DE102009010068A1 - Acrylatmodifizierte Aspartate und aus diesen erzeugte Gelbeschichtungszusammensetzungen - Google Patents

Acrylatmodifizierte Aspartate und aus diesen erzeugte Gelbeschichtungszusammensetzungen Download PDF

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Abstract

Es wird eine Beschichtungszusammensetzung bereitgestellt. Die Zusammensetzung umfasst als Komponente I a) einen Polyasparaginsäureester, der das Reaktionsprodukt eines oder mehrerer Diamine, einer oder mehrerer difunktioneller acrylathaltiger Verbindungen und eines oder mehrerer Malein-/Fumarsäureester umfasst; b) zumindest einen Feuchtigkeitsfänger; c) zumindest einen Entgaser; d) zumindest einen Weichmacher; e) gegebenenfalls weitere Additive sowie als Komponente II ein oder mehrere Polyisocyanate. Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung und zum Aufbringen der Zusammensetzung auf ein Substrat werden ebenfalls bereitgestellt. Die Beschichtung ist insbesondere zur Verwendung als Gelbeschichtung geeignet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungszusammensetzungen aus acrylatmodifizierten Aspartaten und Polyisocyanaten. Die Beschichtungen sind besonders als Gelbeschichtungen auf faserverstärkten Verbundstoffen geeignet.
  • Aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) werden beispielsweise Glasfaserwasserfahrzeuge, Duschen und Badewannen und andere Sanitärobjekte, Bauplatten und Kraftfahrzeugkarosserien, Swimmingpools, Satellitenschüsseln und dergleichen mehr hergestellt.
  • Herkömmliche GFK-Herstellungsverfahren umfassen die Herstellung einer Form, das Aufbringen eines Formtrennmittels, wie z. B. Wachs, auf die Form, das Aufbringen einer Gelbeschichtung auf die gewachste Form und das Aufbringen des glasfaserverstärkten Laminats auf die Gelbeschichtung. Das in der Gelbeschichtung enthaltene ungesättigte Polyesterharz und das darauf folgende Laminierharz, das die Glasfaserverstärkung bindet, ist ein flüssiges wärmehärtbares Styrol- oder Styrol/Methylmethacrylatharz, das radikalisch initiiert wird, das bei Katalyse mit einem organischen Peroxid, wie z. B. Methylethylketonperoxid, ein Gel bildet und in einem festen wärmehärtbaren Zustand aushärtet.
  • Wenn das aus GFK hergestellte Objekt aus der Form entfernt wird, ist das glasfaserverstärkte Laminat mit einer dekorativen Gelbeschichtungschicht bedeckt.
  • Leider hat das längere Aussetzen der Gelbeschichtung gegenüber ultravioletter Strahlung mehrere schädigende Auswirkungen auf diese. Eine Gelbeschichtung, die Sonnenlicht und anderen Elementen ausgesetzt ist, verliert beispielsweise innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums ihren Glanz. In der GFK-Industrie ist dieser Verlust des Glanzes als Auskreiden bekannt.
  • Die bekannten Nachteile von Gelbeschichtungen haben dazu geführt, dass Erfinder Verbesserungen entwickelten, die die Beschichtungen vor dem Einfluss der Elemente schüt zen. Es besteht weiterhin Bedarf an Gelbeschichtungen, die die gewünschte Kombination von Eigenschaften bereitstellen.
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Beschichtungszusammensetzung bereit, die
    als Komponente I
    • a) einen Polyasparaginsäureester, der das Reaktionsprodukt eines oder mehrerer Diamine, eines oder mehrerer difunktioneller acrylathaltiger Verbindungen und eines oder mehrerer Maleinsäure-/Fumarsäureester umfasst;
    • b) zumindest einen Feuchtigkeitsfänger;
    • c) zumindest einen Entgaser;
    • d) zumindest einen Weichmacher;
    • e) gegebenenfalls weitere Additive
    und als Komponente II
    ein oder mehrere Polyisocyanate umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch einen Polyasparaginsäureester bereit, der das Reaktionsprodukt eines oder mehrerer Diamine, einer oder mehrerer difunktioneller acrylathaltiger Verbindungen und eines oder mehrerer Malein-/Fumarsäureester umfasst.
  • Verfahren zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung, Verfahren zur Beschichtung eines Substrats und beschichtete Substrate werden ebenfalls bereitgestellt.
  • Wie hierin in der Beschreibung und den Ansprüchen sowie in den Bespielen verwendet und wenn nicht anders angegeben, sind alle Zahlenangaben als ungefähre Angaben (ca.) zu verstehen, auch wenn „etwa” nicht extra angeführt ist. Alle hierin angegebenen Zahlenbereiche umfassen auch alle darin zusammengefassten Unterbereiche.
  • Der Polyasparaginsäureester umfasst das Reaktionsprodukt eines oder mehrerer Diamine, einer oder mehrerer difunktioneller acrylathaltiger Verbindungen und eines oder mehrerer Malein-/Fumarsäureester. Das Diamin, das Acrylat und der Ester werden in einem Äquivalentenverhältnis von Amin zu aminreaktiven Komponenten von 0,8/1,0 bis 1,2/1,0, vorzugsweise von 0,95/1,0 bis 1,05/1,0, besonders bevorzugt von 1,0/1,0, umgesetzt. Wenn das besonders bevorzugte Verhältnis von Amin zu aminreaktiven Komponenten eingesetzt wird, werden das Diamin, das Acrylat und der Ester in einem Verhältnis von 1 Äquivalent Amin zu 0,1 Äquivalenten Acrylat zu 0,9 Äquivalenten Maleat bis 1 Äquivalent Amin zu 0,02 Äquivalenten Acrylat zu 0,98 Äquivalenten Maleat umgesetzt. Noch bevorzugter werden das Diamin, das Acrylat und der Ester in einem Verhältnis von 1 Äquivalent Amin zu 0,1 Äquivalenten Acrylat zu 0,95 Äquivalenten Maleat bis 1 Äquivalent Amin zu 0,04 Äquivalenten Acrylat zu 0,98 Äquivalenten Maleat umgesetzt.
  • In dem Acrylat/Säureester-Gemisch entsprechen etwa 1 bis 2 Gew.-% Acrylat, wobei der Rest Säureester ist, noch bevorzugter handelt es sich bei 1,5 bis 2 Gew.-% um Acrylat und bei dem Rest um Säureester.
  • Geeignete Diamine umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Ethylendiamin, 1,2-Diaminopropan, 1,4-Diaminobutan, 1,3-Diaminopentan, 1,6-Diaminohexan, 2-Methyl-1,5-pentandiamin, 2,5-Diamino-2,5-dimethylhexan, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethyl-1,6-diaminohexan, 1,11-Diaminoundecan, 1,12-Diaminododecan, 1,3- und/oder 1,4-Cyclohexandiamin, 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexan, 2,4- und/oder 2,6-Hexahydrotoluylidendiamin, 2,4'- und/oder 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan und 3,3'-Dialkyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethane (wie z. B. 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan und 3,3'-Diethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan), 2,4- und/oder 2,6-Diaminotoluol und 2,4'- und/oder 4,4'-Diaminodiphenylmethan oder Gemische davon.
  • Weitere geeignete Diamine umfassen beispielsweise 1,3,3-Trimethyl-1-aminomethyl-5-aminocyclehexan (IPDA), 1,8-p-Diaminomenthan, Bis(4-aminocyclohexyl)methan, Bis(4-amino-3-methylcycloheyl)methan, Bis(4-amino-3,5-dimethylcyclohexyl)methan, Bis(4-amino-2,3,5-trimethylcyclohexyl)methan, 1,1-Bis(4-aminocyclohexyl)propan, 2,2-Bis(4-aminocyclohexyl)propan, 1,1-Bis(4-aminocyclohexyl)ethan, 1,1-Bis(4-amino cyclohexyl)butan, 2,2-Bis(4-aminocyclohexyl)butan, 1,1-Bis(4-amino-3-methylcyclohexyl)ethan, 2,2-Bis(4-amino-3-methylcyclohexyl)propan, 1,1-Bis(4-amino-3,5-dimethylcyclohexyl)ethan, 2,2-Bis(4-amino-3,5-dimethylcyclohexyl)propan, 2,2-Bis(4-amino-3,5-dimethylcyclohexyl)butan, 2,4-Diaminodicyclohexylmethan, 4-Aminocyclohexyl-4-amino-3-methylcyclohexylmethan, 4-Amino-3,5-dimethylcyclohexyl-4-amino-3-methylcyclohexylmethan und 2-(4-Aminocyclohexyl)-2-(4-amino-3-methylcyclohexyl)methan.
  • Auch aromatische Diamine sind geeignet, wie z. B. 1,4-Diaminobenzol, 1,3-Bis(aminomethyl)benzol (MXDA), 2,4- und/oder 2,6-Diaminotoluol, 2,4'- und/oder 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethan, 3,3'-Dichlor-4,4'-diaminodiphenylmethan (MOCA), 1-Methyl-3,5-bis(methylthio)-2,4- und/oder -2,6-diaminobenzol, 1-Methyl-3,5-diethyl-2,4-diaminobenzol und/oder 1-Methyl-3,5-diethyl-2,6-diaminobenzol (d. h. DETDA), 1,3,5-Trimethyl-2,4-diaminobenzol, 1,3,5-Triethyl-2,4-diaminobenzol, 1,3,5-Triisopropyl-2,4-diaminobenzol, 3,5,3',5'-Tetraethyl-4,4'-diaminodiphenylmethan, 3,5,3',5'-Tetraisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethan, 3,5-Diethyl-3',5'-diisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethan, 3,5-Diethyl-5,5'-diisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethan, 1-Methyl-2,6-diamino-3-isopropylbenzol, 3,5-Dithiomethyl-2,4-diaminotoluol (d. h. Ethacure® 300); 4,6-Dimethyl-2-ethyl-1,3-diaminobenzol; 3,5,3',5'-Tetraethyl-4,4-diaminodiphenylmethan; 3,5,3',5'-Tetraisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethan; 3,5-Diethyl-3',5'-diisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethan; 2,4,6-Triethyl-m-phenylendiamin (TEMPDA); 3,5-Diisopropyl-2,4-diaminotoluol; 3,5-Di-sec-butyl-2,6-diaminotoluol; 3-Ethyl-5-isopropyl-2,4-diaminotoluol; 4,6-Diisopropyl-m-phenylendiamin; 4,6-Di-tert-butyl-m-phenylendiamin; 4,6-Diethyl-m-phenylendiamin; 3-Isopropyl-2,6-diaminotoluol; 5-Isopropyl-2,4-diaminotoluol; 4-Isopropyl-6-methyl-m-phenylendiamin; 4-Isopropyl-6-tert-butyl-m-phenylendiamin; 4-Ethyl-6-isopropyl-m-phenylendiamin; 4-Methyl-6-tert-butyl-m-phenylendiamin; 4,6-Di-sec-butyl-m-phenylendiamin; 4-Ethyl-6-tert-butyl-m-phenylendiamin; 4-Ethyl-6-sec-butyl-m-phenylendiamin, 4-Ethyl-6-isobutyl-m-phenylendiamin; 4-Isopropyl-6-isobutyl-m-phenylendiamin; 4-Isopropyl-6-sec-butyl-m-phenylendiamin; 4-tert-Butyl-6-isobutyl-m-phenylendiamin; 4-Cyclopentyl-6-ethyl-m-phenylendiamin; 4-Cyclohexyl-6-isopropyl-m-phenylendiamin; 4,6-Dicyclopentyl-m-phenylendiamin. Beliebige der oben angeführten Diamine können selbstverständlich auch als Gemische verwendet werden.
  • Bevorzugt sind 1,4-Diaminobutan, 2-Methyl-1,5-pentandiamin, 1,6-Diaminohexan, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethyl-1,6-diaminohexan, 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexan, 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan oder 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan. 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan ist besonders zu bevorzugen.
  • Malein- oder Fumarsäureester sind Verbindungen der folgenden Formel: R1OOC-CR3=CR4-COOR2, worin R1, R2, R3 und R4 Gruppen sind, die „unter den Reaktionsbedingungen inert in Bezug auf Isocyanatgruppen” sind, was bedeutet, dass diese Gruppen keine gemäß der Zerewitinoff-Bestimmung aktiven Wasserstoffatome (CH-saure Verbindungen, siehe Römpp Chemie Lexikon, Georg Thieme Verlag Stuttgart), wie z. B. OH, NR oder SH, aufweisen. R1 und R2 sind unabhängig voneinander vorzugsweise C1-C10-Alkylreste, noch bevorzugter Methyl- oder Ethylreste. R3 und R4 sind vorzugsweise Wasserstoffatome. Beispiele für geeignete Malein- oder Fumarsäureester umfassen Dimethylmaleat, Diethylmaleat, Dibutylmaleat und die entsprechenden Fumarate.
  • Geeignete difunktionelle acrylathaltige Verbindungen umfassen beispielsweise Ethylenglykoldiacrylat, Propan-1,3-dioldiacrylat, Butan-1,4-dioldiacrylat, Hexan-1,6-dioldiacrylat und die entsprechenden Methacrylate. Di(meth)acrylate von mit Ethylenglykol, Propan-1,3-diol, Butan-1,4-diol initiierten Polyetherglykolen sind ebenfalls geeignet.
  • Der Polyasparaginsäureester wird dadurch hergestellt, dass in einem ersten Schritt ein Diamin mit einer difunktionellen acrylathaltigen Verbindung zur Bildung eines ersten Reaktionsprodukts umgesetzt wird. In einem zweiten Schritt wird das erste Reaktionsprodukt mit einem Malein-/Fumarsäureester umgesetzt. Sowohl der erste als auch der zweite Schritt werden vorzugsweise ohne einen Katalysator durchgeführt. Die Reaktion erfolgt unter atmosphärischem Druck unter einem Stickstoffpolster bei einer Temperatur von etwa 50 bis 55°C, wobei die Exothermie durch die Zugaberate gesteuert wird, um die Temperatur in diesem Bereich zu halten. Typischerweise erfolgt die Herstellung ü berwacht in einem Zeitraum von 12 bis 24 h, und die Reaktion wird beendet, wenn das gewünschte Ausmaß an Unsättigung erreicht ist.
  • Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung umfassen ferner zumindest einen Feuchtigkeitsfänger oder ein Trockenmittel. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Bezeichnung „Feuchtigkeitsfänger” auf Verbindungen, die freie Feuchtigkeit (Wasser) entfernen. Feuchtigkeitsfänger sind auf dem Gebiet der Erfindung bekannt. Geeignete Feuchtigkeitsfänger umfassen beispielsweise ethylenisch ungesättigte Alkoxysilane, wie z. B. Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan und dergleichen. Vinyltrimethoxysilan, das unter dem Handelsnamen Silquest® A-171 durch Crompton Corp., Middlebury, Conn., vertrieben wird, ist ein bevorzugter Feuchtigkeitsfänger. Es können auch Gemische von Feuchtigkeitsfängern eingesetzt werden.
  • Erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzungen umfassen ferner zumindest einen Entgaser oder Entschäumer. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Bezeichnung „Entgaser” auf Verbindungen, die zur Entfernung gelöster Gase und zum Aufbrechen von Blasen und Schaum, die während des Mischen entstehen können und in der endgültigen Beschichtung unterwünscht sind, geeignet sind. Entschäumer/Entgaser sind auf dem Gebiet der Erfindung bekannt. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung umfassen bevorzugte Entgaser Verbindungen, Emulsionen und Gemische auf Siliconbasis, wie z. B. Polysiloxane, mit hydrophoben Feststoffen gemischte Polysiloxane, mit hydrophoben Teilchen gemischte, siloxanmodifizierte Polyether und Emulsionen von siloxanmodifizierten Polyethern. Besonders bevorzugt ist ein Polysiloxan mit dem Handelsnamen TEGO® Airex 980, das von der Tego Chemie Service GmbH, Deutschland, vertrieben wird. BYK-25 und BYK-28, von der BYK-Chemie GmbH in Deutschland vertriebene Siliconentschäumer, sind ebenfalls geeignet.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung umfassen weiters zumindest einen Weichmacher. Die Bezeichnung „Weichmacher” hat die herkömmlicherweise auf dem Gebiet der Erfindung verwendete Bedeutung, d. h. es handelt sich um eine organische Verbindung, die zu einem Polymer zugesetzt wird, um dessen Verarbeitung zu erleichtern und die Flexibilität und Zähigkeit des Endprodukts durch eine interne Modifikation des Polymermoleküls zu steigern. Auf dem Gebiet der Erfindung sind zahl reiche Arten von Weichmachern bekannt, und die Verwendung ist von den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts abhängig. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung stellen aromatische Sulfonsäureester bevorzugte Weichmacher dar. Besonders bevorzugt ist ein Alkylsulfonsäureester von Phenol, der unter dem Handelsnamen Mesamoll® von Bayer MaterialScience LLC, Pittsburgh, Pa., vertrieben wird.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung umfassen ferner ein oder mehrere Polyisocyanate. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Polyisocyanate umfassen monomere aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische und/oder aromatische Diisocyanate. Beispiele für Diisocyanate umfassen 1,6-Diisocyanatohexan, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat), 4,4-Diisocyanatodicyclohexylmethan, 1,4-Diisocyanatocyclohexan, 1-Methyl-2,4-diisocyanatocyclohexan, 1-Methyl-2,6-diisocyanatocyclohexan und Gemische davon. 4-Isocyanatomethyl-1,8-octandiisocyanat wird ohne weitere Modifikation verwendet.
  • Die Polyisocyanate der zuvor beschriebenen Art weisen vorzugsweise einen NCO-Gruppengehalt von 5 bis 25 Gew.-%, eine mittlere NCO-Funktionalität von 2,0 bis 5,0, vorzugsweise von 2,8 bis 4,0, und eine Restmenge an monomeren Diisocyanaten, die zu ihrer Herstellung eingesetzt wurden, von weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise von weniger als 0,5 Gew.-%, auf.
  • Es können Polyisocyanate eingesetzt werden, die Urethangruppen enthalten, wie z. B. die Produkte der Reaktion von 2,4- und gegebenenfalls 2,6-Diisocyanatotoluol oder 1-Methyl-2,4- und gegebenenfalls 1-Methyl-2,6-diisocyanatocyclohexan mit substöchiometrischen Mengen an Trimethylolpropan oder dessen Gemischen mit einfachen Diolen, wie z. B. den isomeren Propandiolen oder Butandiolen. Die Herstellung von Polyisocyanaten dieser Art, die Urethangruppen enthalten, in praktisch monomerfreier Form ist beispielsweise in DE-A 1 090 196 beschrieben.
  • Geeignete Isocyanate können auch oligomere Polyisocyanate umfassen, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Dimere, wie z. B. das Uretdion von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Trimere, wie z. B. das Biuret und Isocyanurat von 1,6-Hexandiisocyanat und das Isocyanurat von Isophorondiisocyanat, sowie polymere Oligomere. Es können auch mo difizierte Polyisocyanate eingesetzt werden, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Carbodiimide und Uretdione sowie Gemische davon. Beispiele für bevorzugte Polyisocyanate sind jene, die Biuret-, Isocyanurat- und/oder Iminooxadiazindionstrukturen enthalten. Polyisocyanate, die Iminooxadiazindiongruppen enthalten, und deren Herstellung sind beispielsweise in EP-A 798 299 , EP-A 896 009 , EP-A 962 454 und EP-A 962 455 zu finden. Besonders bevorzugt sind aliphatische, aliphatische/cycloaliphatische und/oder cycloaliphatische einfache oder gemischte Trimere auf der Basis von 1,6-Diisocyanatohexan und/oder Isophorondiisocyanat, die beispielsweise gemäß US-A 4 324 879 , US-A 4 288 586 , DE-A 3 100 262 , DE-A 3 100 263 , DE-A 3 033 860 oder DE-A 314 467 2 erhältlich sind, wovon einige unter der Bezeichnung Desmodur® von Bayer Material Science, Pittsburgh, Pa., vertrieben werden, wie z. B. Desmodur®N 100, Desmodur®N 3200, Desmodur®N 3300, Desmodur®N 3400, Desmodur® XP 2410 und Desmodur® XP 2580.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung umfassen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung (Komponenten I und II), 35 bis 65 Gew.-% Polyasparaginsäureester, 25 bis 35 Gew.-% Polyisocyanat, 0,5 bis 4,0 Gew.-% Weichmacher, 0,25 bis 3,0 Gew.-% Feuchtigkeitsfänger und 0,25 bis 3,0 Gew.-% Entschäumer.
  • Das Molverhältnis des Polyasparaginsäureesters zu dem Polyisocyanat liegt im Bereich von 1,0:0,8 bis 1,0:2,0.
  • Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können gegebenenfalls zusätzliche Additive umfassen, die auf dem Gebiet der Erfindung bekannt sind, wobei nicht einschränkende Beispiele für diese Additive Folgende sind: Thixotrope (Verdickungsmittel), Katalysatoren, Füllstoffe, Emulgatoren, oberflächenaktive Stabilisatoren, Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren, sterisch Lichtstabilisatoren aus gehindertem Amin, Antioxidationsmittel, Egalisiermittel, Dispersions- und Mahlhilfsstoffe, schlagzähmachende Zusatzstoffe, Flammschutzmittel, Biozide und dergleichen.
  • Bei Verwendung werden Komponenten I (der Polyasparaginsäureester, zumindest ein Feuchtigkeitsfänger, zumindest ein Entgaser, zumindest ein Weichmacher und fakultati ve Additive, die mit einem Mischflügel vom Typ Cowel® oder einer ähnlichen Vorrichtung vorgemischt wurden) und Komponente II, das Polyisocyanat, auf eine Weise kombiniert, die geeignet ist, um deren Vermischen und Umsetzen zu erleichtern und das Beschichten der vermischten Zusammensetzungen auf das gewünschte Substrat vor dem Abschluss der Reaktion zu ermöglichen.
  • Vorzugsweise werden diese Zusammensetzungen unter Einsatz eines Mehrkomponentenverdrängungsmischsprühsystems vermischt, wobei das Sprühen Ströme der Zusammensetzungen unter vollständigem Vermischen und gleichzeitigem Auftragen des vermischten Sprays auf das gewünschte Substrat kombiniert. Das System umfasst folgende Komponenten: einen Dosierabschnitt, der die Komponenten misst und das Material unter Druck setzt; gegebenenfalls einen Heizabschnitt zum Erhöhen der Temperatur der Komponenten zur Einstellung der Viskosität; und eine Prallspritzpistole, die die beiden Komponenten kombiniert und das Mischen unmittelbar vor dem Atomisieren ermöglicht. Alternativ dazu umfasst das Sprühsystem ein kurzes statisches Mischelement am Ende der Sprühdüse, um zu helfen, ein vollständiges Vermischen zu erzielen. Ein Beispiel für ein geeignetes Sprühsystem ist die Niederdruck-Mehrkomponenten-Verdrängungsvorrichtung von Langeman Manufacturing Ltd., Leamington, Ontario, Kanada. Alternativ dazu kann die erfindungsgemäße Beschichtung durch das Mischen in einer statischen Mischvorrichtung erfolgen, um ein Vermischen der Zusammensetzungen zu erzielen. Die Komponenten werden jedoch an der Spritzpistole kombiniert und durch die Länge einer Rohrleitung gepumpt, die Elemente enthält, die die Komponenten vor dem Atomisieren vermischen sollen. Das statische System erfordert ein regelmäßiges Spülen des statischen Mischrohrs, um eine Akkumulierung von gehärtetem Polyharnstoff zu verhindern, der die Spritzpistole verstopfen könnte.
  • Vorzugsweise werden Vorrichtungen verwendet, die bei niedrigem Druck betrieben werden können. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Bezeichnung „niedriger Druck” auf Druckwerte unter 2.500 psi. Vorzugsweise erfolgt das Sprühen bei einem Druck zwischen 300 und 2.000 psi, noch bevorzugter zwischen 300 und 1.500 psi und besonders bevorzugt zwischen 300 und 1.000 psi.
  • Das Viskositätsverhalten jeder Komponente ist besonders wichtig für zweiteilige Sprühbeschichtungsverfahren. Bei Niederdruckverdrängungsmischen sollten die beiden Teile eine möglichst ähnliche Viskosität aufweisen, um ein angemessenes Vermischen und ein ausgeglichenes Härten zu ermöglichen. Vorzugsweise beträgt die unter Einsatz eines Brookfield-LVDVI-Viskosimeters ermittelte Viskosität der kombinierten Zusammensetzung (Komponenten I und II) bei Raumtemperatur zwischen 500 und 2.500 Centipoise, noch bevorzugter 800 bis 1200 Centipoise. Gegebenenfalls kann die Viskosität zum Zeitpunkt des Mischens durch Erwärmen einer oder beider Seiten des mehrteiligen Systems vor dem Sprühmischen eingestellt werden.
  • Die oben beschriebenen Zusammensetzungen werden auf geeignete Weise vermischt und auf ein gewünschtes Substrat in einer Dicke von etwa 3 bis 100 mil (entspr. 76 bis 2540 μm) und noch bevorzugter von etwa 5 bis etwa 50 mil (entspr. 125 bis 1270 μm) aufgebracht. Der bevorzugte Dickenbereich hängt davon ab, welcher Gegenstand letztendlich hergestellt werden soll. In manchen Ausführungsformen ist eine geringere Filmdicke wünschenswert, wie z. B. eine Beschichtung mit einer Dicke von etwa 5 bis etwa 20 mil (entspr. 125 bis 510 μm) oder etwa 6 bis etwa 8 mil (entspr. 150 bis 200 μm). Das Sprühsystem kann mehrfach eingesetzt werden, bis die erwünschte Dicke erzielt wird.
  • Die oben beschriebenen Zusammensetzungen sind vorzugsweise zu einer aufgebrachten Beschichtung mit einer klebfreien Zeit von 30 s bis 30 min, noch bevorzugter von 45 s bis 15 min, formuliert. Die Beschichtung ist ausreichend vielseitig, dass sie in Abhängigkeit von dem verwendeten Aspartat für schnelle und langsame Systeme eingesetzt werden kann, und die klebfreie Zeit kann in Abhängigkeit von den Bedürfnissen des Anwenders reduziert oder gesteigert werden.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Beschichtung der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat zur Beschichtung dieses Substrats als Deckanstrich aufgebracht. In dieser Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein geeignetes Laminat bereit, das hohe Festigkeit bereitstellt, ohne dass herkömmliche Laminierverfahren unter Einsatz von Anwendung von Druck und Hitze eingesetzt werden müssen. Demnach können vorhandene Gegenstände einfach mit einer neuen und ästhetisch ansprechenden Beschichtung beschichtet werden. Beispiele für solche Gegenstände umfassen Badewannen, die Oberflächen von Geräten, Möbel, wie z. B. Tische und Sessel, die Oberseite von Ladentischen, Schiffe und dergleichen.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die erfindungsgemäße Beschichtung auf eine Formoberfläche als Gelbeschichtung aufgebracht werden und aushärten gelassen werden, wobei die Form später entfernt wird, um das dadurch erzeugte Formteil bereitzustellen. Es wurde festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Beschichtungen besondere Vorteile als Gelbeschichtungen bereitstellen, da die Beschichtungen einfach aus der Form entfernt werden können. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass die Härteeigenschaften der Beschichtungen dazu beitragen, dass Gelbeschichtungen der vorliegenden Erfindung einfach aus einer Form entnommen werden können. Nachdem die auf die Form aufgebrachte Beschichtung klebfrei geworden ist, können gegebenenfalls weitere Materialien, wie z. B. Strukturschäume, auf diese aufgebracht werden, um eine steifere Struktur bereitzustellen. Alternativ dazu kann ein Rahmen aus einem steiferen Material, wie z. B. Metall, Holz, Verbundstoff, faserverstärktem Schaum, Karton oder dergleichen, durch ein Haftmittel, einen Strukturschaum, mechanische Befestigungsmittel sowie Kombinationen der zuvor genannten und dergleichen, an der gehärteten Beschichtung befestigt werden. Das auf diese Weise erzeugte Gelbeschichtungsprodukt weist vorzugsweise zumindest ausreichend Steifigkeit auf, um leicht aus der Form entfernt werden zu können. Die Möglichkeit, dass viele verschiedene Materialien in Kombination mit der Gelbeschichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, macht es möglich, dass ästhetisch ansprechende Gegenstände erzeugt werden, wobei ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu geringem Gewicht erzielt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt demnach ästhetisch ansprechende Gegenstände in einem kostengünstigen Herstellungssystem bereit.
  • Vorzugsweise werden die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung auf das Substrat gesprüht, wobei das Volumenverhältnis von Komponente I zu Komponente II auf 1:10 bis 10:1 gehalten wird. Noch bevorzugter wird das Volumenverhältnis auf 1:3 bis 3:1 gehalten. In einer Ausführungsform wird ein Volumenverhältnis von Komponente I zu Komponente II von 2:1 aufrechterhalten.
  • Zusätzliche Beispiele für geeignete Substrate umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Metall, natürlichen und/oder synthetischen Stein, Keramik, Glas, Ziegel, Zement, Beton, Schlackenziegel, Holz und Verbundstoffe sowie Laminate aus diesen; Hartfaserplatten, Gipskarton, Gipskartonplatten, Zementplatten, Kunststoff, Papier, PVC, Styropor, Kunststoffverbundstoffe, Acrylverbundstoffe, gesättigte oder ungesättigte Polyurethanverbundstoffe, gesättigte oder ungesättigte Polyesterverbundstoffe, Asphalt, Fiberglas, Erdreich oder Kies.
  • Beispiele
  • Das folgende Beispiel dient zur Veranschaulichung der Erfindung und ist keineswegs als Einschränkung der Erfindung auszulegen.
  • Durch folgendes Verfahren wurde ein Polyasparaginsäureester hergestellt:
  • Beispiel 1
  • 1531,73 g PACM-20 (4,4'-Diaminodicyclohexylmethan) wurden in einen Rundkolben gefüllt. 73,84 g HDDA (1,6-Hexandioldiacrylat) wurden dann in den Rundkolben gefüllt, und das Gemisch wurde 5 h lang auf 60°C erhitzt. 2394,3 g DEM (Diethylmaleat) wurden in einer Rate in den Kolben gefüllt, die langsam genug war, um die Temperatur unter 60°C zu halten. Das Gemisch wurde 7 h lang bei 55°C gehalten.
    Material Gew. (g) Äqu.-gew. Äqu.
    PACM-20 1531,73 105,2 14,5601
    1,6-Hexandioldiacrylat 73,84 112,70 0,6552
    Diethylmaleat 2394,43 172,20 13,9049
    Gesamtgew. 4000,00
  • Der resultierende Polyasparaginsäureester wies eine Aminzahl von 205,9 und nach einem Monat eine Viskosität von 1166 cps bei 25°C auf.
  • Folgende Materialien wurden verwendet, um eine erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung herzustellen:
    Rohmaterial Gewicht Volumen Gewicht Feststoffe Volumen Feststoffe
    Komponente 1
    Gemäß Beispiel 1 hergestellter Polyasparaginsäureester 8434,06 946,58 8434,06 946,58
    Messmoll 260,52 29,57 260,52 29,57
    Tego Airex 980 214,83 27,16 214,83 27,16
    Silquest A-171 Silan 214,83 26,52 214,83 26,52
    Kronos 2310 3473,21 104,18 3473,21 104,18
    Zwischensumme 12.597,45 1134,01 12.597,45 1134,01
    Komponente 2
    Desmodur XP 2410 4873,47 507,65 4873,47 507,65
    Desmodur N 100 565,13 59,36 565,13 59,36
    Zwischensumme 5.438,60 567,02 5.438,60 567,02
    Gesamtsumme
    Gesamt 18.036,05 1701,3 18.036,05 1701,03
    Theoretische Ergebnisse
    Gewicht Feststoffe 100,00 Gew./Gall. 10,60
    Volumen Feststoffe 100,00 Mischverhältnis (Vol.) 2,00:1
    P/B 0,25 NCO:OH 1,00
    PVC 6,32 Theoretische VOC 0
  • Die oben angeführte Komponente 1 wurde durch die Zugabe der Inhaltsstoffe in der angeführten Reihenfolge unter Rühren in einen Kunststoff-Kübeleinsatz unter Einsatz eines Mischers, Hockmeyer Modell 2L, 3 H. P., mit einem Hochhub-Schaufelrad mit 4 Zoll Durchmesser in einer 1000-Einstellung hergestellt. Nachdem alle Inhaltsstoffe hinzugefügt worden waren, wurde die Geschwindigkeitseinstellung auf zwischen 3000 und 4000 erhöht, um das TiO2-Pigment zu dispergieren. Nach 30 min wurde das Gemisch in einen anderen Hockmeyer-Mischer mit einer 4-Zoll-Rührschaufel vom Cowels®-Typ überführt, der mit einem Mittel zum Mischen in einem Vakuum mit ~27 mmHg ausgestattet ist, worin das Gemisch zusätzliche 30 min lang mit der geringsten Geschwindigkeit (um Spritzen zu verhindern) vermischt wurde. Der Mischer wurde angehalten, und das Vakuum wurde reduziert. Dies entgast das Gemisch.
  • Bei Komponente 2 handelt es sich um zwei polymere Isocyanate, die unter Einsatz eines Hochhub-Schaufelrads vermischt wurden. Es wird darauf geachtet, dass das Gemisch keiner Feuchtigkeit ausgesetzt wird.
  • Es wird eine geeignete extrem glatte Oberfläche ausgewählt, auf die die Gelbeschichtung aufgebracht werden soll. Dabei könnte es sich um eine herkömmliche Form handeln, oder für flache Testgegenstände können photographische 12”X17”-Ferrotyp-Platten verwendet werden. Ein Formtrennmittel wird auf das Substrat aufgebracht. Das Aufbringen der Gelbeschichtung erfolgte unter Vermeidung des Einschlusses von Luft unter Verwendung einer luftfreien Langeman-GL-4-Sprühvorrichtung unter Einsatz des geringsten möglichen Atomisierungsluftdrucks oder unter Verwendung einer pneumatischen Auftragevorrichtung, wie z. B. der von P. C. Cox Limited hergestellten Vorrichtung. Es wurde ein Gemisch mit einem Volumenverhältnis von 2:1 von Komponente 1 zu Komponente 2 verwendet.
  • Wenngleich spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben stehend zu Veranschaulichungszecken beschrieben wurden, ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar, dass zahlreiche Variationen der Details der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • - DE 3144672 A [0026]

Claims (24)

  1. Beschichtungszusammensetzung, die als Komponente I a) einen Polyasparaginsäureester, der das Reaktionsprodukt eines oder mehrerer Diamine, einer oder mehrerer difunktioneller acrylathaltiger Verbindungen und eines oder mehrerer Malein-/Fumarsäureester umfasst; b) zumindest einen Feuchtigkeitsfänger; c) zumindest einen Entgaser; d) zumindest einen Weichmacher; e) gegebenenfalls weitere Additive und als Komponente II ein oder mehrere Polyisocyanate umfasst.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Polyasparaginsäureester und das Polyisocyanat in einem Molverhältnis von 1,0 Polyasparaginsäureester:0,8 Polyisocyanat bis 1,0 Polyasparaginsäureester:2,0 Polyisocyanat vorhanden sind.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Polyisocyanat eine mittlere Funktionalität von zumindest 3 NCO-Gruppen aufweist.
  4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Polyisocyanat aliphatisch ist.
  5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, worin das Polyisocyanat ein Gemisch eines asymmetrischen Trimers von HDI und eines polymeren, Biuretgruppen-haltigen Isocyanats auf HDI-Basis ist.
  6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Diamin Isophorondiamin oder 4,4-Diaminodicyclohexylmethan ist.
  7. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die difunktionelle acrylathaltige Verbindung 1,6-Hexandioldiacrylat ist.
  8. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Diamin, das Acrylat und der Ester in einem Verhältnis von 1 Äquivalent Amin:0,1 mol Acrylat:0,9 mol Maleat bis 1 mol Amin:0,02 mol Acrylat:0,98 mol Maleat umgesetzt werden.
  9. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Diamin, das Acrylat und der Ester in einem Verhältnis von 1 Äquivalent Amin:0,1 Äquivalenten Acrylat:0,95 Äquivalenten Maleat bis 1 Äquivalent Amin:0,04 Äquivalenten Acrylat:0,98 Äquivalenten Maleat umgesetzt werden.
  10. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Zusammensetzung zwischen 35 und 65 Gew.-% Polyasparaginsäureester, 25 bis 35 Gew.-% Polyisocyanat, 0,5 bis 4,0 Gew.-% Weichmacher, 0,25 bis 3,0 Gew.-% Alkoxysilan und 0,25 bis 3,0 Gew.-% Entschäumer umfasst.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung, das folgende Schritte umfasst: 1) Vermischen des Polyasparaginsäureesters mit einem Weichmacher, einem Entgaser und einem Feuchtigkeitsfänger und gegebenenfalls weiteren Additiven zur Herstellung von Komponente I der Zusammensetzung nach Anspruch 1 und 2) Vermischen des Produkts aus Schritt 1 mit einem oder mehreren Polyisocyanaten als Komponente II, wobei sowohl Schritt 1) als auch Schritt 2) im Vakuum durchgeführt werden.
  12. Verwendung einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 zur Beschichtung eines Substrats.
  13. Verwendung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang der Beschichtung in einem ersten Schritt das Vermischen der Komponenten I und II unter Erhalt der Beschichtungszusammensetzung und in einem zweiten Schritt das Aufbringen dieser Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat unter Anwendung einer Niederdrucksprühvorrichtung umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Beschichtungszusammensetzung während des Aufsprühens auf das Substrat unter Einhaltung eines Volumenverhältnisses von Komponente I zu Komponente II von 1:10 bis 10:1 erhalten wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, worin ein 2:1-Volumenverhältnis von Komponente I zu Komponente II eingehalten wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Beschichtung in einer Dicke von 3 bis 100 mil (entspr. 76 bis 2540 μm) auf das Substrat aufgetragen wird.
  17. Substrat, das mit der Zusammensetzung nach Anspruch 1 beschichtet ist.
  18. Substrat nach Anspruch 17, worin das Substrat aus Metall, natürlichem und/oder synthetischem Stein, Keramik, Glas, Ziegel, Zement, Beton, Schlackenziegel, Holz und Verbundstoffen sowie Laminaten aus diesen; Hartfaserplatten, Gipskarton, Gipskartonplatten, Zementplatten, Kunststoff, Papier, PVC, Styropor, Kunststoffverbundstoffen, Acrylverbundstoffen, Polyurethanverbundstoffen, Polyesterverbundstoffen, Asphalt, Fiberglas, Erdreich oder Kies besteht.
  19. Polyasparaginsäureester, umfassend das Reaktionsprodukt eines oder mehrerer Diamine, einer oder mehrerer difunktioneller acrylathaltiger Verbindungen und eines oder mehrerer Malein-/Fumarsäureester.
  20. Polyasparaginsäureester nach Anspruch 19, worin das Verhältnis von Amin zu aminreaktiven Komponenten 0,8/1,0 bis 1,2/1,0 beträgt.
  21. Polyasparaginsäureester nach Anspruch 19, worin das Verhältnis von Amin zu aminreaktiven Komponenten 1,0/1,0 beträgt.
  22. Polyasparaginsäureester nach Anspruch 19, worin ein oder mehrere Diamine, eine oder mehrere difunktionelle acrylathaltige Verbindungen und ein oder mehrere Malein-/Fumarsäureester im Verhältnis von 1 Äquivalent Diamin:0,1 Äquivalenten difunktionelles Acrylat:0,9 Äquivalenten Malein-/Fumarsäureester bis 1 Äquivalent Diamin:0,02 Äquivalenten difunktionelles Acrylat:0,98 Äquivalenten Malein-/Fumarsäureester umgesetzt werden.
  23. Polyasparaginsäureester nach Anspruch 19, umfassend das Reaktionsprodukt von 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan, 1,6-Hexandioldiacrylat und Diethylmaleat.
  24. Polyasparaginsäureester nach Anspruch 19, bestehend aus dem Reaktionsprodukt von 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan, 1,6-Hexandioldiacrylat und Diethylmaleat.
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