WO2015007427A1 - Wässrige dispersion eines mischpolymerisats - Google Patents

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WO2015007427A1
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olefinically unsaturated
aqueous dispersion
mixture
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PCT/EP2014/061551
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Hardy Reuter
Bernhard Steinmetz
Matthias BLOHM
Carsten Teichmann
Bianca GÖB
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Basf Coatings Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to aqueous dispersions of copolymers, as well as their preparation and use, in particular in the field of automotive painting.
  • EP 1 218 434 B1 discloses a graft copolymer based on polyurethane and its use for the production of coating materials, adhesives and sealants.
  • EP 1 185 568 B1 and EP 1 173 491 B1 describe copolymers having a core-shell structure whose exterior is completely crosslinked, the core consisting of polyacrylate and the shell being made of polyurethane.
  • the document EP 1 330 480 B1 describes copolymers in which the core consists of sulfide-containing polyurethanes and the shell of polyacrylate.
  • copolymers known from the prior art are present as an aqueous dispersion and can be used for the preparation of aqueous coating materials, in particular for aqueous basecoat materials.
  • aqueous basecoats can be used in the so-called basecoat / clearcoat process, a wet-in-wet process for the color and / or effect layer of a multicoat system.
  • the known methods are in need of improvement, in particular with regard to the appearance of pinholes which are visible as the smallest holes in the clearcoat and basecoat layer.
  • the abrasive tape coverage and multi-coat adhesion are not sufficient with coatings known in the art.
  • the object underlying the present invention is therefore to provide an aqueous dispersion of a copolymer of the type described above, which can be used for the binder of the color and / or effect layer of a multi-layer coating, which is improved over the prior art.
  • the pinhole limit is the dry layer thickness of the basecoat layer from which pinholes occur.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers contains at least one poly olefinically unsaturated monomer
  • the invention also relates to a process for the preparation of the dispersions of the invention, the use of said aqueous dispersion in paints, in particular basecoats, aqueous basecoats containing the abovementioned dispersions, and a process for the preparation of multilayer coatings.
  • Pinholes are the smallest holes in the clear and basecoat layers that are visible in the finished coating. They are among the most common surface defects in spray paints.
  • the designated in the following description and patent examples as pinholes defects are characterized by funnel-shaped, continuing in cylindrical tubes holes on the order of an impression of a needle tip, which a mean diameter of the funnel opening of about 300 to 700 ⁇ and a mean tube diameter of about. 15 to 60 ⁇ have, and pass through clear and base coat layer to the underlying layer. They can be the result of escaping gases, such as air bubbles or vaporizing liquids.
  • (meth) acrylate is intended to mean both acrylate and methacrylate below.
  • a copolymer according to the present invention refers to polymer particles which are composed of different polymers. It expressly includes both polymers which are covalently bonded to each other, as well as those in which the various polymers are bonded by adhesion to each other. Combinations of both types of binding are also covered by this definition.
  • the dispersions of the invention and the process for the preparation of these same dispersions are characterized by their production steps.
  • an aqueous dispersion of a polyurethane resin is introduced.
  • Suitable saturated or unsaturated polyurethane resins are described, for example, in
  • the aliphatic, cycloaliphatic, aliphatic-cycloaliphatic, aromatic, aliphatic-aromatic and / or cycloaliphatic-aromatic polyisocyanates known to those skilled in the art are preferably used. Particularly preferred are aliphatic and aliphatic cycloaliphatic polyurethane resins.
  • the alcohol component for the preparation of the polyurethane resins it is preferred to use the saturated and unsaturated polyols known to those skilled in the art and also, if appropriate, in minor amounts also monoalcohols.
  • diols and optionally minor amounts of triols are used to introduce branching.
  • suitable polyols are saturated or olefinically unsaturated polyester polyols and / or polyether polyols.
  • the polyols used are polyester polyols, in particular those having a number average molecular weight of from 400 to 5000 g / mol (measured by means of vapor pressure osmometry)
  • the polyurethane introduced in aqueous dispersion is a hydrophilically stabilized polyurethane.
  • the polyurethane resin may contain certain ionic groups and / or groups that can be converted into ionic groups (potentially ionic groups).
  • Such polyurethane resins are referred to in the context of the present invention as ionically hydrophilically stabilized polyurethane resins.
  • nonionic hydrophilic modifying groups are included in the context of the present invention.
  • the ionically hydrophilically stabilized polyurethanes are preferred.
  • the modifying groups are either um
  • nonionic hydrophilic groups nonionic modification
  • the functional groups for cationic modification are, for example, primary, secondary and / or tertiary amino groups, secondary sulfide groups and / or tertiary phosphine groups, especially tertiary amino groups and secondary sulfide groups (functional groups neutralized by neutralizing agents and / or Quaternizing agents can be converted into cationic groups).
  • cationic groups prepared from the abovementioned functional groups using neutralizing agents and / or quaternizing agents known to those skilled in the art, such as primary, secondary, tertiary and / or quaternary ammonium groups, tertiary sulfonium groups and / or quaternary phosphonium groups, in particular quaternary ammonium groups and tertiary sulfonium groups ,
  • the functional groups for anionic modification are, for example, carboxylic acid, sulfonic acid and / or phosphonic acid groups, in particular carboxylic acid groups (functional groups which can be converted into anionic groups by neutralizing agents), as well as from the abovementioned functional groups using the skilled person anionic groups prepared such as carboxylate, sulfonate and / or phosphonate groups.
  • the functional groups for nonionic hydrophilic modification are preferably poly (oxyalkylene) groups, in particular poly (oxyethylene) groups.
  • the ionic hydrophilic modifications may be introduced into the polyurethane resin by monomers containing the ionic or potentially ionic groups.
  • the nonionic modifications are introduced, for example, by the incorporation of poly (ethylene oxide) polymers as lateral or terminal groups of the polyurethane molecules.
  • the hydrophilic modifications are introduced, for example, via compounds which contain at least one isocyanate-reactive group, preferably at least one hydroxy group.
  • To introduce the ionic modification it is possible to use monomers which contain at least one hydroxy group in addition to the modifying groups.
  • At least one solvent is added to the initially charged polyurethane dispersion wherein the solvent is miscible in any proportion with water and in any proportion with the mixture of olefinically unsaturated monomers.
  • Particularly suitable solvents are N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone and ether alcohols, in particular methoxypropanol.
  • a polymerization of a mixture of olefinically unsaturated monomers in the presence of the polyurethane is carried out by the methods of so-called free-radical emulsion polymerizations in the presence of at least one polymerization initiator.
  • the polymerization initiator used must be a water-soluble initiator.
  • suitable initiators are potassium, sodium or ammonium peroxodisulfate, and hydrogen peroxide, tert-butyl hydroperoxide, 2,2'-azobis (2-amidoisopropane) dihydrochloride, 2,2'-azobis (N, N'-dimethyleneisobutyramidine) dihydrochloride or 2,2'-azobis (4-cyanopentanoic acid Initiators are used either alone or in mixture, e.g. B. mixtures of hydrogen peroxide and sodium persulfate.
  • the known redox initiator systems can also be used as polymerization initiators.
  • Such redox initiator systems contain at least one peroxide-containing compound in combination with a redox coinitiator z.
  • sulfur compounds such as bisulfites, sulfites, thiosulfates, dithionites or tetrathionates of alkali metals and ammonium compounds, sodium hydroxymethanesulfinate dihydrate and / or thiourea. So you can use combinations of Peroxodisulfaten with Alkalimetalloder or Ammoniumhydrogensulfiten, z. For example, ammonium peroxydisulfate and ammonium disulfite.
  • the weight ratio of peroxide-containing compounds to the redox coinitiators is preferably 50: 1 to 0.05: 1.
  • transition metal catalysts can be used in addition, such.
  • iron, nickel, cobalt, manganese, copper, vanadium, or chromium salts such as ferrous sulfate, cobalt II chloride, nickel-ll sulfate, copper-l-chloride, manganese ll acetate, vanadium III acetate, manganese chloride.
  • these transition metal salts are usually used in amounts of from 0.1 to 1000 ppm. So you can use combinations of hydrogen peroxide with iron-Il salts, such as 0.5 to 30% hydrogen peroxide and 0.1 to 500 ppm Mohr's salt.
  • the initiators are preferably used in an amount of 0.05 to 20 wt .-%, preferably 0.05 to 10, particularly preferably from 0.1 to 5 wt .-% based on the total weight of the olefinically unsaturated monomers.
  • water-soluble initiator implies that olefinically unsaturated monomers added to the initially charged aqueous dispersion can immediately react to form oligomers. These oligomers have less tendency to penetrate into the polyurethane particles of the initially introduced dispersion than the smaller monomers.
  • the polymerization is conveniently carried out at a temperature of 0 to 160 ° C, preferably 60 to 95 ° C. In this case, preference is given to operating under exclusion of oxygen, preferably in a stream of nitrogen. In general, the polymerization is carried out at atmospheric pressure, but the use of lower pressures or higher pressures is possible, especially when polymerization temperatures are used which are above the boiling point of the monomers and / or solvents.
  • the polymers according to the invention are prepared by free-radical aqueous emulsion polymerization, wherein surfactants or protective colloids can be added to the reaction medium.
  • surfactants or protective colloids can be added to the reaction medium.
  • suitable emulsifiers and protective colloids can be found for example in Houben Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1 Macromolecular substances, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1961, S 41 1 ff.
  • aqueous dispersion Important for the preparation of the aqueous dispersion according to the invention is the control of the conditions of the polymerization reaction of the mixture of olefinically unsaturated monomers in the presence of the polyurethane. This is carried out in a manner known as “starving feed” (also known as “starve feed”, “starve fed” or “starved feed” polymerization).
  • an emulsion polymerization is considered in which the content of residual monomers in the reaction solution is minimized during the reaction time, i. the addition of the olefinically unsaturated monomers is carried out so that in the reaction solution, a concentration of 6.0 wt .-%, preferably 5.0 wt .-%, particularly preferably 4.0 wt .-%, each based on the total amount of olefinic unsaturated monomers, is not exceeded during the entire reaction time.
  • the concentration of the monomers in the reaction solution can be determined by gas chromatography.
  • the concentration of monomers in the reaction solution can be controlled in various ways.
  • One way to keep the concentration of free monomers low is to choose the dosing rate of the mixture of olefinically unsaturated monomers very low. If the addition rate is so low that all monomers can react as quickly as they are in the reaction solution, it can be ensured that the concentration of the free monomers is minimized.
  • the reaction conditions are preferably to be selected so that the initiator feed is started even before the beginning of the metering of the olefinically unsaturated monomers.
  • the dosage is started at least 5 minutes before, more preferably at least 10 minutes before.
  • at least 10% by weight of the initiator particularly preferably at least 20% by weight, very preferably at least 30% by weight of the initiator, in each case based on the total amount of initiator, is added before starting the metering of the olefinically unsaturated monomers.
  • the amount of initiator is an important factor for the sufficient presence of radicals in the reaction solution.
  • the amount of initiator should be chosen so that sufficient free radicals are available at all times so that the added monomers can react. If the amount of initiator is increased, even larger amounts of monomers can be reacted at the same time. Another factor which determines the reaction rate is the structure of the monomers.
  • the control of the concentration of the free monomers can thus be controlled by the interaction of amount of initiator, rate of initiator addition, rate of monomer addition and by the choice of monomers. Both the slowing down of the dosage, as well as the increase in the amount of initiator, as well as the early start with the addition of the initiator aim to keep the concentration of the free monomers below the limits mentioned above. At any point in the reaction, the concentration of the free monomers can be determined by gas chromatography.
  • Typical parameters for the determination are the following: 50m silica capillary column with polyethylene glycol phase or 50m silica capillary column with polydimethylsiloxane phase, carrier gas helium, split injector 150 ° C, oven temperature 40 to 220 ° C, flame ionization detector, detector temperature 275 ° C, internal standard isobutyl acrylate.
  • the above parameters can be used to control the reaction.
  • the metering rate of the monomers can be reduced or the amount of initiator can be increased.
  • Suitable olefinically unsaturated monomers may be mono- or poly-olefinically unsaturated.
  • Suitable monoolefinically unsaturated monomers include (meth) acrylate-based mono-olefinically unsaturated monomers, vinylic, monoolefinically unsaturated monomers, alpha-beta unsaturated carboxylic acids, and allyl compounds.
  • the (meth) acrylate-based, mono-olefinically unsaturated monomers may be, for example, (meth) acrylic acid and esters, nitriles, or amides of (meth) acrylic acid.
  • esters of (meth) acrylic acid with a radical R, which is not olefinically unsaturated.
  • the radical R may be aliphatic or aromatic.
  • the radical R is preferably aliphatic.
  • the radical R may be, for example, an alkyl radical or contain heteroatoms. Examples of radicals R which contain heteroatoms are ethers.
  • the radical R is preferably an alkyl radical.
  • R is an alkyl radical
  • it may be a linear, branched or cyclic alkyl radical. In all three cases, these may be unsubstituted or functional groups substituted alkyl radicals.
  • the alkyl radical preferably has 1 to 20, particularly preferably 1 to 10, carbon atoms.
  • Particularly preferred suitable monounsaturated esters of (meth) acrylic acid having an unsubstituted alkyl radical are methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl ( meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, amyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, ethylhexyl (meth) acrylate, 3,3,5-trimethylhexyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate , Lauryl (meth) acrylate, cycloalkyl (meth) acrylates, such as cyclopentyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate and cyclohexyl (me
  • Suitable monounsaturated esters of (meth) acrylic acid with a substituted alkyl radical may preferably be substituted by one or more hydroxyl groups.
  • Particularly preferred suitable monounsaturated esters of (meth) acrylic acid with an alkyl radical substituted by one or more hydroxyl groups are 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxybutyl (meth ) acrylate and 4-hydroxybutyl (meth) acrylate.
  • the vinylic, monounsaturated monomers may be monomers having a radical R 'on the vinyl group which is not olefinically unsaturated.
  • the radical R ' may be aliphatic or aromatic, with aromatic radicals being preferred.
  • the radical R ' may be a hydrocarbon radical or contain heteroatoms.
  • Examples of radicals R 'which contain heteroatoms are ethers, esters, amides, nitriles and heterocycles.
  • the radical R ' is preferably a hydrocarbon radical.
  • R ' is a hydrocarbon radical
  • this may be substituted or unsubstituted with heteroatoms, unsubstituted radicals being preferred.
  • the radical R ' is preferably an aromatic hydrocarbon radical.
  • Particularly preferred vinylic, olefinically unsaturated monomers are vinylaromatic hydrocarbons, in particular vinyltoluene, alpha-methylstyrene and in particular styrene.
  • olefinically unsaturated monomers such as acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, N-dimethylacrylamide, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl chloride, N-vinylpyrrolidone, N-vinylcaprolactam, N-vinylformamide, N-vinylimidazole and N-vinyl-2 -Methylimidazoline preferred.
  • Suitable multiply olefinically unsaturated monomers include esters of (meth) acrylic acid with an olefinically unsaturated radical R "and allyl ethers of mono- or polyhydric alcohols
  • the radical R" may be an allyl radical or a (meth) acrylic acid radical.
  • Preferred poly olefinically unsaturated monomers include ethylene glycol di (meth) acrylate, 1,2-propylene glycol di (meth) acrylate, 2,2-
  • preferred poly olefinically unsaturated compounds include acrylic and methacrylic acid esters of alcohols having more than two OH groups, such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate or glycerol tri (meth) acrylate, but also trimethylolpropane di (meth) acrylate monoallyl ether, trimethylolpropane (meth) acrylate diallyl ether .
  • Allyl methacrylate is particularly preferably used.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers contains at least one poly olefinically unsaturated monomer.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers also contains one or more monounsaturated esters of (meth) acrylic acid with an unsubstituted alkyl radical.
  • the mixture of the olefinically unsaturated monomers preferably contains from 0.1 to 6.0 mol%, particularly preferably from 0.1 to 2.0 mol%, very particularly preferably from 0.1 to 1.0 mol%, of multiply olefinically unsaturated monomers.
  • the mixture of the olefinically unsaturated monomers preferably contains 0.1 to 6.0 mol%, particularly preferably 0.1 to 2.0 mol%, very particularly preferably 0.1 to 2.0 mol% allyl methacrylate. Apart from allyl methacrylate, no further poly olefinically unsaturated monomers are particularly preferably contained in the mixture.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers preferably contains ⁇ 10.0% by weight, more preferably ⁇ 5.0% by weight, of vinylaromatic hydrocarbons, based on the total amount of olefinically unsaturated monomers. Most preferably, no vinyl aromatic hydrocarbons are included in the mixture of olefinically unsaturated monomers.
  • the mixture of olefinically unsaturated monomers comprises:
  • At least one solvent is added to the mixture of olefinically unsaturated monomers, the solvent being miscible in any proportion with water and in any proportion with the mixture of olefinically unsaturated monomers.
  • Particularly suitable solvents are N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone and ether alcohols, in particular methoxypropanol.
  • the copolymers in the aqueous dispersion according to the invention have a core-shell structure which can be achieved by the stated production process.
  • the core-shell structure is characterized by a core comprising at least one polyurethane, and a shell containing at least polymer which has been obtained by polymerization of olefinically unsaturated monomers.
  • the described core-shell construction is achieved by the special reaction conditions of the starving polymerization. There are never any major amounts of olefinically unsaturated monomers present in the presence of the polyurethane present during the entire reaction time, which could penetrate into the polyurethane particle. By always present during the monomer addition in the aqueous phase radicals, which provides the water-soluble initiator, oligomers are formed immediately upon addition, which can not penetrate into the polyurethane. These then polymerize on the surface of the polyurethane.
  • the weight ratio of core to shell is 80:20 to 20:80, more preferably 60:40 to 40:60.
  • the microstructure of the copolymers can be examined by transmission electron microscopy: For this purpose, structures must be incorporated into the polymer, which can be made available for contrasting, preferably by heavy metal compounds. This is preferably done during the radical copolymerization by the incorporation of polydiene sequences into the copolymer, preferably isoprene or butadiene being copolymerized with olefinically unsaturated compounds and allyl compounds.
  • a polymer film must be formed for examination, which can be examined after contrasting in an osmium or ruthenium tetroxide enriched atmosphere electron microscopy.
  • the copolymers have a particle size (z-average) of 60 to 130, particularly preferably from 70 to 15 nm, measured by means of photon correlation spectroscopy with a Malvern Nano S90 (Malvern Instruments) at 25 ⁇ 1 ° C.
  • the device equipped with a 4mW He-Ne laser at a wavelength of 633nm, covers a size range from 1 to 3000 nm.
  • the copolymers can be crosslinked.
  • the gel fraction of the aqueous dispersion according to the invention is preferably 40 to 97 wt .-%, particularly preferably 75 to 90 wt .-%, each based on the solids of the dispersion.
  • the insoluble portion is separated and dried at 50 ° C for four hours in a convection oven.
  • the dried, insoluble fraction is weighed and the quotient with the total mass of the freeze-dried polymer is formed.
  • the value obtained corresponds to the gel content.
  • the weight average molecular weight of the copolymers is preferably 3 * 10 7 g / mol to 8.5 * 10 9 g / mol, wherein the weight average molecular weight can be determined with small angle laser light scattering.
  • the acid number of the copolymers is 0 to 220 mg KOH / g of solid resin, preferably 0 to 40 mg KOH / g of solid resin, more preferably 0 to 25 mg KOH / g of solid resin.
  • the OH number is less than 70, preferably less than 20 mg KOH / g of solid resin.
  • the acid number can be determined in accordance with DIN EN ISO 21 14 in a homogeneous solution of THF / water (9 parts by volume of THF and 1 part by volume of distilled water) with ethanolic potassium hydroxide solution.
  • the OH number can be modeled on R.-P. Krüger, R. Gnauck and R. Algeier, Plaste und Kautschuk, 20, 274 (1982), using acetic anhydride in the presence of 4-dimethylaminopyridine as a catalyst in a tetrahydrofuran (THF) / dimethylformamide (DMF) solution at room temperature the remaining excess of acetic anhydride is completely hydrolyzed after acetylation and the acetic acid is back titrated potentiometrically with alcoholic potassium hydroxide solution.
  • THF tetrahydrofuran
  • DMF dimethylformamide
  • the present invention further relates to an aqueous basecoat containing a dispersion according to the invention.
  • the aqueous basecoat generally contains coloring pigments and / or optically effecting pigments.
  • Such color pigments and effect pigments are those skilled in the art, for example, in Römpp Lexikon coatings and printing inks, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, pages 176 and 451 described.
  • Effect pigments are, for example, metallic effect pigments, such as, for example, aluminum pigments, gold bronzes, fire-colored bronzes and / or iron oxide pigments.
  • Aluminum pigments, pearlescent pigments such as, for example, fish-silver, basic lead carbonate, bismuth oxychloride and / or metal oxide-mica pigments and / or other effect pigments such as micronised titanium dioxide, platelet-shaped graphite, platelet-shaped iron oxide, multi-layer effect pigments of PVD films and / or liquid crystal polymer pigments.
  • the proportion of the pigments is preferably in the range from 1, 0 to 40.0 wt .-%, preferably 2.0 to 20.0 wt .-%, particularly preferably 5.0 to 15.0 wt .-%, based on the total weight of the pigmented aqueous basecoat.
  • binders which are curable physically, thermally or thermally and with actinic radiation.
  • the term "physical curing” means the formation of a film by the release of solvent from polymer solutions or polymer dispersions, usually without the need for crosslinking agents.
  • thermal curing means the heat-initiated crosslinking of a lacquer layer in which either a separately present crosslinking agent or else self-crosslinking binders are applied in the underlying lacquer
  • the crosslinking agent contains reactive functional groups which belong to the ones described in Usually, this is referred to in the art as extraneous crosslinking.
  • the complementary reactive functional groups or autoreactive functional groups ie groups that react with groups of the same kind, already present in the binder molecules, are self-crosslinking binder before Examples of suitable complementary reactive functional groups and autoreactive functional groups are known from German patent application DE 199 30 665 A1, page 7, line 28 to page 9, lines 24.
  • actinic radiation means electromagnetic radiation such as near infrared (NIR), UV radiation, in particular UV radiation, and corpuscular radiation such as electron radiation.
  • NIR near infrared
  • UV radiation in particular UV radiation
  • corpuscular radiation such as electron radiation.
  • UV radiation is usually initiated by free-radical or cationic photoinitiators.
  • Basecoats which are curable thermally or thermally and with actinic radiation, that is to say by means of "dual-cure", are preferred in the present invention.
  • basecoats which contain a polyurethane resin as binder and an aminoplast resin or a blocked or unblocked polyisocyanate, preferably an aminoplast, as crosslinking agent.
  • aminoplast resins melamine resins are particularly preferred.
  • a thickener is preferably included.
  • Suitable thickeners are inorganic thickeners from the group of layered silicates. Particularly suitable are lithium aluminum-magnesium silicates.
  • organic thickeners are preferably selected from the group consisting of (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickeners, such as, for example, the commercial product Viscalex HV30 (Ciba, BASF) and polyurethane thickeners, such as, for example, the commercial product DSX® 1550 from Cognis.
  • (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickeners such as, for example, the commercial product Viscalex HV30 (Ciba, BASF)
  • polyurethane thickeners such as, for example, the commercial product DSX® 1550 from Cognis.
  • (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickener those are mentioned which contain, in addition to acrylic acid and / or methacrylic acid, one or more acrylic acid esters (that is to say acrylates) and / or one or more methacrylic acid esters (that is to say methacrylates) in copolymerized form.
  • the (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickeners have in common that these in alkaline medium, that is at pH> 7, in particular> 7.5 by salt formation of acrylic acid and / or methacrylic acid, that is by the Formation of carboxylate groups show a strong increase in viscosity.
  • (meth) acrylic acid esters which are formed from (meth) acrylic acid and a C 1 -C 6 -alkanol, the result is essentially non-associative (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickener, such as, for example, the above called Viscalex HV30.
  • ASE thickeners Alkali Soluble / Swellable Emulsion
  • HASE thickeners Hydrophobically Modified Anionic Soluble Emulsions
  • anionically soluble emulsion or dispersion hydrophobically modified anionically soluble emulsion or dispersion
  • HASE thickeners have an essentially thickening associative effect.
  • the usable (meth) acrylic acid (meth) acrylate copolymer thickeners are not suitable as binder resins due to their thickening properties, they therefore do not fall under the binders referred to as binders physically, thermally or thermally and actinically curable binders and are therefore explicitly different from the poly (meth) acrylate based binders which can be used in the basecoat composition compositions of the present invention.
  • Polyurethane thickeners are the associative thickeners referred to in the literature as HEUR ("Hydrophobically Modified Ethylene Oxide Urethane Rheology Modifiers", hydrophobically modified ethylene oxide-urethane rheology additives), which are chemically non-ionic branched or unbranched block copolymers of polyethylene oxide.
  • HEUR Hydrophobically Modified Ethylene Oxide Urethane Rheology Modifiers
  • hydrophobically modified ethylene oxide-urethane rheology additives hydrophobically modified ethylene oxide-urethane rheology additives
  • Chains (sometimes also polypropylene oxide chains) which are linked together via urethane bonds and which carry terminal long-chain alkyl or alkylene groups having 8 to 30 carbon atoms
  • Typical alkyl groups are for example dodecyl or stearyl groups
  • a typical alkenyl group is for example an oleyl group
  • a typical Aryl group is the phenyl group
  • a typical alkylated aryl group is, for example, a nonylphenyl group
  • the polyurethane thickeners are not suitable as physically, thermally or thermally and physically because of their thickening properties and structure usable binder resins. They are thus explicitly different from the polyurethanes which can be used as binders in the basecoat compositions according to the invention.
  • the aqueous basecoat may contain at least one additional additive.
  • additives are residue-free or im Substantially residue-free, thermally decomposable salts, resins which are physically, thermally and / or with actinic radiation resins other than polyurethane resins, further crosslinking agents, organic solvents, reactive diluents, transparent pigments, fillers, molecularly soluble dyes, nanoparticles, light stabilizers, antioxidants, deaerating agents, emulsifiers, Slip additives, polymerization inhibitors, free radical polymerization initiators, adhesion promoters, leveling agents, film forming aids, sag-control agents (SCAs), flame retardants, corrosion inhibitors, waxes, siccatives, biocides and matting agents.
  • SCAs sag-control agents
  • Suitable additives of the aforementioned type are, for example, from the German patent application DE 199 48 004 A1, page 14, line 4, to page 17, line 5,
  • the solids content of the basecoats used according to the invention may vary depending on the requirements of the individual case. In the first place, the solids content depends on the viscosity required for application, in particular spray application, so that it can be adjusted by the person skilled in the art on the basis of his general knowledge, if appropriate with the aid of less orienting tests.
  • the solids content of the basecoats is preferably from 5 to 70% by weight, more preferably from 10 to 65% by weight and particularly preferably from 15 to 60% by weight.
  • solids content is to be understood as meaning the proportion by weight which remains under evaporation as a residue under defined conditions.
  • the solids are determined according to DIN EN ISO 3251 at 130 ° C, 60 min, weight 1, 0 g.
  • the preparation of the basecoats used according to the invention can be carried out using the customary and known for the production of basecoats mixing methods and mixing units.
  • the basecoats according to the invention can be used both as one-component (1K), two-component (2K) or multi-component (3K, 4K) systems. Preference is given to (1 K) systems.
  • binders and crosslinkers are juxtaposed, i. in a component, before.
  • the prerequisite for this is that the two constituents crosslink together only at higher temperatures and / or when exposed to actinic radiation.
  • binders and crosslinking agents are present separately from one another in at least two components, which are combined only shortly before application. This form is chosen when the binder and crosslinking agent react with each other already at room temperature. Paints of this type are mainly used for coating thermally sensitive substrates, in particular in automotive refinish.
  • the application of the pigmented aqueous basecoat material used according to the invention to a substrate can take place in the usual thicknesses within the automotive industry in the range of, for example, 5 to 100 micrometers, preferably 5 to 60 micrometers (layer thickness after baking process).
  • the known methods such as spraying, knife coating, brushing, glazing, dipping, watering, trickling or rolling are used.
  • spray application methods are used, such as compressed air spraying, airless spraying, high rotation, electrostatic spray application (ESTA), optionally combined with hot spray application such as hot air hot spraying.
  • (1K) basecoats may be flashed off at room temperature for 1 to 60 minutes and subsequently preferably be dried at optionally slightly elevated temperatures of 30 to 80 ° C.
  • flash drying and drying is to be understood to mean evaporation of organic solvents and / or water, as a result of which the paint is drier but not yet cured, or a fully crosslinked paint film is not yet formed.
  • a commercially available clearcoat is also applied according to common methods, the dry film thicknesses again being in the common ranges, for example 5 to 100 micrometers.
  • Such clearcoats are known to the person skilled in the art.
  • the clearcoat After application of the clearcoat, it may be flashed off at room temperature for, for example, 1 to 60 minutes and, if appropriate, dried. Then the clearcoat is cured together with the applied pigmented basecoat. In this case, for example, crosslinking reactions take place, as a result of which a color and / or effect multilayer coating according to the invention is produced on a substrate.
  • the curing is preferably carried out thermally or thermally and with actinic radiation at temperatures of 20 to 200 ° C.
  • a further aspect of the present invention is a process for producing a color and / or effect multilayer coating in which
  • step (a) a pigmented aqueous basecoat is used, wherein the basecoat contains a dispersion according to the invention.
  • the aqueous basecoat according to the invention for the coating of automobile bodies and / or attachments of automobile bodies made of plastic can be used.
  • hydroxyl number in the following examples was based on R.-P. Krüger, R. Gnauck and R. Algeier, Plaste und Kautschuk, 20, 274 (1982), using acetic anhydride in the presence of 4-dimethylaminopyridine as a catalyst in a tetrahydrofuran (THF) / dimethylformamide (DMF) solution at room temperature remaining excess of acetic anhydride after acetylation was completely hydrolyzed and the acetic acid was back titrated potentiometrically with alcoholic potassium hydroxide solution. 60 min acetylation times were sufficient in all cases to guarantee complete conversion.
  • THF tetrahydrofuran
  • DMF dimethylformamide
  • the acid number in the following examples was determined on the basis of DIN EN ISO 21 14 in homogeneous solution of THF / water (9 parts by volume of THF and 1 part by volume of distilled water) with ethanolic potassium hydroxide solution Unless stated otherwise, solid content, hereinafter also referred to as solid content, in the following examples according to DIN EN ISO 3251 at 130 °; 60 min, weight 1, 0g, determined.
  • M n The number-average molar mass (M n ) was in the following examples, unless otherwise stated, by means of a steam pressure osmometer type 10.00 (Knauer) of concentration series in toluene at 50 ° C according to E. Schröder, G. Müller, K.-F. Arndt, "Guidelines of Polymer Characterization", Akademie-Verlag, Berlin, pp. 47-54, 1982.
  • a dispersion of an alpha-methylstyryl-containing polyurethane was prepared in accordance with the patent DE 19948004 B4, page 27, Example 1, "Preparation of a polyurethane (B) according to the invention", but the solid content of the resulting dispersion, only 29 instead of 35 wt Based on the adduct (B2), preparation example 1 mentioned in the patent DE 19948004 B4, an adduct with monoethanolamine and trimethylolpropane instead of diethanolamine was prepared:
  • BASF SE BASF SE
  • the resulting reaction mixture was stirred at 65 ° C until the isocyanate content of the solution had dropped to 1, 0 wt .-%. Now 22.2 wt .-% diethanolamine (BASF SE) were added and the content of isocyanate groups followed until no more free isocyanate groups were detectable.
  • the resulting, dissolved polyurethane was admixed with 139.7 parts by weight of methoxypropanol and 43.3 parts by weight of triethylamine (BASF SE). Thirty minutes after the addition of the amine, the temperature of the solution was lowered to 60 ° C, followed by adding 1981 parts by weight of deionized water while stirring for 30 minutes. From the resulting dispersion, the methyl ethyl ketone was at 60 ° C distilled off under vacuum. Thereafter, any solvent and water losses were compensated.
  • the resulting dispersion of an alpha-methylstyryl-containing polyurethane had a solids content of 29.0% by weight, the acid number was 34.0 mg KOH / g solids content and the pH was 7.0 (measured at 23 ° C ).
  • a polyurethane dispersion was prepared, which, however, has no alpha-methylstyryl groups, but isotridecyl groups.
  • the resulting reaction mixture was stirred at 70 ° C until the isocyanate content of the solution had dropped to 0.8% by weight. Now 19.6 wt .-% diethanolamine (BASF SE) were added and the content of isocyanate groups followed until no more free isocyanate groups were detectable.
  • the resulting, dissolved polyurethane was admixed with 123 parts by weight of methoxypropanol and 43.8 parts by weight of triethylamine (from BASF SE). Thirty minutes after the addition of the amine, the temperature of the solution was lowered to 60 ° C, followed by the addition of parts by weight of deionized water while stirring for 30 minutes in 2009. From the resulting dispersion, the methyl ethyl ketone was distilled off at 60 ° C under vacuum. Thereafter, any solvent and water losses were compensated.
  • the polyurethane dispersion thus obtained had a solids content of 29.0% by weight, the acid number was 34.1 mg KOH / g solids content and the pH was 7.0 (measured at 23 ° C).
  • TXDI® m-tetramethylxylene diisocyanate
  • Cytec m-tetramethylxylene diisocyanate
  • the reaction mixture was slowly heated to 80 ° C. with stirring and kept until the isocyanate content of the solution was 1.8% by weight and constant.
  • BASF SE trimethylolpropane
  • 26.1 parts by weight of methyl ethyl ketone were added rapidly to the reaction mixture.
  • the resulting reaction mixture was stirred at 80 ° C until no more free isocyanate groups were detectable.
  • the resulting dissolved polyurethane was 41.2 parts by weight Added dimethyl ethanolamine and stirred for a further 60 minutes. Thereafter, the reaction mixture was completely transferred during 30 minutes in a second reaction vessel with continuous stirring, in which 1732 parts by weight of deionized water had already been submitted, which was previously heated to 70 ° C. From the resulting dispersion, the methyl ethyl ketone was distilled off at 60 ° C under vacuum. Thereafter, any water losses were compensated.
  • the polyurethane dispersion thus obtained had a solids content of 38.0% by weight, the acid number was 43.0 mg KOH / g solids content and the pH at 6.2 (measured at 23 ° C).
  • the dispersion of a sulfur-containing polyurethane obtained in this way had a solids content of 27.3% by weight, the acid number was 34.4 mg KOH / g solids content, the degree of neutralization was 84% and the pH was 7.1 (measured at 23 ° C).
  • Example D-A1 Preparation of a Primary Dispersion of a Polyesterurethane-Polyacrylate Copolymer starting from an unsaturated polyester urethane with alpha-methylstyryl groups
  • Example 2 Based on the patent DE 19948004 B4, page 27, Example 2, "The preparation of the primary dispersion of a copolymer of the invention 1" and patent EP1218434B1, page 24, Example 2, "The preparation of the primary dispersion of a graft copolymer 1 according to the invention” under nitrogen atmosphere 1937, 8 parts by weight of the polyurethane dispersion according to Example DP-1 diluted with 856.9 parts by weight of deionized water and heated to 85 ° C.
  • GC gas chromatography
  • the resulting primary dispersion of the copolymer had, as described in the original example, a very good storage stability.
  • Their solids content was 32.5 wt .-%, the acid number at 18.3 mg KOH / g solids content and its pH at 7.2 (measured at 23 ° C).
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 104 nm.
  • GC gas chromatography
  • the gel fraction was determined gravimetrically after extraction of the freeze-dried polymer by means of tetrahydrofuran at 71.5% by weight.
  • the insoluble fraction (gel fraction) was isolated, dried for 4 hours at 50 ° C in a convection oven, and then weighed back.
  • a primary dispersion was prepared by exchanging the polyurethane dispersion with alpha-methylstyryl groups according to preparation example D-P1 for weight against the polyurethane dispersion with isotridecyl groups according to preparation example D-P2.
  • the content of free monomers was determined by gas chromatography analogously to Example D-A1 at 30-minute intervals, the maximum total monomer content after 30 minutes being determined based on dispersion at 2.0% by weight (12.4 Wt .-% based on vinyl monomer).
  • the resulting primary dispersion of the copolymer had a very good storage stability.
  • Their solids content was 32.2 wt .-%, the acid number at 18.1 mg KOH / g solids content and its pH at 7.3 (measured at 23 ° C).
  • the Particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 12 nm.
  • a content of 5.7% by weight of methoxypropanol and 1.2% by weight of N-methylpyrrolidone was determined by means of gas chromatography.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 70.2% by weight.
  • the mixture was stirred into a mixture of 145.2 parts by weight of styrene, 145.2 parts by weight of methyl methacrylate, 108.7 parts by weight of n-butyl acrylate, 108.7 parts by weight of hydroxyethyl methacrylate and 54.3 parts by weight of isoprene for 3.5 hours under 3 bar Nitrogen pressure evenly added.
  • a solution of 8.4 parts by weight of tert-butyl peroxyethylhexanoate in 134.9 parts by weight of methoxypropanol was added over four hours.
  • the resulting reaction mixture was further stirred at 85 ° C until all monomers had reacted.
  • the resulting primary dispersion had a very good storage stability.
  • Their solids content was 32.3 wt .-%, the acid number at 18.3 mg KOH / g and its pH at 7.2 (measured at 23 ° C).
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 15 nm.
  • a content of 6.0% by weight of methoxypropanol and 1.7% by weight of N-methylpyrrolidone was determined by means of gas chromatography.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 70.8% by weight.
  • the content of free monomers was determined by gas chromatography at 30-minute intervals analogously to example D-A1, the maximum total monomer content being determined after 30 minutes with dispersion at 1.0% by weight (7.1 Wt .-% based on vinyl monomer).
  • the resulting primary dispersion of the copolymer had, like the styrene-containing dispersion, a very good storage stability.
  • Their solids content was adjusted to 28.0 wt .-%, the acid number at 18.1 mg KOH / g solids content and its pH at 7.2 (measured at 23 ° C).
  • the particle size (z-means) by means of Photocorrelation spectroscopy was 102 nm.
  • Analogous to example D-A1 a content of 2.8% by weight of methoxypropanol and 5.8% by weight of N-methylpyrrolidone was determined by means of gas chromatography.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 72.0% by weight.
  • Example 2 page 16, "The Preparation of the Primary Dispersion of a Polymer Mixture According to the Invention" under a nitrogen atmosphere, 2285.8 parts by weight of the polyurethane dispersion according to Example DP-4 were initially charged and heated to 82 ° C.
  • the free monomer content was determined analogously to, for example, 30 minutes D-A1 determined by gas chromatography, wherein after 30 min was the highest total monomer content based on a 41, 9 wt .-% dispersion with 1, 6 wt .-% was determined (7.6 wt .-% based on vinyl monomer).
  • the acid number was 19.6 mg KOH / g solids content and the pH of the dispersion was 7.4 (measured at 23 ° C).
  • the degree of neutralization was 80.2%.
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 83 nm.
  • the resulting dispersion contained no solvent.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 0.0% by weight.
  • Example D-A5 Analogously to Example D-A5, a copolymer was prepared.
  • the acid number was 18.5 mg KOH / g solids and its pH was 7.2 (measured at 23 ° C).
  • the degree of neutralization was 80.0%.
  • the particle size (z-average) was 81 nm by means of photocorrelation spectroscopy.
  • the content of free monomers was determined by gas chromatography at 30-minute intervals analogously to example D-A1, the maximum total monomer content being determined after 30 minutes based on dispersion at 0.5% by weight (3.1 Wt .-% based on vinyl monomer).
  • reaction mixture was stirred at 80 ° C for a further hour and then cooled to room temperature.
  • the resulting primary dispersion of the copolymer had a very good storage stability.
  • Their solids content was 32.5 wt .-%, the acid number at 18.8 mg KOH / g solids content and its pH at 7.0.
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 96 nm.
  • a content of 2.7% by weight of methoxypropanol and 5.7% by weight of N-methylpyrrolidone was determined by means of gas chromatography.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 80.3% by weight.
  • Polyesterurethane-polyacrylate copolymer starting from a saturated polyester urethane with Isotridecyl groups
  • a primary dispersion was prepared by replacing the weight of the polyurethane dispersion with alpha-methylstyryl groups according to preparation example D-P1 by the polyurethane dispersion with isotridecyl groups according to preparation example D-P2.
  • the content of free monomers was determined by gas chromatography at 30-minute intervals analogously to example D-A1, the maximum total monomer content being determined after 30 minutes based on dispersion at 0.5% by weight (3.1 Wt .-% based on vinyl monomer).
  • the resulting primary dispersion of the copolymer had a very good storage stability.
  • Their solids content was 32.4 wt .-%, the acid number at 18.4 mg KOH / g solids content and its pH at 6.9 (measured at 23 ° C).
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 102 nm.
  • a content of 2.4% by weight of methoxypropanol and 5.1% by weight of N-methylpyrrolidone was determined by means of gas chromatography.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 79.1% by weight.
  • Polyesterurethane-polyacrylate copolymer (comonomer isoprene), starting from an unsaturated polyester urethane with alpha-methylstyryl groups
  • Preparation Example D-B1 a primary dispersion of a copolymer was produced according to the invention, but 15 mol% of the vinylic monomers were replaced by isoprene:
  • 2 parts by weight of the alpha-methylstyryl-containing polyurethane dispersion according to Preparation Example D-P1 was 40.0 Parts by weight of methoxypropanol and 686.5 parts by weight of deionized water and heated to 80 ° C. At 80 ° C, 0.6 parts by weight of ammonium peroxodisulfate dissolved in 35.7 parts by weight of deionized water under 3 bar nitrogen pressure in the reactor.
  • the resulting primary dispersion of the graft copolymer had a very good storage stability.
  • Their solids content was 32.2 wt .-%, the acid number at 18.8 mg KOH / g solids content and its pH at 7.0 (measured at 23 ° C).
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 97 nm.
  • a content of 2.8% by weight of methoxypropanol and 5.6% by weight of N-methylpyrrolidone was determined by means of gas chromatography.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 78.0% by weight.
  • the content of free monomers was determined by gas chromatography at 30-minute intervals analogously to example D-A1, with the highest total monomer content being determined after 30 minutes based on dispersion at 0.5% by weight (3.6%) Wt .-% based on vinyl monomer).
  • reaction mixture was stirred at 80 ° C for a further hour and then cooled to room temperature.
  • the resulting primary dispersion of the copolymer had a very good storage stability.
  • Their solids content was 28.0 wt .-%, the acid number at 18.2 mg KOH / g solids content and its pH at 7.0.
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 1 10 nm.
  • Analogous to example D-A1 a content of 2.9% by weight of methoxypropanol and 5.9% by weight of N-methylpyrrolidone was determined by gas chromatography.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 81.2% by weight.
  • Polyesterurethane-polyacrylate copolymer starting from a saturated sulfur-containing polyester urethane (solvent-containing)
  • reaction mixture was stirred at 80 ° C for a further hour and then cooled to room temperature.
  • the resulting primary dispersion of the copolymer had good storage stability.
  • Their solids content was 33.0 wt .-%, the acid number at 20.1 mg KOH / g solids content and its pH at 7.0.
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 72 nm.
  • Analogous to example D-A1 was by gas chromatography, a content of 2.1 wt .-% methoxypropanol and
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 42.1% by weight.
  • Polyetherurethane-polyacrylate copolymer starting from a saturated polyetherurethane
  • the resulting primary dispersion of the copolymer had a very good storage stability.
  • Their solids content was 32.8 wt .-%, the acid number at 23.2 mg KOH / g solids content and its pH at 6.2.
  • Analogous to example D-A1 a content of 1, 1 wt .-% methoxypropanol and by gas chromatography 3.9 wt .-% N-methylpyrrolidone determined.
  • the particle size (z-average) by means of photocorrelation spectroscopy was 103 nm.
  • the gel fraction was determined analogously to example D-A1 gravimetrically after extraction by means of tetrahydrofuran with 85.2% by weight.
  • aqueous phase The components listed in Tables 2a, 2b, 3a and 3b under "aqueous phase" are stirred together in the stated order to form an aqueous mixture, and in the next step an organic mixture is prepared from the components listed under "organic phase".
  • the organic mixture is added to the aqueous mixture.
  • the mixture is then stirred for 10 minutes and adjusted with the aid of deionized water and ⁇ , ⁇ -dimethylethanolamine (BASF SE) to a pH of 8.0 and spray viscosity.
  • BASF SE deionized water
  • BASF SE ⁇ , ⁇ -dimethylethanolamine
  • Foamstar MF 324 (Cognis) 0.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
  • TMDD 50% BG from BASF SE
  • Polyester prepared according to Example D, page 10, 1, 0 1, 0 1, 0 1, 0 1, 0 1, 0 1, 0 of DE 4009858 C2
  • Luwipal® 052 (BASF SE), melamine 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 formaldehyde resin
  • Pluriol® P 900 BASF SE
  • polypropylene oxide 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
  • Polyester prepared according to Example D, page 10, 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 of DE 4009858 C2
  • Foamstar MF 324 (Cognis) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
  • TMDD 50% BG from BASF SE
  • Polyester prepared according to Example D, page 10, 1, 0 1, 0 1, 0 1, 0 of DE 4009858 C2
  • Luwipal® 052 (BASF SE), melamine- 5.0 5.0 5.0 5.0 formaldehyde resin
  • Pluriol® P 900 BASF SE
  • Viscalex® HV30 (BASF SE) - solution 3.0 3.0 3.0 3.0 in water (rheology modifier)
  • Polyester prepared according to Example D, page 10, 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 of DE 4009858 C2
  • water-based paint contained BL-AO Foamstar MF 324 (Cognis) and 1-octanol (BASF SE), all other waterborne basecoats BL-A1 to BL-B4 were free of these two components.
  • the multicoat finishes with the waterborne basecoats were prepared according to the following general procedure:
  • a 30 cm x 50 cm sheet steel coated with a surfacer coating was provided with an adhesive strip on one longitudinal edge in order to be able to determine the layer thickness differences after coating.
  • the aqueous basecoat was applied wedge-shaped electrostatically.
  • the resulting aqueous basecoat film was flashed off at room temperature for one minute and then dried in a convection oven at 70 ° C. for 10 minutes.
  • On the dried aqueous basecoat a standard two-component clearcoat was applied.
  • the resulting clearcoat layer was flashed off at room temperature for 20 minutes.
  • aqueous basecoat film and clearcoat film were cured together in a circulating air oven at 140 ° C for 20 minutes.
  • the layer thickness of the cured clearcoat film was constant over the entire sheet ( ⁇ 1 ⁇ ) at a clearcoat film thickness of 38 to 42 ⁇ .
  • the layer thickness of the pinhole limit was determined.
  • a coil sheet of dimensions 30 ⁇ 60 cm was painted with a filler and the filler baked at 160 ° C over a period of 20 minutes.
  • a sanding pad by means of a sandpaper having 800 particles per cm 2 on the surface, which had a depth of 2-4 ⁇ and a furrow width of 2 cm.
  • the corresponding basecoat was applied with a layer thickness of 8-12 ⁇ .
  • the resulting sheet was dried for 10 minutes at 80 ° C, and on the dried aqueous basecoat layer, a conventional and known two-component clearcoat was applied.
  • the aqueous basecoat film and clearcoat film were cured together in a convection oven for 20 minutes at 140 ° C.
  • the visibility of the grinding cross in the multi-layer coating was determined visually and evaluated on a scale of 1 to 5. High numerical values indicate good visibility of the grinding cross and low numerical values provide good coverage of the grinding points.
  • Tables 4 and 5 give an overview of the results of the determination of the needlestick, the needlestick count and the abrasion resistance of the multicoat paint systems:
  • the filler was intermediately dried over a period of 10 min at 80 ° C and then baked at 190 ° C over a period of 30 min.
  • a basecoat according to Table 6 was first pneumatically applied to this plate. After the basecoat had been flashed off for 1 min at room temperature, the basecoat was dried for 10 minutes at 70 ° C. in a circulating air oven. Subsequently, BASF commercially available 2-component clearcoat FF99-0345 was also applied pneumatically and after 20 minutes flash-off at room temperature, the two layers baked at a temperature of 160 ° C over a period of 30 min. This resulted in a burned multi-layer coating.
  • the coatings were sanded. Subsequently, the respective basecoat according to Table 3 was applied pneumatically. After the basecoat had been flashed off at room temperature for 1 minute, the basecoat was dried for 10 minutes at 70 ° C. in a circulating air oven.
  • the cross-cut test was carried out in accordance with DIN 2409.
  • the evaluation of the results of the cross hatch test was carried out according to DIN EN ISO 2409.
  • Table 6 gives an overview of the results of the cross-hatch tests when comparing the different aqueous basecoats:

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Abstract

Wässrige Dispersion, enthaltend mindestens ein Mischpolymerisat, wobei das Mischpolymerisat herstellbar ist, durch Vorlage einer wässrigen Dispersion mindestens eines Polyurethans, und anschließend Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des Polyurethans, wobei ein wasserlöslicher Initiator verwendet wird die Zudosierung der olefinisch ungesättigten Monomere so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration von 6,0 Gew.- %, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, und die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer enthält. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der wässrigen Dispersion zur Herstellung von Lacken, ein Verfahren zur Herstellung der wässrigen Dispersion, einen Basislack enthaltend die wässrige Dispersion, sowie die Verwendung des Basislacks zur Beschichtung von Automobilkarossen und/oder Anbauteilen von Automobilkarossen.

Description

Wässrige Dispersion eines Mischpolymerisats
Die vorliegende Erfindung betrifft wässrige Dispersionen von Mischpolymerisaten, sowie deren Herstellung und Verwendung, insbesondere auf dem Gebiet der Automobillackierung.
Aus dem Stand der Technik sind Mischpolymerisate bekannt, die einen Kern-Schale- Aufbau haben.
Das Dokument EP 1 218 434 B1 offenbart ein Pfropfmischpolymerisat auf Polyurethan-Basis sowie dessen Verwendung zur Herstellung von Beschichtungsstoffen, Klebstoffen und Dichtmassen.
Die Dokumente EP 1 185 568 B1 und EP 1 173 491 B1 beschreiben Mischpolymerisate mit einem Kern-Schale-Aufbau, deren Äußeres vollständig vernetzt ist, wobei der Kern aus Polyacrylat besteht und die Schale aus Polyurethan bestehen kann.
Das Dokument EP 1 330 480 B1 beschreibt Mischpolymerisate, wobei der Kern aus sulfidgruppenhaltigen Polyurethanen besteht und die Schale aus Polyacrylat.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Mischpolymerisate liegen als wässrige Dispersion vor und können für die Herstellung wässriger Besch ichtungsstoffe, insbesondere für Wasserbasislacke, verwendet werden.
Diese Wasserbasislacke können im so genannten Basecoat/Clearcoat-Verfahren, einem Nass-in-Nassverfahren für die färb- und/oder effektgebende Schicht einer Mehrschichtlackierung verwendet werden.
Die bekannten Verfahren sind insbesondere im Hinblick auf das Auftreten von, als kleinste Löcher in Klar- und Basislackschicht sichtbaren, Nadelstichen verbesserungsbedürftig. Auch das Schleifriefenabdeckungsvermögen und die Haftung bei mehrfacher Lackierung sind bei aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen nicht ausreichend. Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabenstellung besteht somit in der Bereitstellung einer wässrigen Dispersion eines Mischpolymerisats der oben beschriebenen Art, welches für das Bindemittel der färb- und/oder effektgebenden Schicht einer Mehrschichtlackierung verwendet werden kann, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Insbesondere soll diese keine oder nur sehr wenige Nadelstiche und/oder eine erhöhte Nadelstichgrenze aufweisen. Als Nadelstichgrenze wird die Trockenschichtdicke der Basislackschicht bezeichnet, ab der Nadelstiche auftreten. Zugleich soll das Schleifriefenabdeckungsvermögen und die Haftung bei mehrfacher Lackierung, z.B. als Reparaturlackierung, verbessert werden.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die komplexe Aufgabenstellung, die dieser Erfindung zugrunde liegt, durch Bereitstellung
einer wässrigen Dispersion, enthaltend mindestens ein Mischpolymerisat, wobei das Mischpolymerisat herstellbar ist, durch
(i) Vorlage einer wässrigen Dispersion mindestens eines Polyurethans, und anschließend
(ii) Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des Polyurethans aus (i),
wobei
(a) ein wasserlöslicher Initiator verwendet wird,
(b) die Zudosierung der olefinisch ungesättigten Monomere so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration von 6,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, und
(c) die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer enthält,
gelöst wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersionen, die Verwendung der genannten wässrigen Dispersion in Lacken insbesondere Basislacken, wässrige Basislacke, die oben genannte Dispersionen enthalten, sowie ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Lackierungen.
Nadelstiche sind kleinste Löcher in der Klar- und Basislackschicht, welche in der fertigen Beschichtung sichtbar sind. Sie gehören zu den verbreitetsten Oberflächenstörungen in Spritzlacken. Die in der nachfolgenden Beschreibung und Patentbeispielen als Nadelstiche bezeichnete Defekte werden charakterisiert durch trichterförmige, sich in zylindrischen Röhren fortsetzende Löcher in der Größenordnung eines Abdrucks einer Nadelspitze, welche einen mittleren Durchmessers der Trichteröffnung von ca. 300 bis 700 μιτι und einen mittleren Röhrendurchmessers von ca. 15 bis 60 μιτι aufweisen, und durch Klar- und Basislackschicht bis zur darunterliegenden Schicht hindurchreichen. Sie können das Ergebnis von entweichenden Gasen, wie Lufteinschlüssen - bzw. verdampfenden Flüssigkeiten sein.
Der Begriff „(Meth)Acrylat" soll im Folgenden sowohl Acrylat als auch Methacrylat bezeichnen.
Ein Mischpolymerisat im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet Polymerteilchen, die aus verschiedenen Polymeren aufgebaut sind. Es sind dabei ausdrücklich sowohl Polymere eingeschlossen, welche kovalent aneinander gebunden sind, als auch solche, bei denen die verschiedenen Polymere durch Adhäsion aneinander gebunden sind. Auch Kombinationen von beiden Arten der Bindung sind von dieser Definition erfasst.
Die erfindungsgemäßen Dispersionen sowie das Verfahren zur Herstellung eben dieser Dispersionen sind durch ihre Herstellungsschritte charakterisiert.
In einem ersten Herstellungsschritt wird eine wässrige Dispersion eines Polyurethanharzes vorgelegt. Geeignete gesättigte oder ungesättigte Polyurethanharze werden beispielsweise beschrieben in
der deutschen Patentanmeldung DE 199 48 004 A1 , Seite 4, Zeile 19 bis Seite 1 1 Zeile 29 (Polyurethanpräpolymer B1 )
der europäischen Patentanmeldung EP 0 228 003 A1 , Seite 3, Zeile 24 bis Seite 5, Zeile 40,
der europäischen Patentanmeldung EP 0 634 431 A1 , Seite 3, Zeile 38 bis Seite 8, Zeile 9, oder
der internationalen Patentanmeldung WO 92/15405, Seite 2, Zeile 35 bis Seite 10, Zeile 32.
Für die Herstellung des Polyurethanharzes werden vorzugsweise die dem Fachmann bekannten aliphatischen, cycloaliphatischen, aliphatisch-cycloaliphatischen, aromatischen, aliphatisch-aromatischen und/oder cycloaliphatisch-aromatischen Polyisocyanate eingesetzt. Besonders bevorzugt sind aliphatische und aliphatisch- cycloaliphatische Polyurethanharze.
Als Alkohol-Komponente für die Herstellung der Polyurethanharze werden bevorzugt die dem Fachmann bekannten, gesättigten und ungesättigten Polyole sowie gegebenenfalls in untergeordneten Mengen auch Monoalkohole eingesetzt. Es werden insbesondere Diole und gegebenenfalls in untergeordneten Mengen Triole zur Einführung von Verzweigungen eingesetzt. Beispiele geeigneter Polyole sind gesättigte oder olefinisch ungesättigte Polyesterpolyole und/oder Polyetherpolyole. Insbesondere werden als Polyole Polyesterpolyole, insbesondere solche mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 5000 g/mol (gemessen mittels Dampfdruckosmometrie), eingesetzt
Bevorzugt handelt es sich bei dem in wässriger Dispersion vorgelegten Polyurethan um ein hydrophil stabilisiertes Polyurethan. Zur hydrophilen Stabilisierung beziehungsweise zur Erhöhung der Dispergierbarkeit in wässrigem Medium kann das Polyurethanharz bestimmte ionische Gruppen und/oder Gruppen, die in ionische Gruppen überführt werden können (potentiell ionische Gruppen), enthalten. Solche Polyurethanharze werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ionisch hydrophil stabilisierte Polyurethanharze bezeichnet. Ebenfalls enthalten sein können nicht ionische hydrophil modifizierende Gruppen. Bevorzugt sind aber die ionisch hydrophil stabilisierten Polyurethane. Genauer handelt es sich bei den modifizierenden Gruppen entweder um
- funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel und/oder Quaternisierungsmittel in Kationen überführt werden können, und/oder kationische Gruppen (kationische Modifizierung)
oder
- funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel in Anionen überführt werden können, und/oder anionische Gruppen (anionische Modifizierung) oder
- nicht ionische hydrophile Gruppen (nicht-ionische Modifizierung)
oder
- Kombinationen der zuvor genannten Gruppen.
Wie der Fachmann weiß, handelt es sich bei den funktionellen Gruppen zur kationischen Modifizierung um beispielsweise primäre, sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppen, sekundäre Sulfidgruppen und/oder tertiäre Phosphingruppen, insbesondere tertiäre Aminogruppen und sekundäre Sulfidgruppen (funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel und/oder Quaternisierungsmittel in kationische Gruppen überführt werden können). Weiterhin zu nennen sind die aus den vorgenannten funktionellen Gruppen unter Einsatz von dem Fachmann bekannten Neutralisationsmitteln und/oder Quaternisierungsmitteln hergestellte kationische Gruppen wie primäre, sekundäre, tertiäre und/oder quaternäre Ammoniumgruppen, tertiäre Sulfoniumgruppen und/oder quaternäre Phosphoniumgruppen, insbesondere quaternäre Ammoniumgruppen und tertiäre Sulfoniumgruppen.
Bei den funktionellen Gruppen zur anionischen Modifizierung handelt es sich bekanntermaßen um beispielsweise Carbonsäure-, Sulfonsäure- und/oder Phosphonsäuregruppen, insbesondere Carbonsäuregruppen (funktionelle Gruppen, die durch Neutralisationsmittel in anionische Gruppen überführt werden können) sowie aus den vorgenannten funktionellen Gruppen unter Einsatz von dem Fachmann bekannten Neutralisationsmittel hergestellte anionische Gruppen wie Carboxylat-, Sulfonat- und/oder Phosphonatgruppen. Bei den funktionellen Gruppen zur nicht-ionischen hydrophilen Modifizierung handelt es sich vorzugsweise um Poly(oxyalkylen)-Gruppen, insbesondere Poly(oxyethylen)- Gruppen.
Die ionisch hydrophilen Modifizierungen können durch Monomere, welche die ionischen oder potentiell ionischen Gruppen enthalten, in das Polyurethanharz eingeführt werden. Die nicht-ionischen Modifizierungen werden beispielsweise durch den Einbau von Poly(ethylen)oxid-Polymeren als laterale oder endständige Gruppen der Polyurethanmoleküle eingeführt. Die hydrophilen Modifizierungen werden beispielsweise über Verbindungen eingeführt, die mindestens eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktive Gruppe, vorzugsweise mindestens eine Hydroxygruppe, enthalten. Zur Einführung der ionischen Modifizierung können Monomere eingesetzt werden, die neben den modifizierenden Gruppen mindestens eine Hydroxygruppe enthalten. Zur Einführung der nicht-ionischen Modifizierungen werden bevorzugt die dem Fachmann bekannten Polyetherdiole und/oder Alkoxypoly(oxyalkylen)alkohole eingesetzt.
Bevorzugt wird mindestens ein Lösemittel zu der vorgelegten Polyurethandispersion gegeben, wobei das Lösemittel in jedem Verhältnis mit Wasser und in jedem Verhältnis mit der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren mischbar ist. Besonders geeignete Lösemittel sind N-Methylpyrrolidon, N-Ethylpyrrolidon und Etheralkohole, wie insbesondere Methoxypropanol.
Als nächster Herstellungsschritt wird eine Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des Polyurethans nach den Methoden der sogenannten radikalischen Emulsionspolymerisationen in Gegenwart mindestens eines Polymerisationsinitiators durchgeführt.
Bei dem verwendeten Polymerisationsinitiator muss es sich um einen wasserlöslichen Initiator handeln. Beispiele geeigneter Initiatoren sind Kalium-, Natrium- oder Ammoniumperoxodisulfat, sowie Wasserstoffperoxid, tert.- Butylhydroperoxid, 2,2'-Azobis(2-amidoisopropan)dihydrochlorid, 2,2'-Azo- bis-(N,N'- dimethylenisobutyramidin)dihydrochlorid oder 2,2'-Azo- bis-(4-cyanopentansäure. Die Initiatoren werden entweder allein oder in Mischung verwendet, z. B. Mischungen aus Wasserstoffperoxid und Natriumpersulfat.
Auch die bekannten Redox-Initiatorsysteme können als Polyme sationinitiatoren verwendet werden. Solche Redox-Initiatorsysteme enthalten mindestens eine peroxidhaltige Verbindung in Kombination mit einem Redox-Coinitiator z. B. reduzierend wirkenden Schwefelverbindungen, beispielsweise Bisulfite, Sulfite, Thiosulfate, Dithionite oder Tetrathionate von Alkalimetallen und Ammoniumverbindungen, Natriumhydroxymethansulfinat-Dihydrat und/oder Thioharnstoff. So kann man Kombinationen von Peroxodisulfaten mit Alkalimetalloder Ammoniumhydrogensulfiten einsetzen, z. B. Ammoniumperoxidisulfat und Ammoniumdisulfit. Das Gewichtsverhältnis von peroxidhaltigen Verbindungen zu den Redox-Coinitiatoren beträgt vorzugsweise 50 : 1 bis 0,05 : 1 . In Kombination mit den Initiatoren bzw. den Redoxinitiatorsystemen können zusätzlich Übergangsmetallkatalysatoren eingesetzt werden, wie z. B. Eisen-, Nickel-, Kobalt-, Mangan-, Kupfer-, Vanadium, oder Chromsalze, wie Eisen-ll-sulfat, Kobalt- ll-chlorid, Nickel-ll-sulfat, Kupfer-l-chlorid, Mangan-ll-acetat, Vanadium-lll-acetat, Mangan-Il- chlorid. Bezogen auf die Monomere werden diese Übergangsmetallsalze üblicherweise in Mengen von 0,1 bis 1000 ppm eingesetzt. So kann man Kombinationen von Wasserstoffperoxid mit Eisen-Il-Salzen einsetzen, wie beispielsweise 0,5 bis 30% Wasserstoffperoxid und 0,1 bis 500 ppm Mohrsches Salz.
Die Initiatoren werden bevorzugt in einer Menge von 0,05 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 10, besonders bevorzugt von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der olefinisch ungesättigten Monomere eingesetzt.
Die Verwendung des wasserlöslichen Initiators bedingt, dass olefinisch ungesättigte Monomere, die zu der vorgelegten wässrigen Dispersion gegeben werden, sofort zu Oligomeren reagieren können. Diese Oligomere haben eine geringere Tendenz in die Polyurethanteilchen der vorgelegten Dispersion einzudringen als die kleineren Monomere.
Die Polymerisation wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 0 bis 160°C, vorzugsweise 60 bis 95°C durchgeführt. Dabei wird bevorzugt unter Ausschluss von Sauerstoff gearbeitet, vorzugsweise in einem Stickstoffstrom. In der Regel wird die Polymerisation bei Normaldruck durchgeführt, jedoch ist auch die Anwendung von niedrigeren Drucken oder höheren Drucken möglich, insbesondere wenn Polymerisationstemperaturen angewendet werden, die oberhalb des Siedepunktes der Monomere und/oder Lösungsmittel liegen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerisate erfolgt durch radikalische wäßrige Emulsionspolymerisation, wobei dem Reaktionsmedium Tenside oder Schutzkolloide zugesetzt werden können. Eine Zusammenstellung geeigneter Emulgatoren und Schutzkolloide findet sich beispielsweise in Houben Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/1 Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1961 , S 41 1 ff.
Wichtig für die Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion ist die Kontrolle der Bedingungen der Polymerisationsreaktion der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des Polyurethans. Diese wird so durchgeführt, dass es sich um eine so genannte „verhungernde Polymerisation" (auch als „starve feed", „starve fed" oder „starved feed" Polymerisation bekannt handelt.
Als verhungernde Polymerisation im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Emulsionspolymerisation angesehen bei der der Gehalt an Restmonomeren in der Reaktionslösung während der Reaktionsdauer minimiert wird, d.h. die Zudosierung der olefinisch ungesättigten Monomere so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration von 6,0 Gew.-%, bevorzugt 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 4,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird.
Die Konzentration der Monomere in der Reaktionslösung kann dabei gaschromatographisch bestimmt werden.
Die Konzentration der Monomere in der Reaktionslösung, im Folgenden als freie Monomere bezeichnet, kann auf verschiedene Art und Weisen gesteuert werden. Eine Möglichkeit die Konzentration der freien Monomere gering zu halten ist es, die Dosiergeschwindigkeit der Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere sehr niedrig zu wählen. Wenn die Zudosiergeschwindigkeit so niedrig ist, dass alle Monomere möglichst schnell reagieren können sobald sie in der Reaktionslösung sind, kann sichergestellt werden, dass die Konzentration der freien Monomere minimiert wird.
Neben der Dosiergeschwindigkeit, ist es wichtig, dass immer ausreichend Radikale in der Reaktionslösung vorhanden sind, so dass die zudosierten Monomere jeweils möglichst schnell zur Reaktion gebracht werden können. Dazu sind die Reaktionsbedingungen bevorzugt so zu wählen, dass mit dem Initiatorzulauf schon vor Beginn der Dosierung der olefinisch ungesättigten Monomeren begonnen wird. Bevorzugt wird mit der Dosierung mindestens 5 Minuten vorher begonnen, besonders bevorzugt mindestens 10 Minuten vorher. Bevorzugt wird mindestens 10 Gew.-% des Initiators, besonders bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestes 30 Gew.-% des Initiators, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Initiator, vor Beginn der Dosierung der olefinisch ungesättigten Monomeren zugegeben.
Die Initiatormenge ist ein wichtiger Faktor für das ausreichende Vorhandensein von Radikalen in der Reaktionslösung. Die Menge an Initiator ist so zu wählen, dass zu jeder Zeit ausreichend Radikale zur Verfügung stehen, so dass die zudosierten Monomere reagieren können. Wird die Menge an Initiator erhöht, können auch größere Mengen an Monomeren zur gleichen Zeit zur Reaktion gebracht werden. Ein weiterer Faktor, der die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt, ist der Aufbau der Monomere.
Die Kontrolle der Konzentration der freien Monomere kann also durch das Zusammenspiel von Initiatormenge, Geschwindigkeit der Initiatorzugabe, Geschwindigkeit der Monomerenzugabe und durch die Auswahl der Monomere gesteuert werden. Sowohl die Verlangsamung der Dosierung, als auch die Erhöhung der Initiatormenge, sowie der frühzeitige Beginn mit der Zugabe des Initiators dienen dem Ziel die Konzentration der freien Monomere unter den oben genannten Grenzen zu halten. Zu jedem Zeitpunkt der Reaktion kann die Konzentration der freien Monomere gaschromatographisch bestimmt werden. Typische Parameter für die Bestimmung sind die folgenden: 50m Silica-Kapillarsäule mit Polyethylenglykol-Phase bzw. 50m Silica-Kapillarsäule mit Polydimethylsiloxan-Phase, Trägergas Helium, Splitinjektor 150°C, Ofentemperatur 40 bis 220°C, Flammionisationsdetektor, Detektortemperatur 275°C, interner Standard Isobutylacrylat.
Sollte bei dieser Analyse eine Konzentration an freien Monomeren bestimmt werden, die nah an den Grenzwert für die verhungernde Polymerisation kommt, z.B. aufgrund sehr wenig reaktiver olefinisch ungesättigter Monomere, können die oben genannten Parameter zur Steuerung der Reaktion genutzt werden. Es kann in diesem Fall beispielsweise die Dosiergeschwindigkeit der Monomere verringert oder die Menge an Initiator erhöht werden.
Geeignete olefinisch ungesättigte Monomere können einfach oder mehrfach olefinisch ungesättigt sein.
Beispiele geeigneter einfach olefinisch ungesättigter Monomere umfassen (meth)acrylat-basierte einfach olefinisch ungesättigte Monomere, vinylische, einfach olefinisch ungesättigte Monomere, alpha-beta ungesättigte Carbonsäuren und Allylverbindungen.
Bei den (meth)acrylat-basierten, einfach olefinisch ungesättigten Monomeren kann es sich beispielsweise um (Meth)acrylsäure und Ester, Nitrile, oder Amide der (Meth)acrylsäure handeln.
Bevorzugt sind Ester der (Meth)acrylsäure, mit einem Rest R, der nicht olefinisch ungesättigt ist.
Figure imgf000011_0001
bzw. Der Rest R kann aliphatisch oder aromatisch sein. Bevorzugt ist der Rest R aliphatisch.
Der Rest R kann beispielsweise ein Alkylrest sein, oder Heteroatome enthalten. Beispiele für Reste R, die Heteroatome enthalten sind Ether. Bevorzugt handelt es sich beim Rest R um einen Alkylrest.
Für den Fall, dass R ein Alkylrest ist, kann es sich um einen linearen, verzweigten oder cyclischen Alkylrest handeln. In allen drei Fällen kann es sich um unsubstituierte oder um mit funktionellen Gruppen substituierte Alkylreste handeln. Bevorzugt hat der Alkylrest 1 bis 20, besonders bevorzugt 1 bis 10 Kohlenstoffatome.
Besonders bevorzugt geeignete einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest sind Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, lsopropyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)- acrylat, tert-Butyl(meth)acrylat, Amyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, Ethyl- hexyl(meth)acrylat, 3,3,5-Trimethylhexyl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Cycloalkyl(meth)acrylate, wie Cyclopentyl(meth)acrylat, lsobornyl(meth)acrylat sowie Cyclohexyl(meth)acrylat wobei n- und tert- Butyl(meth)acrylat und Methylmethacrylat ganz besonders bevorzugt sind.
Geeignete einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit einem substituierten Alkylrest können bevorzugt mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen substitutiert sein.
Besonders bevorzugt geeignete einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit einem mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen substituierten Alkylrest sind 2- Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 3- Hydroxypropyl (meth)acrylat, 3-Hydroxybutyl(meth)acrylat sowie 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat.
Bei den vinylischen, einfach ungesättigten Monomeren kann es sich um Monomere mit einem Rest R' an der Vinylgruppe handeln, der nicht olefinisch ungesättigt ist.
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Der Rest R' kann aliphatisch oder aromatisch sein, wobei aromatische Reste bevorzugt sind.
Der Rest R' kann ein Kohlenwasserstoffrest sein, oder Heteroatome enthalten. Beispiele für Reste R', die Heteroatome enthalten sind Ether, Ester, Amide, Nitrile und Heterocylen.
Bevorzugt handelt es sich beim Rest R' um einen Kohlenwasserstoffrest.
Für den Fall, dass es sich bei R' um einen Kohlenwasserstoffrest handelt, kann dieser mit Heteroatomen substituiert oder unsubstituiert sein, wobei unsubstituierte Reste bevorzugt sind.
Bevorzugt ist der Rest R' ein aromatischer Kohlenwasserstoffrest.
Besonders bevorzugte vinylische, olefinisch ungesättigte Monomere sind vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Vinyltoluol, alpha-Methylstyrol und insbesondere Styrol.
Wenn Heteroatome enthalten sind, sind olefinisch ungesättigte Monomere, wie Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, N-Dimethylacrylamid, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylchlorid, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, N- Vinylformamid, N-Vinylimidazol und N-Vinyl-2-Methylimidazolin bevorzugt.
Beispiele geeigneter mehrfach olefinisch ungesättigter Monomere umfassen Ester der (Meth)acrylsäure mit einem olefinisch ungesättigten Rest R" und Allylether von mono- oder mehrwertigen Alkoholen. Bei dem Rest R" kann es sich um einen Allylrest handeln oder um einen (Meth)acrylsäureesten.
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bzw.
Bevorzugte mehrfach olefinisch ungesättigte Monomere umfassen Ethylenglykoldi(meth)acrylat, 1 ,2-Propylenglykoldi(meth)acrylat, 2,2-
Propylenglykoldi(meth)acrylat, Butandiol-1 ,4-di(meth)acrylat, Neopentylglykoldi- (meth)acrylat, 3-Methylpentandioldi(meth)acrylat, Diethylenglykoldi(meth)acrylat, Triethylenglykoldi(nneth)acrylat, Tetraethylenglykoldi(meth)acrylat, Dipropylenglykol- di(meth)acrylat, Tripropylenglykoldi(nneth)acrylat, Hexandioldi(meth)acrylat und Allyl(meth)acrylat.
Darüber hinaus umfassen bevorzugte mehrfach olefinisch ungesättigte Verbindungen Acrylsaure- und Methacrylsaureester von Alkoholen mit mehr als zwei OH-Gruppen, wie zum Beispiel Trimethylolpropantri(meth)acrylat oder Glycerintri(meth)acrylat, aber auch Trimethylolpropandi(meth)acrylatmonoallylether, Trimethylolpropan(meth)acrylatdiallylether,
Pentaerythrittri(meth)acrylatmonoallylether, Pentaerythritdi(meth)acrylatdiallylether, Pentaerythrit(meth)acrylattriallylether, Triallylsaccharose, und Pentaallylsaccharose.
Besonders bevorzugt wird Allylmethacrylat eingesetzt.
Die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere enthält mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer. Bevorzugt enthält die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere außerdem ein oder mehrere einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit einem unsubstituierten Alkylrest.
Bevorzugt enthält die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere 0,1 bis 6,0 mol-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2,0 mol-%, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 1 ,0 mol-% mehrfach olefinisch ungesättigte Monomere.
Bevorzugt enthält die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere 0,1 bis 6,0 mol-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2,0 mol-%, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 2,0 mol-% Allylmethacrylat. Besonders bevorzugt sind außer Allylmethacrylat keine weiteren mehrfach olefinisch ungesättigten Monomere in der Mischung enthalten.
Bevorzugt enthält die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren < 10,0 Gew.-%, besonders bevorzugt < 5,0 Gew.-% vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren. Ganz besonders bevorzugt sind keine vinylaromatischen Kohlenwasserstoffe in der Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren:
• 98,0 bis 99,5 Gew.-% einen oder mehrere einfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure mit unsubstituierten Alkylresten, wobei die Alkylreste eine Länge von 1 - 10 Kohlenstoffatomen haben, und
• 0,5 bis 2,0 Gew.-% einen oder mehrere mehrfach ungesättigte Ester der (Meth)acrylsäure,
jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren.
Bevorzugt wird der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren mindestens ein Lösemittel zugesetzt, wobei das Lösemittel in jedem Verhältnis mit Wasser und in jedem Verhältnis mit der Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren mischbar ist. Besonders geeignete Lösemittel sind N-Methylpyrrolidon, N- Ethylpyrrolidon und Etheralkohole, wie insbesondere Methoxypropanol.
Durch den beschriebenen Herstellungsprozess haben die Mischpolymerisate in der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion einen Kern-Schale-Aufbau, der durch den angegebenen Herstellungsprozess erreicht werden kann. Der Kern-Schale Aufbau ist dabei charakterisiert durch einen Kern, enthaltend mindestens ein Polyurethan, und eine Schale, enthaltend mindestens Polymer welches durch Polymerisation von olefinisch ungesättigten Monomeren erhalten wurde.
Der beschriebene Kern-Schale-Aufbau wird durch die speziellen Reaktionsbedingungen der verhungernden Polymerisation erreicht. Es sind während der gesamten Reaktionsdauer nie größere Mengen an olefinisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des vorgelegten Polyurethans vorhanden, welche in das Polyurethanteilchen eindringen könnten. Durch die während der Monomerzugabe in der wässrigen Phase immer vorhandenen Radikale, die der wasserlösliche Initiator bereitstellt, werden bei Zugabe sofort Oligomere gebildet, die nicht mehr in das Polyurethan eindringen können. Diese polymerisieren sodann auf der Oberfläche des Polyurethans.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Gewichtsverhältnis von Kern zu Schale 80:20 bis 20:80, besonders bevorzugt 60:40 bis 40:60. Die Mikrostruktur der Mischpolymerisate kann durch Transmissionselektronenmikroskopie untersucht werden: Dazu müssen Strukturen ins Polymer eingebaut werden, die einer Kontrastierung, vorzugsweise durch Schwermetall-Verbindungen, zugänglich gemacht werden können. Das geschieht bevorzugt während der radikalischen Copolymerisation durch den Einbau von Polydien - Sequenzen ins Mischpolymerisat, wobei bevorzugt Isopren oder Butadien mit olefinisch ungesättigten Verbindungen und Allylverbindungen copolymerisiert werden.
Aus der wässrigen Dispersion muss zur Untersuchung ein Polymerfilm gebildet werden, welcher nach Kontrastierung in einer Osmium- oder Rutheniumtetroxid- angereicherten Atmosphäre elektronenmikroskopisch untersucht werden kann.
Bevorzugt haben die Mischpolymerisate eine Teilchengröße (z-Mittel) von 60 bis 130, besonders bevorzugt von 70 bis 1 15 nm, gemessen mittels Photonkorrelationsspektroskopie mit einem Malvern Nano S90 (Fa. Malvern Instruments) bei 25 ± 1 °C. Das Gerät, ausgestattet mit einem 4mW He-Ne Laser bei einer Wellenlänge von 633nm, deckt einen Größenbereich von 1 bis 3000 nm ab.
Die Mischpolymerisate können vernetzt sein. Der Gelanteil der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion beträgt bevorzugt 40 bis 97 Gew.-%, besonders bevorzugt 75 bis 90 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Festkörper der Dispersion.
Der Gelanteil kann gravimetrisch bestimmt werden, indem die Dispersion gefriergetrocknet wird, die Gesamtmasse des gefriergetrockneten Polymers bestimmt wird und das Polymer anschließend 24 Stunden bei 25°C in einem Überschuss an Tetrahydrofuran (Verhältnis Tetrahydrofuran zu gefriergetrocknetem Polymer = 300 : 1 ) extrahiert wird. Der unlösliche Anteil wird abgetrennt und bei 50°C vier Stunden lang im Umluftofen getrocknet. Im Anschluss wird der getrocknete, unlösliche Anteil gewogen und der Quotient mit der Gesamtmasse des gefriergetrockneten Polymers gebildet. Der erhaltene Wert entspricht dem Gelanteil. Die gewichtsmittlere Molmasse der Mischpolymerisate beträgt bevorzugt 3 * 107 g/mol bis 8,5 * 109 g/mol, wobei die gewichtsmittlere Molmasse mit Kleinwinkel- Laserlichtstreuung ermittelt werden kann.
Die Säurezahl der Mischpolymerisate beträgt 0 bis 220 mg KOH / g Festharz, bevorzugt 0 bis 40 mg KOH / g Festharz, besonders bevorzugt 0 bis 25 mg KOH / g Festharz. Die OH-Zahl ist kleiner 70, bevorzugt kleiner 20 mg KOH / g Festharz. Die Säurezahl kann in Anlehnung an die DIN EN ISO 21 14 in homogener Lösung aus THF / Wasser (9 Vol. -Teile THF und 1 Vol. -Teil destilliertes Wasser) mit ethanolischer Kaliumhydroxid-Lösung bestimmt werden.
Die OH-Zahl kann in Anlehnung an R.-P. Krüger, R. Gnauck und R. Algeier, Plaste und Kautschuk, 20, 274 (1982), mittels Essigsäureanhydrid in Gegenwart von 4- Dimethylaminopyridin als Katalysator in einer Tetrahydrofuran (THF) / Dimethylformamid (DMF)-Lösung bei Raumtemperatur ermittelt werden, wobei der verbliebene Überschuss an Essigsäureanhydrid nach Acetylierung vollständig hydrolysiert wird und die Essigsäure mit alkoholischer Kaliumhydroxid-Lösung potentiometrisch zurücktitriert wird.
Vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersion zur Herstellung von Lacken insbesondere zur Herstellung von Basislacken.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen wässrigen Basislack, der eine erfindungsgemäße Dispersion enthält.
Der wässrige Basislack enthält in der Regel farbgebende Pigmente und/oder optisch effektgebende Pigmente.
Solche Farbpigmente und Effektpigmente sind dem Fachmann werden beispielsweise in Römpp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Seite 176 und 451 , beschrieben.
Effektpigmente sind beispielsweise Metalleffektpigmente wie z.B. Aluminiumpigmente, Goldbronzen, feuergefärbte Bronzen und/oder Eisenoxid- Aluminiumpigmente, Perglanzpigmente wie z.B. Fischsilber, basisches Bleicarbonat, Bismutoxidchlorid und/oder Metalloxid-Glimmer-Pigmente und/oder sonstige Effektpigmente wie z.B. mikronisiertes Titandioxid, blättchenförmiges Graphit, blättchenförmiges Eisenoxid, Mehrschicht-Effekt-Pigmente aus PVD-Filmen und/oder Liquid Crystal Polymer-Pigmente.
Der Anteil der Pigmente liegt vorzugsweise im Bereich von 1 ,0 bis 40,0 Gew.-%, bevorzugt 2,0 bis 20,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 5,0 bis 15,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des pigmentierten wässrigen Basislacks.
Im erfindungsgemäßen Basislack können physikalisch, thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare Bindemittel enthalten sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff„physikalische Härtung" die Bildung eines Films durch Abgabe von Lösemittel aus Polymerlösungen oder Polymerdispersionen. Üblicherweise sind hierfür keine Vernetzungsmittel notwendig.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „thermische Härtung" die durch Hitze initiierte Vernetzung einer Lackschicht, bei der in dem zugrunde liegenden Lack entweder ein separat vorliegendes Vernetzungsmittel oder aber selbstvernetzende Bindemittel angewandt werden. Das Vernetzungsmittel enthält reaktive funktionelle Gruppen, die zu den in den Bindemitteln vorhandenen reaktiven funktionellen Gruppen komplementär sind. Üblicherweise wird dies von der Fachwelt als Fremdvernetzung bezeichnet. Sind die komplementären reaktiven funktionellen Gruppen oder autoreaktiven funktionellen Gruppen, d.h. Gruppen, die mit Gruppen derselben Art reagieren, bereits in den Bindemittelmolekülen vorhanden, liegen selbstvernetzende Bindemittel vor. Beispiele geeigneter komplementärer reaktiver funktioneller Gruppen und autoreaktiver funktioneller Gruppen sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 30 665 A1 , Seite 7, Zeile 28 bis Seite 9, Zeilen 24 bekannt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter aktinischer Strahlung elektromagnetische Strahlung wie nahes Infrarot (NIR), UV-Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, und Korpuskularstrahlung wie Elektronenstrahlung zu verstehen. Die Härtung durch UV-Strahlung wird üblicherweise durch radikalische oder kationische Photoinitiatoren initiiert.
Werden die thermische Härtung und die Härtung mit aktinischer Steahlung gemeinsam angewandt, spricht man auch von„Dual Cure".
In der vorliegenden Erfindung sind Basislacke bevorzugt, die thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung, also mittels„Dual Cure", härtbar sind.
Insbesondere sind solche Basislacke bevorzugt, die als Bindemittel ein Polyurethanharz und als Vernetzungsmittel ein Aminoplastharz oder ein blockiertes oder unblockiertes Polyisocyanat, bevorzugt ein Aminoplasthatz, enthalten. Unter den Aminoplastharzen sind insbesondere Melaminharze bevorzugt.
Bevorzugt ist zudem ein Verdicker enthalten. Als Verdicker eignen sich anorganische Verdicker aus der Gruppe der Schichtsilikate. Besonders geeignet sind Lithium- Aluminium-Magnesium Silikate.
Neben den anorganischen Verdickern können jedoch auch ein oder mehrere organische Verdicker eingesetzt werden. Diese werden vorzugsweise gewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat- Verdickern, wie beispielsweise dem Handelsprodukt Viscalex HV30 (Ciba, BASF) und Polyurethanverdickern, wie beispielsweise dem Handelsprodukt DSX ® 1550 der Firma Cognis. Als (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdicker werden solche bezeichnet, die neben Acrylsäure und/oder Methacrylsäure auch ein oder mehrere Acrylsäureester (das heißt Acrylate) und/oder ein oder mehrere Methacrylsäureester (das heißt Methacrylate) einpolymerisiert enthalten. Den (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdickern gemein ist, dass diese in alkalischem Medium, das heißt bei pH-Werten > 7, insbesondere > 7,5 durch Salzbildung der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, das heißt durch die Bildung von Carboxylatgruppen einen starken Viskositätsanstieg zeigen. Werden (Meth)acrylsäureester eingesetzt, die aus (Meth)acrylsäure und einem d-C6-Alkanol gebildet werden, so erhält man im wesentlichen nicht-assoziativ wirkende (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdicker, wie beispielsweise das oben genannte Viscalex HV30. Im Wesentlichen nicht-assoziativ wirkende (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat-Copolymerisat-Verdicker werden in der Literatur auch als ASE-Verdicker („Alkali Soluble/Swellable Emulsion", alkalisch lösliche/quellbare Emulsion oder Dispersion) bezeichnet. Als (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat- Copolymerisat- Verdicker sind jedoch auch sogenannte HASE-Verdicker („Hydrophobically Modified Anionic Soluble Emulsions", hydrophob modifizierte anionisch lösliche Emulsion oder Dispersion) einsetzbar. Diese werden erhalten, wenn als Alkanol anstelle oder zusätzlich zu den d-C6-Alkanolen solche mit einer größeren Anzahl an Kohlenstoffatomen, beispielsweise 7 bis 30, oder 8 bis 20 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. HASE-Verdicker wirken im Wesentlichen assoziativ verdickend. Die einsetzbaren (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylat- Copolymerisat- Verdicker eignen sich aufgrund ihrer verdickenden Eigenschaften nicht als Bindemittel-Harze, sie fallen somit nicht unter die als Bindemittel bezeichneten physikalisch, thermisch oder thermisch und aktinisch härtbaren Bindemitteln und sind somit explizit verschieden von den Poly(meth)acrylat basierten Bindemitteln, die in den erfindungsgemäßen Basislackzusammensetzungen- Zusammensetzungen eingesetzt werden können. Als Polyurethanverdicker sind die in der Literatur als HEUR („Hydrophobically Modified Ethylene Oxide Urethane Rheology Modifiers", hydrophob modifizierte Ethylenoxid-Urethan-Rheologieadditive) bezeichneten, assoziativ wirkenden Verdicker zu verstehen. Chemisch handelt es sich hierbei um nichtionische verzweigte oder unverzweigte Blockcopolymere aus Polyethylenoxid-Ketten (manchmal auch Polypropylenoxid-Ketten), die über Urethanbindungen miteinander verknüpft sind und die endständige langkettige Alkyl- oder Alkylengruppen mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen tragen. Typische Alkylgruppen sind beispielsweise Dodecyl oder Stearyl-Gruppen, eine typische Alkenylgruppe ist beispielsweise eine Oleylgruppe, eine typische Arylgruppe ist die Phenylgruppe und eine typische alkylierte Arylgruppe ist beispielsweise eine Nonylphenylgruppe. Die Polyurethan-Verdicker eignen sich aufgrund ihrer verdickenden Eigenschaften und Struktur nicht als physikalisch, thermisch oder thermisch und physikalisch härtbare Bindemittel-Harze. Sie sind somit explizit verschieden von den Polyurethanen, die in den erfindungsgemäßen Basislack-Zusammensetzungen als Bindemittel eingesetzt werden können.
Darüber hinaus kann der wässrige Basislack noch mindestens einen Zusatzstoff enthalten. Beispiele für derartige Zusatzstoffe sind rückstandsfrei oder im Wesentlichen rückstandsfrei thermisch zersetzbare Salze, von Polyurethanharzen verschiedene physikalisch, thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung härtbare Harze als Bindemittel, weitere Vernetzungsmittel, organische Lösemittel, Reaktivverdünner, transparente Pigmente, Füllstoffe, molekulardispers lösliche Farbstoffe, Nanopartikel, Lichtschutzmittel, Antioxidantien, Entlüftungsmittel, Emulgatoren, Slipadditive, Polymerisationsinhibitoren, Initiatoren für radikalische Polymerisationen, Haftvermittler, Verlaufsmittel, filmbildende Hilfsmittel, Sag-Control- Agents (SCAs), Flammschutzmittel, Korrosionsinhibitoren, Wachse, Sikkative, Biozide und Mattierungsmittel.
Geeignete Zusatzstoffe der vorstehend genannten Art sind beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 48 004 A1 , Seite 14, Zeile 4, bis Seite 17, Zeile 5,
dem deutschen Patent DE 100 43 405 C1 , Spalte 5, Absätze [0031 ] bis [0033],
bekannt. Sie werden in den üblichen und bekannten Mengen eingesetzt.
Der Festkörpergehalt der erfindungsgemäß eingesetzten Basislacke kann je nach den Erfordernissen des Einzelfalls variieren. In erster Linie richtet sich der Festkörpergehalt nach der für die Applikation, insbesondere Spritzapplikation, erforderlichen Viskosität, so dass er vom Fachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weniger orientierender Versuche eingestellt werden kann.
Vorzugsweise liegt der Festkörpergehalt der Basislacke bei 5 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt bei 10 bis 65 Gew.-% und insbesondere bevorzugt bei 15 bis 60 Gew.-%.
Unter Festkörpergehalt ist derjenige Gewichtsanteil zu versehen, der unter festgelegten Bedingungen beim Eindampfen als Rückstand verbleibt. Der Festkörper wird nach DIN EN ISO 3251 bei 130°C, 60 min, Einwaage 1 ,0 g, bestimmt. Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Basislacke kann unter Einsatz der für die Herstellung von Basislacken üblichen und bekannten Mischverfahren und Mischaggregate erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Basislacke können sowohl als Einkomponenten(1 K), Zweikomponenten(2K)- oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Systeme zur Anwendung kommen. Bevorzugt sind (1 K)-Systeme.
In Einkomponenten(1 K)-Systemen liegen Bindemittel und Vernetzungsmittel nebeneinander, d.h. in einer Komponente, vor. Voraussetzung hierfür ist, dass die beiden Bestandteile erst bei höheren Temperaturen und/oder bei Bestrahlen mit aktinischer Strahlung miteinander vernetzen.
In Zweikomponenten(2K)-Systemen liegen beispielsweise Bindemittel und Vernetzungsmittel getrennt voneinander in mindestens zwei Komponenten vor, die erst kurz vor der Applikation zusammengegeben werden. Diese Form wird dann gewählt, wenn Bindemittel und Vernetzungsmittel bereits bei Raumtemperatur miteinander reagieren. Lacke dieser Art werden vor allem zur Beschichtung thermisch empfindlicher Substrate, insbesondere in der Autoreparaturlackierung, angewandt.
Die Applikation des erfindungsgemäß eingesetzten pigmentierten wässrigen Basislacks auf ein Substrat kann in den im Rahmen der Automobilindustrie üblichen Schichtdicken im Bereich von beispielsweise 5 bis 100 Mikrometer, bevorzugt 5 bis 60 Mikrometer erfolgen (Schichtdicke nach Einbrennvorgang). Dabei werden beispielsweise die bekannten Methoden wie Spritzen, Rakeln, Streichen, Glessen, Tauchen, Tränken, Träufeln oder Walzen angewendet. Vorzugsweise werden Spritzapplikationsmethoden angewandt, wie zum Beispiel Druckluftspritzen, Airless- Spritzen, Hochrotation, elektrostatischer Sprühauftrag (ESTA), gegebenenfalls verbunden mit Heissspritzapplikation wie zum Beispiel Hot-Air-Heissspritzen.
Nach der Applikation des pigmentierten wässrigen Basislacks kann dieser nach bekannten Methoden getrocknet werden. Beispielsweise können (1 K)-Basislacke bei Raumtemperatur für 1 bis 60 Minuten abgelüftet werden und darauf folgend bevorzugt bei gegebenenfalls leicht erhöhten Temperaturen von 30 bis 80°C getrocknet werden. Unter Ablüften und Trocknung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Abdunsten von organischen Lösemitteln und/oder Wasser zu verstehen, wodurch der Lack trockener, aber noch nicht gehärtet wird, beziehungsweise noch kein vollständig vernetzter Lackfilm gebildet wird.
Dann wird ein handelsüblicher Klarlack nach ebenfalls gängigen Methoden appliziert, wobei die Trockenschichtdicken wiederum in den gängigen Bereichen, beispielsweise 5 bis 100 Mikrometer, liegen. Solche Klarlacke sind dem Fachmann bekannt.
Nach der Applikation des Klarlacks kann dieser bei Raumtemperatur für beispielsweise 1 bis 60 Minuten abgelüftet und gegebenenfalls getrocknet werden. Dann wird der Klarlack zusammen mit dem applizierten pigmentierten Basislack gehärtet. Dabei finden beispielsweise Vernetzungsreaktionen statt, wodurch eine erfindungsgemäße färb- und/oder effektgebende mehrschichtige Lackierung auf einem Substrat hergestellt wird. Die Härtung erfolgt bevorzugt thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung bei Temperaturen von 20 bis 200°C.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer färb- und/oder effektgebenden mehrschichtigen Lackierung, bei dem
(a) ein pigmentierter wässriger Basislack auf ein Substrat aufgebracht wird,
(b) aus dem in Stufe (1 ) aufgebrachten Lack ein Polymerfilm gebildet wird,
(c) auf die so erhaltene Basislackschicht ein Klarlack aufgebracht wird und anschließend
(d) die Basislackschicht zusammen mit der Klarlackschicht gehärtet wird
dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe (a) ein pigmentierter wässriger Basislack eingesetzt wird, wobei der Basislack eine erfindungsgemäße Dispersion enthält. Alle vorstehend genannten Ausführungen hinsichtlich der erfindungsgemäßen Dispersion und des wässrigen Basislacks gelten auch für die erfindungsgemäße Verwendung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren. Dies gilt insbesondere auch für alle bevorzugten, besonders bevorzugten und ganz besonders bevorzugten Merkmale.
Vorteilhaft kann der erfindungsgemäße wässrige Basislacks zur Beschichtung von Automobil karossen und/oder Anbauteilen von Automobil karossen aus Kunststoff verwendet werden.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können metallische und nichtmetallische Substrate, insbesondere Kunststoffsubstrate, vorzugsweise Automobilkarosserien oder Teile davon lackiert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert.
Beispiele
Soweit nicht anders angegeben, wurde die Hydroxylzahl in den folgenden Beispielen in Anlehnung an R.-P. Krüger, R. Gnauck und R. Algeier, Plaste und Kautschuk, 20, 274 (1982), mittels Essigsäureanhydrid in Gegenwart von 4-Dimethylaminopyridin als Katalysator in einer Tetrahydrofuran (THF) / Dimethylformamid (DMF)-Lösung bei Raumtemperatur ermittelt, wobei der verbliebene Überschuss an Essigsäureanhydrid nach Acetylierung vollständig hydrolysiert wurde und die Essigsäure mit alkoholischer Kaliumhydroxid-Lösung potentiometrisch zurücktitriert wurde. Acetylierungszeiten von 60 min reichten in allen Fällen aus, um einen vollständigen Umsatz zu garantieren.
Soweit nicht anders angegeben, wurde die Säurezahl in den folgenden Beispielen in Anlehnung an die DIN EN ISO 21 14 in homogener Lösung aus THF / Wasser (9 Vol.- Teile THF und 1 Vol. -Teil destilliertes Wasser) mit ethanolischer Kaliumhydroxid- Lösung bestimmt Soweit nicht anders angegeben, wurden Feststoffgehalt, im Folgenden auch als Festanteil bezeichnet, in den folgenden Beispielen nach DIN EN ISO 3251 bei 130°; 60 min, Einwaage 1 ,0g, bestimmt.
Die zahlenmittlere Molmasse (Mn) wurde in den folgenden Beispielen, soweit nicht anders angegeben, mittels eines Dampfdruckosmometers Typ 10.00 (Fa. Knauer) an Konzentrationsreihen in Toluol bei 50°C nach E. Schröder, G. Müller, K.-F. Arndt, "Leitfaden der Polymercharakterisierung", Akademie-Verlag, Berlin, S. 47 - 54, 1982, ermittelt.
Polyurethan-Dispersionen Beispiel D-P1
Herstellung einer Dispersion eines ungesättigten Polyesterurethans mit alpha- Methylstyryl-Gruppen
Eine Dispersion eines alpha-methylstyryl-haltiges Polyurethans wurde in Anlehnung an die Patentschrift DE 19948004 B4, Seite 27, Beispiel 1 , „Herstellung eines erfindungsgemäßen Polyurethans (B)", hergestellt, wobei jedoch der Festanteil der resultierenden Dispersion, nur 29 statt 35 Gew.-% betrug. In Anlehnung an das in der Patentschrift DE 19948004 B4 erwähnte Addukt (B2), Herstellbeispiel 1 , wurde ein Addukt mit Monoethanolamin und Trimethylolpropan statt mit Diethanolamin hergestellt:
Hierzu wurde zuerst in einem Reaktionsgefäß, ausgerüstet mit Rührer, Innenthermometer, Rückflußkühler und elektrischer Heizung unter Stickstoff 200,0 Gewichtsteile Methylethylketon, 800,0 Gewichtsteile N-Methylpyrrolidon und 221 ,3 Gewichtsteile Monoethanolamin (Fa. BASF SE) bei 20°C vorgelegt. Zu dieser Mischung wurden während eineinhalb Stunden 778,7 Gewichtsteile 1 -(1 -lsocyanato- 1 -methylethyl)-3-(1 -methylethenyl)-benzol (TMI® (META) Unsaturated Aliphatic Isocyanate, Fa. Cytec) mit einem Isocyanatgehalt von 20,4 Gew.-% Isocyanat zugetropft, so daß die Reaktionstemperatur 40°C nicht überschritten wurde. Die resultierende Reaktionsmischung wurde so lange gerührt, bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar waren. Danach wurde die Reaktionsmischung mit 200 ppm Hydrochinon stabilisiert.
Der theoretische Feststoffgehalt der so hergestellten Lösung des beschriebenen Addukts lag bei 50 Gew.-%.
Nun wurde in einem weiteren Reaktionsgefäß, ausgerüstet mit Rührer, Innenthermometer, Rückflußkühler und elektrischer Heizung, 431 ,7 Gewichtsteile eines linearen Polyesterpolyols und 69,7 Gewichtsteile Dimethylolpropionsäure (Fa. GEO Speciality Chemicals) in 355,8 Gewichtsteilen Methylethylketon und 61 ,6 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon unter Stickstoff gelöst. Das lineare Polyesterpolyol wurde zuvor aus dimerisierter Fettsäure (Pripol ® 1012, Fa. Uniqema), Isophthalsäure (Fa. BP Chemicals) und Hexan-1 ,6-diol (Fa. BASF SE) hergestellt (Gewichtsverhältnis der Ausgangsstoffe: dimere Fettsäure zu Isophthalsäure zu Hexan-1 ,6-diol = 54,00 : 30,02 : 15,98) und wies eine Hydroxylzahl von 73 mg KOH / g Festanteil und ein zahlenmittlere Molmasse von 1379 g/mol auf.
Zu der resultierenden Lösung wurden bei 45°C 288,6 Gewichtsteile Isophorondiisocyanat (Basonat® I, Fa. BASF SE) mit einem Isocyanatgehalt von 37,75 Gew.-% hinzugegeben. Nach dem Abklingen der exothermen Reaktion wurde die Reaktionsmischung unter Rühren langsam auf 80°C erwärmt. Es wurde bei dieser Temperatur weiter gerührt, bis der Isocyanatgehalt der Lösung 3,2 Gew.-% betrug und konstant war. Danach wurde die Reaktionsmischung auf 65°C abgekühlt und 85,2 Gewichtsteile des oben beschriebenen Addukts zusammen mit 21 ,8 Gewichtsteilen Trimethylolpropan (Fa. BASF SE) hinzugegeben. Die resultierende Reaktionsmischung wurde so lange bei 65°C gerührt, bis der Isocyanatgehalt der Lösung auf 1 ,0 Gew.-% gesunken war. Jetzt wurden 22,2 Gew.-% Diethanolamin (Fa. BASF SE) zugegeben und der Gehalt an Isocyanatgruppen verfolgt, bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar waren. Das resultierende, gelöste Polyurethan wurde mit 139,7 Gewichtsteilen Methoxypropanol und 43,3 Gewichtsteilen Triethylamin (Fa. BASF SE) versetzt. 30 Minuten nach der Aminzugabe wurde die Temperatur der Lösung auf 60°C gesenkt, wonach während 30 Minuten 1981 Gewichtsteile deionisiertes Wasser unter Rühren hinzugegeben wurden. Aus der resultierenden Dispersion wurde das Methylethylketon bei 60°C unter Vakuum abdestilliert. Hiernach wurden eventuelle Lösemittel- und Wasserverluste ausgeglichen.
Die so erhaltene Dispersion eines alpha-methylstyryl-haltigen Polyurethans wies einen Feststoffgehalt von 29,0 Gew-% auf, die Säurezahl lag bei 34,0 mg KOH / g Feststoffgehalt und der pH-Wert bei 7,0 (gemessen bei 23°C).
Beispiel D-P2
Herstellung einer Dispersion eines gesättigten Polyesterurethans mit
Isotridecyl-Gruppen
Wie im Vergleichsbeispiel DP-1 wurde eine Polyurethandispersion hergestellt, die allerdings keine alpha-Methylstyryl-Gruppen aufweist, sondern Isotridecyl-Gruppen. In einem Reaktionsgefäß, ausgerüstet mit Rührer, Innenthermometer, Rückflußkühler und elektrischer Heizung wurden 440,1 Gewichtsteile eines linearen Polyesterpolyols, hergestellt aus dimerisierter Fettsäure (Pripol ® 1012, Fa. Uniqema), Isophthalsäure (Fa. BP Chemicals) und Hexan-1 ,6-diol (Fa. BASF SE) (Gewichtsverhältnis der Ausgangsstoffe: dimere Fettsäure zu Isophthalsäure zu Hexan-1 ,6-diol = 54,00 : 30,02 : 15,98), mit einer Hydroxylzahl von 73 mg KOH / g Festanteil und einer zahlenmittleren Molmasse von 1379 g/mol, sowie 71 ,1 Gewichtsteilen Dimethylolpropionsäure (Fa. GEO Speciality Chemicals) in 362,7 Gewichtsteilen Methylethylketon und 62,8 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon unter Stickstoff gelöst. Zu der resultierenden Lösung wurden bei 45°C 294,3 Gewichtsteile Isophorondiisocyanat (Basonat® I, Fa. BASF SE) mit einem Isocyanatgehalt von 37,75 Gew.-% hinzugegeben. Nach dem Abklingen der exothermen Reaktion wurde die Reaktionsmischung unter Rühren langsam auf 80°C erwärmt. Es wurde bei dieser Temperatur weiter gerührt, bis der Isocyanatgehalt der Lösung 3,2 Gew.-% betrug und konstant war. Danach wurden die Reaktionsmischung auf 70°C abgekühlt und 33,1 Gewichtsteile Isotridecylalkohol (Isotridecanol N, Fa. BASF SE) zusammen mit 19,3 Gewichtsteilen Trimethylolpropan (Fa. BASF SE) und 25,6 Gewichtsteilen Methylethylketon hinzugegeben. Die resultierende Reaktionsmischung wurde so lange bei 70°C gerührt, bis der Isocyanatgehalt der Lösung auf 0,8 Gew.-% gesunken war. Jetzt wurden 19,6 Gew.-% Diethanolamin (Fa. BASF SE) zugegeben und der Gehalt an Isocyanatgruppen verfolgt, bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar waren. Das resultierende, gelöste Polyurethan wurde mit 123 Gewichtsteilen Methoxypropanol und 43,8 Gewichtsteilen Triethylamin (Fa. BASF SE) versetzt. 30 Minuten nach der Aminzugabe wurde die Temperatur der Lösung auf 60°C gesenkt, wonach während 30 Minuten 2009 Gewichtsteile deionisiertes Wasser unter Rühren hinzugegeben wurden. Aus der resultierenden Dispersion wurde das Methylethylketon bei 60°C unter Vakuum abdestilliert. Hiernach wurden eventuelle Lösemittel- und Wasserverluste ausgeglichen.
Die so erhaltene Polyurethandispersion wies einen Feststoffgehalt von 29,0 Gew-% auf, die Säurezahl lag bei 34,1 mg KOH / g Feststoffgehalt und der pH-Wert bei 7,0 (gemessen bei 23°C).
Beispiel D-P3
Herstellung einer Dispersion eines gesättigten Polyetherurethans mit
Polytetramethylenoxidsegmenten
In einem Reaktionsgefäß, ausgerüstet mit Rührer, Innenthermometer, Rückflußkühler und elektrischer Heizung wurden 685,8 Gewichtsteile eines linearen alpha, omega - Hydroxy-terminierten Polytetramethylenoxids (PolyTHF ® 2000, Fa. BASF SE) mit einer Hydroxylzahl von 56,1 mg KOH / g Festanteil und einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 2000 g/mol, 138,0 Gewichtsteile Dimethylolpropionsäure (Fa. GEO Speciality Chemicals), 0,01 Gewichtsteile Dibutylzinndilaurat und 685,8 Gewichtsteile Methylethylketon unter Stickstoff bei 70°C gelöst. Zu der resultierenden Lösung wurden 418,8 Gewichtsteile m-Tetramethylxyloldiisocyanat (TMXDI® (Meta) Aliphatic Isocyanate, Fa. Cytec) mit einem Isocyanatgehalt von 34,4 Gew.-% hinzugegeben. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch unter Rühren langsam auf 80°C erwärmt und weiter gehalten, bis der Isocyanatgehalt der Lösung 1 ,8 Gew.- % betrug und konstant war. Danach wurden zur Reaktionsmischung rasch 87,4 Gewichtsteile Trimethylolpropan (Fa. BASF SE) und 26,1 Gewichtsteile Methylethylketon hinzugegeben. Die resultierende Reaktionsmischung wurde so lange bei 80°C gerührt, bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar waren. Das resultierende, gelöste Polyurethan wurde mit 41 ,2 Gewichtsteilen Dimethylethanolamin versetzt und weiter 60 Minuten gerührt. Danach wurde die Reaktionsmischung während 30 Minuten in ein zweites Reaktionsgefäß unter fortwährendem Rühren vollständig überführt, in dem 1732 Gewichtsteile deionisiertes Wasser bereits vorgelegt war, welches zuvor auf 70°C angewärmt wurde. Aus der resultierenden Dispersion wurde das Methylethylketon bei 60°C unter Vakuum abdestilliert. Hiernach wurden eventuelle Wasserverluste ausgeglichen.
Die so erhaltene Polyurethandispersion wies einen Feststoffgehalt von 38,0 Gew-% auf, die Säurezahl lag bei 43,0 mg KOH / g Feststoffgehalt und der pH-Wert bei 6,2 (gemessen bei 23°C).
Beispiel D-P4
Herstellung einer bekannten Dispersion eines Schwefel-haltigen, gesättigten Polyesterurethans
Gemäß EP1330480B1 wurde aus dem Polyesterpolyol nach Herstellbeispiel 1 , Seite 15, ein Polyurethanpräpolymer nach Herstellbeispiel 2, Seite 15, hergestellt, welches nach Beispiel 1 , Seite 16„Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Polyurethans und einer wässrigen Dispersion hiervon", mit Thiodiethanol umgesetzt wurde und nach Neutralisation mit Triethylamin in eine wässrige Polyurethandispersion überführt wurde. Aus der resultierenden Dispersion wurde das Methylethylketon bei 60°C unter Vakuum abdestilliert. Hiernach wurden eventuelle Wasserverluste ausgeglichen.
Die auf diese Weise erhaltene Dispersion eines Schwefel-haltigen Polyurethans wies einen Feststoffgehalt von 27,3 Gew-% auf, die Säurezahl lag bei 34,4 mg KOH / g Feststoffgehalt, der Neutralisationsgrad bei 84% und der pH-Wert bei 7,1 (gemessen bei 23°C).
Polyurethan-Polyacrylat-Mischpolymerisat-Dispersionen
Beispiel D-A1 Herstellung einer Primärdispersion eines Polyesterurethan-Polyacrylat- Mischpolymerisats, ausgehend von einem ungesättigten Polyesterurethan mit alpha-Methylstyryl-Gruppen
In Anlehnung an die Patentschrift DE 19948004 B4, Seite 27, Beispiel 2, „Die Herstellung der Primärdispersion eines erfindungsgemäßen Mischpolymerisats 1 " und Patentschrift EP1218434B1 , Seite 24, Beispiel 2, „Die Herstellung der Primärdispersion eines erfindungsgemäßen Pfropfmischpolymerisats 1 " wurden unter Stickstoffatmosphäre 1937,8 Gewichtsteile der Polyurethandispersion gemäß Beispiel DP-1 mit 856,9 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser verdünnt und auf 85°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurde unter Normaldruck der Dispersion unter Rühren ein Gemisch aus 160,7 Gewichtsteilen Styrol, 160,7 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 120,3 Gewichtsteilen n-Butylacrylat und 120,3 Gewichtsteilen Hydroxyethylmethacrylat während 3,5 Stunden gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurde eine Lösung von 8,4 Gewichtsteilen tert.- Butylperoxyethylhexanoat in 134,9 Gewichtsteilen Methoxypropanol innerhalb von vier Stunden zugegeben. Die resultierende Reaktionsmischung wurde bei 85°C so lange weiter gerührt, bis alle Monomeren abreagiert waren (Gesamtgehalt Monomer (GC) bezogen auf Dispersion. < 0,1 % ).
Während der radikalischen Polymerisation wurde im 30 Minuten - Takt der Gehalt an freien Monomeren mittels Gaschromatographie (GC) bestimmt (GC: 50m Silica- Kapillarsäule mit Polyethylenglykol-Phase bzw. 50m Silica-Kapillarsäule mit Polydimethylsiloxan-Phase, Trägergas Helium, Splitinjektor 150°C, Ofentemperatur 40 - 220°C, Flammionisationsdetektor, Detektortemperatur 275°C, interner Standard Isobutylacrylat), wobei nach 30 min der höchste Gesamtgehalt Monomer bezogen auf Dispersion mit 1 ,8 Gew.-% ermittelt wurde (1 1 ,1 Gew.-% bezogen auf Vinylmonomer).
Die resultierende Primärdispersion des Mischpolymerisats wies, wie im Originalbeispiel beschrieben, eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 32,5 Gew.-%, die Säurezahl bei 18,3 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH- Wert bei 7,2 (gemessen bei 23°C). Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 104 nm. Mittels Gaschromatographie (GC: 50m Silica-Kapillarsäule mit Polyethylenglykol-Phase bzw. 50m Silica-Kapillarsäule mit Polydimethylsiloxan-Phase, Trägergas Helium, Splitinjektor 250°C, Ofentemperatur 40 - 220°C, Flammionisationsdetektor, Detektortemperatur 275°C, interner Standard n-Propylglykol) wurde ein Gehalt von 6,0 Gew.-% Methoxypropanol und 1 ,7 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt.
Der Gelanteil wurde gravimetrisch nach Extraktion des gefriergetrockneten Polymeren mittels Tetrahydrofuran mit 71 ,5 Gew.-% ermittelt. Dazu wurde die Dispersion gefriergetrocknet, die Masse des gefriergetrockneten Polymeren bestimmt, um das Polymer anschließend 24 Stunden bei 25°C in einem Überschuss an Tetrahydrofuran (Verhältnis Tetrahydrofuran zu gefriergetrocknetem Mischpolymerisat = 300 : 1 ) zu extrahieren. Der unlösliche Anteil (Gelanteil) wurde isoliert, 4 Stunden bei 50°C im Umluftofen getrocknet, und anschließend zurückgewogen.
Beispiel D-A2
Herstellung einer Primärdispersion eines Polyesterurethan-Polyacrylat- Mischpolymerisats, ausgehend von einem gesättigten Polyesterurethan mit Isotridecyl-Gruppen
Analog zum Herstellungsbeispiel D-A1 wurde eine Primärdispersion unter gewichtsmäßigem Austausch der Polyurethandispersion mit alpha-Methylstyryl- Gruppen gemäß Herstellungsbeispiel D-P1 gegen die Polyurethandispersion mit Isotridecyl-Gruppen hergestellt gemäß Herstellungsbeispiel D-P2.
Während der radikalischen Polymerisation wurde im 30 Minuten - Takt der Gehalt an freien Monomeren mittels Gaschromatographie bestimmt analog zu Beispiel D-A1 , wobei nach 30 min der höchste Gesamtgehalt Monomer bezogen auf Dispersion mit 2,0 Gew.-% ermittelt wurde (12,4 Gew.-% bezogen auf Vinylmonomer).
Die resultierende Primärdispersion des Mischpolymerisats wies eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 32,2 Gew.-%, die Säurezahl bei 18,1 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH-Wert bei 7,3 (gemessen bei 23°C). Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 1 12 nm. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie ein Gehalt von 5,7 Gew.-% Methoxypropanol und 1 ,2 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt.
Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D-A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetra hydrofu ran mit 70,2 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-A3
Herstellung einer Primärdispersion eines Polyesterurethan-Polyacrylat- Mischpolymerisats (Comonomer Isopren), ausgehend von einem ungesättigten Polyesterurethan mit alpha-Methylstyryl-Gruppen
Wie im Herstellungsbeispiel D-A1 wurde eine Primärdispersion eines Mischpolymerisats hergestellt, jedoch 15 Mol-% der vinylischen Monomeren gegen Isopren ausgetauscht: So wurden 1937,8 Gewichtsteile der Polyurethandispersion gemäß Herstellungsbeispiel D-P1 mit 857,0 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser verdünnt und auf 85°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurde der Dispersion unter Rühren ein Gemisch aus 145,2 Gewichtsteilen Styrol, 145,2 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 108,7 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, 108,7 Gewichtsteilen Hydroxyethylmethacrylat und 54,3 Gewichtsteilen Isopren während 3,5 Stunden unter 3 bar Stickstoffüberdruck gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurde eine Lösung von 8,4 Gewichtsteilen tert.- Butylperoxyethylhexanoat in 134,9 Gewichtsteilen Methoxypropanol innerhalb von vier Stunden zugegeben. Die resultierende Reaktionsmischung wurde bei 85°C so lange weiter gerührt, bis alle Monomeren abreagiert waren.
Die resultierende Primärdispersion wies eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 32,3 Gew.-%, die Säurezahl bei 18,3 mg KOH / g und ihr pH- Wert bei 7,2 (gemessen bei 23°C). Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 1 15 nm. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie ein Gehalt von 6,0 Gew.-% Methoxypropanol und 1 ,7 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt. Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D-A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetrahydrofuran mit 70,8 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-A4
Herstellung einer Primärdispersion eines Polyesterurethan-Polyacrylat- Mischpolymerisats (ohne Comonomer Styrol), ausgehend von einem
ungesättigten Polyesterurethan mit alpha-Methylstyryl-Gruppen
Wie im Herstellungsbeispiel D-A1 wurde eine Primärdispersion eines Mischpolymerisats hergestellt, jedoch der Anteil Styrol gewichtsmäßig durch Methylmethacrylat ersetzt und der Feststoffgehalt auf 28% abgesenkt:
So wurden unter Stickstoffatmosphäre 1689,6 Gewichtsteile der Polyurethandispersion mit 1 133,5 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser und 142,4 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon verdünnt und auf 85°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurde unter Normaldruck der Dispersion unter Rühren ein Gemisch aus 280,3 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 104,9 Gewichtsteilen n-Butylacrylat und 104,9 Gewichtsteilen Hydroxyethylmethacrylat während 3,5 Stunden gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurde eine Lösung von 7,4 Gewichtsteilen tert.-Butylperoxyethylhexanoat in 37,0 Gewichtsteilen Methoxypropanol innerhalb von vier Stunden zugegeben. Die resultierende Reaktionsmischung wurde bei 85°C so lange weiter gerührt, bis alle Monomeren abreagiert waren.
Während der radikalischen Polymerisation wurde im 30 Minuten - Takt der Gehalt an freien Monomeren analog zum Beispiel D-A1 mittels Gaschromatographie bestimmt, wobei nach 30 min der höchste Gesamtgehalt Monomer bezogen auf Dispersion mit 1 ,0 Gew.-% ermittelt wurde (7,1 Gew.-% bezogen auf Vinylmonomer).
Die resultierende Primärdispersion des Mischpolymerisats wies wie die Styrol-haltige Dispersion eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt wurde auf 28,0 Gew.-% eingestellt, die Säurezahl bei 18,1 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH- Wert bei 7,2 (gemessen bei 23°C). Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 102 nm. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie wurde ein Gehalt von 2,8 Gew.-% Methoxypropanol und 5,8 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt. Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D- A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetrahydrofuran mit 72,0 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-A5
Herstellung einer Primärdispersion eines Polyesterurethan-Polyacrylat- Mischpolymerisats, ausgehend von einem gesättigten, Schwefel-haltigen Polyesterurethan (Lösungsmittel-frei)
Gemäß EP1330480B1 , Beispiel 2, Seite 16,„Die Herstellung der Primärdispersion eines erfindungsgemäßen Polymergemischs", wurden unter Stickstoffatmosphäre 2285,8 Gewichtsteile der Polyurethandispersion gemäß Beispiel DP-4 vorgelegt und auf 82°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurde unter Normaldruck der Dispersion unter Rühren ein Gemisch aus 1 18,8 Gewichtsteilen Styrol, 207,7 Gewichtsteile Hydroxypropylmethacrylat, 59,8 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, 88,9 Gewichtsteilen Methylmethacrylat und 1 18,8 Gewichtsteilen tert.-Butylcyclohexylacrylat während 4 Stunden gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurden 29,9 Gewichtsteile tert.-Butylperoxyethylhexanoat innerhalb von 4,5 Stunden zugegeben. Nach Beendigung des Initiatorzulaufs wurde bei 82°C eine Stunde nachpolymerisiert. Während der radikalischen Polymerisation wurde im 30 Minuten - Takt der Gehalt an freien Monomeren analog zum Beispiel D-A1 mittels Gaschromatographie bestimmt, wobei nach 30 min der höchste Gesamtgehalt Monomer bezogen auf eine 41 ,9 Gew.-%ige Dispersion mit 1 ,6 Gew.-% ermittelt wurde (7,6 Gew.-% bezogen auf Vinylmonomer).
Die resultierende Primärdispersion wurde mit 590,3 Gewichtsteilen Wasser weiter verdünnt, so dass ein Feststoffgehalt wie in EP1330480B1 , Beispiel 2, von 34,8 Gew.-% resultierte.
Die Säurezahl lag bei 19,6 mg KOH / g Feststoffgehalt und der pH-Wert der Dispersion bei 7,4 (gemessen bei 23°C). Der Neutralisationsgrad lag bei 80,2%. Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 83 nm. Die resultierende Dispersion enthielt kein Lösungsmittel. Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D-A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetra hydrofu ran mit 0,0 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-A6
Herstellung einer Primärdispersion eines Polyesterurethan-Polyacrylat- Mischpolymerisats, ausgehend von einem gesättigten, Schwefel-haltigen Polyesterurethan und Zusatz von Methoxypropanol und N-Methylpyrrolidon
Analog zum Beispiel D-A5 wurde ein Mischpolymerisat hergestellt.
Die resultierende Primärdispersion mit einem Feststoffgehalt von 41 ,9 Gew.-% wurde nach dem Ende der Nachpolymerisation mit 77,0 Gewichtsteilen Methoxypropanol, 206,5 Gew.-% N-Methylpyrrolidon und 306,8 Gewichtsteilen Wasser so weiter verdünnt, so dass analog zum Vergleichsbeispiel D-A5 ein Feststoffgehalt von 34,8 Gew.-% resultierte.
Die Säurezahl lag bei 18,5 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH-Wert bei 7,2 (gemessen bei 23°C). Der Neutralisationsgrad lag bei 80,0%. Die Teilchengröße (z- Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 81 nm. Mittels Gaschromatographie wurde analog zu Beispiel D-A1 ein Gehalt von 2,2 Gew.-% Methoxypropanol und 5,9 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt. Es konnte wie in Beispiel D-A5 kein Gelanteil ermittelt werden (Gelanteil = 0,0 Gew.-%).
Beispiel D-B1
Herstellung einer erfindungsgemäßen Primärdispersion eines
Polyesterurethan-Polyacrylat-Mischpolymerisats, ausgehend von einem ungesättigten Polyesterurethan mit alpha-Methylstyryl-Gruppen
Zur Herstellung der Primärdispersion eines erfindungsgemäßen Mischpolymerisats wurden unter Stickstoffatmosphäre 1961 ,2 Gewichtsteile der alpha-Methylstyryl- haltigen Polyurethandispersion gemäß Herstellungsbeispiel D-P1 mit 40,0 Gewichtsteilen Methoxypropanol (0,07% auf Polyurethan) und 686,5 Gewichtsteilen deionisiertenn Wasser verdünnt und auf 80°C erhitzt. Nachdem der Reaktorinhalt auf 80°C temperiert wurde, wurden 0,6 Gewichtsteile Ammoniumperoxodisulfat, gelöst in 35,7 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser, unter Normaldruck in den Reaktor gegeben. Anschließend wurde unter fortwährendem Rühren ein Gemisch aus 301 ,6 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 261 ,6 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, 5,6 Gewichtsteilen Allylmethacrylat (0,87 Mol-% bezogen auf Gesamtvinylmonomer) und 134,9 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon während fünf Stunden gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurde eine Lösung von 1 ,1 Gewichtsteilen Ammoniumperoxodisulfat in 71 ,3 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser ebenfalls innerhalb von fünf Stunden zugegeben.
Während der radikalischen Polymerisation wurde im 30 Minuten - Takt der Gehalt an freien Monomeren analog zum Beispiel D-A1 mittels Gaschromatographie bestimmt, wobei nach 30 min der höchste Gesamtgehalt Monomer bezogen auf Dispersion mit 0,5 Gew.-% ermittelt wurde (3,1 Gew.-% bezogen auf Vinylmonomer).
Nach gleichzeitigem Ende der Monomer- und Initiatordosierung wurde die resultierende Reaktionsmischung bei 80°C eine weitere Stunde gerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die resultierende Primärdispersion des Mischpolymerisats wies eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 32,5 Gew.-%, die Säurezahl bei 18,8 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH-Wert bei 7,0. Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 96 nm. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie ein Gehalt von 2,7 Gew.-% Methoxypropanol und 5,7 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt.
Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D-A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetra hydrofu ran mit 80,3 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-B2 Herstellung einer erfindungsgemäßen Primärdispersion eines
Polyesterurethan-Polyacrylat-Mischpolymerisats, ausgehend von einem gesättigten Polyesterurethan mit Isotridecyl-Gruppen
Analog zum Herstellungsbeispiel D-B1 wurde eine Primärdispersion unter gewichtsmäßigen Austausch der Polyurethandispersion mit alpha-Methylstyryl- Gruppen gemäß Herstellungsbeispiel D-P1 gegen die Polyurethandispersion mit Isotridecyl-Gruppen gemäß Herstellungsbeispiel D-P2 hergestellt. Während der radikalischen Polymerisation wurde im 30 Minuten - Takt der Gehalt an freien Monomeren analog zum Beispiel D-A1 mittels Gaschromatographie bestimmt, wobei nach 30 min der höchste Gesamtgehalt Monomer bezogen auf Dispersion mit 0,5 Gew.-% ermittelt wurde (3,1 Gew.-% bezogen auf Vinylmonomer).
Die resultierende Primärdispersion des Mischpolymerisats wies eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 32,4 Gew.-%, die Säurezahl bei 18,4 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH-Wert bei 6,9 (gemessen bei 23°C). Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 102 nm. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie wurde ein Gehalt von 2,4 Gew.-% Methoxypropanol und 5,1 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt.
Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D-A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetra hydrofu ran mit 79,1 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-B3
Herstellung einer erfindungsgemäßen Primärdispersion eines
Polyesterurethan-Polyacrylat-Mischpolymerisats (Comonomer Isopren), ausgehend von einem ungesättigten Polyesterurethan mit alpha-Methylstyryl- Gruppen
Wie im Herstellbeispiel D-B1 wurde erfindungsgemäß eine Primärdispersion eines Mischpolymerisats hergestellt, jedoch 15 Mol-% der vinylischen Monomeren gegen Isopren ausgetauscht: So wurden 1961 ,2 Gewichtsteile der alpha-Methylstyryl- haltigen Polyurethandispersion gemäß Herstellungsbeispiel D-P1 mit 40,0 Gewichtsteilen Methoxypropanol und 686,5 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser verdünnt und auf 80°C erhitzt. Bei 80°C wurden 0,6 Gewichtsteile Ammoniumperoxodisulfat, gelöst in 35,7 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser, unter 3 bar Stickstoffüberdruck in den Reaktor gegeben. Anschließend wurde unter Druckhaltung und fortwährendem Rühren ein Gemisch aus 271 ,8 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 235,7 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, 5,9 Gewichtsteilen Allylmethacrylat (0,87 Mol-% bezogen auf Gesamtvinylmonomer), 55,3 Gewichtsteilen Isopren und 134,9 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon während sechs Stunden gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurde eine Lösung von 1 ,1 Gewichtsteilen Ammoniumperoxodisulfat in 71 ,3 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser ebenfalls innerhalb von sechs Stunden zugegeben. Nach gleichzeitigem Ende der Monomer- und Initiatordosierung wurde die resultierende Reaktionsmischung bei 80°C eine weitere Stunde gerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die resultierende Primärdispersion des Pfropfmischpolymerisats wies eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 32,2 Gew.-%, die Säurezahl bei 18,8 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH-Wert bei 7,0 (gemessen bei 23°C). Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 97 nm. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie wurde ein Gehalt von 2,8 Gew.-% Methoxypropanol und 5,6 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt.
Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D-A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetra hydrofu ran mit 78,0 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-B4
Herstellung einer erfindungsgemäßen Primärdispersion eines
Polyesterurethan-Polyacrylat-Mischpolymerisats, ausgehend von einem ungesättigten Polyesterurethan mit alpha-Methylstyryl-Gruppen
Zur Herstellung der Primärdispersion eines erfindungsgemäßen Mischpolymerisats wurden unter Stickstoffatmosphäre 1689,7 Gewichtsteile der alpha-Methylstyryl- haltigen Polyurethandispersion gemäß Herstellungsbeispiel D-P1 mit 40,3 Gewichtsteilen Methoxypropanol (0,08% auf Polyurethan) und 993,8 Gewichtsteilen deionisiertenn Wasser verdünnt und auf 80°C erhitzt. Nachdem der Reaktorinhalt auf 80°C temperiert wurde, wurden 0,7 Gewichtsteile Ammoniumperoxodisulfat, gelöst in 46,1 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser, unter Normaldruck in den Reaktor gegeben. Anschließend wurde unter fortwährendem Rühren gemäß Vergleichsbeispiel D-A4 ein Gemisch aus 277,6 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 103,8 Gewichtsteilen n-Butylacrylat und 103,8 Gewichtsteilen Hydroxyethylmethacrylat und zusätzlich 4,8 Gewichtsteilen Allylmethacrylat (0,86 Mol-% bezogen auf Gesamtvinylmonomer) zusammen mit 145,7 Gewichtsteilen N- Methylpyrrolidon während fünf Stunden gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurde eine Lösung von 1 ,5 Gewichtsteilen Ammoniumperoxodisulfat in 92,2 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser ebenfalls innerhalb von fünf Stunden zugegeben.
Während der radikalischen Polymerisation wurde im 30 Minuten - Takt der Gehalt an freien Monomeren analog zum Beispiel D-A1 mittels Gaschromatographie bestimmt, wobei nach 30 min der höchste Gesamtgehalt Monomer bezogen auf Dispersion mit 0,5 Gew.-% ermittelt wurde (3,6 Gew.-% bezogen auf Vinylmonomer).
Nach gleichzeitigem Ende der Monomer- und Initiatordosierung wurde die resultierende Reaktionsmischung bei 80°C eine weitere Stunde gerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die resultierende Primärdispersion des Mischpolymerisats wies eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 28,0 Gew.-%, die Säurezahl bei 18,2 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH-Wert bei 7,0. Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 1 10 nm. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie ein Gehalt von 2,9 Gew.-% Methoxypropanol und 5,9 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt. Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D- A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetrahydrofuran mit 81 ,2 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-B5 Herstellung einer erfindungsgemäßen Primärdispersion eines
Polyesterurethan-Polyacrylat-Mischpolymerisats, ausgehend von einem gesättigten, Schwefel-haltigen Polyesterurethan (Lösemittelhaltig)
Zur Herstellung der Primärdispersion eines erfindungsgemäßen Mischpolymerisats wurden unter Stickstoffatmosphäre 2101 ,9 Gewichtsteile der Polyurethandispersion gemäß Vergleichsbeispiel DP-4 mit 40,1 Gewichtsteilen Methoxypropanol (0,07% auf Polyurethane) und 513,3 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser verdünnt und auf 80°C erhitzt. Nachdem der Reaktorinhalt auf 80°C temperiert wurde, wurden 1 ,1 Gewichtsteile Ammoniumperoxodisulfat, gelöst in 36,4 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser, unter Normaldruck in den Reaktor gegeben. Anschließend wurde unter fortwährendem Rühren gemäß Vergleichsbeispiele D-A5 und D-A6 ein Gemisch 108,3 Gewichtsteilen Styrol, 189,4 Gewichtsteile Hydroxypropylmethacrylat, 54,6 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, 81 ,1 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 108,3 Gewichtsteilen tert.-Butylcyclohexylacrylat und zusätzlich 4,5 Gewichtsteile Allylmethacrylat (0,87 Mol-% bezogen auf Gesamtvinylmonomer) zusammen mit 186,0 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon während fünf Stunden gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurde eine Lösung von 2,2 Gewichtsteilen Ammoniumperoxodisulfat in 72,8 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser ebenfalls innerhalb von fünf Stunden zugegeben. Während der radikalischen Polymerisation wurde im 30 Minuten - Takt der Gehalt an freien Monomeren analog zum vorhergehenden Beispiel mittels Gaschromatographie bestimmt, wobei nach 30 min der höchste Gesamtgehalt Monomer bezogen auf Dispersion mit 0,6 Gew.-% ermittelt wurde (3,7 Gew.-% bezogen auf Vinylmonomer).
Nach gleichzeitigem Ende der Monomer- und Initiatordosierung wurde die resultierende Reaktionsmischung bei 80°C eine weitere Stunde gerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die resultierende Primärdispersion des Mischpolymerisats wies eine gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 33,0 Gew.-%, die Säurezahl bei 20,1 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH-Wert bei 7,0. Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 72 nm. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie ein Gehalt von 2,1 Gew.-% Methoxypropanol und
6.0 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt.
Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D-A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetra hydrofu ran mit 42,1 Gew.-% ermittelt.
Beispiel D-C1
Herstellung einer erfindungsgemäßen Primärdispersion eines
Polyetherurethan-Polyacrylat-Mischpolymerisats, ausgehend von einem gesättigten Polyetherurethan
Zur Herstellung der Primärdispersion eines erfindungsgemäßen Mischpolymerisats wurden unter Stickstoffatmosphäre 1496,7 Gewichtsteile einer Polytetramethylenoxid-haltigen Polyurethandispersion gemäß Herstellungsbeispiel D-P3 mit 40,0 Gewichtsteilen Methoxypropanol (0,07% auf Polyurethane) und 1 150,9 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser verdünnt und auf 80°C erhitzt. Nachdem der Reaktorinhalt auf 80°C temperiert wurde, wurden 0,6 Gewichtsteile Ammoniumperoxodisulfat, gelöst in 35,7 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser, unter Normaldruck in den Reaktor gegeben. Anschließend wurde unter fortwährendem Rühren ein Gemisch aus 301 ,6 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 261 ,6 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, 5,6 Gewichtsteilen Allylmethacrylat (0,87 Mol-%) und 134,9 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon während sechs Stunden gleichmäßig zugegeben. Mit Beginn der Zugabe der Monomermischung wurde eine Lösung von
1 .1 Gewichtsteilen Ammoniumperoxodisulfat in 71 ,3 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser ebenfalls innerhalb von sechs Stunden zugegeben. Nach gleichzeitigem Ende der Monomer- und Initiatordosierung wurde die resultierende Reaktionsmischung bei 80°C eine weitere Stunde gerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die resultierende Primärdispersion des Mischpolymerisats wies eine sehr gute Lagerstabilität auf. Ihr Feststoffgehalt lag bei 32,8 Gew.-%, die Säurezahl bei 23,2 mg KOH / g Feststoffgehalt und ihr pH-Wert bei 6,2. Analog zum Beispiel D-A1 wurde mittels Gaschromatographie ein Gehalt von 1 ,1 Gew.-% Methoxypropanol und 3,9 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ermittelt. Die Teilchengröße (z-Mittel) mittels Photokorrelationsspektroskopie betrug 103 nm. Der Gelanteil wurde analog zum Beispiel D-A1 gravimetrisch nach Extraktion mittels Tetrahydrofuran mit 85,2 Gew.-% ermittelt.
Transmissionselektronenmikroskopie an unpigmentierten Polymerfilmen von Isopren-haltigen Polyurethan - Polyacrylat - Mischpolymerisaten
Zur Untersuchung der Morphologie wurden freie Filme der Primärdispersionen erzeugt, diese mittels Osmiumtetroxid kontrastiert und mit Hilfe eines Transmissionselektronenmikroskops untersucht.
Zu diesem Zweck wurde jeweils ein Tropfen der Primärdispersion in 10 ml deionisiertes Wasser gegeben und gut verrührt. Anschließend wurde mit der Oberfläche eines Kupfernetzchens ein Tropfen der so entstandenen, hochverdünnten Primärdispersion aufgenommen und der Polymerfilm im Hochvakuum getrocknet. Anschließend erfolgte die Kontrastierung des Films in einer Osmiumtetroxid-angereicherten Atmosphäre in einem geschlossenen Gefäß.
Die elektronenmikroskopische Untersuchung erfolgte in Transmission (Tab. 1 , Fig. 1 ). Dabei wurden sphärische Partikel mit Partikelgrößen kleiner 150 nm in einer kontinuierlichen, dunkel bzw. hell erscheinenden Matrix sichtbar, die einer Kern- Schale-Morphologie entsprechen:
Tab. 1 :
Transmissionselektronenmikroskopie von unpigmentierten Polymerfilmen, die Isopren-haltige Polyurethan (PU) - Polyacrylat (PAC) - Mischpolymerisate enthalten
Polyurethan (PU) - Polyacrylat (PAC) - Mischpolymerisat
Herstellbeispiel D-A3 D-B3
Enthält Polyurethandispersion D-P1 D-P1
Anteil Polyurethan in % Festanteil pro 50 50
Gesamtfestkörper
Anteil Isopren im in Mol-% 15 15
Polyacrylat-Copolymer
Polymerfilnn (unpiqmentiert, im Hochvakuum getrocknet)
Transmissionselektronenmikroskopie
(Kontrastierung Polyacrylat: OsO4)
Aussehen kontinuierliche Phase hell dunkel Aussehen diskontinuierliche Phase dunkel hell
Morphologie Kern- Kern- Schale Schale Der obige Versuch zeigt, dass der Kern-Schale-Aufbau der Mischpolymerisate der erfindungsgemäßen Dispersionen (D-B3), invers zu dem Aufbau der aus dem Stand der Technik bekannten Mischpolymerisate ist (D-A3). Herstellung von silberfarbigen Wasserbasislacken
Die in den Tabellen 2a, 2b, 3a und 3b unter „wässrige Phase" aufgeführten Komponenten werden in der angegebenen Reihenfolge zu einer wässrigen Mischung zusammengerührt. Im nächsten Schritt wird aus dem unter „organische Phase" aufgeführten Komponenten eine organische Mischung hergestellt. Die organische Mischung wird zur wässrigen Mischung gegeben. Sodann wird 10 min lang gerührt und mit Hilfe von deionisiertem Wasser und Ν,Ν-Dimethylethanolamin (Fa. BASF SE) auf einen pH-Wert von 8,0 und Spritzviskosität eingestellt.
Tab. 2a:
Herstellung von silberfarbenen Wasserbasislacken für die Ermittlung der
Nadelstichgrenze und Nadelstichanzahl, sowie der Sichtbarkeit der
Schleifkreuze in einer Mehrschichtlackierungen
Bezeichnung des Wasserbasislacks BL-A0 BL-A1 BL-A2 BL-A3 BL-A4 BL-A5
Komponente Gewichtsteile
WÄSSRIGE PHASE
Wässrige Lösung von 3% Natrium-Lithium- 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 Magnesium-Schichtsilikatlösung Laponite® RD
(Fa. Rockwood Additives) und 3% Pluriol® P900
(Fa. BASF SE)
Deionisiertes Wasser 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0
Foamstar MF 324 (Fa. Cognis) 0,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
1-Octanol (Fa. BASF SE) 1,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Deionisiertes Wasser 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3
Polyurethanacrylat, hergestellt gemäß Beispiel D, 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 Seite 7-8, der DE 4437535 A1
TMDD 50% BG (Fa. BASF SE), 50%ige Lösung 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 von 2 ,4 , 7 , 9-Tetramethyl-5-decin-4 , 7-d iol
(CAS-Nr. 126-86-3) in Butylglykol
Polyester, hergestellt gemäß Beispiel D, Seite 10, 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 der DE 4009858 C2
Butylglykol (Fa. BASF SE) 1 ,8 1 ,8 1 ,8 1 ,8 1 ,8 1 ,8
Luwipal® 052 (Fa. BASF SE), Melamin- 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 Formaldehyd-Harz
TMDD 50% BG (Fa. BASF SE), 50%ige Lösung 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 von 2 ,4 , 7 , 9-Tetramethyl-5-decin-4 , 7-d iol
(CAS-Nr. 126-86-3) in Butylglykol
10%ige Lösung von N,N-Dimethylethanolamin 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 (Fa. BASF SE) in Wasser
Pluriol® P 900 (Fa. BASF SE), Polypropylenoxid 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
Isopropanol (Fa. BASF SE) 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3
Deionisiertes Wasser 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0
3,0%ige Viscalex® HV30 (Fa. BASF SE) - Lösung 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 in Wasser (Rheologie-Modifikator)
Deionisiertes Wasser 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0
50,0%ige Lösung von DSX 1550 (Fa. Cognis) 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 in Butylglykol (Rheologiemittel)
Deionisiertes Wasser 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 Bezeichnung des Wasserbasislacks BL-A0 BL-A1 BL-A2 BL-A3 BL-A4 BL-A5
Komponente Gewichtsteile
Polyurethan - Polyacrylat - Mischpolymerisat
gemäß Herstellbeispiel D-A1 15,8 15,8
gemäß Herstellbeispiel D-A2 15,9
gemäß Herstellbeispiel D-A4 18,3
gemäß Herstellbeispiel D-A5 14,8 gemäß Herstellbeispiel D-A6 14,8
Deionisiertes Wasser 0,8 1 ,0 1 ,0 0,5 1 ,0 1 ,0
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
TMDD 50% BG (Fa. BASF SE), 50%ige Lösung 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 von 2 ,4 , 7 , 9-Tetramethyl-5-decin-4 , 7-d iol
(CAS-Nr. 126-86-3) in Butylglykol
Deionisiertes Wasser 0,0 2,0 2,0 0,0 3,0 3,0
Isopar L (Fa. ExxonMobile Chemical), Lösungsmittel 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 (isoparafinischer Kohlenwasserstoff)
Propanol (Fa. BASF SE) 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
Deionisiertes Wasser 1 ,5 1 ,5 1 ,5 1 ,5 1 ,5 1 ,5
ORGANISCHE PHASE
Mischung zweier handelsüblicher Aluminium6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 pigmente STAPA Hydrolux 1071 Aluminium u.
STAPA Hydrolux VP Nr. 56450/G Aluminium
(Fa. Eckart Effect Pigments)
Butylglykol (Fa. BASF SE) 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4 8,4
Polyester, hergestellt gemäß Beispiel D, Seite 10, 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 der DE 4009858 C2
Tab. 2b:
Herstellung von silberfarbenen Wasserbasislacken für die Ermittlung der Nadelstichgrenze und Nadelstichanzahl, sowie der Sichtbarkeit der Schleifkreuze in einer Mehrschichtlackierungen
Bezeichnung des Wasserbasislacks BL-B1 BL-B2 BL-B3 BL-B4
Komponente Gewichtsteile
WÄSSRIGE PHASE
Wässrige Lösung von 3% Natrium-Lithium- 22,0 22,0 22,0 22,0 Magnesium-Schichtsilikatlösung Laponite® RD
(Fa. Rockwood Additives) und 3% Pluriol® P900
(Fa. BASF SE)
Deionisiertes Wasser 2,0 2,0 2,0 2,0
Foamstar MF 324 (Fa. Cognis) 0,0 0,0 0,0 0,0
1-Octanol (Fa. BASF SE) 0,0 0,0 0,0 0,0
Deionisiertes Wasser 2,3 2,3 2,3 2,3
Polyurethanacrylat, hergestellt gemäß Beispiel D, 4,6 4,6 4,6 4,6 Seite 7-8, der DE 4437535 A1
TMDD 50% BG (Fa. BASF SE), 50%ige Lösung 0,9 0,9 0,9 0,9 von 2 ,4 , 7 , 9-Tetramethyl-5-decin-4 , 7-d iol
(CAS-Nr. 126-86-3) in Butylglykol
Polyester, hergestellt gemäß Beispiel D, Seite 10, 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 der DE 4009858 C2
Butylglykol (Fa. BASF SE) 1 ,8 1 ,8 1 ,8 1 ,8
Luwipal® 052 (Fa. BASF SE), Melamin- 5,0 5,0 5,0 5,0 Formaldehyd-Harz
TMDD 50% BG (Fa. BASF SE), 50%ige Lösung 0,7 0,7 0,7 0,7 von 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin-4,7-diol
(CAS-Nr. 126-86-3) in Butylglykol
10%ige Lösung von N,N-Dimethylethanolamin 0,5 0,5 0,5 0,5 (Fa. BASF SE) in Wasser
Pluriol® P 900 (Fa. BASF SE), Polypropylenoxid 0,7 0,7 0,7 0,7
Isopropanol (Fa. BASF SE) 3,3 3,3 3,3 3,3
Deionisiertes Wasser 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0
3,0%ige Viscalex® HV30 (Fa. BASF SE) - Lösung 3,0 3,0 3,0 3,0 in Wasser (Rheologie-Modifikator)
Deionisiertes Wasser 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0
50,0%ige Lösung von DSX 1550 (Fa. Cognis) 0,4 0,4 0,4 0,4 in Butylglykol (Rheologiemittel)
Deionisiertes Wasser 1 ,0 1 ,0 1 ,0 1 ,0 Bezeichnung des Wasserbasislacks BL-B1 BL-B2 BL-B3 BL-B4
Komponente Gewichtsteile
Polyurethan - Polyacrylat - Mischpolymerisat
gemäß Herstellbeispiel D-B1 15,8
gemäß Herstellbeispiel D-B2 15,8
gemäß Herstellbeispiel D-B4 18,3 gemäß Herstellbeispiel D-B5 15,6
Deionisiertes Wasser 1 ,0 1 ,0 0,5 1 ,0
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 0,4 0,4 0,4 0,4
TMDD 50% BG (Fa. BASF SE), 50%ige Lösung 0,5 0,5 0,5 0,5 von 2 ,4 , 7 , 9-Tetramethyl-5-decin-4 , 7-d iol
(CAS-Nr. 126-86-3) in Butylglykol
Deionisiertes Wasser 2,0 2,0 0,0 2,2
Isopar L (Fa. ExxonMobile Chemical), Lösungsmittel 2,0 2,0 2,0 2,0 (isoparafinischer Kohlenwasserstoff)
Propanol (Fa. BASF SE) 0,9 0,9 0,9 0,9
Deionisiertes Wasser 1 ,5 1 ,5 1 ,5 1 ,5
ORGANISCHE PHASE
Mischung zweier handelsüblicher Aluminium6,5 6,5 6,5 6,5 pigmente STAPA Hydrolux 1071 Aluminium u.
STAPA Hydrolux VP Nr. 56450/G Aluminium
(Fa. Eckart Effect Pigments)
Butylglykol (Fa. BASF SE) 8,4 8,4 8,4 8,4
Polyester, hergestellt gemäß Beispiel D, Seite 10, 2,0 2,0 2,0 2,0 der DE 4009858 C2
Tab.3a:
Herstellung von silberfarbenen Wasserbasislacken für die Ermittlung des
Gitterschnitts
Bezeichnung des Wasserbasislacks BL-C1 BL-C2 BL-C3 BL-C4 BL-C5 BL-C6 BL-C7
Komponente Gewichtsteile
WÄSSRIGE PHASE
Wässrige Lösung von 3% Natrium-Lithium- 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Magnesium-Schichtsilikatlösung Laponite®
RD (Fa. Rockwood Additives) und 3%
Pluriol® P900 (Fa. BASF SE)
Deionisiertes Wasser 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2
Polyurethanacrylat, hergestellt gemäß 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 Beispiel D, Seite 7-8, der DE 4437535 A1
TMDD 50% BG (Fa. BASF SE), 50%ige 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Lösung von 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin- 4,7-diol (CAS-Nr. 126-86-3) in Butylglykol
Butylglykol (Fa. BASF SE) 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
Luwipal® 052 (Fa. BASF SE), 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 Melamin-Formaldehyd-Harz
TMDD 50% BG (Fa. BASF SE), 50%ige 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 Lösung von 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin- 4,7-diol (CAS-Nr. 126-86-3) in Butylglykol
10%ige Lösung von N,N-Dimethylethanol- 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 amin (Fa. BASF SE) in Wasser
Pluriol® P 900 (Fa. BASF SE), 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 Polypropylenoxid
Deionisiertes Wasser 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2
3,0%ige Viscalex® HV30 (Fa. BASF SE) - 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 Lösung in Wasser (Rheologie-Modifikator)
Deionisiertes Wasser 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1
50,0%ige Lösung von DSX 1550 (Fa. 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Cognis) in Butylglykol (Rheologiemittel)
Deionisiertes Wasser 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 Tab.3b:
Herstellung von silberfarbenen Wasserbasislacken für die Ermittlung des Gitterschnitts
Bezeichnung des Wasserbasislacks BL-C1 BL-C2 BL-C3 BL-C4 BL-C5 BL-C6 BL-C7
Komponente Gewichtsteile
Polyurethan-Polyacrylat-Mischpolymerisat
gemäß Herstellbeispiel D-A1 18,8
gemäß Herstellbeispiel D-A2 19,0
gemäß Herstellbeispiel D-A4 21,8
gemäß Herstellbeispiel D-B1 18,8
gemäß Herstellbeispiel D-B2 18,9
gemäß Herstellbeispiel D-B4 21,7 gemäß Herstellbeispiel D-C1 18,6
Deionisiertes Wasser 1 , 1 1 ,0 0,0 1 , 1 1 , 1 0,0 1 ,3
10%iges Dimethylethanolamin in Wasser 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Isopar L (Fa. ExxonMobile Chemical), 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 Lösungsmittel (isoparafinischer
Kohlenwasserstoff)
Deionisiertes Wasser 5,0 5,0 3,2 5,0 5,0 3,2 5,0
ORGANISCHE PHASE
Mischung zweier handelsüblicher 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 Aluminiumpigmente STAPA Hydrolux 1071
Aluminium u. STAPA Hydrolux VP Nr.
56450/G Aluminium (Fa. Eckart Effect
Pigments)
Butylglykol (Fa. BASF SE) 6,6 6,6 6,6 6,6 6,6 6,6 6,6
Mischlack, hergestellt nach Herstellbeispiel 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 1 der WO 2006/040284 A1 (Seite 14, Zeile
15-27), It. Herstellbeispiel 1 bestehend aus
einem Propfmischpolymerisat,
deionisiertem Wasser, Surfynol® 100
(Fa. Air Products), Hydropalat® 3037(Fa.
Cognis, ein Polyoxylenderivat von
Rizinusöl) und 1-Propoxy-2-propanol Vergleichsversuche zwischen den Wasserbasislacken BL-AO bis BL-A5 mit den erfindungsgemäßen Wasserbasislacken BL-B1 bis BL-B4 in Hinblick auf Nadelstichgrenze, Nadelstichanzahl und Sichtbarkeit der Schleifkreuze in Mehrschichtlackierungen
Zur Bestimmung der Nadelstichgrenze, der Nadelstichanzahl und des Schleifriefenabdeckungsvermögens wurden Mehrschichtlackierungen mit den Wasserbasislacken BL-AO bis BL-B4 untersucht.
Während Wasserbasislack BL-AO Foamstar MF 324 (Fa. Cognis) und 1 -Octanol (Fa. BASF SE) enthielt, waren alle weiteren Wasserbasislacke BL-A1 bis BL-B4 frei von diesen beiden Komponenten.
Zur Bestimmung der Nadelstichgrenze und der Nadelstichanzahl wurden die Mehrschichtlackierungen mit den Wasserbasislacken nach der folgenden allgemeinen Vorschrift hergestellt:
Ein mit einer Füllerlackierung beschichtetes Stahlblech der Abmessungen 30 cm x 50 cm wurde an einer Längskante mit einem Klebstreifen versehen, um nach der Beschichtung die Schichtdickendifferenzen ermitteln zu können. Der Wasserbasislack wurde keilförmig elektrostatisch appliziert. Die resultierende Wasserbasislackschicht wurde während einer Minute bei Raumtemperatur abgelüftet und anschließend während 10 Minuten im Umluftofen bei 70°C getrocknet. Auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wurde ein üblicher Zweikomponentenklarlack appliziert. Die resultierende Klarlackschicht wurde während 20 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet. Anschließend wurden Wasserbasislackschicht und Klarlackschicht in einem Umluftofen während 20 Minuten bei 140°C gemeinsam gehärtet. Die Schichtdicke der gehärteten Klarlackschicht war über das gesamte Blech konstant (± 1 μιτι) bei einer Klarlackschichtdicke von 38 bis 42 μιτι.
Nach der visuellen Auswertung der Nadelstiche in der resultierenden keilförmigen Mehrschichtlackierung wurde die Schichtdicke der Nadelstichgrenze bestimmt.
Desweiteren wurde das Schleifriefenabdeckungsvermögen verglichen:
Dazu wurde ein Coilblech der Abmessungen 30 x 60 cm mit einem Füller lackiert und der Füller bei 160°C über einen Zeitraum von 20 Minuten eingebrannt. Auf diesem Blech wurde ein Schleifkreuz mittels eines Schleifpapieres, das 800 Partikel pro cm2 auf der Oberfläche besitzt, aufgebracht, welches eine Tiefe von 2-4 μηη und eine Furchenbreite von 2 cm aufwies. Anschließend wurde der entsprechende Basislack mit einer Schichtdicke von 8-12 μιτι appliziert. Anschließend wurde das resultierende Blech 10 Minuten bei 80°C getrocknet, und auf die getrocknete Wasserbasislackschicht wurde ein üblicher und bekannter Zweikomponentenklarlack appliziert. Anschließend wurden die Wasserbasislackschicht und Klarlackschicht in einem Umluftofen während 20 Minuten bei 140°C gemeinsam gehärtet.
Die Sichtbarkeit des Schleifkreuzes in der Mehrschichtlackierung wurde visuell bestimmt und auf einer Skala von 1 bis 5 beurteilt. Dabei geben hohe Zahlenwerte eine gute Sichtbarkeit des Schleifkreuzes und niedrige Zahlenwerte eine gute Abdeckung der Schleifkreuze an.
Die Tabellen 4 und 5 geben einen Überblick über die Ergebnisse der Bestimmung der Nadelstichgrenze, der Nadelstichanzahl und des Schleifriefen- abdeckungsvermögens der Mehrschichtlackierungen:
Tab. 4:
Ergebnisse der Bestimmung der Nadelstichgrenze, der Nadelstichanzahl und des Schleifriefenabdeckungsvermögens der Mehrschichtlackierungen auf 5 Basis der Wasserbasislacke BL-AO bis BL-A3 und BL-B1 bis BL-B3
Wasserbasislack BL- BL- BL- BLBL- BL- BL-
AO A1 A2 Aß B1 B2 B3
Polyurethandispersion D-P1 D-P1 D-P2 D-P1 D-P1 D-P2 D-P1
Mischpolymerisat D-A1 D-A1 D-A2 D-A4 D-B1 D-B2 D-B4
Foamstar MF324 / 1 -Octanol Ja Nein Nein Nein Nein Nein Nein
Nadelstichgrenze / 10"6 m 16 9 10 16 21 21 19
Nadelstichzahl 17 127 145 101 1 1 7 23
Sichtbarkeit des 4 4 4 4 3 3 3
Schleifriefenkreuzes
Tab. 5:
Ergebnisse der Bestimmung der Nadelstichgrenze, der Nadelstichanzahl und i o des Schleifriefenabdeckungsvermögens der Mehrschichtlackierungen auf
Basis der Wasserbasislacke BL-A4, BL-A5, und BL -B4
Wasserbasislack BL-A4 BL-A5 BL-B4
Polyurethandispersion D-P4 D-P4 D-P4
Mischpolymerisat D-A5 D-A6 D-B5
Nadelstichgrenze / 10~6 m 14 17 27
Nadelstichzahl >200 >200 90
Sichtbarkeit des Schleifriefenkreuzes 4 4 3 Vergleichsversuche zwischen den Wasserbasislack BL-C1 bis BL-C3 und den erfindungsgemäßen Wasserbasislacken BL-C4 bis BL-C7 in Hinblick auf die Verbesserung der Gitterschnitt-Ergebnisse
Zur Bestimmung des Gitterschnitts wurden Mehrschichtlackierungen mit den Vergleichswasserbasislacken BL-C1 bis BL-C3 und den erfindungsgemäßen Wasserbasislacken BL-C4 bis BL-C7 untersucht.
Dazu diente ein Blech der Abmessungen 10 cm x 20 cm, welches eine Füllerlackierung eines handelsüblichen Füllers aufwies, als Substrat. Bei der Herstellung dieses Substrats wurde der Füller über einen Zeitraum von 10 min bei 80°C zwischengetrocknet und anschließend über einen Zeitraum von 30 min bei 190 °C eingebrannt.
Auf dieses Blech wurde zunächst jeweils ein Basislack gemäß Tabelle 6 pneumatisch appliziert. Nach 1 min Ablüften des Basislacks bei Raumtemperatur wurden der Basislack über 10 min bei 70 °C im Umluftofen zwischengetrocknet. Anschließend wurde der von der BASF kommerziell erhältliche 2-Komponenten- Klarlack FF99-0345 ebenfalls pneumatisch appliziert und nach 20 min Ablüften bei Raumtemperatur die beiden Schichten bei einer Temperatur von 160 °C über einen Zeitraum von 30 min eingebrannt. Es resultierte eine überbrannte Mehrschichtlackierung.
Nach Abkühlen der überbrannten Mehrschichtlackierung wurden die Lackierungen angeschliffen. Anschließend wurde der jeweilige Basislack gemäß Tabelle 3 pneumatisch appliziert. Nach 1 min Ablüften des Basislacks bei Raumtemperatur wurde der Basislack über 10 min bei 70 °C im Umluftofen zwischengetrocknet. Anschließend wurde der von der BASF kommerziell erhältliche 2-Komponenten- Reparatur-Klarlack aus FF23-0500 und SC29-0093 pneumatisch appliziert und nach 20 min Ablüften bei Raumtemperatur die beiden Schichten bei einer Temperatur von 80 °C über einen Zeitraum von 30 min eingebrannt. Es resultierte eine Reparaturlackierung. An der unterbrannten Reparaturlackierung auf angeschliffener, überbrannter Mehrschichtlackierung wurde die Haftung durch Gitterschnitttest untersucht.
Der Gitterschnitttest wurde nach DIN 2409 durchgeführt. Die Beurteilung der Ergebnisse des Gitterschnitttests wurde nach DIN EN ISO 2409 durchgeführt.
Tabelle 6 gibt einen Überblick über die Ergebnisse der Gitterschnitttests bei Vergleich der verschiedenen Wasserbasislacke:
Tab. 6:
Ergebnisse des Gitterschnitttests an einer Reparaturlackierung auf überbrannter Mehrschichtlackierung auf Basis der Wasserbasislacks BL-C1 bis BL-C3 im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Wasserbasislacken BL-C4 bis BL-C7
Wasserbasislack BL-C1 BL-C2 BL-C3 BL-C4 BL-C5 BL-C6 BL-C7
Polyurethandispersion D-P1 D-P2 D-P1 D-P1 D-P1 D-P2 D-P3 Mischpolymerisat D-A1 D-A2 D-A4 D-B1 D-B2 D-B4 D-C1
Gitterschnitt (Note) 4 4 4 2,5 2,5 2,5 1

Claims

Patentansprüche:
1 . Wässrige Dispersion, enthaltend mindestens ein Mischpolymerisat, wobei das Mischpolymerisat herstellbar ist, durch
(i) Vorlage einer wässrigen Dispersion mindestens eines Polyurethans, und anschließend
(ii) Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des Polyurethans aus (i),
wobei
(a) ein wasserlöslicher Initiator verwendet wird,
(b) die Zudosierung der olefinisch ungesättigten Monomere so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration von 6,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, und
(c) die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer enthält.
2. Wässrige Dispersion gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung der olefinisch ungesättigten Monomere so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration von 5,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird.
3. Wässrige Dispersion gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung der olefinisch ungesättigten Monomere so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration von 4,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird.
4. Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere 0,1 bis 6,0 mol-% mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomere enthält.
5. Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere 0,1 bis 2,0 mol-% mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomere enthält.
6. Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 4-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere 0,1 bis 6,0 mol-% Allylmethacrylat enthält und keine weiteren mehrfach olefinisch ungesättigten Monomere enthalten sind.
7. Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere 0,1 bis 2,0 mol-% Allylmethacrylat enthält und keine weiteren mehrfach olefinisch ungesättigten Monomere enthalten sind.
8. Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren
< 10,0 Gew.-% vinylaromatische Monomere, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren enthält.
9. Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren
< 5,0 Gew.-% vinylaromatische Monomere, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren enthält.
10. Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren keine vinylaromatischen Monomere enthält.
H .Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -10, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Dispersion einen Gelanteil von 40 bis 90 Gew-%, bezogen auf den Festkörper der Dispersion, hat.
12. Wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -1 1 , wobei das Mischpolymerisat mindestens
(A) einen Kern, enthaltend mindestens ein Polyurethan, enthält und
(B) eine Schale, enthaltend mindestens ein Polymer welches durch Polymerisation von olefinisch ungesättigten Monomeren erhalten wurde, enthält.
13. Verwendung einer wässrigen Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -12 zur Herstellung von Lacken.
14. Wässriger Basislack, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -12 enthalten ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer färb- und/oder effektgebenden mehrschichtigen Lackierung, bei dem
(i) ein pigmentierter wässriger Basislack auf ein Substrat aufgebracht wird,
(ii) aus dem in Stufe (a) aufgebrachten Lack ein Polymerfilm gebildet wird,
(iii) auf die so erhaltene Basislackschicht ein Klarlack aufgebracht wird und anschließend
(iv) die Basislackschicht zusammen mit der Klarlackschicht gehärtet wird
dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe (a) ein pigmentierter wässriger Basislack eingesetzt wird, wobei der Basislack eine wässrige Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 -12 enthält.
16. Verwendung eines wässrigen Basislacks gemäß Anspruch 15 zur Beschichtung von Automobilkarossen und/oder Anbauteilen von Automobil karossen aus Kunststoff.
17. Verfahren zur Herstellung einer wassrigen Dispersion, gekennzeichnet durch die Herstellungsschritte:
(i) Vorlage einer wassrigen Dispersion mindestens eines Polyurethans, und anschließend
(ii) Polymerisation einer Mischung von olefinisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des Polyurethans aus (i),
wobei
(a) ein wasserlöslicher Initiator verwendet wird,
(b) die Zudosierung der olefinisch ungesättigten Monomere so erfolgt, dass in der Reaktionslösung eine Konzentration von 6,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an olefinisch ungesättigten Monomeren, während der gesamten Reaktionsdauer nicht überschritten wird, und
(c) die Mischung der olefinisch ungesättigten Monomere mindestens ein mehrfach olefinisch ungesättigtes Monomer enthält.
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