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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrkomponentenbeschichtungsmasse
und insbesondere eine solche, die eine fettsäuremodifizierte, Glycidyl enthaltende
Komponente und ein hydroxyfunktionelles Polymer umfasst.
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STAND DER
TECHNIK
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Bekannt
ist eine große
Zahl von Mehrkomponentenbeschichtungsmassen, die für Deckschichten
verwendet werden. Gewöhnlich
werden die Komponenten vor ihrem Aufbringen miteinander gemischt
und die erhaltene Beschichtungsmasse wird mit üblichen Techniken wie Aufsprühen, Walzenbeschichtung,
Gießlakieren,
Tauchbeschichten oder Flutlackieren aufgebracht. Die aufgebrachte
Beschichtungsmasse wird dann bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen
gehärtet.
Derartige Beschichtungsmassen werden gewöhnlich zur Fertigstellung von
Oberflächen
oder zu deren Nachbearbeitung auf Ausrüstungsgegenständen in Landwirtschaft,
Industrie und im Bauwesen, bei Pkw's und Lkw's sowie zur Herstellung von haltbaren
Schutzbeschichtungen auf Brücken,
Gebäuden,
Einrichtungen, Metallmöbeln
und dergleichen verwendet.
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Die
meisten Mehrkomponentenbeschichtungen werden unmittelbar vor Gebrauch
durch Mischen von wenigstens zwei reaktionsfähigen Bindemittelkomponenten
formuliert, wobei jede dieser Komponenten in gelöster Form vorliegt und jedes
Präpolymer
oder Präpolymergemisch
funktionelle Gruppen aufweist, die mit einer oder mehreren funktionellen
Gruppen der zweiten reaktionsfähigen
Bindemittelkomponente zu reagieren vermögen.
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Beispiele
für Mehrkomponentenbeschichtungen,
die Verwendung finden, sind solche auf der Basis von Anhydrid- und
Glyci dyl-funktionellen Präpolymeren,
wie z.B. Polyepoxide. Jede dieser Beschichtungsmassen zeigt Vorteile
im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit
der Beschichtung sowie auch Nachteile, wie z.B. hohe Viskosität, kurze
Lagerzeit und Härtung
bei hoher Temperatur.
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Obwohl
die Forschung in den letzten Jahren zu erheblichen technischen Verbesserungen
bei Mehrkomponentenbeschichtungen geführt hat, besteht immer noch
ein Bedarf an Beschichtungsmassen, die bei Raumtemperatur gehärtet werden
können
und dabei dauerhafte Deckschichten von hoher Qualität für Beschichtungen
für dekorative
Zwecke bzw. Schutzzwecke für
Industrie, Landwirtschaft und Bauwesen und dergleichen ergeben und
dabei bessere Haftung auf der Substratoberfläche sowie gute Witterungsbeständigkeit zeigen
und auch ein ansprechendes Aussehen gewährleisten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Derartige
günstige
Gebrauchseigenschaften für
die Beschichtung gewährleisten
die erfindungsgemäßen Mehrkomponentenbeschichtungsmassen,
hergestellt durch Mischen reaktionsfähiger Bindemittelkomponenten:
- 1) eines fettsäuremodifizierten glycidylfunktionellen
Polymers mit einer Hydroxyfunktionalität, Glycidfunktionalität und einer
Olefinfunktionalität
(ungesättigte
Gruppen) und
- 2) eines funktionellen Polyhydroxypolymers mit einer massegemittelten
Molekülmasse
von ca. 3.000 bis ca. 20.000 und vorzugsweise mit einer Katalysatorfunktionalität auf der
Basis eines tertiären
Amins und eines Lösungsmittels.
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Die
vorliegenden Beschichtungsmassen sind teilweise durch die ihnen
anhaftende niedrige Viskosität gekennzeichnet.
Die verminderte Viskosität
führt zu
einer verbesserten Versprühbarkeit
und vermindert die Menge an umweltschädlichen flüch tigen organischen Verbindungen,
da geringere Mengen an organischem Lösungsmittel für die Erzielung
einer Beschichtungsmasse der erwünschen
Viskosität
erforderlich sind. Die vorliegenden Beschichtungsmassen gewährleisten
bei einer Härtung
bei Raumtemperatur harte, glänzende und
nichtklebrige Deckschichten.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Beschichtungsmasse umfasst ca. 20 bis ca. 80 Gew.-%
eines Lösungsmittels
und ca. 20 bis ca. 80 Gew.-% reaktionsfähiger Bindemittelkomponenten,
wobei diese
- a) 0 bis ca. 24 %, bezogen auf das
Bindemittelgewicht, eines Anhydridacrylsäurepolymers, das wenigstens zwei
reaktionsfähige
Anhydridgruppen aufweist und das Produkt der Polymerisation von
Monomeren eines ethylenisch ungesättigten Anhydrids bzw. einer
ethylenisch ungesättigten
Dicarbonsäure
und Monomere, ausgewählt
aus der Gruppe C1-8-Alkylmethacrylat, C1-8-Alkylacrylat, Vinylmonomere und Gemische
davon, umfasst, wobei das Acrylsäurepolymer
eine massegemittelte Molekülmasse
von ca. 2.000 bis ca. 50.000 aufweist,
- b) ca. 5 bis ca. 50 %, bezogen auf das Bindemittelgewicht, einer
fettsäuremodifizierten
Glycidylkomponente mit einer Hydroxyfunktionalität, wenigstens zwei reaktionsfähigen Glycidylgruppen
und wenigstens zwei reaktionsfähigen
ungesättigten
Gruppen und
- c) ca. 5 bis ca. 60 %, bezogen auf das Bindemittelgewicht, einer
Polymerkomponente, die mehrfache Hydroxygruppen enthält und ausgewählt ist
aus der Gruppe Acrylsäurepolyole,
Polyesterpolyole, Polyesterurethanpolyole, Polyetherpolyole, Acrylurethanpolyole
und Gemische davon, mit einer massegemittelten Molekülmasse von
ca. 3.000 bis ca. 20.000.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst die hydroxyfunktionelle Polymerkomponente außerdem noch ca.
0,1 bis ca. 15 %, bezogen auf das Bindemittelgewicht, eines in das
Polymer eingearbeiteten Katalysators, wie z.B. einer Verbindung
mit der Funktionalität
eines tertiären
Amins und bis ca. 25 %, bezogen auf das Bindemittelgewicht, eines
aromatischen Vinyls wie Styrol.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird die Glycidylkomponente ausgewählt aus der Gruppe eines Polyglycidylethers
eines niedermolekularen Polyols, eines Epoxyharzes aus Epichlorhydrin
und Bisphenol A, eines Polyglycidylesters von Polysäuren, Polyglycidylether
von Isocyanuraten, eines Glycidylmethacrylats bzw. eines Glycidylacrylats,
das ein Acrylsäurepolymer
enthält,
und Gemische davon. Die Glycidylpolymerkomponente ist mit einer
ungesättigten
Fettsäure,
ausgewählt
aus der Gruppe einer dehydratisierten Rhizinusöl-, Tallöl-, Sojaöl-, Leinölfettsäure und einer Kokosnussfettsäure modifiziert.
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Bei
den erfindungsgemäßen Beschichtungsmassen,
die als reaktionsfähige
Bindemittelkomponente ein Anhydridacrylsäurepolymer enthalten, besteht
dieses im wesentlichen aus ca. 20 bis ca. 40 Gew.-%, bezogen auf
das Gewicht des Acrylsäurepolymers,
Methylmethacrylat, Styrol oder Gemische davon, ca. 35 bis ca. 55
Gew.-% eines Alkylmethacrylats oder eines Alkylacrylats mit 2–4 C-Atomen
in der Alkylgruppe und ca. 5 bis 55 Gew.-% eines polymerisierbaren,
ethylenisch ungesättigtzen
Anhydrids oder einer ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäure. Gegebenenfalls
kann das Anhydridacrylsäurepolymer
so gebildet werden, dass es ca. 0,1 bis ca. 50 Gew.-% Monomere,
ausgewählt
aus der Gruppe Styrol, Acrylnitril, Methacrylnitril und Gemische
davon, enthält.
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Die
reaktionsfähige
Bindemittelpolymerkomponente, die mehrfache Hydroxygruppen enthält, ist
gewöhnlich
ein Polymer, das polymerisierte Monomere eines Hydroxyalkylmethacrylats
oder eines Hydroxyalkylacrylats und polymerisierte Monomere, ausgewählt aus
der Gruppe Alkylmethacrylat, Alkylacrylat und Gemische von, umfasst,
wobei die Alkylgruppen 1–12
C.Atome aufweisen und das Polymer eine massegemittelte Molekülmasse von
ca. 3.000 bis ca. 20.000 aufweist. Die mehrfache Hydroxygruppen
enthaltende Polymerkomponente kann ca. 0,1 bis ca. 50 Gew.-% Monomere,
ausgewählt
aus der Gruppe Styrol, Acrylnitril, Methacrylnitril und Gemische
davon, enthalten. Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
wird die reaktionsfähige
hydroxyfunktionelle Bindemittelkomponente so formuliert, dass sie
im Polymer eine Katalysatorfunktionalität, wie z.B. die Funktionalität eines
tertären
Amins aufweist, das durch Aufnahme von Acrylaten oder Methacrylaten
mit der Funktionalität
eines tertiären
Amins in das Präpolymergemisch
aufgenommen wird, aus dem dann die reaktionsfähige Bindemittelkomponente
mit der Hydroxyfunktionalität
hergestellt wird.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung wird eine Beschichtungsmasse mit einer harten, glänzenden
und nichtklebrigen Deckschicht bereitgestellt. Die Beschichtungsmasse
umfasst ca. 50 bis ca. 90 Gew.-% reaktionsfähiger Bindemittelkomponenten
und ca. 10 bis ca. 40 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels, wobei die reaktionsfähigen Bindemittelkomponenten
- a) ca. 1 bis ca. 20 Gew.-%, bezogen auf das
Bindemittelgewicht, eines Anhydridacrylsäurepolymers, das wenigstens
zwei reaktionsfähige
Anhydridgruppen aufweist und das Produkt der Polymerisation von
Monomeren eines ethylenisch ungesättigten Anhydrids und Monomere,
ausgewählt
aus der Gruppe C1-8-Alkylmethacrylat, C1-8-Alkylacrylat, aromatische Vinylmonomere
und Gemische davon umfasst, wobei die Alkylgruppen 1–8 C-Atome
aufweisen und das Acrylsäurepolymer
eine massegemittelte Molekülmasse
von ca. 2.000 bis ca. 40.000 aufweist,
- b) ca. 20 bis ca. 80 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittelgewicht,
einer fettsäuremodifizierten
Glycidylkomponente, die das Produkt der Polymerisation ungesättigter
Fettsäuren,
Monomere eines ethylenisch ungesättigten
Epoxids und Monomere, ausgewählt
aus der Gruppe C1-8-Alkylmethacrylat, C1-8-Alkylacrylat, aromatische Vinylmonomere
und Gemische davon, umfasst, wobei die Alkylgruppen 1–8 C-Atome
aufweisen, wobei das Acrylsäurepolymer
eine massegemittelte Molekülmasse
von ca. 2.000 bis ca. 40.000 und das Polymer ein Epoxidäquivalentgewicht
von ca. 200 bis ca. 1000 aufweisen und
- c) ca. 20 bis ca. 80 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittelgewicht,
eines Acrylpolymers mit der Funktionalität von tertiären Aminen und einer Hydroxylfunktionalität, das das
Produkt der Polymerisation von Monomeren von Hydroxyalkylacrylat
oder Hydroxyalkylmethacrylat, Monomeren, ausgewählt aus der Gruppe Dialkylaminoalkylacrylat,
Dialkylaminoalkylmethacrylat, Alkylaminoalkylmethacrylamid, Alkylacrylat,
Alkylmethacrylat, aromatische Verbindungen und Gemische davon, umfasst,
wobei die Alkylgruppen 1–8
C-Atome aufweisen, das Polymer eine massegemittelten Molekülmasse von
ca. 2.000 bis ca. 40.000 und ein tert. Aminäquivalentgewicht von ca. 200
bis ca. 1.000 aufweist, umfasst.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung wird eine Beschichtungsmasse bereitgestellt, die nach
Härtung
bei Raumtemperatur eine harte, glänzende und nichtklebrige Deckschicht
ergibt. Die Beschichtungsmasse umfasst ca. 50 bis ca. 90 Gew.-%
der reaktionsfähigen
Bindemittelkomponenten und ca. 10 bis ca. 40 Gew.-% eines organisches
Lösungsmittels,
wobei die Bindemittelkomponenten
- a) ca. 20 bis
ca. 80 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittelgewicht, einer fettsäuremodifizierten
Glycidylkomponente, die das Produkt der Polymerisation ungesättigter
Fettsäuren,
Monomere eines ethylenisch ungesättigten
Epoxids und Monomere, ausgewählt
aus der Gruppe C1-8-Alkylmethacrylat, C1-8-Alkylacrylat, aromatische Vinylmonomere
und Gemische davon, umfasst, wobei die Alkylgruppen 1–8 C-Atome
aufweisen, das Acrylsäurepolymer
eine massegemittelte Molekülmasse
von ca. 2.000 bis ca. 40.000 und das Polymer ein Epoxidäquivalentgewicht
von ca. 200 bis ca. 1000 aufweisen und
- b) ca. 20 bis ca. 80 %, bezogen auf das Bindemittelgewicht,
eines Acrylpolymers mit der Funktionalität von tertiären Aminen und einer Hydroxylfunktionalität, das das
Produkt der Polymerisation von Monomeren von Hydroxyalkylacrylat
oder Hydroxyalkylmethacrylat, Monomeren, ausgewählt aus der Gruppe Dialkylaminoalkylacrylat,
Dialkylaminoalkylmethacrylat, Alkylaminoalkylmethacrylamid, Alkylacrylat,
Alkylmethacrylat, aromatische Verbindungen und Gemische davon, umfasst,
wobei die Alkylgruppen 1–8
C-Atome aufweisen und das Polymer eine massegemittelte Molekülmasse von
ca. 2.000 bis ca. 40.000 und ein tert. Aminäquivalentgewicht von ca. 200
bis ca. 1.000 aufweist, umfassen.
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Die
vorliegenden Beschichtungsmassen können bei Raumtemperatur oder
erhöhter
Temperatur aufgebracht und gehärtet
werden, um die Abriebbeständigkeit
zu erhöhen
und die Witterungsbeständigkeit
eines Substrats aus Metall, Holz oder Kunststoff zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsmasse
bildet eine durchsichtige Beschichtung von ausgezeichneter Qualität auf pigmentierten
Deckschichten oder kann selbst unter Bildung einer gefärbten Deckschicht
pigmentiert sein. Die Beschichtung zeigt bessere Haftung auf pigmentierten
Deckschichten. Sie ist von ausgezeichneter Feuchtigkeitsbeständigkeit
und ist außerdem
witterungsbeständig
und haltbar. Sowohl pigmentierte als auch nichtpigmentierte erfindungsgemäße Beschichtungsmassen
sind für
die Bildung von Deckschichten und die Nachbearbeitung der Oberfläche von
Ausrüstungsgegenständen in
Industrie, Landwirtschaft und Bauwesen sowie von Pkw's und Lkw's und Tanks geeignet und
liefern auch dauerhafte Beschichtungen bei Konstruktionen wie Brücken, Gebäuden oder
Fabriken und Erdölraffinerien,
Einrichtungen, Metallmöbeln
und dergleichen. Die Beschichtungsmasse kann außerdem zum Überziehen von Kunststoffsubstraten
verwendet werden.
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Vorzugsweise
wird die Beschichtungsmasse so formuliert, dass sie einen hohen
Feststoffgehalt aufweist. Gewöhnlich
enthält
sie ca. 40 bis ca. 80 Gew.-% Bindemittel und ca. 20 bis ca. 60 Gew.-%
organisches Lösungsmittel.
Das Bindemittel der Beschichtungsmasse enthält gewöhnlich ca. 0 bis ca. 24 Gew.-%
Anhydridacrylsäurepolymer
mit wenigstens zwei Anhydridgruppen, ca. 5 bis ca. 50 Gew.-% einer
fettsäuremodifizierten,
Glycidyl enthaltenden Komponente mit wenigstens zwei reaktionsfähigen Glycidylgruppen
und zwei reaktionsfähigen
Ungesättigtheiten
und ca. 5 bis ca. 60 Gew.-% einer mehrfache Hydroxylgruppen enthaltenden Polymerkomponente.
Es kann durch Verwendung eines äußeren Katalysators,
wie z.B. eines gleichzeitig mit der Beschichtungsmasse aufgebrachten
Katalysators, oder durch einen inneren Katalysator, wie z.B. eines
in die Polymerkette der reaktionsfähigen, hydroxyfunktionellen
Bindemittelkomponente eingearbeiteten Katalysators katalysiert werden.
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Enthält die erfindungsgemäße Beschichtungsmasse
ein Anhydridacrylsäurepolymer,
hat dieses gewöhnlich
eine massegemittelte Molekülmasse
von ca. 2.000 bis ca. 50.000, ermittelt durch Gelpermeationschromatographie
unter Verwendung von Polystyrol als Standard und vorzugsweise mit
einer massegemittelten Molekülmasse
von ca. 3.000 bis ca. 25.000. Das Anhydridacrylsäurepolymer wird mit üblichen
Techniken hergestellt, bei denen die Monomere, das Lösungsmittel
und die üblichen
Katalysatoren wie Dicumylperoxid auf ein Polymerisationsgefäß aufgegeben
und auf 75–200°C während 0,5–6 Stunden
zur Bildung des Polymers erwärmt
werden.
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Das
Anhydridacrylsäurepolymer
wird durch Polymerisation von Monomeren von Alkylmethacrylaten oder
Alkylacrylaten oder Gemischen davon gebildet, wobei die Alkylgruppen
1–12 C-Atome
und ethylenisch ungesättigte
Anhydride oder ethylenisch ungesättigte
Dicarbonsäuren
aufweisen, die dann während
der Polymerisation in das Säureanhydrid
umgewandelt werden. Gegebenenfalls kann das Anhydridacrylsäurepolymer auch
noch andere Komponenten wie Styrol, α-Methylstyrol, Acrylnitril,
Methacrylnitril in Mengen von ca. 0,1 bis ca. 50 Gew.-% enthalten.
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Typische
Alkyl- und Methacrylacrylate, die zur Bildung des Anhydridacrylsäurepolymers
verwendet werden können,
sind Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Ethylhexylacrylat, Propyl-,
Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Octyl-, Decyl-, Laurylmethacrylat, Methyl-,
Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Laurylacrylat und
andere. Weitere Komponenten, die zur Bildung des Anhydridacrylsäurepolymers
verwendet werden können,
sind Acrylamid, Methacrylamid, Acrylalkoxysilane wie γ-Methacryloylpropyltrimethoxysilan.
Das Anhydridacrylsäurepolymer
kann auch ca. 0,1 bis ca. 5 Gew.-% einer ethylenisch ungesättigtten
Säure wie
Acryl-, Methacryl-, Itacon-, Maleinsäure usw. enthalten.
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Geeignete
ethylenisch ungesättigte
Anhydride umfassen gewöhnlich
Itaconsäure-,
Maleinsäure-,
Isobutenylbernsteinsäureanhydrid
und andere. Außerdem
ist es möglich,
dem Anhydridacrylsäurepolymer
durch Verwendung der geeigneten ethylenisch ungesättigten
Dicarbonsäure
die Anhydridfunktionalität
zu verleihen, wobei sich die ungesättigte Dicarbonsäure durch
einfaches Erwärmen
in das entsprechende Säureanhydrid umwandelt.
Ethylenisch ungesättigte
Dicarbonsäuren,
die erfindungsgemäß verwendet
werden können,
sind Itacon-, Malein-, Isobutenylbernsteinsäure und andere.
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Bevorzugte
Anhydridacrylsäurepolymere
sind Styrol-Methylmethacrylat-Butylacrylat-Maleinsäureanhydrid,
Methylmethacrylat-Butylacrylat-Itaconsäureanhydrid, Butylacrylat-Styrol-Maleinsäureanhydrid-Maleinsäure und
Methylmethacrylat-Butylacrylat-Itaconsäureanhydrid. Das Anhydridäquivalentgewicht
beträgt
vorzugsweise ca. 1000 bis ca. 2000. Insbesondere beträgt das Anhydridäquivalentgewicht
ca. 1400 bis ca. 1600.
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Die
Glycidylkomponente enthält
wenigstens zwei Glycidylgruppen und kann ein Oligomer oder ein Polymer
sein. Beispielhafte Glycidylkomponenten sind Sorbit-, Mannit-, Pentaerythrit-,
Glycerinpolyglycidylether, niedermolekulare Epoxyharze wie Epoxyharze
von Epichlorhydrin und Bisphenol A, Di- und Polyglycidylester von Säuren, Polyglycidylether
von Isocyanuraten wie z.B. Denecol EX301 der Firma Nagase. Bevorzugt
werden Sorbitpolyglycidylether wie z.B. Araldite XUGY-358.RTM der Firma
Ciba-Geigy sowie Di- und Polyglycidylester von Säuren wie z.B. Araldite CY-184.RTM
der Firma Ciba-Geigy, da sie qualitativ hochwertige Deckschichten
bilden.
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Glycidylmethacrylat
oder Acrylat enthaltende Acrylsäurepolymere
können
auch als statistische und Blockpolymere von Glycidylmethacrylat-Ethylhexylacrylat-Styrol
verwendet werden. Die Blockpolymere können durch Radikalpolymerisation,
anionische Polymerisation oder durch Gruppentransferpolymerisation
hergestellt werden.
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Die
zur Modifizierung der Glycidylkomponente verwendete Fettsäure kann
Fettsäuren
darstellen wie z.B. dehydratisierte Ricinusöl-, Tallöl-, Sojaöl-, Leinöl-, Kokosnussfettsäure und
dergleichen sein. Die Zusammensetzung der üblichen Pflanzenöle, die
als Quelle für
die Fettsäuren
für die
erfindungsgemäße Verwendung in
Frage kommen, sind zusammen mit dem jeweiligen Fettsäuregehalt
in den Tabellen I und II angegeben.
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Das
restliche Epoxidäquivalentgewicht
für die
Glycidylkomponente beträgt
vorzugsweise ca. 200 bis ca. 1000. Insbesondere beträgt das Restepoxidäquivalentgewicht
für die
Glycidylkomponente ca. 600 bis ca. 800. Das Fettsäureäquivalentgewicht
beträgt
vorzugsweise ca. 1000 bis ca. 2000. Insbesondere beträgt das Fettsäureäquivalentgewicht
ca. 1400 bis ca. 1600.
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Das
hydroxyfunktionelle Polymermaterial hat eine massegemittelte Molekülmasse von
ca. 3.000 bis ca. 20.000 und weist mehrfache Hydroxylgruppen auf.
Die Hydroxylgruppen enthaltenden Stoffe haben eine Hydroxylzahl
von ca. 50 bis ca. 300. Übliche
Beispiele dafür
sind, ohne darauf beschränkt
zu sein, polymere Polyole wie Acrylsäure-, Polyester-, Polyesterurethan-,
Polyetter-, Acrylurethanpolyole und Gemische davon.
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Die
Acrylsäurepolyole
können
durch Polymerisation von Monomeren von Alkylmethacrylaten oder Alkylacrylaten
oder Gemischen davon mit C1-12-Alkylgruppen
und hydroxyfunktionellen Alkyl(meth)acrylat gebildet werden, wobei
(Meth)acrylat Acrylat oder Methacrylat bedeutet. Gegebenenfalls
enthalten die Acrylsäurepolyole
noch weitere Komponenten wie Styrol, α-Methylstyrol, Acrylnitril,
Methacrylnitril u.a., in Mengen von ca. 0,1 bis ca. 50 Gew.-%. Typische
Alkylacrylate und Methacrylate werden oben beschrieben.
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Polyesterurethanpolyol
ist das Reaktionsprodukt aus einem Polyester mit endständiger Hydroxylgruppe
und einem Polyisocyanat, vorzugsweise einem aliphatischen Diisocyanat.
Das Urethan hat eine Hydroxylzahl von ca. 75 bis ca. 200 und eine
massegemittelte Molekülmasse
von ca. 3.000 bis ca. 25.000 und eine zahlgemittelte Molekülmasse von
ca. 2.000 bis ca. 6.000, gemessen durch Gelpermeationschromatographie unter
Verwendung von Polystyrol als Standard.
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Der
für die
Bildung des Polyesterurethans verwendete Polyester ist z.B. das
Veresterungsprodukt eines Alkylenglycols, eines mehrwertigen Alkohols
mit wenigstens drei Hydroxygruppen und einer aromatischen Dicarbonsäure oder
seines Anhydrids. vorzugsweise hat der Polyester eine Hydroxylzahl
von ca. 100 bis ca. 200. Typische Alkylenglycole, mehrwertige Alkohole
und aromatische Dicarboxyle, mehrwertige Alkohole und aromatische
Dicarbonsäuren
oder ihre Anhydride werden in der US-PS Nr. 4 614 683 beschrieben.
Diese beschreibt auch typische Polyisocyanate.
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Das
Aminäquivalentgewicht
des hydroxyfunktionellen Polymers beträgt ca. 200 bis ca. 1000. Insbesondere
beträgt
das Aminäquivalentgewicht
ca. 600 bis 800. Das Hydroxyäquivalentgewicht
beträgt
ca. 400 bis ca. 1200. Insbesondere beträgt das Hydroxyäquivalengewicht
ca. 800 bis ca. 1000.
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Zur
Erhöhung
der Härtungsgeschwindigkeit
der Beschichtungsmasse können
ca. 0 bis ca. 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels
der Beschichtungsmasse, eines äußeren Katalysators
zugesetzt werden. Beispiele für
erfindungsgemäß verwendbare
Katalysatoren sind Triethylendiamin, Chinuclidin, Dialkylalkanolamin
wie Dimethylethanol-, Diethylethanol-, Dibutylethanol-, Diethylhexanolamin
u.a., Li-tert.-Butoxid, Tri(dimethylaminomethyl)phenol,
Bis(dimethylamino)propan-2-ol, N,N, N1,N1-Tetramethylethylendiamin, N-Methyldiethanolamin,
N,N-Dimethyl-1,3-propandiamin und 1-Dimethylamino-2-propanol oder
quaternäre Ammoniumsalze
wie tert.-Butylammoniumbromid, Benzyltrimethylammoniumformiat u.a.
Vorzugsweise kann der Katalysator in die Polymerkette der reaktionsfähigen hydroxyfunktionellen
Bindemittelkomponente unter Verwendung aminofunktioneller Alkylacrylate
wie 2-Dimethylaminoethyl-methacrylat, 2-Diethylaminoethyl-methacrylat,
Vinylpyridin und tert.-Butylaminoethylmethacrylat eingearbeitet
werden.
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Andererseits
braucht der Katalysator der Beschichtungsmasse auch nicht zugesetzt
zu werden, indem man nach der Beschichtung des Erzeugnisses dieses
durch eine Katalysatordämpfe
enthaltende Kammer leitet. Dimethylethanolamin ist ein Katalysator,
der verdampft und zur Härtung
der Beschichtungsmasse verwendet werden kann. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Katalysator zur Durchführung der Härtung zusammen mit der Beschichtungsmasse
unter Verwendung einer Doppelspritzpistole aufgesprüht werden.
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Lösungsmittel
für die
Herstellung des Anhydridacrylsäurepolymers
und zur Verwendung als Verdünnungsmittel
für die
Beschichtungsmasse sind Toluol, Sylol, Butylacetat, Methylamylketon,
Ethylbenzol, höhersiedende
aromatische Kohlenwasserstoffe, Amylacetat, Ethylacetat, Propylacetat
und Ethyl- oder
Propylglycolmonoalkyletheracetate.
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Außerdem können erfindungsgemäß auch bestimmte
alkoholische Lösungsmittel
verwendet werden. Diese können
unter bestimmten Verwendungsbedingungen Anteile des Anhydrids in
Halbester umwandeln und kommen als Reaktionsteilnehmer für das erfindungsgemäße System
ebenfalls in Frage. Beispiele für
derartige Alkohole sind Propanol, Isobutanol, Methanol, Isopropanol,
tert.-Butanol, n-Butanol, Propylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonobutylether
und andere alkoholische Lösungsmittel.
Die Beschichtungsmasse umfasst ca. 20 bis ca. 80 Gew.-% Lösungsmittel.
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Zur
Verbesserung der Witterungsbeständigkeit
der durchsichtigen Deckschicht der Beschichtungsmasse können ca.
0,1 bis ca. 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels,
eines W-Stabilisators oder Gemische davon zugesetzt werden. Diese
Stabilisatoren umfassen W-Absorber, -Strahlungsfilter und spezifische
Lichtstabilisatoren auf der Basis eines sterisch gehinderten Amins.
Außerdem
können,
bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, ca. 0,1 bis ca. 5 Gew.-%
eines Antioxidans zugesetzt werden.
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Typische
UV-Stabilisatoren, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden können, sind
Benzophenone wie Hydroxydodecyclobenzophenon, 2,4-Dihydroxybenzophenon,
Sulfonsäuregruppen
enthaltende Hydroxybenzophenone, 2,4-Dihydroxy-3',5'-di-tbutylbenzophenon,
2,2',4'-Trihydroxybenzophenonester
von Dicarbonsäuren,
2-Hydroxy-4-acryloxyethoxybenzophenon, aliphatische Monoester von
2,2',4-Trrihydroxy-4'-alkoxybenzophenon,
2-Hydroxy-4-Methoxy-2-carboxybenzophenon, Triazole wie 2-Phenyl-4-(2,4-dihydroxybenzoyl)triazole,
substituierte Benzotriazole wie Hydroxyphenyltriazole wie 2-(2'-Hydroxy-5'-methylphenyl)benzotriazol, 2-(2'-Hydroxyphenyl)benzotriazol,
2-(2'-Hydroxy-5'-octylphenyl)naphthotriazol,
Triazine wie 3,5-Dialkyl-4-hydroxyphenyl-Triazinderivate, schwefelhaltige
Derivate von Dialkyl-4-hydroxyphenyltriazinen, Hydroxyphenyl-1,3,5-triazine
und diese Triazine enthaltende Sulfonsäuregruppen, Aryl-1,3,5-triazine,
Orthohydroxyaryl-s-triazin, Benzoate wie Dibenzoat von Diphenylolpropan,
t-Butylbenzoat von Diphenylolpropan, Nonylphenylbenzoat, Octylphenylbenzoat
und Resorcindibenzoat.
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Weitere
W-Stabilisatoren, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind
Niederalkylthiomethylen enthaltende Phenole, substituierte Benzole
wie 1,3-Bis(2'-hydroxybenzoyl)benzol,
Metallderivate von 3,5-Di-t-butyl-4-hydroxyphenylpropionsäure, asymmetrische
Oxalsäurediarylamide,
Alkylhydroxyphenylthioalkanonsäureester,
Dialkylhydroxyphenylalkanonsäureester
von Di- und Tripentaerythrit, phenyl- und naphthalinsubstituierte
Oxalsäurediamide,
Methyl-β-(3,5-dit-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat, α,α'-Bis(2-hydroxyphenyl)-diisopropylbenzol,
3,5'-Dibrom-2'-hydroxy-acetophenon,
Esterderivate von 4,4-Bis(4'-hydroxy-phenyl)pentansäure, wobei
mindestens eine unsubstituierte Position eine o-Stellung zu den
aromatischen Hydroxylgruppen darstellt, phosphororganische Sulfide
wie Bis(diphenyl-phosphinothioyl)monosulfid und Bis(diphenyl-phosphinothioyl)disulfid,
4-Benzoyl-6-(dialkylhydroxybenzyl)resorcin, Bis(3-hydroxy-4-benzoylphenoxy)diphenylsilan,
Bis(3-Hydroxy-4-Benzoylphenoxy) dialkylsilan, 1,8-Naphthalimide, α-Cyano-β,β-diphenylacrylsäurederivate,
Bis(2-benzoxazolyl)alkane, Bis-(2-naphthoxazolyl)alkane, aryl- und
heteroacyclische Substitute enthaltende Methylenmalonitrile, Alkylenbis(dithio)carbamat,
4-Benzoyl-3-hydroxyphenoxyethylacrylat, 4-Benzoyl-3-hydroxyphenoxyethyl-methacrylat,
aryl- oder alkylsubstituierte Acrylnitrile, 3-Methyl-5-isopropylphenyl-6-hydroxycoumaron
und 8-Acetyl-3-dodecyl-7,7,9,9-tetramethyl-1,3,8-triazaspiro(4,5)-decanol-2,4-dion.
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Besonders
geeignete UV-Stabilisatoren sind sterisch gehinderte Amine von Piperidylderivaten,
wie sie in der US-PS Nr. 4 061 616 beschrieben werden, auf die hier
ausdrücklich
Bezug genommen wird, und Ni-Verbindungen wie [1-Phenyl-3-methyl-4-decanoylpyrazolat(5)]-Ni,
Bis[phenyldithiocarbamat]-Ni(II)
und andere in der zitierten US-PS aufgeführte Verbindungen.
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Das
nachfolgende Gemisch aus UV-Stabilisatoren ist exemplarisch für ein erfindungsgemäß verwendbares
Lichtstabilisatorgemisch. Ein solches Gemisch umfasst 2-[2'-Hydroxy-3',5'-1(1-1-dimethylpropyl)phenyl]benzotriazol
und Bis-[4-(1,2,2,-6,6-pentamethylpiperidyl)]2-butyl-2-[(3,5-t-butyl-4-hydroxyphenyl)methyl]propandioat.
Die Stabilisatoren können
in jedem beliebigen Verhältnis
verwendet werden, bevorzugt wird jedoch ein Verhältnis von Benztriazol zu Propandioat
von 1:1. Ein weiteres Gemisch aus UV-Stabilisatoren ist 2-(Benztriazol-2-VL)-4,6-bis(methyl-ethyl-1-phenylethyl)phenol
mit 2(3-Hydroxy-3,5'-ditert.amylphenyl)benztriazol.
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Die
Beschichtungsmasse kann pigmentiert sein, um eine gefärbte Deckschicht
bzw. Grundierung zu bilden. Es können
ca. 0,1 bis ca. 200 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels,
an Pigment zugesetzt werden. Die Pigmente sind die üblichen,
wie z.B. Fe-Oxide, Pb-Oxide, Strontiumchromat, Ruß, Kohlenstaub,
Titandioxid, Talk, Bariumsulfat, sowie Farbpigmente wie Cadmiumgelb,
Cadmiumrot, Chromgelb und Me tallpigmente wie Aluminiumflocken. Das
Pigment kann mit den üblichen
Techniken zugesetzt werden, wobei ein Mahlgut zuerst gemischt wird,
das ein Pigment, einen Dispergator und ein Lösungsmittel enthält. Danach wird
das Mahlgut mit der Beschichtungsmasse unter Bildung einer gefärbten Masse
gemischt. Diese wird dann aufgebracht und wie nachfolgend beschrieben
gehärtet.
Außerdem
können
gegebenenfalls verschiedene Füller,
Weichmacher, Antioxidantien, UV-Absorber, Verlaufmittel, Tenside
und andere Formulierungszusätze
zugesetzt werden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Abriebfestigkeit und
Verbesserung der Witterungsbeständigkeit
eines Metall- oder Kunststoffsubstrats. Das Verfahren umfasst die
Stufen des Mischens der Komponenten der oben beschriebenen Beschichtungsmassen,
des Aufbringens des Gemisches auf ein Metall- oder Kunststoffsubstrat
und die Härtung
der Beschichtungsmasse bei Raumtemperatur oder durch Erwärmen.
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Die
Komponenten der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse
können
gemischt und unmittelbar danach auf das Substrat aufgebracht werden.
Die Komponenten können
aber auch gemischt werden, wonach die Beschichtungsmasse nach einer
gewissen Wartezeit aufgebracht wird. Während der Wartezeit kann z.B. das
Substrat für
das Aufbringen der Beschichtungsmasse vorbereitet werden.
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Bei
der Verwendung einer transparenten oder pigmentierten Beschichtung
wird die Beschichtungsmasse im Allgemeinen mit den üblichen
Techniken wie Luftzerstäuben,
Spritzen hoher Volumina unter geringem Druck, druckluftloses Spritzen,
elektrostatisches Luftzerstäuben,
Walzenbeschichtung, Umkehrwalzenbeschichtung, Gießlackieren,
Tauchbeschichten bzw. Flutlackieren aufgebracht. Für die Aufbringung
auf Kunststofffolien wird der Sprühbeschichtung, der Walzenbeschichtung
bzw. dem Gießlackieren
der Vorzug gegeben. Die Viskosi tät
der Beschichtung kann durch Wahl und Zugabe geeigneter Lösungsmittel
eingestellt werden, was dem Fachmann auf dem Gebiet der Beschichtungsformulierungen
und ihrer Aufbringung allgemein bekannt ist. Außerdem kann die erfindungsgemäße Beschichtungmasse
als die Basisschicht bildende Beschichtungsmasse auf das Substrat
bzw. als Grundierung oder haftvermittelnde Schicht für die weitere
Verwendung aufgebracht werden.
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Die
erhaltene Beschichtung kann bei Umgebungstemperaturen getrocknet
und gehärtet
werden, sie kann aber auch bei erhöhten Temperaturen (ca. 60 bis
ca. 200°C)
gehärtet
werden. Im Allgemeinen werden die Beschichtungen bei ca. 60 bis
ca. 140°C
während
ca. 10 bis ca. 40 Minuten gesintert oder bei Umgebungstemperatur
getrocknet. Bei Umgebungstemperaturen trocknet die Beschichtung,
bis sie ihre Klebrigkeit verloren hat innerhalb von ca. 180 Minuten
und ist nach ca. 24 Stunden im Wesentlichen gehärtet. Nach ca. 5–7 Tagen
ist die Beschichtung ausgehärtet.
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Die
Beschichtungen werden unter Bildung einer Deckschicht mit einer
Dicke von ca. 0,5 bis ca. 5 mil und vorzugsweise von ca. 1 bis ca.
2 mil aufgebracht. Die Deckschicht zeigt ausgezeichneten Glanz,
bessere Haftung auf dem Substrat, ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit
und einen hohen Feststoffgehalt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher beschrieben.
Diese illustrieren die vorliegende Erfindung, schränken sie
jedoch in keiner Weise ein. Alle Teile und Prozentangaben beziehen
sich, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Die Molekulargewichte
werden durch Gelchromatographie unter Verwendung von Polystyrol
als Standard ermittelt.
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BEISPIEL 1
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Anhydridacrylsäure-Polymer
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Die
nachfolgenden Komponenten wurden auf einen mit einem Thermofühler, einem
Rührwerk,
einem Zufuhrtrichter, einem Stickstoffeinleitungsrohr und einem
Kondensatorkühler
ausgestatteten Reaktor aufgegeben.
| | Gewichtsteile |
| Portion
1 | |
| Methylamylketon | 23,4 |
| Portion
2 | |
| Maleinsäureanhydrid | 4,6 |
| Styrol | 19,5 |
| Methylmethacrylat | 11,5 |
| Butylmethacrylat | 34,9 |
| Portion
3 | |
| Methylamylketon | 2,6 |
| Dicumylperoxid | 3,3 |
| Portion
4 | |
| Methylamylketon | 0,18 |
| Dicumylperoxid | 0,02 |
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Portion
1 wurde auf den Reaktor aufgegeben, mit Stickstoff überschichtet
und auf 145°C
erwärmt.
Portion 2 wurde während
360 Minuten zugetropft. Portion 3 wurde gleichzeitig mit Portion
2 zugegeben. Nach Abschluss der Zugabe wurde das erhaltene Gemisch
bei 145°C
eine Stunde lang gehalten. Dann wurde Portion 4 während 5
Minuten nach dem einstündigen
Halten zugegeben.
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Die
erhaltene Polymerbeschichtungsmasse wurde mit Methylamylketon auf
einen Feststoffgehalt von 60 bis 62 Gew.-% reduziert. Die erhaltene
Polymerbeschichtungsmasse hatte eine Viskosität nach Gardner-Holdt von I-L.
Die Polymerbeschichtungsmasse zeigte eine massegemittelte Molekülmasse von
5900. Das theoretische Anhydridäquivalentgewicht
betrug 1502.
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Glycidylkomponenten-Polymer
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Die
nachfolgenden Komponenten werden auf einen mit einem Thermofühler, einem
Rührwerk,
einem Zufuhrtrichter, einem Stickstoffeinleitungsrohr und einem
Kondensatorkühler
ausgestatteten Reaktor aufgegeben.
| | Gewichtsteile |
| Portion
1 | |
| Methylamylketon | 25,7 |
| Portion
2 | |
| Styrol | 15,6 |
| 2-Ethylhexylacrylat | 18.2 |
| Glycidylmethacrylat | 23,4 |
| Portion
3 | |
| Methylamylketon | 1,8 |
| Dicumylperoxid | 2,0 |
| Portion
4 | |
| Methylamylketon | 0,1 |
| Dicumylperoxid | 0,1 |
| Portion
5 | |
| Dehydratisierte
Ricinusölfettsäure | 13,1 |
| Triphenylphosphin | 0,0004 |
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Portion
1 wurde auf den Reaktor aufgegeben, mit Stickstoff überschichtet
und auf 145°C
erwärmt.
Portion 2 wurde während
240 Minuten zugetropft. Portion 3 wurde gleichzeitig mit Portion
2 zugegeben. Nach Abschluss der Zugabe wurde das erhaltene Gemisch
bei 145°C
eine Stunde lang gehalten. Dann wurde Portion 4 während 5
Minuten nach dem einstündigen
Halten zugegeben. Die erhaltene Beschichtungsmasse wurde dann auf
eine Temperatur von unter 100°C
abgekühlt.
Portion 5 wurde dann während
5 Minuten zugegeben, wonach die Temperatur auf 145°C angehoben
wurde. Die erhalten Beschichtungsmasse wurde bei 145°C gehalten,
bis die Säurezahl
unter 1 lag.
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Die
erhaltene Polymerbeschichtungsmasse wurde mit Methylamylketon auf
einen Feststoffgehalt von 65 bis 68 Gew.-% reduziert. Die erhaltene
Polymerbeschichtungsmasse hatte eine Viskosität nach Gardner-Holdt von T–X. Die
erhaltene Poly merbeschichtungsmasse zeigte eine massegemittelte
Molekülmasse von
24.000. Das theoretische Restepoxidäquivalentgewicht lag bei 1508
und das theoretische Fettsäureäquivalentgewicht
bei 595.
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Hydroxyfunktionelles
Polymer
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Die
nachfolgenden Komponenten wurden auf einen mit einem Thermofühler, einem
Rührwerk,
einem Zufuhrtrichter, einem Stickstoffeinleitungsrohr und einem
Kondensatorkühler
ausgestatteten Reaktor aufgegeben.
| | Gewichtsteile |
| Portion
1 | |
| Methylamylketon | 23,3 |
| Portion
2 | |
| Styrol | 21,3 |
| Hydroxyethylmethacrylat | 9,9 |
| Dimethylaminoethylmethacrylat | 15 |
| Butylacrylat | 17,7 |
| Methylmethacrylat | 3,6 |
| Portion
3 | |
| Methylamylketon | 5,6 |
| 2,2'-Azobis(methylbutyronitril) | 3,6 |
| Portion
4 | |
| Methylamylketon | 0,004 |
| 2,2'-Azobis(methylbutyronitril) | 0,002 |
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Portion
1 wurde auf den Reaktor aufgegeben, mit Stickstoff überschichtet
und auf 110°C
erwärmt.
Portion 2 wurde während
360 Minuten zugetropft. Portion 3 wurde gleichzeitig mit Portion
2 zugegeben. Nach Abschluss der Zugabe wurde das erhaltene Gemisch
bei 110°C
eine Stunde lang gehalten. Dann wurde Portion 4 während 5
Minuten nach dem einstündigen
Halten zugegeben.
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Die
erhaltene Polymerbeschichtungsmasse wurde mit Methylamylketon auf
einen Feststoffgehalt von 60 bis 62 Gew.-% reduziert. Die erhaltene
Polymerbeschichtungsmasse hatte eine Viskosität nach Gardner-Holdt von O-R.
Die erhaltene Polymerbeschichtungsmasse zeigte eine massegemittelte
Molekülmasse von
8.100. Das theoretische Hydroxyäquivalentgewicht
lag bei 886. Das theoretische Aminäquivalentgewicht bwtrug 706.
Das experimentelle Aminäquivalentgewicht
betrug 715.
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BEISPIEL 2
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Durch
sorgfältiges
Mischen der nachfolgenden Komponenten wurde eine transparente Beschichtungsmasse
erhalten:
| Portion
1 | Gewichtsteile |
| Hydroxygruppen
enthaltende Polymerbeschichtungsmasse (hergestellt wie oben angegeben) | 40 |
| Methylamylketon | 59 |
| Verlaufmittel | 1 |
| Portion
2 | |
| Polymer
mit einer Glycidylkomponente (hergestellt wie oben) | 40 |
| Methylamylketon | 60 |
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Die
erhaltene Beschichtungsmasse zeigte einen Feststoffgehalt von 40
bis 50 % und eine Viskosität von
15–30
Sekunden, gemessen mit Hilfe eines Bechers vom Typ No.3 EZ. Portion
1 und Portion 2 wurden bei einem Verhältnis cvon Epoxyäquivalentgewicht
zu Aminäquivalentgewicht
von 0,5 bis 20,0, vorzugsweise von 1,0 bis 1,5, gemischt, wonach
die Beschichtungsmasse auf eine Metallplatte aufgebracht und 20
Minuten bei 180°C
gehärtet
wurde. Der erhaltene Film war hart und glänzend und widerstand mehr als
100 Doppelkratzern mit Methylethylketon.
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BEISPIEL 3
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Durch
sorgfältiges
Mischen der nachfolgenden Komponenten wurde eine pigmentierte Beschichtungsmasse
hergestellt:
| Portion
1 | Gewichtsteile |
| Hydroxygruppen
enthaltende Polymerbeschichtungsmasse (hergestellt wie oben angegeben) | 40 |
| Methylamylketon | 47,7 |
| Dispergator | 1,5 |
| W-Stabilisator | 0,4 |
| Verlaufmittel | 1,0 |
| TiO2 | 9,4 |
| Portion
2 | |
| Polymer
mit einer Glycidylkomponente (hergestellt wie oben angegeben) | 40 |
| Methylamylketon | 60 |
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Die
erhaltene Beschichtungsmasse zeigte einen Feststoffgehalt von 40
bis 60 % und eine Viskosität von
15–30
Sekunden, gemessen mit Hilfe eines Bechers vom Typ No.3 EZ. Portion
1 und Portion 2 wurden bei einem Verhältnis von Epoxyäquivalentgewicht
zu Aminäquivalentgewicht
von 0,5 bis 20,0, vorzugsweise von 1,0 bis 1,5, gemischt, wonach
die Beschichtungsmasse auf eine Metallplatte aufgebracht und 20
Minuten bei 180°C
gehärtet
wurde. Der erhaltene Film war hart und glänzend und widerstand mehr als
100 Doppelkratzern mit Methylethylketon.