DE112013003992B4

DE112013003992B4 - Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis

Info

Publication number: DE112013003992B4
Application number: DE112013003992.3T
Authority: DE
Inventors: Wiebke Becker; Kevin Cappan; Jozef Theresia Huybrechts
Original assignee: Coatings Foreign IP Co LLC
Current assignee: Axalta Coating Systems GmbH
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: WO2014025748A1; CN104540867B; US20150166823A1; CN104540867A; US9353285B2; DE112013003992T5

Abstract

Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis, umfassend: A) mindestens ein vernetzbares Wasser-lösliches Bindemittel mit Säure-funktionellen Gruppen und funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff, B) mindestens ein Polyisocyanat-Vernetzungsmittel mit freien Isocyanat-Gruppen, C) Wasser, wobei die Säure-funktionellen Gruppen des mindestens einen Wasser-löslichen Bindemittels A) mindestens teilweise mit mindestens einem Neutralisierungsmittel neutralisiert sind, wobei das Neutralisierungsmittel ein Monoamin mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis, die neutralisierte vernetzbare Bindemittel und Vernetzungsmittel enthalten.
Beschreibung des Standes der Technik
Auf Grund ihres VOC-reduzierten Charakters sind Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis, basierend auf einer Bindemittel-Komponente und einem Polyisocyanat-Vernetzungsmittel, bei der industriellen Beschichtung und Beschichtung von Fahrzeugen, insbesondere auch bei der Ausbesserungs-Beschichtung von Fahrzeugen, weit verbreitet. Jene Beschichtungs-Zusammensetzungen enthalten gewöhnlich Bindemittel-Komponenten mit funktionellen Gruppen, die aktiven Wasserstoff enthalten, zum Beispiel Hydroxyl-Gruppen. Die Beschichtungs-Zusammensetzungen haben ähnlich gute technologische Eigenschaften, wie deren Gegenstücke auf Lösungsmittelbasis, auch wenn einige Mängel noch zu überwinden sind.
Typischerweise basieren die Hydroxyl-funktionellen Komponenten auf anionisch stabilisierten Polymerdispersionen, neutralisiert mit flüchtigen oder teilweise flüchtigen Amin. Insbesondere zur Verwendung bei der Ausbesserungs-Beschichtung von Fahrzeugen ist eine kurze Trocknungszeit der Beschichtung bei mittleren Temperaturen, zum Beispiel von Raumtemperatur bis zu ungefähr 60°C, erwünscht.
EP 1391469 offenbart wässrige Bindemitteldispersionen, die mit Triethanolamin, als nicht-flüchtiges reaktives neutralisierendes Amin, neutralisierte Carboxy-funktionelle Copolymere enthalten. In solchen Zusammensetzungen kann das Triethanolamin mit den anderen Komponenten des Bindemittels vernetzen, jedoch enthält das fertige Netzwerk N-Kohlenstoff-Bindungen, die zum Vergilben neigen und die Haltbarkeit schädigen können.
Außerdem ist es bekannt, reaktive Verdünnungsmittel mit sterisch gehinderten Amino-Gruppen zu verwenden, um die Härtungszeit zu vermindern. Zum Beispiel offenbart WO 2005/035482 Aspartate, die aus primären Aminen und Maleaten hergestellt wurden, und deren Verwendung als reaktive Komponenten in Zwei-Komponenten-Polyurethan-Beschichtungs-Zusammensetzungen, und EP 1616889 offenbart hydrophile Polyaspartatester zur Verwendung in wässrigen Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen. Jedoch führt die Verwendung von Aspartaten in Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen im Allgemeinen zu einer deutlichen Verminderung der Verwendungszeit, d. h. eine Verminderung der Zeit, in welcher die Beschichtungs-Zusammensetzung noch befriedigend verarbeitet oder aufgetragen werden kann.
Weiterhin ist es bekannt, Epoxid-Amin-Addukte mit sterisch gehinderten Amino-Gruppen als Bindemittel mit Polyisocyanat-Vernetzungsmitteln in Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen anzuwenden. Zum Beispiel offenbart EP 0741158 Gemische von Hydroxy-funktionellen Copolymeren und Epoxid-Amin-Addukten mit einem Massenanteil von mindestens 20% von aliphatischen Epoxid- und/oder Amin-Einheiten, die mindestens ein tertiäres oder quaternäres Kohlenstoff-Atom umfassen, als Bindemittel für Beschichtungs-Zusammensetzungen und reaktive Komponenten in Klebstoffen. WO 01/42328 offenbart auch gehinderte Amin-Addukte mit tertiären Alkyl-Gruppen als Bindemittel für Polyharnstoff-Beschichtungssysteme. Es gibt keine Lehre in den vorstehenden zwei Anmeldungen zur Verwendung der Bindemittel als Neutralisierungsmittel in 2K-Zusammensetzungen auf Wasserbasis, die anionisch stabilisiert sind.
Die EP 2110395 A1 betrifft wässrige Polyurethanlösungen für Polyurethansysteme, die darin enthaltenen löslichen Polyurethane, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung in Polyurethansystemen.
Die EP 0661361 A1 beschreibt Automobil-Versiegelungszusammensetzungen mit geringem VOC-Gehalt, die reaktive Harnstoff/Urethanverbindungen enthalten, und die besonders für den Automobilreparaturbereich geeignet sind.
Es gibt folglich noch ein Erfordernis für Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis, basierend auf einer Bindemittel-Komponente mit funktionellen Gruppen, die aktiven Wasserstoff enthalten, und Polyisocyanat-Vernetzungsmitteln, die eine hinreichende Verwendungszeit mit einer kurzen Trocknungszeit auch bei mittleren Temperaturen von zum Beispiel Raumtemperatur oder 40°C bis 60°C kombinieren. Ebenfalls sollte die Formulierung der Beschichtungs-Zusammensetzungen mit geringer VOC bei annehmbaren Sprühviskositäten möglich sein. Die Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis sollten hier Beschichtungen mit sehr guten technologischen Eigenschaften, wie zum Beispiel sehr gute Härte und Beständigkeit gegen Chemikalien und Wasser und ausgezeichnetes optisches Aussehen ergeben. Die Anstrichstoff-Filme sollten hohen Glanz und Brillanz haben.
Kurzdarstellung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis, die Wasser-lösliche (bzw. mit Wasser verdünnbare) Bindemittel mit funktionellen Gruppen, die aktiven Wasserstoff enthalten, und Polyisocyanat-Vernetzungsmittel, wobei nicht-flüchtige reaktive Amine als Neutralisierungsmittel für die Bindemittel verwendet werden, enthalten.
Die Erfindung ist deshalb auf Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis gerichtet, umfassend:

A) mindestens ein Wasser-lösliches Bindemittel mit Säurefunktionellen Gruppen und funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff,
B) mindestens ein Polyisocyanat-Vernetzungsmittel mit freien Isocyanat-Gruppen,
C) Wasser und gegebenenfalls mindestens ein organisches Lösungsmittel, wobei die Säure-funktionellen Gruppen des mindestens einen Wasser-löslichen Bindemittels A) mindestens teilweise mit mindestens einem Neutralisierungsmittel neutralisiert sind, wobei das Neutralisierungsmittel ein Monoamin mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe umfasst.

Die Erfindung ist auch auf eine wässrige Bindemitteldispersion gerichtet, umfassend mindestens ein Wasser-lösliches Bindemittel mit Säure-funktionellen Gruppen und funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff, wobei die Säure-funktionellen Gruppen des mindestens einen Wasserlöslichen Bindemittels A) mindestens teilweise mit einem Neutralisierungsmittel neutralisiert sind, wobei das Neutralisierungsmittel ein Monoamin mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe umfasst.
Vorzugsweise ist das Monoamin ein Reaktions-Produkt von mindestens einem Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe und einer mono-ungesättigten Verbindung, oder ein Reaktions-Produkt von mindestens einem Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe mit einem Monoepoxid.
Es wurde gefunden, dass die Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis der vorliegenden Erfindung einen ausgezeichneten Ausgleich von Verwendungszeit, Trocknungszeit und Aussehen aufweisen, während die Formulierung von Zusammensetzungen mit geringer VOC bei annehmbaren Sprühviskositäten möglich ist.
Beschreibung der Ausführungsformen im Einzelnen
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann beim Lesen der nachstehenden genaueren Beschreibung besser verständlich. Es wird darauf Wert gelegt, dass jene bestimmten Merkmale der Erfindung, die zur Klarheit vorstehend und nachstehend im Zusammenhang mit gesonderten Ausführungsformen beschrieben werden, auch in Kombination in einen einzelnen Ausführungsform bereitgestellt werden können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale der Erfindung, die zur Kürze im Kontext mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben werden, auch gesondert oder in beliebiger Unterkombination bereitgestellt werden. Außerdem können auch Bezüge in der Einzahl die Mehrzahl einschließen (zum Beispiel können sich ”ein” und ”eine” auf eine oder einen oder mehrere beziehen) sofern der Kontext speziell nichts anderes ausweist.
Der wie hier und anschließend verwendete Begriff (Meth)acryl sollte in der Bedeutung von Methacryl und/oder Acryl verwendet werden.
Sofern nicht anders ausgewiesen, sind alle Molmassendaten, zahlenmittlere Molmassendaten Mn oder gewichtsmittlere Molmassendaten Mw, die in der vorliegenden Beschreibung ausgewiesen sind, Molmassen, die durch Gelpermeationschromatographie (GPC; Divinylbenzol-vernetztes Polystyrol als die immobile Phase, Tetrahydrofuran als die flüssige Phase, Polystyrol-Standards) bestimmt werden oder zu bestimmen sind.
Die Beschichtungs-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung sind Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis, die Bindemittel, Vernetzungsmittel und einen flüssigen Träger umfassen. Der flüssige Träger ist Wasser und kann zusätzlich ein oder mehrere organische Lösungsmittel umfassen.
Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis sind Beschichtungs-Zusammensetzungen, worin Wasser als Lösungsmittel oder Verdünner beim Herstellen und/oder Auftragen der Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet wird. Gewöhnlich enthalten Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis etwa 20 bis 80 Gew.-% Wasser, basierend auf der Gesamtmenge der Beschichtungs-Zusammensetzung, und gegebenenfalls bis zu 15 Gew.-% vorzugsweise, unter 10 Gew.-% der organischen Lösungsmittel, basierend auf der Gesamtmenge der Beschichtungs-Zusammensetzung.
Die Verwendungszeit ist die Zeit, in welcher nachdem einmal die miteinander reaktiven Komponenten einer Beschichtungs-Zusammensetzung vermischt wurden, die Beschichtungs-Zusammensetzung nicht geeignet verarbeitet oder aufgetragen werden kann und Beschichtungen von unbeeinträchtigter Qualität erreicht werden können.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungs-Zusammensetzungen sind Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen. Die Handhabung von Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen erfordert im Allgemeinen das Vermischen der miteinander reaktiven Komponenten kurz vor der Auftragung, um vorzeitige Reaktion der reaktiven Komponenten zu vermeiden. Der Begriff ”kurz vor der Auftragung” ist dem mit Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen arbeitenden Fachmann gut bekannt. Der Zeitraum, innerhalb welchem die gebrauchsfertige Beschichtungs-Zusammensetzung vor der tatsächlichen Verwendung/Auftragung hergestellt werden kann, hängt z. B. von der Verwendungszeit der Beschichtungs-Zusammensetzung ab. Deshalb ist eine ausreichend lange Verwendungszeit erwünscht, um ein komfortables Zeitfenster zum Herstellen/Mischen und Auftragen der Zwei-Komponenten-Beschichtungs-Zusammensetzungen zu haben.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis umfassen Komponenten A) und B).
Komponenten A) und B), die miteinander reaktiv sind, sollen getrennt gelagert und nur kurz vor der Auftragung miteinander vermischt werden. Gewöhnlich umfassen die Beschichtungs-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung 20–80 Gew.-% vorzugsweise 30–70 Gew.-% Feststoffe von der mindestens einen Komponente A) und 20–80 Gew.-% Feststoffe, vorzugsweise 30–70 Gew.-% Feststoffe von dem mindestens einen Vernetzungsmittel B), bezogen auf die gesamte Beschichtungs-Zusammensetzung.
Komponente A) der Beschichtungs-Zusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst Verbindungen mit funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff, die mit Isocyanat-Gruppen von Vernetzungsmittel B) reaktiv sind. Diese Verbindungen können oligomere oder polymere Bindemittel sein. Die Bindemittel sind Verbindungen mit einer zahlenmittleren Molmasse (Mn) von z. B. 800 bis 500000 g/Mol, vorzugsweise von 1100 bis 300000 g/Mol. Die funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff können zum Beispiel Hydroxyl-Gruppen, Thiol-Gruppen, primäre und/oder sekundäre Amino-Gruppen oder Kombinationen davon sein. Verbindungen mit Hydroxyl-Gruppen werden vorzugsweise als Komponente A) verwendet.
Beispiele für verwendbare Komponenten A) werden in dem Nachstehenden beschrieben.
Die Bindemittel mit Hydroxyl-Gruppen sind zum Beispiel die Polyurethane, (Meth)acrylat-Copolymere, Polyester, Polyether und andere Bindemittel, die dem Fachmann aus der Polyurethan-Chemie bekannt sind, welche in der Formulierung von Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis verwendet werden. Sie können jeweils einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Beispiele für geeignete Polyurethan-Harze schließen alle Polyurethan-Harze, die für Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis geeignet und dem Fachmann bekannt sind, ein. Beispiele sind Polyurethan-Harze, zum Beispiel mit einer zahlenmittleren Molmasse Mn von 500 bis 500000 g/Mol, vorzugsweise von 1100 bis 300000 g/Mol, besonders bevorzugt von 5000 bis 300000 g/Mol, einem Säurewert von 10 bis 100 mg KOH/g, vorzugsweise von 20 bis 80 mg KOH/g, und einem Hydroxylwert von 0 bis 400 mg KOH/g, vorzugsweise von 80 bis 250 mg KOH/g. Geeignete Polyurethan-Harze, die verwendet werden können, werden zum Beispiel durch Umsetzen von Verbindungen hergestellt, die hinsichtlich Isocyanat-Gruppen und Polyisocyanaten mit mindestens 2 freien Isocyanat-Gruppen pro Molekül reaktiv sind.
Polyole mit hohem Molekulargewicht können als Verbindungen verwendet werden, die hinsichtlich Isocyanat-Gruppen reaktiv sind, vorzugsweise Polyesterpolyole, Polyetherpolyole und/oder Polycarbonatpolyole mit einem Molekulargewicht von zum Beispiel 500–6000 g/Mol. Polyole mit geringem Molekulargewicht mit einem Molekulargewicht von 60–400 g/Mol können auch gemeinsam verwendet werden. Aliphatische, aromatische und/oder cycloaliphatische Diisocyanate können vorzugsweise als Polyisocyanate verwendet werden. Beispiele für verwendbare Polyisocyanate sind Phenylendiisocyanat, Xylylendiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dicyclohexylmethandiisocyanat, Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Trimethylhexamethylendiisocyanat.
Die so erhaltenen Polyurethan-Harze können noch Kettenverlängerung unterzogen werden, um die Molmasse zu erhöhen. Zum Beispiel können NCO-funktionelle Polyurethan-Prepolymere mit Verbindungen umgesetzt werden, die hinsichtlich Isocyanat-Gruppen reaktiv sind. Verbindungen, die hinsichtlich Isocyanat-Gruppen reaktiv sind, sind insbesondere Verbindungen mit Hydroxyl- und/oder sekundären und/oder primären Amino-Gruppen. OH-funktionelle Polyurethan-Prepolymere können zum Beispiel mit Polyisocyanaten Kettenverlängert werden.
Die mit diesem Verfahren hergestellten Polyurethan-Harze können teilweise oder vollständig in Verfahren mikrogelieren, wobei eine Kettenverlängerungsreaktion mit Di- und oder Polyaminen erfolgt, was zu Harnstoff-funktionellen Gruppen führt.
Die Polyurethan-Harze schließen solche Harze ein, die in modifizierter Form vorliegen, zum Beispiel Silizium-modifizierte oder (meth)acrylierte Polyurethan-Harze. Beispiele für Polyurethan-Harze, die verwendet werden können, werden in US-A-5 492 961 , US-A-5 141 987 , US-A-5 556 912 , DE-A-41 15 042 , US-A-5 635 559 , US-A-5 691 425 , DE-A-42 28 510 , US-A-5 854 337 und US-A-4 489 135 beschrieben.
Beispiele für Hydroxyl-funktionelle Poly(meth)acrylat-Harze schließen alle Poly(meth)acrylat-Harze ein, die für Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis geeignet und dem Fachmann bekannt sind. Zum Beispiel können sie jene mit einer zahlenmittleren Molmasse Mn von 1000–20000 g/Mol, vorzugsweise von 1100–15000, einem Säurewert von 10–100 mg KOH/g; vorzugsweise von 15–50 und einem Hydroxylwert von 40–400 mg KOH/g, vorzugsweise von 60–250 mg KOH/g sein.
Das Poly(meth)acrylat-Copolymer kann durch freie-radikalische Polymerisation von polymerisierbaren, olefinisch ungesättigten Monomeren, gegebenenfalls in Gegenwart von oligomeren oder polymeren Polyester- und/oder Polyurethan-Harzen hergestellt werden. Freie-radikalisch polymerisierbare, olefinisch ungesättigte Monomere, die verwendet werden können, sind Monomere, die zusätzlich zu mindestens einer olefinischen Doppelbindung auch weitere funktionelle Gruppen enthalten, und Monomere, die neben mindestens einer olefinischen Doppelbindung keine weiteren funktionellen Gruppen enthalten. Weitere funktionelle Gruppen können zum Beispiel Harnstoff-, Hydroxyl-, Carboxyl-, Sulfonsäure-, Silan-, Amin-, Amid-, Acetoacetat-, Phosphor-, Phosphan-, heterocyclische oder Epoxy-Gruppen sein. Natürlich können nur jene funktionellen Gruppen in dem Poly(meth)acrylat-Copolymer kombiniert werden, die nicht zum Selbst-Vernetzen neigen.
Olefinisch ungesättigte Monomere mit Hydroxyl-Gruppen werden verwendet, um Hydroxyl-Gruppen in die (Meth)acryl-Copolymere einzuführen. Geeignete ungesättigte Hydroxyfunktionelle Monomere sind zum Beispiel Hydroxyalkylester von alpha, beta-olefinisch ungesättigte Monocarbonsäuren mit primären oder sekundären Hydroxyl-Gruppen. Diese können zum Beispiel die Hydroxyalkylester von Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure und/oder Isocrotonsäure umfassen. Die Hydroxyalkylester von (Meth)acrylsäure sind bevorzugt. Natürlich können auch andere olefinisch ungesättigte Monomere mit Hydroxyl-Gruppen verwendet werden.
Carboxyl-funktionelle olefinisch ungesättigte Monomere werden verwendet, um Carboxyl-Gruppen in die (Meth)acryl-Copolymere einzuführen. Beispiele für geeignete olefinisch ungesättigte Carbonsäuren schließen Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure und Isocrotonsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und die Halbester der difunktionellen Säuren ein. Acryl- und Methacrylsäure sind bevorzugt.
Ungesättigte Monomere, die neben mindestens einer olefinischen Doppelbindung keine weiteren funktionellen Gruppen enthalten, sind zum Beispiel aliphatische Ester von olefinisch ungesättigten Carbonsäuren, wie (Meth)acrylsäure, Vinylester und/oder vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, wie Styrol.
Auch andere zusätzliche ungesättigte Monomere, die neben einer olefinischen Doppelbindung weitere funktionelle Gruppen enthalten, können verwendet werden.
Beispiele für Polyester-Harze, die als Bindemittel-Komponente A) verwendet werden können, schließen alle Polyester-Harze ein, die als Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis geeignet sind, zum Beispiel hydroxyfunktionelle Polyester mit einer zahlenmittleren Molmasse von 500–10000 g/Mol, vorzugsweise von 1100–8000 g/Mol, einem Säurewert von 10–150 mg KOH/g, vorzugsweise von 15–50 mg KOH/g und einem Hydroxylwert von 40–400 mg KOH/g, vorzugsweise von 50–200 mg KOH/g. Die Polyester können gesättigt oder ungesättigt sein und sie können gegebenenfalls mit Fettsäuren modifiziert sein. Die Polyester werden unter Verwendung bekannter Verfahren bei der Entfernung von Wasser aus Polycarbonsäuren und Polyalkoholen hergestellt.
Ebenso können Thiol-funktionelle Verbindungen A) in der erfindungsgemäßen Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet werden. Die Thiol-Gruppe der Thiol-funktionellen Verbindung A) kann kovalent an ein Harz gebunden sein.
Um ausreichend Wasser-Verdünnbarkeit der Bindemittel A) zu sichern, werden diese Bindemittel modifiziert, um sie hydrophil zu machen. Die Bindemittel A) werden durch Einarbeitung von Säure-Gruppen anionisch modifiziert. Säurefunktionelle Wasser-verdünnbare Bindemittel A) können Carbonsäure-Gruppen, Sulfon-, Phosphan- und/oder Phosphorsäure-Gruppen enthalten. Carbonsäure-Gruppen sind besonders bevorzugt. Wasser-lösliche Bindemittel A) können Säurewerte von 10 bis 150 mg KOH/g, vorzugsweise von 20 bis 80 mg KOH/g, aufweisen. Die anionische Modifizierung kann mit nicht-ionischer Modifizierung kombiniert werden. Ebenfalls können zusätzlich zu der Modifizierung mit Säure-Gruppen Emulgatoren verwendet werden.
Die Verbindungen A) können individuell oder in Kombination verwendet werden.
Die Säure-funktionellen Gruppen des mindestens einen Wasser-löslichen Bindemittels A), vorzugsweise die Carboxyl-Gruppen, werden mindestens teilweise mit einem wie vorstehend definierten Neutralisierungsmittel neutralisiert. Vorzugsweise werden die Säure-Gruppen des Wasser-löslichen Bindemittels A) mit dem Neutralisierungsmittel gemäß einem Neutralisationsgrad von 20 bis 200% bevorzugter von 60 bis 140% neutralisiert.
Vorzugsweise ist das definierte Monoamin-Neutralisierungsmittel ein Reaktions-Produkt von mindestens einem Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe und einer mono-ungesättigten Verbindung, oder ein Reaktions-Produkt von mindestens einem Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe mit einem Monoepoxid.
Die Monoamine mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppen können ein oder mehrere, z. B. zwei oder drei Hydroxyl-Gruppen enthalten. Sie können zum Beispiel ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 73 bis 1000 aufweisen. Sie können zum Beispiel 4 bis 30 Kohlenstoff-Atome in dem Molekül enthalten.
Beispiele für geeignete Monoamine sind tert.-Butylamin, 2,2'-Dimethylbutylamin, 2'2-Dimethylpentylamin.
Beispiele für geeignete Monoamine mit Hydroxyl-Gruppen sind 2-Amino-2-methyl-1-propanol, 2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol und Trishydroxymethylaminomethan. Jene Monoamine sind zum Beispiel unter dem Handelsnamen AMP 90, AEPD, TrisAmino von Dow und T300 von Hopax auch kommerziell erhältlich.
Gemäß einer Ausführungsform können die Monoamin-Neutralisierungsmittel durch Reaktion der vorstehend definierten Monoamine mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe mit mindestens einer Monoepoxy-Verbindung hergestellt werden. Die Monoepoxy-Verbindungen sind vorzugsweise aliphatische und cycloaliphatische Monoepoxide. Die Monoepoxy-Verbindungen können zum Beispiel ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 44 bis 800, vorzugsweise von 44 bis 250, aufweisen. Sie können zum Beispiel 2 bis 33 Kohlenstoff-Atome in dem Molekül enthalten.
Zum Beispiel können aliphatische, aromatische oder cycloaliphatische Monoepoxide mit 2 bis 33 Kohlenstoff-Atomen in dem Molekül verwendet werden. Beispiele für Monoepoxide sind Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid und Cyclohexanepoxid. Weitere zu verwendende Monoepoxid-Verbindungen sind Monoglycidylester oder Monoglycidylether. Beispiele für geeignete Monoglycidylether sind die Glycidylether von Monoalkoholen z. B. von Methanol, n- und t-Butanol, 2-Ethylhexylalkohol, Dodecanol, Cyclohexanol, Phenol und t-Butylphenol.
Beispiele für geeignete Monoglycidylester sind Glycidylester von Monocarbonsäuren, z. B. Monocarbonsäuren, die ..8 bis 30.. Kohlenstoff-Atome in dem Molekül enthalten. Geeignete Beispiele für Glycidylester von Monocarbonsäuren sind jene, die mindestens ein tertiäres Kohlenstoff-Atom in dem Molekül enthalten. Glycidylester von Monocarbonsäuren, die mindestens ein tertiäres Kohlenstoff-Atom in dem Molekül enthalten, sind Glycidylester von alpha-Alkylalkanmonocarbonsäuren und alpha, alpha-Dialkylalkanmonocarbonsäuren, zum Beispiel mit 5 bis 13 Kohlenstoff-Atomen in dem Säuremolekül. Beispiele für jene Glycidylester sind jene von verzweigten Fettsäuren, wie Versatsäure 5, 9 und 10, bekannt unter dem Handelsnamen Cardura^® E5, E9 und E10 von Momentive Specialty Chemicals.
Die Monoepoxy-Verbindungen können einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Monoamin-Neutralisierungsmittel durch Reaktion der vorstehend definierten Monoamine mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe mit mindestens einer mono-ungesättigten Verbindung, vorzugsweise einer olefinisch mono-ungesättigten Verbindung, hergestellt werden. Die mono-ungesättigte Verbindung kann eine beliebige Verbindung sein, die mit dem primären Monoamin durch Bilden eines Michael-Additionsprodukt reagieren kann. Beispiele für geeignete mono-ungesättigte Verbindungen sind Acrylate, Methacrylate, Maleate, Fumarate und Itaconate. Insbesondere sind Beispiele für geeignete mono-ungesättigte Verbindungen die Ester von Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure mit Monoalkoholen mit 4 bis 30 Kohlenstoff-Atomen in dem Molekül.
Die mono-ungesättigten Verbindungen können einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform können die Monoamin-Neutralisierungsmittel durch Reaktion von mono-ungesättigten Verbindungen, wie Isobutylen und anderen verzweigten Olefinen, mit Ammoniak hergestellt werden.
Im Allgemeinen enthalten die vorstehend definierten Neutralisierungsmittel mindestens eine reaktive Gruppe, d. h. die sekundäre an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundene Amino-Gruppe. Vorzugsweise enthalten die vorstehend definierten Monoamin-Neutralisierungsmittel mindestens zwei reaktive Gruppen, d. h. mindestens eine weitere reaktive Gruppe neben der sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe. Die mindestens eine weitere reaktive Gruppe kann zum Beispiel eine primäre, sekundäre oder tertiäre Hydroxyl-Gruppe sein. Vorzugsweise haben die vorstehend definierten Monoamin-Neutralisierungsmittel ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 117 bis 1000. Die vorstehend definierten Monoamin-Neutralisierungsmittel können eine Löslichkeit in Wasser von mindestens 5 bei 20°C aufweisen, d. h. mindestens 5 g des Neutralisierungsmittels sind in 95 g Wasser durch Bilden einer vollständig transparenten Lösung löslich.
Die vorstehend definierten Neutralisierungsmittel können einzeln oder in Kombination miteinander, gegebenenfalls zusammen mit anderen Neutralisierungsmitteln verwendet werden. Das Neutralisierungsmittel besteht vorzugsweise aus dem Monoamin oder einer Kombination der Monoamine mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Neutralisierungsmittel 2-(tert-Butylamino)-ethanol oder besteht daraus.
Die Monoamin-Neutralisierungsmittel, insbesondere die Epoxid-Amin-Addukte, können gemäß dem Fachmann gut bekannten Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel können Epoxid-Amin-Addukte durch Additions-Reaktion des Monoamins an das Monoepoxid bei erhöhten Temperaturen von z. B. 50 bis 150°C hergestellt werden. Ein Katalysator kann für die Reaktion verwendet werden. Geeignete Reaktions-Produkte von Monoaminen mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe und einer mono-ungesättigten Verbindung können über Aza-Michael-Additions-Reaktionen hergestellt werden.
Die wie in der vorliegenden Erfindung verwendeten Neutralisierungsmittel sind nicht-flüchtige reaktive Neutralisierungsmittel, d. h. sie können an der Härtungs-Reaktion mit dem Polyisocyanat-Vernetzungsmittel teilhaben, führen jedoch nicht zu einer unerwünschten Verminderung der Verwendungszeit.
Andere Neutralisierungsmittel können zusätzlich zu den vorstehend definierten Monoamin-Neutralisierungsmitteln verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungs-Zusammensetzungen enthalten Polyisocyanate mit freien Isocyanat-Gruppen als Vernetzungsmittel (Komponente B). Beispiele für die Polyisocyanate sind eine beliebige Anzahl von organischen di- oder höher funktionellen Isocyanaten mit aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch und/oder aromatisch gebundenen freien Isocyanat-Gruppen. Die Polyisocyanate sind bei Raumtemperatur flüssig oder werden durch die Zugabe von organischen Lösungsmitteln flüssig. Bei 23°C haben die Polyisocyanate im Allgemeinen eine Viskosität von 1 bis 6000 mPas, vorzugsweise von 5 bis 3000 mPas. Die bevorzugten Polyisocyanate sind Polyisocyanate oder Polyisocyanat-Gemische mit ausschließlich aliphatisch und/oder cycloaliphatisch gebundenen Isocyanat-Gruppen mit einer mittleren NCO-Funktionalität von 1,5 bis 5, vorzugsweise 2 bis 4. Beispiele für besonders geeignete Polyisocyanate sind jene, die als ”Anstrichstoff-Polyisocyanate” bekannt sind, basierend auf Hexamethylendiisocyanat (HDI), 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (IPDI) und/oder Bis(isocyanatocyclohexyl)-methan und die an sich bekannten Derivate, die Biuret-, Allophanat-, Urethan- und/oder Isocyanurat-Gruppen von diesen Diisocyanaten enthalten, welche nach Herstellung von zusätzlichem Stammdiisocyanat, vorzugsweise durch Destillation, befreit werden mit nur einem Rest-Gehalt von weniger als 0,5 Gew.-% Triisocyanate, wie Triisocyanatononan, können auch verwendet werden.
Sterisch gehinderte Polyisocyanate sind auch geeignet. Beispiele für diese sind 1,1,6,6-Tetramethylhexamethylendiisocyanat, 1,5-Dibutyl-penta-methyldiisocyanat, p- oder m-Tetramethylxylylendiisocyanat und die geeigneten hydratisierten Homologe.
Im Prinzip können Diisocyanate durch das gewöhnliche Verfahren zu höher funktionellen Verbindungen, zum Beispiel durch Trimerisierung oder durch Reaktion mit Wasser oder Polyolen, wie zum Beispiel Trimethylolpropan oder Glyzerin, umgewandelt werden. Die Polyisocyanate können auch in Form von Isocyanat-modifizierten Harzen verwendet werden.
Auch hydrophile Polyisocyanate können verwendet werden. Hydrophile Polyisocyanate sind beliebige Polyisocyanate, die mit hydrophilen Gruppen, insbesondere mit chemisch eingebauten hydrophilen Gruppen, modifiziert wurden, welche dafür sorgen, dass das Polyisocyanat in Wasser dispergierbar ist. Zum Modifizieren der Polyisocyanate zu verwendende hydrophile Gruppen können ionische, insbesondere anionische hydrophile Gruppen und/oder nichtionische hydrophile Gruppen sein. Eine anionische Modifizierung kann zum Beispiel durch Einbau von Carboxyl-Gruppen, Sulfonsäure-Gruppen und/oder Phosphonsäure- oder Phosphorsäure-Gruppen in das Polyisocyanat erhalten werden. Eine nicht-ionische Modifizierung kann zum Beispiel durch Einbau von Polyethylenoxid-Einheiten erhalten werden.
Die Polyisocyanat-Vernetzungsmittel können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Die Polyisocyanat-Vernetzungsmittel sind jene, die üblicherweise in der Anstrichstoff-Industrie verwendet werden und werden im Einzelnen in der Literatur beschrieben und sind auch kommerziell erhältlich.
Das Molverhältnis von Gruppen, die zu funktionellen Gruppen des Vernetzungsmittels reaktiv sind, insbesondere die Thiol- und/oder Hydroxyl-Gruppen von der mindestens einen Verbindung A) zu den Isocyanat-Gruppen des mindestens einen Polyisocyant-Vernetzungsmittels B), ist zum Beispiel 0,5:1 bis 3:1, insbesondere 0,7:1 bis 2:1.
Die Beschichtungs-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung aben einen Feststoff-Gehalt von zum Beispiel 100 bis 85 Gew.-vorzugsweise 35 bis 75 Gew.-%.
Die Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis gemäß der Erfindung enthalten weiterhin Wasser und gegebenenfalls mindestens ein organisches Lösungsmittel. Die Beschichtungs-Zusammensetzungen auf Wasserbasis enthalten zum Beispiel 30–70 Gew.-% Wasser, und gegebenenfalls kleine Mengen an organischen Lösungsmitteln, z. B. bis zu 15 Gew.-% vorzugsweise bis zu 10 Gew.-% basierend auf der gesamten Beschichtungs-Zusammensetzung.
Die organischen Lösungsmittel sind Lösungsmittel, die herkömmlicherweise in Beschichtungstechniken verwendet werden. Diese können von der Herstellung der Bindemittel stammen oder werden getrennt zugegeben. Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind einwertige oder mehrwertige Alkohole, z. B. Propanol, Butanol, Hexanol; Glycolether oder -ester, zum Beispiel Diethylenglycoldialkylether, Dipropylenglycoldialkylether, jeweils mit C1- bis C6-Alkyl, Ethoxypropanol, Butylglycol; Glycole, zum Beispiel Ethylenglycol, Propylenglycol und Ketone, z. B. Methylethylketon, Aceton, Cyclohexanon; N-Methylpyrrolidon, N-Ethylpyrrolidon, aromatische oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Toluol, Xylol oder geradkettige oder verzweigte aliphatische C6-C12-Kohlenwasserstoffe. Wasser-mischbare organische Lösungsmittel sind bevorzugt.
Die Beschichtungs-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung können Pigmente, Füllstoffe und/oder übliche Beschichtungszusätze enthalten. Alle Farb- und/oder Spezialeffekt-verleihenden Pigmente vom organischen oder anorganischen Typ, die in Anstrichstoffen verwendet werden, sind für Pigmente geeignet. Beispiele für anorganische oder organische Farb-Pigmente sind Titandioxid, mikronisiertes Titandioxid, Eisenoxid-Pigmente, Ruß, Azo-Pigmente, Phthalocyanin-Pigmente, Chinacridon oder Pyrrolopyrrol-Pigmente. Beispiele für spezielle Effekt-Pigmente sind MetallPigmente, zum Beispiel von Aluminium oder Kupfer, Interferenz-Pigmente, wie zum Beispiel Aluminium, beschichtet mit Titandioxid, beschichteter Glimmer, Graphiteffekt-Pigmente und Eisenoxid-Blättchen. Beispiele für Füllstoffe sind Siliziumdioxid, Bariumsulfat, Talkum, Aluminiumsilicat und Magnesiumsilicat.
Die Additive sind Additive, die gewöhnlich in der Anstrichstoff-Industrie verwendet werden. Beispiele für solche Additive sind Lichtstabilisatoren, zum Beispiel, basierend auf Benztriazolen und HALS(gehinderter Amin-Lichtstabilisator)-Verbindungen, Fließsteuerungsmittel, basierend auf (Meth)acryl-Homopolymeren oder Siliconölen, Rheologie-beeinflussende Mittel, wie hoch disperse Kieselsäure oder polymere Harnstoff-Verbindungen, Verdickungsmittel, wie vernetzte Polycarbonsäure oder Polyurethane, schaumbremsende Mittel, Netzmittel, Photostarter. Die Additive werden in den gewöhnlichen dem Fachmann bekannten Mengen zugegeben. Auch härtende Katalysatoren für die Vernetzungs-Reaktion können zum Beispiel in Mengen von z. B. bis zu 0,5 Gew.-% basierend auf der gesamten Beschichtungs-Zusammensetzung, verwendet werden. Im Allgemeinen sind geeignete Katalysatoren basische Katalysatoren. Beispiele sind anorganische basische Verbindungen, wie Hydroxide und basische Oxide von Metallen. Geeignete Beispiele von Hydroxiden von Metallen sind Natrium-, Kalium-, Calcium- und Magnesiumhydroxid. Auch quaternäre Ammoniumhydroxide, wie Tetraethylammoniumhydroxide, können verwendet werden. Weiterhin können Amine als Katalysator verwendet werden. Geeignete Amine, die verwendet werden können, sind sekundäre Monoamine, zum Beispiel Morpholin, Diethylamin, Dibutylamin, N-Methylethanolamin, Diethanolamin und Diisopropanolamin. Auch geeignet sind Diamine und Polyamine. Tertiäre Amine sind eine besonders geeignete Klasse von basischen Katalysatoren. Beispiele für geeignete tertiäre Amine schließen Trimethylamin, Triethylamin, Triisopropylamin, Triisopropanolamin, N,N-Dimethylethanolamin, Dimethylisopropylamin, N,N-Diethylethanolamin, 1-Dimethylamino-2-propanol, 3-Dimethylamino-1-propanol, 2-Dimethylamino-2-methyl-1-propanol, N-Methyldiethanolamin, Triethanolamin, N-Ethyldiethanolamin, N-Butyldiethanolamin, N,N-Dibutylethanolamin und N-Ethylmorpholin ein. Auch geeignet sind 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (DABCO), 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU), 1,5-Diazabicylo[4.3.0]non-5-en, Guanidin, Guanin, Guanosin, Melamin und Gemische und Derivate davon.
Im Fall von Hydroxyl-funktionellen Komponenten A) sind Zinn-Katalysatoren und tertiäre Amine besonders bevorzugte Katalysatoren. Beispiele für Zinn-Katalysatoren sind Organozinncarboxylate, z. B. Dialkylzinncarboxylate von aliphatischen Carbonsäuren, wie Dibutylzinndilaurat (DBTL). Auch tertiäre Amine sind bevorzugte Katalysatoren, zum Beispiel die vorstehend erwähnten tertiären Amine. Besonders geeignet sind N,N-Dimethylethanolamin, 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (DABCO) und 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU).
Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine wässrige Bindemitteldispersion gerichtet, umfassend mindestens ein Wasser-lösliches Bindemittel mit Säure-funktionellen Gruppen und funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff, wobei die Säure-funktionellen Gruppen mindestens teilweise mit einem wie vorstehend definierten Neutralisierungsmittel neutralisiert sind. Die Wasser-löslichen Bindemittel der wässrigen Bindemitteldispersion sind die gleichen wie vorstehend beschrieben als Wasser-lösliches Bindemittel A) mit dem entsprechenden Neutralisierungsmittel. Die Säure-Gruppen, vorzugsweise die Carbonsäure-Gruppen, sind mit den vorstehend beschriebenen Neutralisierungsmitteln, zum Beispiel gemäß einem Neutralisationsgrad von 20 bis 200%, vorzugsweise von 60 bis 140%, neutralisiert. Andere Neutralisierungsmittel können zusätzlich zu den vorstehend definierten Monoamin-Neutralisierungsmitteln verwendet werden.
Die wässrige Bindemitteldispersion wird gemäß dem Fachmann bekannten Verfahren, zum Beispiel durch Herstellen des Bindemittels in einer organischen Phase und durch Umwandeln derselben nach oder während mindestens teilweiser Neutralisierung der Säure-Gruppen des Bindemittels in eine wässrige Phase hergestellt.
Die Beschichtungs-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können beim Beschichten von Kraftfahrzeugen verwendet werden, zum Beispiel für die Herstellung von Einschicht-Beschichtungen oder für die Herstellung von einer oder mehreren Beschichtungs-Schichten in einer Mehrschicht-Beschichtung, wie insbesondere eine Kraftfahrzeug-Mehrschicht-Beschichtung, entweder auf einer Kraftfahrzeugkarosserie oder auf einem Kraftfahrzeugkarosserieteil. Dies kann sowohl ursprüngliche als auch zu Ausbesserungs-Beschichtungs-Auftragungen betreffen. Die Beschichtungs-Zusammensetzungen können insbesondere in pigmentierter Form für die Herstellung von einer Grundierungsoberflächenschicht oder einer Einstufen-Deckschicht oder in Pigment-freier Form für die Herstellung einer äußeren Klarlackschicht oder einer transparenten Abdichtschicht einer Mehrschicht-Beschichtung verwendet werden. Sie können zum Beispiel als eine Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung für die Herstellung einer Klarlackschicht auf einer vorher aufgetragenen Farb-verleihenden und/oder Spezialeffekt-verleihenden vorgetrockneten Basislackschicht verwendet werden.
Die Beschichtungs-Zusammensetzungen können mit Hilfe von herkömmlichen Auftragungs-Verfahren, insbesondere durch Sprühen auf beliebige gewünschte unbeschichtete oder vorbeschichtete Substrate, zum Beispiel von Metall oder Kunststoffen, aufgetragen werden. Einmal aufgetragen, können die erfindungsgemäßen Beschichtungs-Zusammensetzungen anfänglich abdunsten, um Wasser und zum Beispiel gegebenenfalls vorliegendes organisches Lösungsmittel zu entfernen. Das Härten kann dann bei Umgebungstemperatur ablaufen oder Wärmehärten kann bei Temperaturen von zum Beispiel 40 bis 220°C, zum Beispiel durch Einbrennen oder Bestrahlen mit IR-Strahlung (IR = Infrarot) für 5 bis 30 Minuten ablaufen. Das Bestrahlen mit IR-Strahlung kann mit gewöhnlichen IR-Trocknern zum Beispiel für 3 bis 6 Minuten bei einem Abstand von IR-Trockner/Gegenstands-Oberfläche von 50–80 cm ausgeführt werden.
Deshalb betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Beschichtungs-Schicht, umfassend die Schritte:

1) Auftragen einer Beschichtungsschicht von einer wie vorstehend definierten Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis und
2) Härten der Beschichtungsschicht.

Gegebenenfalls kann die aufgetragene Beschichtungsschicht abdunsten, um Wasser und organisches Lösungsmittel, falls vorliegend, zu entfernen.
Es war überraschend, dass eine ausreichend lange Verwendungszeit und gleichzeitig schnelles Härten erreicht werden könnten, wobei Beschichtungen mit ausgezeichnetem Aussehen, z. B. Beschichtungen mit hohem Glanz und Brillanz und ohne Oberflächendefekte erhalten werden. Beschichtungs-Zusammensetzungen, zum Beispiel Klarlack-Zusammensetzungen, könnten mit einem hohen Feststoff-Gehalt formuliert werden.
Eine frühe Härte-Entwicklung wurde ebenfalls beobachtet.
Beispiele
Beispiel 1
Herstellung von Bindemittel-Komponente A
1. Herstellung von einem Makromonomer
In einen Reaktor (ausgestattet mit einem Rührer vom Propellertyp, einem Thermometer, Kühler und Monomer/Starter-Zuführungssystem) wurden 0,01 Gramm von einem BF₂ überbrückten Co(II)Komplex von (1,2-Diphenyl-1,2-dioxoiminoethan)₂ (H₂O)₂, gelöst in 311,79 Gramm Methylethylketon (MEK), gefüllt und unter einer Stickstoff-Spülung auf etwa 80°C erhitzt.
Ein Monomer/Lösungsmittel-Gemisch von 98,47 Gramm MEK, 223,61 Gramm Methylmethacrylat (MMA), 120,4 Gramm 2-Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) und 86 Gramm Methacrylsäure (MAA) wurde durch einen Zugabetrichter in zwei Schritten zugegeben: (1) 20% auf einmal; 2) der Rest 80% über einen Zeitraum von 3 Stunden.
0,05 Gramm eines BF₂ überbrückten Co(II)Komplexes von (1,2-Diphenyl-1,2-dioxoiminoethan)₂ (H₂O)₂, 7,74 Gramm Vazo 52 (von DuPont de Nemours), gelöst in 128,79 Gramm Methylethylketon (MEK), wurden über einen Zugabetrichter in zwei Schritten zu dem Reaktor gegeben:

(1) 20% über etwa 20 Minuten nach der Zugabe des 20% Monomer/Lösungsmittel-Gemisches aus vorangehendem Schritt,
(2) der Rest 80% über einen Zeitraum von 3 Stunden und 30 min, beginnend mit der Zugabe zur gleichen Zeit wie der Beginn der Monomer/Lösungsmittel-Gemisch-Zugabe.

Die Zugabetrichter wurden mit 27,2 Gramm MEK nach den Zuführungen gespült, die Reaktor-Inhalte wurden vor dem Verdünnen mit 33,1 Gramm MEK für etwa 30 min unter Rückfluss gehalten.
Die Testergebnisse sind unter den Ausführungen:
Feststoff-Gehalt: 37–39% (bestimmt bei 105°C für 1 Stunde)
Säurewert: 136–145 mg KOH/g Feststoffe
Mn/Mw = 2000/3000 bis 2600/3500
2. Herstellung eines Propf-Copolymers
In einen Reaktor, ausgestattet mit einem Rührer vom Propellertyp, einem Thermometer, Kühler und Monomer/Starter-Zuführungssystem, wurde 255,8 Gramm Makromonomer, hergestellt in Schritt 1, geladen und unter Rückfluss erhitzt. Ein Gemisch von 28 Gramm Dipropylenglycolmonobutylether, 100 Gramm Styrol (S), 96 Gramm Hydroxypropylmethacrylat (HPMA) und 94 Gramm 2-Ethylhexylmethacrylat (EHMA), 5 Gramm t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat (Trigonox 21) wurde durch einen Zugabetrichter über einen Zeitraum von 3 Stunden zugegeben und die Reaktor-Inhalte wurden für etwa 30 Minuten unter Rückfluss gehalten.
Dann wurden 1 Gramm t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat (Trigonox 21), gelöst in 3 Gramm Dipropylenglycolmonobutylether, in drei gleichen Portionen auf einmal zugegeben, gefolgt jedes Mal von einem Haltezeitraum unter Rückfluss für 1 Stunde.
Beispiel 1A; Vergleichsbeispiele 1 B, C, D nicht unter Verwendung eines neutralisierenden Amins gemäß der Erfindung

Das MEK in 44,7 Teilen des Pfropf-Polymers, hergestellt in Schritt 2, wurde unter Vakuum abgestreift. Dann wurde das Pfropf-Polymer mit einem Amin gemäß der Erfindung neutralisiert (Beispiel 1A). Desionisiertes Wasser wurde zugegeben, um das Pfropf-Polymer zu dispergieren. Zum Vergleich wurden unterschiedliche Amine des Standes der Technik als Neutralisierungsmittel verwendet (Vergleichsbeispiele 1B, C, D).

Beispiel 1	A	B (Vergl.)	C (Vergl.)	D (Vergl.)
Pfropf-Copolymer	44,7	44,7	44,7	44,7
Dimethylethanolamin		2,5
t-Butylaminoethanol	3,3
t-Butylamin			2,05
Aminomethylpropanol (90% in Wasser)				2,77
Desionisiertes Wasser	52,0	52,8	53,25	52,53
Gesamt	100	100	100	100

Die Testergebnisse können in der nachstehenden Tabelle gesehen werden.

Neutralisierendes Amin	Beispiel	Feststoffe (%)	Viskosität (cps)	AN	pH
t-Butylaminoethanol	A	35,85	145	46,3	9,3
Dimethylethanolamin	B	37,20	220	46,8	9,6
t-Butylamin	c	35,10	100	46,9	9,9
Aminomethylpropanol (90% in Wasser)	D	35,97	140	45,3	9,8

Beispiel 2
Herstellung von Bindemittel-Komponente B
In einen Reaktor, ausgestattet mit einem Rührer vom Propellertyp, einem Thermometer, Kühler und Monomer/Starter-Zuführungssystem, wurden 255,8 Gramm Makromonomer, hergestellt in Schritt 1 von Beispiel 1, geladen und unter Rückfluss erhitzt. Ein Gemisch von 28 Gramm Dipropylenglycolmonobutylether, 100 Gramm Styrol (S), 96 Gramm Hydroxypropylmethacrylat (HPMA) und 94 Gramm 2-Ethylhexylmethacrylat (EHMA), 5 Gramm t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat (Trigonox 21) wurde durch einen Zugabetrichter über einen Zeitraum von 3 Stunden zugegeben und die Reaktor-Inhalte wurden für etwa 30 Minuten unter Rückfluss gehalten.
Dann wurden 1 Gramm t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat (Trigonox 21), gelöst in 3 Gramm Dipropylenglycolmonobutylether, in drei gleichen Portionen auf einmal zugegeben, gefolgt jedes Mal von einem Haltezeitraum unter Rückfluss für 1 Stunde.
Beispiel 2 A, Vergleichsbeispiele 2 B, C, D, E

Das MEK in 44,7 Teilen des Pfropf-Copolymer-Beispiels wurden unter Vakuum abgestreift. Dann wurde das Pfropf-Polymer mit einem Amin gemäß der Erfindung neutralisiert (Beispiel 2A). Desionisiertes Wasser wurde zugegeben, um das Pfropf-Polymer zu dispergieren. Zum Vergleich wurden unterschiedliche Amine des Standes der Technik als Neutralisierungsmittel verwendet (Vergleichsbeispiele 2 B, C, D, E).

Beispiel 2	A	B	C	D	E
Prepolymer	50,211	50,211	50,211	50,211	50,211
Dimethylethanolamin		2,110
Diethanolamin
n-Butylaminoethanol					2,77
t-Butylaminoethanol	2,78
t-Butylamin			1,73
Aminomethylpropanol 90%
Wasser				2,34
Desionisiertes Wasser	47,009	47,679	48,059	47,449	47,019
Gesamt	100	100	100	100	100

Die Testergebnisse werden aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich.

Neutralisierends Amin	Beispiel 2	Feststoff	Viskosität (cps)	^AN	pH
Dimethylethanolamin	B	40,15	3200	37,8	9,0
n-Butylaminoethanol	E	39,95	3500	38,0	9,1
t-Butylaminoethanol	A	40,80	2200	37,8	9,1
t-Butylamin	C	39,45	3400	36,7	8,7
Arninomethylpropanol	D	39,95	3900	38,3	9,1

Anstrichstoff-Beispiele
Anstrichstoff-Beispiel 1
Herstellung von Klarlack-Zusammensetzungen, basierend auf Pfropf-Copolymer von Beispiel 1
100 Teile von jeder Pfropf-Copolymerdispersion (Beispiel 1 A, B, C, D) wurden durch mechanisches Mischen mit einem Polyisocyanat-Härtungsmittel (Äquivalentverhältnis NCO:OH = 1,1/1) vermischt. Das Polyisocyanat-Härtungsmittel ist eine Lösung, hergestellt durch Vermischen von 40 Teilen n-Butylglycolacetat und 60 Teilen Desmodur^® N3900 (1,6-Hexamethylendiisocyanat-Trimer, 100% Feststoffe, von Bayer). Die Gemische wurden zur Sprühviskosität (22–27 Sekunden) mit entmineralisiertem Wasser verdünnt. Die fertige Klarlack-Zusammensetzung hatte einen Feststoff-Gehalt von etwa 38% (DIN EN ISO 2431 DIN 4 Becher, 20°C).

Die Klarlack-Zusammensetzungen wurden auf Glasplatten gesprüht. Die Klarlack-Zusammensetzungen wurden bei 45% relativer Luftfeuchtigkeit bei 22°C in einem Keil mit einer Devilbiss HVLP Sprühpistole (GTI 110-trans Tech), Düse 1,6, mit Saugzuführung aufgetragen. Nach Auftragung der Klarlack-Zusammensetzungen wurden die Platten für 30 Minuten abdunsten lassen, gefolgt von Trocknen bei Raumtemperatur oder Einbrennen für 30 Minuten bei 60°C. Die Entwicklung von Persoz-Härte der erhaltenen Beschichtungen wurde bei 40 Mikrometer Trockenfilmdicke verfolgt. Tabelle: Persoz-Härte für Anstrichstoff-Beispiel 1, Härten 30 Minuten bei 60°C

Anstrichstoff-Beispiel mit Harz Beispiel 1	A Vergl.	B Vergl.	C Vergl.	D Vergl.
Sprühviskosität	27''	26''	25''	22''
Trockenfilmdicke Klarlack (Mikrometer)	40	40	40	40
Persoz-Härte (1 Tag)	149	185	167	250
Persoz-Härte (5 Tage)	202	247	236	298
Persoz-Härte (7 Tage)	232	267	233	303

Tabelle: Person-Härte für Anstrichstoff-Beispiel 1, Härten bei Raumtemperatur (±23°C/59% RH)

Anstrichstoff-Beispiele mit Harz-Beispielen 3	A Vergl.	B Vergl.	C Vergl.	D Vergl.
Sprühviskosität	27''	26''	25''	22''
Trockenfilmdicke Klarlack (Mikrometer)	40	40	40	40
Persoz-Härte (1 Tag)	71	167	161	183
Persoz-Härte (5 Tage)	95	249	241	247
Persoz-Härte (7 Tage)	134	269	265	253

Die vergleichenden Modifizierungen A ergaben Trübung und C und D zeigten eine starke Trübung in den Probelackierungen über Glasplatten, während B einen schönen, transparenten Film ergab.
Anstrichstoff-Beispiel 2:
Klarlack-Zusammensetzungen, basierend auf Harz-Beispiel 2
100 Teile von jedem dispergierten Pfropf-Copolymer (Beispiel 2 A, B, C, D, E, F) wurden durch mechanisches Vermischen mit einem Polyisocyanat-Härtungsmittel (Äquivalentverhältnis NCO:OH = 1,1/1) vermischt. Das Polyisocyanat-Härtungsmittel wurde durch Vermischen von 40 Teilen n-Butylglycolacetat und 60 Teilen Desmodur^® N3900 (1,6-Hexamethylendiisocyanat-Trimer, 100% Feststoffe, von Bayer) hergestellt. Die Gemische wurden zur Sprühviskosität (22–27 Sekunden) mit entmineralisiertem Wasser verdünnt. Der Feststoff-Gehalt der fertigen Klarlack-Zusammensetzung war etwa 34% (DIN EN ISO 2431 DIN 4 Becher, 20°C).
Die Klarlack-Zusammensetzungen wurden über einen kommerziell erhältlichen Wasser-getragenen Grundlack (Imron^® Hydro Basecoat RAL 9004), aufgetragen auf Stahlbleche, vorbeschichtet mit einem kommerziellen Grundierfüller, besprüht. Die Grundlackschichten wurden abdunsten lassen, bis sie bei Raumtemperatur eben wurden (ungefähr 30 Minuten), vor Auftragung der Klarlacke. Die Klarlacke wurden bei 45% relativer Luftfeuchtigkeit bei 22°C, über 2 Kreuzbeschichtungen mit einer Devilbiss HVLP Sprühpistole (GTI 110-trans Tech, Düse 1,6, mit Saugzuführung) aufgetragen, was eine Trockenfilmdicke von 40–50 μm ergab. Nach Auftragung der Klarlack-Zusammensetzungen wurden die Beschichtungen bei Raumtemperatur getrocknet oder für 15 Minuten bei 60°C wärmebehandelt, wonach man diese Bleche nach 15 Minuten abdunsten ließ. Die Trocknungsleistung und das Aussehen wurden bewertet.

Zur Bewertung von Persoz-Härte wurden die Klarlack-Zusammensetzungen auf Glasplatten gesprüht (in Analogie zu Anstrichstoff-Beispiel 1). Nach Auftragung der Klarlack-Zusammensetzungen wurden die Beschichtungen bei Raumtemperatur getrocknet oder für 15 Minuten bei 60°C gebrannt. Dann ließ man die Platten für 30 Minuten abdunsten. Tabelle: Härten 15 Minuten bei 60°C

Anstrichstoff-Beispiele 2, basierend auf Harz-Beispielen 5	A Vergl.	B Vergl.	C Vergl.	D Vergl.	E Vergl.
Sprühviskosität	26''	24''	23''	20''	15''
Trockenfilmdicke Klarlack (Mikrometer)	50	50	52	60	Sofortiges Gelieren
Staub-freie Zeit	imm	imm	imm	imm
Klebrigkeitsfreie Zeit	imm	imm	imm	imm
Glanz 20°	74	83,8	69,2	75
DOI	74,2	77,8	/	/
du	39,2	31,5	> 40	> 40
Persoz-Härte (1 Tag)	318	235	240	245
Persoz-Härte (7 Tage)	313	282	280	254
Persoz-Härte (14 Tage)	328	295	265	235

Imm = sofortig Tabelle: Härten bei Raumtemperatur (±20°C/38% RH)

Anstrichstoff-Beispiele 2, basierend auf Harz-Beispielen 5	A Vergl.	B	c Vergl.	D Vergl.	E Vergl.
Sprühviskosität	26''	24''	23''	20''	15''
Trockenfilmdicke Klarlack (Mikrometer)	50	50	52	60	Sofortiges Gelieren
Staub-freie Zeit	1 h 30'	1 h 15'	1 h 15'	1 h 15'
Klebrigkeits-freie Zeit	3 h 45'	3 h 45'	3 h 45'	3 h 45'
Glanz 20°	64,9	78,7	53,6	46,6
DOI	/	76,5	/	/
du	> 40	33,2	> 40	> 40
Persoz-Härte (1 Tag)	273	186	213	214
Persoz-Härte (7 Tage)	286	245	294	274
Persoz-Härte (14 Tage)	336	272	311	287

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen deutlich, dass das neutralisierende Amin gemäß der Erfindung einen ausgezeichneten Ausgleich von Verwendungszeit und Aussehen, verglichen mit neutralisierenden Aminen des Standes der Technik ergibt.
Testverfahren:
Persoz-Härte: Die Änderung in der Film-Härte der Beschichtung wurde hinsichtlich der Zeit durch Anwenden eines Persoz-Härtetesters, bezogen von Braive Instruments (Belgien), gemessen. Die Anzahl der Oszillationen (bezeichnet als Persoz-Zahl) wurde aufgezeichnet. Die Klarlack-Zusammensetzungen wurden auf eine Glasplatte aufgetragen, 30 Minuten bei 60°C gebrannt und die Härte wurde auf einer regulären Basis bei einer festen Trockenfilmdicke gemessen.
Viskosität: die Sprühviskosität der aktivierten Klarlack-Zusammensetzungen wurde in Sekunden gemäß DIN EN ISO 2431 DIN 4 Becher, 20°C gemessen.
Trockenfilmdicke: die verwendete Ausrüstung ist von ”Braive Instruments” (Belgien). Genauigkeit: 0,0001 mm
Staub-freie Zeit (in Minuten): Staub-freie Zeit charakterisiert den Punkt in dem Trocknungsverfahren, wenn ein Büschel Baumwollfasern darüber gerieben werden kann oder auf dem Film vorsichtig angestoßen wird, ohne dass eine der Fasern auf der Anstrichstoff-Oberfläche hinterlassen wird.
Klebrigkeits-freie Zeit (in Minuten): Klebrigkeits-freie Zeit wurde gemäß ASTM 01640, S. 273 gemessen. Ein Film wird als getrocknet ”Klebrigkeits-frei” angesehen, wenn der Klebrigkeitstester unmittelbar nach Entfernen eines 300 Gramm Gewichts, das für 5 Sekunden auf der gegengewichtigen Metallquadratgrundlage wirken kann, ausgestattet mit Maskierungsband und Aluminiumfolie, überkippt.
Glanz: gemessen mit dem Micro-TRI-Gloss von BYK Gardner. Das reflektierte Licht wird bei 20° gemessen.
Glanzlosigkeit: gemessen mit einer Wave-scan DOI-Apparatur von BYK Gardner. Strukturen kleiner als 0,1 mm beeinflussen die visuelle Wahrnehmung und deshalb misst der Wave-scan DOI mit einer CCD-Kamera das diffundierte Licht, das diese feinen Strukturen verwendet. Der auf diese Weise gemessene Parameter wird als die „Glanzlosigkeit” der Beschichtung bezeichnet. Ein geringer Wert der Glanzlosigkeit ist bevorzugt, mit 1 als Minimum.
Distinctness of Image (DOI): gemessen mit einer Wave-scan-DOI-Apparatur von BYK Gardner. Die DOI eines Klarlacks kann auch in Bezug auf Brillanz, Schärfe oder Klarheit beschrieben werden. Je stärker der Unterschied der Reflexion eines Gegenstands auf der Oberfläche, umso brillanter wird der Beschichtungsfilm erscheinen. Ein hoher Wert wird mit einem Maximum von 100 gefordert.

Claims

Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis, umfassend: A) mindestens ein vernetzbares Wasser-lösliches Bindemittel mit Säure-funktionellen Gruppen und funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff, B) mindestens ein Polyisocyanat-Vernetzungsmittel mit freien Isocyanat-Gruppen, C) Wasser, wobei die Säure-funktionellen Gruppen des mindestens einen Wasser-löslichen Bindemittels A) mindestens teilweise mit mindestens einem Neutralisierungsmittel neutralisiert sind, wobei das Neutralisierungsmittel ein Monoamin mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe umfasst.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach Anspruch 1, wobei das Monoamin mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe ein Reaktions-Produkt von mindestens einem Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe und einer mono-ungesättigten Verbindung ist.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach Anspruch 1, wobei das Monoamin mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe ein Reaktions-Produkt von mindestens einem Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe und einer Mono-epoxid-Verbindung ist.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 73 bis 1000 aufweist.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe tert.-Butylamin ist.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Mono-epoxid-Verbindung 2 bis 33 Kohlenstoff-Atome in dem Molekül aufweist.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 2, 4 und 5, wobei die mono-ungesättigte Verbindung Acrylate, Methacrylate, Maleate, Fumarate und/oder Itaconate umfasst.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6, wobei das Neutralisierungsmittel 2-(tert-Butylamino)ethanol umfasst oder daraus besteht.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff Hydroxyl-Gruppen sind.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das mindestens eine vernetzbare Wasser-lösliche Bindemittel A) einen Säurewert von 10 bis 150 mg KOH/g aufweist.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Säure-Gruppen des mindestens einen Wasser-löslichen Bindemittels A) mit dem Neutralisierungsmittel gemäß einem Neutralisationsgrad von 60 bis 140 neutralisiert werden.
Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei sie eine Klarlack-Beschichtungs-Zusammensetzung ist.
Verwendung der Beschichtungs-Zusammensetzung auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 12 beim Beschichten von Kraftfahrzeugen.
Wässrige Bindemitteldispersion, umfassend mindestens ein Wasser-lösliches Bindemittel mit Säure-funktionellen Gruppen und funktionellen Gruppen mit aktivem Wasserstoff, wobei die Säure-funktionellen Gruppen des mindestens einen Wasser-löslichen Bindemittels A) mindestens teilweise mit einem Neutralisierungsmittel neutralisiert sind, wobei das Neutralisierungsmittel ein Monoamin mit einer sekundären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe umfasst.
Wässrige Bindemitteldispersion nach Anspruch 14, wobei das Monoamin des Neutralisierungsmittel ein Reaktions-Produkt von mindestens einem Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe und einer mono-ungesättigten Verbindung und/oder ein Reaktions-Produkt von mindestens einem Monoamin mit einer primären an ein tertiäres Kohlenstoff-Atom gebundenen Amino-Gruppe und einer Mono-epoxid-Verbindung ist.