DE2732955A1 - Verfahren zur herstellung von kathodisch abscheidbaren urethanbindemitteln - Google Patents
Verfahren zur herstellung von kathodisch abscheidbaren urethanbindemittelnInfo
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Description
1370
VIANOVA KUNSTHARZ AKTIENGESELLSCHAFT, Wien
Verfahren zur Herstellung von kathodisch abscheidbaren Urethanbindemitteln
8U9832/0575
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von
Bindemitteln, welche nach Neutralisation mit Säuren mit Wasser verdünnbar, an der Kathode elektrisch abscheidbar und durch thermische
Polymerisation ohne zusätzliche Komponenten vernetzbar sind.
Aus nicht zum Stande der Technik gehörenden Anmeldungen sind selbstvernetzende Bindemittel für die kathodische Abscheidung nach
dem Elektrotauchverfahren bekannt, die sowohl ungesättigte Gruppierungen,
als auch basische Stickstoffatome enthalten. Die dort
beschriebenen Produkte ergeben im allgemeinen Filme mit guten Eigenschaften, besonders hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen
Eigenschaften.
Es wurde nun eine weitere Gruppe von selbstvernetzenden Bindemitteln
gefunden, bei welchen, bedingt durch die breiten Möglichkeiten der Rohstoffauswahl, eine optimale Anpassung der Materialien an das
Verfahren und die Anlage, in der das Produkt verarbeitet wird, ermöglicht wird.
Das Verfahren zur Herstellung dieser neuen Bindemittel für die kathodische Abscheidung nach dem ETL-Verfahren auf der Basis von
polymerisierbaren und basischen Di- oder Polyurethanverbindungen ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Mol eines aromatischen, cycloaliphatischen
oder aliphatischen Di- oder Polyisocyanates mit mindestens 1 Mol eines Dialkylalkanolamins umsetzt und anschließend oder
gleichzeitig die weiteren Isocyanatgruppen mit der entsprechenden Menge eines Monohydroxyalkyl(meth)acrylates und/oder eines Monohydroxyallylätheis
eines Polyols, sowie gegebenenfalls anteilsweise eines gesättigten und/oder ungesättigten Monoalkohols mit bis zu
24 Kohlenstoffatomen und/oder gesättigten und/oder ungesättigten Fettsäuren mit bis zu 24 Kohlenstoffatomen reagiert, wobei die
erhaltenen Reaktionsprodukte ein Molekulargewicht von 500 bis 5000, vorzugsweise 700 bis 2000, einen Gehalt von 0,5 bis 3, vorzugsweise
0,7 bis 2 basischen Stickstoffatomen pro 1000 Molekular-
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gewichtseinheiten und eine Doppelbindungszahl von 0,5 bis 4, vorzugsweise
0,7 bis 3,5 aufweisen, und die Bindemittel nach partieller oder vollständiger Neutralisation mit anorganischen und/oder
organischen Säuren in eine wasserverdünnbare Form überführt.
Mit "Doppelbindungszahl" wird in diesem Zusammenhang die Anzahl der end- oder seitenständigen Doppelbindungen pro 1000 Molekulargewichtseinheiten
verstanden.
Die erfindungsgemäßen Bindemittel können durch die allgemeine
Formel 0 0
beschrieben werden, wobei R für einen aromatischen, cycloaliphatischen
oder aliphatischen Kohlenwasserstoffrest steht. Der Rest R1
ist der Rest eines Dialkylalkanolamins, wie er bei der Umsetzung mit
einer Isocyanatgruppe verbleibt. Der Rest R2 steht für den Rest
eines Monohydroxyalkyl(meth)acrylates und/oder eines Monohydroxyalkoxy(meth)acrylates
und/oder eines Monohydroxyallyläthers eines Polyols, sowie gegebenenfalls anteilsweise für den Rest eines
gesättigten und/oder ungesättigten Fettalkohols mit bis zu 24 Kohlenstoffatomen
und/oder einer gesättigten und/oder ungesättigten Fettsäure mit bis zu 24 Kohlenstoffatomen. Für den Fall, daß η
größer als 1 ist, kann der Rest R2 auch einen weiteren Rest vom
Typ R1 darstellen.
Für den Einsatz als ETL-Bindemittel werden Harze der obigen Formel
bevorzugt, deren Molekulargewicht zwischen 500 und 5000, vorzugsweise 700 bis 2000 liegt. Pro lOOO Molekulargewichtseinheiten soll
der Gehalt an basischen Gruppierungen, vorzugsweise basischen Stickstoffatomen etwa 0,5 bis 3, vorzugsweise 0,7 bis 2 und der
Gehalt an polymerisierbaren end- oder seitenständigen Doppelbindungen 0,5 bis 4, vorzugsweise 0,7 bis 3,5 betragen.
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Die erfindungsgeraäßen Produkte werden durch stufenweise oder
gleichzeitige Reaktion von 1 Mol des entsprechenden Isocyanates mit mindestens 1 Mol Dialkylalkanolarain und I bis 3 Mol der entsprechenden
gesättigten bzw. ungesättigten Hydroxyl- oder CarboxyI-komponente
bei 20 bis 80°C, gegebenenfalls in Gegenwart isocyanatinerter Lösungsmittel und isocyanatreaktiver Katalysatoren, hergestellt
.
Als Polyisocyanate sind beispielsweise geeignet: aromatische Isocyanate
wie 2,4- bzw. 2,6 Toluylendiisocyanat bzw. dessen Di- oder Trimerisierungsprodukte, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 4,4',4"-Triphenylmethantri
isocyanat, Trimethylolpropan-tris-toluylenisocyanat,
Tris-(4-isocyanatophenyl)-thiophosphat, oder cycloaliphatische Isocyanate wie Isophorondiisocyanat, Cyclohexan-l^-Diisocyanat,
Dimeryldiisocyanat,sowie aliphatische Isocyanate wie Trimethylhexamethylen-1,6-Diisocyanat,
Tris-hexamethylen-triisocyanat.
Als Dialkanolamine sind beispielsweise geeignet Dimethyläthanolamin,
Diäthyläthanolamin sowie deren höhere Homologe bzw. Isomere.
Als polymerisierbar Monohydroxyverbindungen sind beispielsweise
geeignet: Hydroxyalkylester der Acrylsäure oder Methacrylsäure, Tri- oder Tetra-propylenglykolmono(meth)acrylat, Trimethylolpropandi-(meth)acrylat,
Pentaerythrit-tri(meth)acrylat, Trimethylolpropandiallylather,
Pentaerythrit-triallylather.
Als Monohydroxyverbindungen können anteilsweise auch gesättigte oder ungesättigte Alkohole mit 1 bis 18 C-Atomen verwendet werden.
Schließlich können, ebenfalls teilweise, auch gesättigte oder ungesättigte
Monocarbonsäuren mit 2 bis 18 C-Atomen eingesetzt werden. Die Reaktion von Carbonsäuren mit dem Isocyanat verläuft bekanntlich
unter Abspaltung von Kohlendioxid.
Die einsetzbaren ungesättigten Fettalkohole sind lO-Undecan-1-ol;
9 c-Octadecen-1-ol (Oleylalkohol); 9 t-Octadecen-1-ol (Elaidylalkohol);
9 c, 12 c^-Octadecadien-l-öl (Linoleylalkohol); 9 c, 12 c,
15 c-Octadecatrien-l-ol (Linolenylalkohol); 9 c-Eicosen-1-ol
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(Gadoleylalkohol); 13 c-Docosen-1-ol (Erucaalkohol); 13 t-Docosenl-ol
(Brassidylalkohol).
Ebenso können gesättigte Monoalkohole mit mindestens 6 C-Atomen in angemessenem Umfang zur Verbesserung der Verlaufseigenschaften eingebaut werden. Als solche kommen z. B. in Frage:
Hexanol, Nonanol, Decanol und deren weitere Homologe, wie Dodecanol
(Laurylalkohol), Octadecanol (Stearylalkohol) etc., sowie Alkylalkohole wie 2-Äthylhexanol, 2-Pentylnonanol, 2-Decyl-tetradecanol
und andere unter dem Namen Guerbet-Alkohole bekannte
Verbindungen.
Die ungesättigten Fettsäuren sind z. B. Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure
oder andere in den natürlichen Ölen oder in deren modifizierten Formen vorkommenden Säuren. Dasselbe gilt auch für die gesättigten
Monocarbonsäuren. Als gesättigte oder ungesättigte Monocarbonsäuren können schließlich auch Halbester von Dicarbonsäureanhydriden
mit Monoalkoholen eingesetzt werden.
Die Aminogruppen der kationischen Komponente werden partiell oder vollständig mit organischen und/oder anorganischen Säuren, z. B.
Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure, Phosphorsäure, u. dgl. neutralisiert. Der Neutralisationsgrad hängt im Einzelfall von den
Eigenschaften des verwendeten Bindemittels ab. Im allgemeinen wird soviel Säure zugegeben, daß das Überzugsmittel einen pH-Wert von
4 bis 9, vorzugsweise 5 bis 8 aufweist und mit Wasser einwandfrei verdünnt oder dispergiert werden kann.
Die Konzentration des Bindemittels in Wasser hängt von den Verfahrensparametern
bei der Verarbeitung im Elektrotauchverfahren ab und liegt im Bereich von 2 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise bei 5 bis
15 Gew.-%.
Bei der Abscheidung wird die das erfindungsgemäße Bindemittel enthaltende
wäßrige Überzugsmasse in Kontakt mit einer elektrisch leitenden Anode und einer elektrisch leitenden Kathode gebracht,
wobei die Oberfläche der Kathode mit dem Überzugsmittel beschichtet wird. Man kann verschiedene elektrisch leitende Substrate beschich-
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ten,insbesondere metallisierte Substrate, wie Stahl, Aluminium,
Kupfer und dergleichen, jedoch auch metallisierte Kunststoffe oder andere mit einem leitfähigen Überzug versehene Stoffe.
Nach der Abscheidung wird der Überzug bei erhöhter Temperatur gehärtet.
Zum Härten werden Temperaturen von 130 bis 2000C, vorzugsweise
150 bis 1800C verwendet. Die Härtungszeit beträgt 5 bis 30
Minuten, üblicherweise 10 bis 25 Minuten.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu beschränken.
Beispiele 1-12 : 1 Mol des jeweiligen Polyisocyanates wird vorgelegt; mit einem isocyanatinerten Lösungsmittel so verdünnt,
daß das Endprodukt eine Konzentration von 60 % aufweist und unter Rühren und Feuchtigkeitsausschluß bei 20 bis 60°C während 1 Stunde
die isocyanatäquivalente Menge der isocyanatreaktiven Verbindungen zugegeben. Anschließend wird der Ansatz, gegebenenfalls unter Mitverwendung
von Polymerisationsinhibitoren, bei 60 bis 1OO°C solange reagiert, bis ein NCO-Wert von unter 1 erreicht wird.
In der folgenden Tabelle 1 sind die Molverhältnisse der Reaktionskomponenten, sowie das theoretische Molekulargewicht, die Anzahl
der basischen Stickstoffatome pro 1000 Molekulargewichtseinheiten
(= BNz) und die Anzahl der polymerisierbaren Doppelbindungen pro 1000 Molekulargewichtseinheiten (= DBz) angeführt.
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Bei spiel Nr. |
1 Mol Polyiso- cyanat |
Lösungs mittel |
Mol Aminoverb. |
DMPA | Mol Hydro xylverbin dung |
,5 ,5 |
TPGMMA PTMA |
MG | BNz | ,49 | DBz | ,00 |
1 | IPDI | AEGLAC DMF |
1 | DMAEA | 0 0 |
,5 ,5 |
PTMA HAEMA |
670 | 1 | ,08 | 3 | ,16 |
2 | DDI | AEGLAC | 1 | DMAEA | 0 0 |
,7 ,3 |
PTMA OLA |
927 | 1 | ,0 | 2 | ,04 |
3 | DDI | AEGLAC | 1 | DMPA | 0 0 |
,7 ,3 |
PTMA TPGMMA |
1007 | 1 | ,96 | 2 | ,3 |
4 | DDI | AEGLAC | 1 | DMAEA | 0 0 |
,0 ,0 |
PTMA TPGMMA |
1046 | O | ,89 | 2 | ,55 |
5 | TPMT | AEGLAC | 1 | DMAEA | 1 1 |
,0 ,0 |
PTMA OLA |
1146 | O | ,93 | 3 | ,91 |
6 | TPMT | AEGLAC | 1 | DMPA | 1 1 |
,0 ,0 |
TMPDMA HBA |
1062 | O | ,85 | 2 | ,4 |
7 | TMPtTI | AEGLAC | 1 | ,5 DMAEA | 1, 1, |
,0 ,5 |
PTMA TPGMMA |
1173 | O | ,14 | 3 | ,66 |
8 | TMPtTI | AEGLAC DMF |
I1 | DMAEA | I1 O1 |
0 0 |
PTAL TPGMMA |
1314 | 1 | ,73 | 2 | ,94 |
9 | TMPtTI | AEGLAC | 1 | DMAEA | 1, I1 |
5 5 |
Pl1MA OLA |
1361 | O | ,71 | 2 | ,2 |
10 | TMPtTI | AEGLAC | 1 | DMAEA |
ι,
ο, |
0 0 |
PTIvIA ΟΙΑ |
1397 | O | ,86 | 3 | ,6 |
11 | TIPTP | AEGLAC DMF |
1 | DMAEA | 1, 1, |
0 0 |
TMPDMA TPGMMA |
1160 | O | ,85 | 2 | ,65 |
12 | TIPTP | AEGLAC DMF |
1 | 1, 1, |
1174 | O | 2 |
Prüfung der Bindemittel gemäß Beispiele 1-12
Aus den oben angeführten Bindemitteln wurden jeweils Proben von 100 g Festharz mit der entsprechenden Säure versetzt und unter
Rühren mit deionisiertem Wasser auf 1000 g ergänzt. Die 10%igen Lösungen wurden kataphoretisch auf Stahlblech abgeschieden. Die
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Abscheidungszeit betrug in allen Fällen 60 Sekunden. Die überzogenen
Substrate wurden anschließend mit deionisiertera Wasser gespült und bei erhöhter Temperatur gehärtet. Es resultierten
Filme mit Schichtstärken von 13 bis 17 μια.
In Tabelle 2 sind die Ergebnisse zusammengefaßt.
Neutralisation Beschichtung Prüfung
Menge1* Art2) pH3) Volt Härtung Härte4)Tiefung5* Beständig-
min/°C keit
6) 7)
1 | 4,0 | E | 5,9 | 160 | 20/170 | 150 | 7,5 | 36Ο | 240 |
2 | 3,5 | E | 6,0 | 180 | 15/170 | 140 | 8,5 | 280 | 140 |
3 | 3,5 | E | 6,0 | 180 | 20/180 | 140 | 8,8 | 280 | 120 |
4 | 5,5 | M | 5,8 | 170 | 20/180 | 160 | 8,0 | 320 | 160 |
5 | 5,2 | M | 6,1 | 180 | 20/180 | 180 | 8,2 | 300 | 120 |
6 | 5,0 | M | 6,3 | 180 | 25/180 | 180 | 8,2 | 280 | 120 |
7 | 3,5 | E | 5,9 | 200 | 15/180 | 190 | 7,8 | 360 | 260 |
8 | 3,2 | E | 6,4 | 220 | 20/180 | 180 | 7,5 | 280 | 200 |
9 | 3,0 | E | 6,2 | 220 | 25/180 | 160 | 8,5 | 300 | 160 |
10 | 3,2 | E | 6,0 | 230 | 20/180 | 180 | 8,0 | 320 | 180 |
11 | 1,6 | P | 5,4 | 200 | 25/180 | 170 | 8,0 | 260 | 120 |
12 | 1,6 | P | 5,5 | 190 | 25/180 | 160 | 8,5 | 240 | 120 |
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-tritt
TPMT = Triphenylmethantriiöocyanat
TMPtTI = Trimethylolpropan-tristoluylenisocyanat
TIPTP = Tris-(4--isocyanatophenyl)-thiophosphat
DDI = Dimeryldiisocyanat
DMAEA = Dimethyläthanolamin
DMPA = Dimethylpropanolamin
HAEMA = Hydroxyäthylmethacrylat
HBA = Hydroxybutylacrylat
TPGMMA = Tripropylenglykolmonomethacrylat
OLA = Oleylalkohol
TMPDMA = Trimethylolpropandimethacrylat
PTMA = Pentaerythrittrimethacrylat
PTAL = Pentaerythrittriallyläther
1) Menge Säure in g pro loO g Festharz
2) E : Essigsäure, M : Milchsäure, P : Phosphorsäure
3) gemessen in lO%iger wäßriger Lösung
4) Pendelhärte nach König DIN 53 157 (Sekunden)
5) Tiefung nach Erichsen DIN 53 156 (mm)
6) Angabe der Stunden bis Rost- oder Blasenbildung bei Wasserlagerung / 40°C sichtbar
7) Salzsprühtest ASTM B 117-04 : 2 mm Angriff am Kreuzschnitt
nach der angegebenen Stundenzahl«
Für diesen Test wurden gereinigte, nicht vorbehandelte Stahlbleche
mit einem pigmentierten Lack beschichtet, welcher, bezogen auf 100 Gew.-Teile Harzfestkörper, 20 Gew.-Teile
Aluminiumsilikatpigment und 2 Gew.-Teile Ruß enthielt.
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Claims (1)
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Patentanspruch :
Verfahren zur Herstellung von kathodisch abscheidbaren ETL-Bindemitteln
auf der Basis von polymerisierbaren und basischen Dioder Polyurethanverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man
1 Mol eines aromatischen, cycloaliphatischen oder aliphatischen Di- oder Polyisocyanates mit mindestens 1 Mol eines Dialkylalkanolamins
umsetzt und anschließend oder gleichzeitig die weiteren Isocyanatgruppen mit der entsprechenden Menge eines Monohydroxyallyläthers
eines Polyols, sowie gegebenenfalls anteilsweise eines gesättigten und/oder ungesättigten Monoalkohols mit
bis zu 24 Kohlenstoffatomen und/oder gesättigten und/oder ungesättigten
Fettsäuren mit bis zu 24 Kohlenstoffatomen reagiert,
wobei die erhaltenen Reaktionsprodukte ein Molekulargewicht von 500 bis 5000, vorzugsweise 700 bis 2000, einen Gehalt von 0,5
bis 3, vorzugsweise 0,7 bis 2 basischen Stickstoffatomen pro
lOOO Molekulargowichtseiiiheiten und eine Doppelbindungszahl von
0,5 bis 4, vorzugsweise 0,7 bis 3,5 aufweisen, und die Bindemittel
nach partieller oder vollständiger Neutralisation mit anorganischen und/oder organischen Säuren in eine wasserverdünnbare
Form überführt.
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