichtstruktur [Laponite RD], 3%ig in Wasser) vorgelegt.
Dazu wird eine Lösung aus 4,3 Gew.-Teilen Butylglykol und 7,7 Gew.-Teilen einer 70%igen Lösung eines handelsüblichen Melaminharzes in Isobutanol (Maprenal MF927) unter Rühren zugegeben. Anschließend werden dieser Mischung 33,3 Gew.- Teile der Polyurethandispersion gemäß B, 0,4 Gew.-Teile Dimethylethanolamin (10%ig in Wasser) und 4,8 Gew.-Teile der Polyacrylatharzdispersion gemäß E nacheinander unter Rühren zugegeben. Getrennt davon wird eine Aluminiumpigmentaufschlämmung wie folgt hergestellt: 4,4 Gew.-Teile einer handelsüblichen chromatierten Aluminium­ paste (65%ig in Benzin/Solventnaphta/Butylglykol, durchschnittlicher Teilchendurch­ messer 15 µm) werden unter Zugabe von 4 Gew.-Teilen Butylglykol homogenisiert. Zu dieser Aufschlämmung werden anschließend 3,2 Gew.-Teile des wasserlöslichen Po­ lyesterharzes gemäß A und 1,0 Gew.-Teile Polypropylenglykol (zahlenmittleres Mole­ kulargewicht: 900) gegeben. Diese Aluminiumpigmentaufschlämmung wird in die oben beschriebene Mischung eingerührt. Danach werden noch 3,8 Gew.-Teile deionisiertes Wasser zugegeben und mit Dimethylethanolamin (10%ig in Wasser) ein pH-Wert von 7,7-8,0 eingestellt.
II Herstellung eines wäßrigen Metallic-Basislackes (Vergleichsbeispiel nach DE 40 10 176)
Es werden 33,5 Gew.-Teile Verdickungsmittel (Paste eines Natrium-Magnesium-Silika­ tes mit Schichtstruktur [Laponite RD], 3%ig in Wasser) vorgelegt.
Dazu wird eine Lösung aus 4,3 Gew.-Teilen Butylglykol und 7,7 Gew.-Teilen einer 70%igen Lösung eines handelsüblichen Melaminharzes in Isobutanol (Maprenal MF927) unter Rühren zugegeben. Anschließend werden dieser Mischung 33,3 Gew.- Teile der Polyurethandispersion gemäß B, 0,4 Gew.-Teile Dimethylethanolamin (10%ig in Wasser) und 4,8 Gew.-Teile der acrylierten Polurethandispersion gemäß C nachein­ ander unter Rühren zugegeben. Getrennt davon wird eine Aluminiumpigmentauf­ schlämmung wie folgt hergestellt: 4,4 Gew.-Teile einer handelsüblichen chromatierten Aluminiumpaste (65%ig in Benzin/Solventnaphta/Butylglykol, durchschnittlicher Teil­ chendurchmesser 15 µm) werden unter Zugabe von 4 Gew.-Teilen Butylglykol homo­ genisiert. Zu dieser Aufschlämmung werden anschließend 3,2 Gew.-Teile des wasser­ löslichen Polyesterharzes gemäß A und 1,0 Gew.-Teile Polypropylenglykol (zahlenmittleres Molekulargewicht: 900) gegeben. Diese Aluminiumpigmentauf­ schlämmung wird in die oben beschriebene Mischung eingerührt. Danach werden noch 3,8 Gew.-Teile deionisiertes Wasser zugegeben und mit Dimethylethanolamin (10%ig in Wasser) ein pH-Wert von 7,7-8,0 eingestellt.
III Herstellung eines erfindungsgemäßen wäßrigen Metallic-Basislackes
Es werden 33,5 Gew.-Teile Verdickungsmittel (Paste eines Natrium-Magnesium-Silika­ tes mit Schichtstruktur [Laponite RD], 3%ig in Wasser) vorgelegt.
Dazu wird eine Lösung aus 4,3 Gew.-Teilen Butylglykol und 7,7 Gew.-Teilen einer 70%igen Lösung eines handelsüblichen Melaminharzes in Isobutanol (Maprenal MF927) unter Rühren zugegeben. Anschließend werden dieser Mischung 33,3 Gew.- Teile der Polyurethandispersion gemäß B, 0,4 Gew.-Teile Dimethylethanolamin (10%ig in Wasser) und 4,8 Gew.-Teile der polyurethanmodifizierten Polyacrylatharzdispersion gemäß D nacheinander unter Rühren zugegeben. Getrennt davon wird eine Alumini­ umpigmentaufschlämmung wie folgt hergestellt: 4,4 Gew.-Teile einer handelsüblichen chromatierten Aluminiumpaste (65%ig in Benzin/Solventnaphta/Butylglykol, durch­ schnittlicher Teilchendurchmesser 15 µm) werden unter Zugabe von 4 Gew.-Teilen Butylglykol homogenisiert. Zu dieser Aufschlämmung werden anschließend 3,2 Gew.- Teile des wasserlöslichen Polyesterharzes gemäß A und 1,0 Gew.-Teile Polypropy­ lenglykol (zahlenmittleres Molekulargewicht: 900) gegeben. Diese Aluminiumpigment­ aufschlämmung wird in die oben beschriebene Mischung eingerührt. Danach werden noch 3,8 Gew.-Teile deionisiertes Wasser zugegeben und mit Dimethylethanolamin (10%ig in Wasser) ein pH-Wert von 7,7-8,0 eingestellt.
Die so hergestellten Basislacke wurden mittels folgender Messungen verglichen:
Anwendungen
Beschreibung von Farbunterschieden durch Farbortbestimmung von Vorlage und Probe und Berechnung der Farbabstände mit ihren Anteilen, simultan für i.d.R. ver­ schiedene Beleuchtungs/Beobachtungs-Geometrieen zur Beurteilung von Farbunter­ schieden und Flop-Verhalten bei Metall- und anderen Effektlacken.
Verfahren
Analog zum Verfahren bei Unilacken werden hier die Farbmaßzahlen und Farbdiffe­ renzen für i.d.R. drei verschiedene Winkelkombinationen ermittelt. Die graphischen Darstellungen unterstützten die Beurteilung des Verhaltens von Vorlage und Probe bei Änderung der Beleuchtungs/Beobachtungswinkel.
Auswertung
Die Kennzahl MF-D wurde wie folgt ermittelt:
MF-D = 50 * (L 25-L 70): L 70
Bem.: Probengröße MMK 111 mind. 3 * 5 cm DMC 26 3 * 5 cm bis 8 * 20 cm
Ref.: DIN 5033, DIN 6174
Es zeigt sich, daß insbesondere bei erhöhter Temperatur die Lagerstabilität signifikant verbessert ist.

Claims (16)

1. Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat, erhältlich
  • I. durch Polymerisation unter Zugabe
    • a1) eines im wesentlichen carboxylgruppenfreien Acrylsäureesters oder eines Gemisches von Acrylsäureestern,
    • a2) eines ethylenisch ungesättigten Monomeren, das mindestens eine Hy­ droxylgruppe pro Molekül trägt und im wesentlichen carboxylgrup­ penfrei ist oder eines Gemisches aus solchen Monomeren und
    • a3) eines im wesentlichen carboxylgruppenfreien von (a1) und (a2) ver­ schiedenen ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemi­ sches aus solchen Monomeren
  • zu einer Polyurethanlösung, die keine copolymerisierbaren Doppelbindungen enthält.
  • II. durch anschließende Weiterpolymerisation und Zugabe
    • b1) mindestens eines eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden ethyle­ nisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren und
    • b2) eines im wesentlichen carboxylgruppenfreien ethylenisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren,
  • nachdem die in Stufe I zugegebenen Monomeren nahezu vollständig umge­ setzt worden sind, und
  • III. durch Neutralisation nach Beendigung der Polymerisation und Dispergierung in Wasser.
2. Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Komponente (a1) 40-90 Gew.-%, (a2) 0-45 Gew.-%, (a3) 0-40 Gew.-%, (b1) 2,5-15 Gew.-% und (b2) 0-60 Gew.-% beträgt.
3. Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der Komponenten (a1) 40-80 Gew.-%, (a2) 4-34 Gew.-%, (a3) 10-30 Gew.-%, (b1) 3-7 Gew.-% und (b2) 0-28 Gew.-% betragen.
4. Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Summe der Gewichtsanteile von (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) stets 100% Gew.-% ergibt.
5. Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) in Art und Menge so ausgewählt werden, daß das aus (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) erhaltene Polyacrylatharz eine Hydroxylzahl von 0-200, eine Säurezahl von 20-100 und eine Glasübergangstemperatur von -40 bis + 60°C aufweist.
6. Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydroxylzahl zwischen 60 und 140, die Säurezahl zwischen 25 und 50 und die Glasübergangstemperatur zwischen -20 und + 40°C liegt.
7. Polyurethanmodifiziertes Polyacrylat nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethanlösung erhältlich ist durch Umsetzung von
  • a) eines Polyester- und/oder Polyetherpolyols mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 5000 oder eines Gemisches solchen Polyester- und/oder Polyetherpolyolen,
  • b) eines Polyisocyanats oder eines Gemisches aus Polyisocyanaten,
  • c) gegebenenfalls eine Verbindung, die mindestens eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktive und mindestens eine zur Anionenbildung befähigte Gruppe im Molekül aufweist oder ein Gemisch aus solchen Verbindungen,
  • d) gegebenenfalls einer Verbindung, die mindestens eine gegenüber NCO-Gruppen reaktive Gruppe und mindestens eine Poly(oxyalkylen)gruppe im Molekül aufweist, oder eines Gemisches aus solchen Verbindungen und gegebenenfalls
  • e) einer Hydroxyl- und/oder Aminogruppen enthaltende organischen Ver­ bindung mit einem Molekulargewicht von 60 bis 600, oder eines Gemi­ sches aus solchen Verbindungen.
8. Verfahren zur Herstellung eines polyurethanmodifizierten Polyacrylats, dadurch gekennzeichnet, daß
  • A. eine Polyurethanlösung, die keine copolymerisierbaren Doppelbindun­ gen enthält, hergestellt wird,
  • B. dieser Lösung
    • a1) ein im wesentlichen carboxylgruppenfreier Acrylsäureester oder ein Gemisch von Acrlysäureestern,
    • a2) ein äthylenisch ungesättigtes Monomer, das mindestens eine Hydroxyl­ gruppe pro Molekül trägt, und im wesentlichen carboxylgruppenfrei ist oder ein Gemisch aus solchen Monomeren und
    • a3) ein im wesentlichen carboxylgruppenfreies von a1) und a2) verschie­ denes ethylenisch ungesättigtes Monomer oder ein Gemisch aus sol­ chen Monomeren zugesetzt wird, und
  • C. nachdem die in Stufe B. zugegebenen Monomeren nahezu vollständig umgesetzt worden sind, durch Zugabe
    • b1) mindestens eines eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden ethyle­ nisch ungesättigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren und
    • b2) eines im wesentlichen carboxylgruppenfreien ethylenischen ungesät­ tigten Monomeren oder eines Gemisches aus solchen Monomeren weiterpolymerisiert wird, und
  • D. nach Beendigung der Polymerisation das erhaltene Polyacrylatharz zumindest teilweise neutralisiert und im Wasser dispergiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethan, das keine co­ polymerisierbaren Doppelbindungen enthält, vor der Polymerisation zu einem organischen Lösemittel oder Lösemittelgemisch gegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der zugesetzten Kom­ ponenten (a1) 40-90 Gew.-%, (a2) 0-45 Gew.-%, (a3) 0-40 Gew.-%, (b1) 2,5-15 Gew.-% und (b2) 0-60 Gew.-% betragen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Komponenten (a1) 40-80 Gew.-%, (a2) 4-34Gew.-%, (a3) 10-30 Gew.-%, (b1) 3-7 Gew.-% und (b2) 0-28 Gew.-% beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Gewichtsanteile von (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) stets 100 Gew.-% ergibt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) in Art und Menge so ausgewählt werden, daß das aus (a1), (a2), (a3), (b1) und (b2) erhaltene Polyacrylatharz eine Hydroxylzahl von 0-200, eine Säurezahl von 20-100 und eine Glasübergangstemperatur von -40 bis + 60°C aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydroxylzahl 60-140, die Säurezahl 25-50, die Glasübergangstemperatur -20 bis + 40°C beträgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung gem. Stufe C. durchgeführt wird, nachdem mindestens 80 Gew.-% der in den Stufen A. und B. zugegebenen Monomeren umgesetzt worden sind.
16. Verwendung des polyurethanmodifizierten Polyacrylats nach einem der An­ sprüche 1-7 zur Herstellung von wäßrigen, pigmentierten Lacken.
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