DE4025264A1

DE4025264A1 - Aluminium-schuppenpigment-ueberzugsmittel

Info

Publication number: DE4025264A1
Application number: DE19904025264
Authority: DE
Inventors: Ulrike Dipl Ing Rasch; Kristina Donner; Uwe Dipl Ing Schnueffelchen
Original assignee: Atochem Deutschland GmbH; Elf Atochem Deutschland GmbH
Current assignee: Arkema GmbH
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2010-08-10
Also published as: DE4025264C2; DE4025264C3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wäßriges Aluminium-Schuppenpigment- Überzugsmittel, das geeignet ist zur Herstellung einer Basisschicht bei der Herstellung härtbarer Mehrschichtüberzüge. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Metallic-Lackierverfahren, das insbesondere zum Lackieren von thermoplastischen Kunststoffteilen in der Automobilindustrie eingesetzt werden kann.

In der Automobilindustrie werden immer mehr Kunststoffteile eingesetzt, die lackiert werden müssen. Die für Karosserielacke üblichen Gemische aus Aminoplastharzen (Harnstoff- oder Melaminharzen) mit anderen Bindemitteln, im wesentlichen Polyurethandispersionen, sind nicht brauchbar, weil die Einbrenntemperaturen für die verwendeten thermoplastischen Kunststoffteile zu hoch liegen.

Es gibt zwar wäßrige Polyurethandispersionen und es gibt auch Aluminiumpigment-Pasten auf wäßriger Basis. Letztere müssen aber einen sehr hohen Anteil an Hilfsstoffen (Stearate, Mineralöle, Emulgatoren, usw.) enthalten, um die Aluminiumteilchen gegen einen chemischen Angriff durch das Wasser zu schützen. Diese größeren Mengen an Hilfsstoffen bewirken jedoch Störungen im Lack und Störungen in der Filmstabilität speziell gegen Feucht-Warm-Beanspruchungen. Es ist deshalb nicht möglich, aus wäßrigen Polyurethandispersionen durch Zusatz dieser Aluminiumpasten auf Wasserbasis einen zufriedenstellenden Basecoat (Lack) zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Überzugsmittel als Basecoat zu finden, das zum überwiegenden Teil Wasser als flüssige Phase enthält, einen Metalleffekt aufweist, d. h. Aluminium-Schuppenpigmente enthält, und bei niedrigen Temperaturen von unter etwa 90°C ausgehärtet werden kann.

Dieser Basecoat muß, wie gemäß Stand der Technik üblich, mit einem Zweikomponenten-Klarlack auf Basis von Polyisocyanaten und hydroxylgruppenhaltigen Bindemitteln überlackiert werden können. Die Polyisocyanate sind im wesentlichen nur Diisocyanate, insbesondere aliphatische. Diese Zweikomponenten-Lacke härten bei niedrigen Temperaturen aus. Es sind also auch hierfür keine höheren Temperaturen als etwa 90°C zum Aushärten erforderlich. Wesentlich ist aber, daß der Basecoat so verträglich mit diesem Zweikomponenten-Klarlack ist, daß eine gute Haftung des Klarlacks auf dem Basecoat erzielt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein wäßriges Aluminium-Schutzpigment- Überzugsmittel der eingangs beschriebenen Art, das dadurch erhältlich ist, daß

a) eine wäßrige Verdickerdispersion auf Basis von Polyacrylsäure, die auf eine pH-Wert von 8,5 bis 10,5 eingestellt und mit Wasser auf einen Festkörpergehalt an Polyacrylsäure von 0,5 bis 3 Gew.-% verdünnt ist,
b) mit einer 25 bis 40 Gew.-% Aluminium-Schuppen enthaltenden Mischung aus einer üblichen Aluminium-Schuppenpigment-Paste, die 55 bis 80 Gew.-% Aluminium-Schuppen in einem mit Wasser im wesentlichen nicht mischbaren organischen Lösungsmittel enthält, und einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel vermischt wird, wobei a) und b) in solchen Mengen eingesetzt werden, daß die aus a) und b) erhaltene Mischung 6 bis 15 Gew.-% Aluminium-Schuppen enthält, und
c) die erhaltene Mischung mit einer wäßrigen hitzehärtbaren Polyurethan- Dispersion vermischt wird.

Die verwendete wäßrige Verdickerdispersion auf Basis von Polyacryl- und Polymethacrylverbindungen ist eine übliche Verdickerdispersion, die im Handel erhältlich ist. Derartige Verdickerdispersionen haben einen Festkörperanteil von etwa 30 Gew.-% und enthalten als flüssige Phase ausschließlich Wasser. Besonders geeignet ist eine Verdickerpaste, die im Handel als "Viscalex HV 30" (eingetragenes Warenzeichen) erhältlich ist. Die Verdickerdispersion wird zunächst mit Wasser auf einen Festkörpergehalt von mindestens 1% bis maximal 4% verdünnt. Die untere Grenze liegt bevorzugt bei 1,5%, besonders bevorzugt bei 2%, die obere Grenze bevorzugt bei 3%. Danach wird auf einen pH-Wert von mindestens 8 und maximal 11 eingestellt. Bevorzugt liegt die untere Grenze bei pH 8,5, besonders bevorzugt bei pH 9. Die obere Grenze liegt bevorzugt bei pH 10,5, besonders bevorzugt bei pH 9,5. Zum Einstellen des pH-Wertes der Verdickerdispersion kann ein übliches alkalisches Reagenz verwendet werden, z. B. Alkalilauge oder Erdalkalilauge, bevorzugt wird Ammoniak eingesetzt. Diese alkalische wäßrige Verdickerdispersion ist gut lagerfähig und kann vor dem Einsatz mit Wasser verdünnt werden. Dazu wird sie mit Wasser auf einen Festkörpergehalt von mindestens 0,5 bis maximal 3 Gew.-% verdünnt. Die untere Grenze des Festkörpergehalts liegt bevorzugt bei 1 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 1,5 Gew.-%. Die obere Grenze des Festkörpergehalts liegt bevorzugt bei 2 Gew.-%.

Die verdünnte alkalische Verdickerdispersion wird mit einer Aluminium- Schuppenpigment-Paste vermischt. Diese Aluminium-Schuppenpigment-Paste ist in Benzin oder anderen organischen mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln angepastet. Derartige Aluminiumpasten sind im Handel erhältlich und enthalten in der Regel etwa 55 bis 80 Gew.-% Aluminium- Schuppen angepastet in dem organischen Lösungsmittel. Die untere Grenze des Gehalts an Aluminium-Schuppen liegt vorzugsweise bei etwa 60 Gew.-% und die obere Grenze vorzugsweise bei etwa 70 Gew.-%. Eine derartige handelsübliche Aluminium-Schuppenpigment-Paste wird mit Butylglycol oder einem anderen mit Wasser vermischbaren organischen Lösungsmittel angeteigt, bis eine Paste erhalten wird, die etwa 25 bis 40 Gew.-% Aluminium-Schuppen in dem organischen Lösungsmittelgemisch enthält. Bevorzugt beträgt die untere Grenze des Anteils an Aluminium-Schuppen etwa 30 Gew.-%. Die obere Grenze des Anteils an Aluminium-Schuppen beträgt bevorzugt etwa 38 Gew.-%, besonders bevorzugt 35 Gew.-%. Das Lösungsmittel ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem (C₁-C₄)Alkylalkohol, Ethylenglycol oder Propylenglycol.

Die verdünnte Aluminium-Schuppenpigment-Paste b) wird zu der oben beschriebenen verdünnten Verdickerpaste a) in einer solchen Menge gegeben, daß die aus a) und b) erhaltene Mischung 6 bis 15 Gew.-% Aluminium- Schuppen enthält.

Zu dem so erhaltenen Gemisch wird eine im Handel erhältliche im wesentlichen lösungsmittelfreie wäßrige Polyurethan-Dispersion zugegeben, die in der Hitze härtbar ist. Bevorzugt wird eine Polyurethan-Dispersion zugegeben, die im Handel unter dem Namen Neo-REZ R 970 (eingetragenes Warenzeichen) erhältlich ist. Diese PU-Disperison enthält im wesentlichen nur Wasser als flüchtige Phase. Es wird also ein Überzugsmittel erhalten, das obwohl es die von Wasser leicht angreifbaren Aluminium- Schuppenpigmente enthält, beträchtliche Mengen Wasser als flüchtige Phase aufweist. Die flüchtige Phase enthält höchstens 20 Gew.-% organische Lösungsmittel, bezogen auf die flüchtige Phase. Bevorzugt enthält die flüchtige Phase höchstens 16 Gew.-% organische Lösungsmittel und besonders bevorzugt höchstens 12 Gew.-% organische Lösungsmittel, bezogen auf die flüchtige Phase. "Flüchtige Phase" ist das Lösungsmittel-Wassergemisch. Es ist außerordentlich überraschend, daß ein derartiges Aluminium- Schuppenpigmente enthaltendes Überzugsmittel mit so einem hohen Wasseranteil gut lagerfähig (mehrere Monate bis zum mehr als einem halben Jahr) ist und mit einem üblichen Zweikomponenten-Klarlack, wie er zum Überlackieren von nur organische Lösungsmittel enthaltenden Aluminium- Schuppenpigment-Basecoats eingesetzt wird, ausgezeichnete Ergebnisse liefert.

Es ist, wie gemäß dem Stand der Technik, zweckmäßig, daß bei der Herstellung des Lackes scharfkantige Metallrührer vermieden werden, da dies dazu führen könnte, daß die Aluminiumflitter mechanisch und chemisch angegriffen werden. Geeignet sind Kunststoffrührer, z. B. Teflon® (fluorhaltige Polymere).

Während der Herstellung des Gemisches aus a) und b) muß die Temperatur relativ niedrig gehalten werden, zweckmäßig unter etwa 50, vorzugsweise unter 40°C, um eine stabile Dispersion zu behalten. Die Scherbeanspruchung während des Herstellungsvorganges durch Rühren soll möglichst niedrig gehalten werden, wie dies auch schon im Stand der Technik bei der Herstellung von Aluminium-Schuppenpigment-Pasten bekannt ist, um einen mechanischen und im wesentlichen als Folge davon chemischen Angriff der Aluminium-Schuppen zu vermeiden.

Dem Lack können gegebenenfalls noch übliche lacktechnische Hilfsstoffe zugesetzt werden, z. B. Entlüftungsmittel, Benetzungshilfsmittel, Füllstoffe, Weichmacher, Stabilisatoren, Dispergierhilfsmittel, Verlaufsmittel, Entschäumer und Katalysatoren. Diese Substanzen können einzeln oder im Gemisch in den üblichen Mengen zugesetzt werden.

Geeignete Füllstoffe sind z. B. Talkum, Glimmer, Kaolin, Kreide, Quarzmehl, Asbestmehl, Schiefermehl, Bariumsulfat, verschiedene Kieselsäuren, Silicate, Glasfasern, organische Fasern und dergleichen.

Zur Einstellung eines gewünschten Farbtones können auch noch Farbpigmente zugesetzt werden. Der Zusatz solcher Farbpigmente erfolgt zweckmäßig nach der oben beschriebenen Herstellung des Lackes. Damit die Farbpigmente in diesen Lack einwandfrei gleichmäßig eingearbeitet werden, werden die Pigmente in Form von üblichen Pigmentpasten zugesetzt, da solche Pigmentpasten, bezogen auf den Gesamtlack, nur in sehr geringen Mengen zugesetzt werden, können sie auch andere Bindemittel als Polyurethane enthalten, denn der Bindemittelanteil solcher Pigmentpasten im fertigen Lack liegt, bezogen auf den Gesamtbindemittelanteil des Lackes, in der Regel unter etwa 5 Gew.-%.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Metallic-Lackierverfahren, bei dem man auf einen zu lackierenden Gegenstand ein hitzehärtbares Metallic- Überzugsmittel aufträgt, die Hauptmenge Lösungsmittel durch Trocknen entfernt und darauf einen hitzehärtbaren Zweikomponenten-Klarlack aufbringt und härtet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Metallic-Überzugsmittel, das nach dem oben beschriebenen Verfahren erhältlich ist, verwendet.

Das erhaltene erfindungsgemäße Überzugsmittel wird auf die Substrate, insbesondere thermoplastische Kunststoffteile von Kraftfahrzeugen durch übliche Weise, wie Spritzen, Streichen, Sprühen usw. aufgetragen.

Zweckmäßig sind die Substrate vorher mit einem Primer behandelt worden. Es wird zweckmäßig ein Primer auf Basis von Zweikomponenten-Polyisocyanat- Hydroxylgruppen-haltigen Bindemitteln verwendet. In an sich bekannter Weise wird durch warme Luft und gegebenenfalls zusätzliche IR-Strahlung bei Objekt-Temperaturen unter 60°C während weniger Minuten die Hauptmenge des Wassers ausgetrieben, ohne daß aber eine vollständige Trocknung bewirkt wird, so daß das Überzugsmittel zwar griffest ist, eine vollständige Trocknung aber noch nicht erreicht ist. Es wird, wie dies bei der Herstellung von Zweischicht-Lackierungen, auch mit Lacken auf Basis organischer Lösungsmittel, bekannt ist, bis zur Griffestigkeit getrocknet.

Die Überzungsmittel gemäß der Erfindung lassen sich überraschenderweise in relativ kurzer Zeit, im Vergleich zu konventionellen wäßrigen Lacken, bis zur Griffestigkeit trocknen. Bei Objekt-Temperaturen von etwa 60°C wird eine ausreichende Trocknung im allgemeinen bereits nach 5 bis 10 Minuten erzielt. Es ist nicht erforderlich, daß der Lack vor dem Aufbringen des Zweikomponenten-Klarlackes völlig griffest ist.

Auf diesem abgedunsteten Basecoat wird in üblicher Weise einer der oben beschriebenen handelsüblichen Zweikomponenten-Klarlacke aufgebracht. Anschließend wird der Basecoat zusammen mit dem Zweikomponenten-Klarlack ausgehärtet. Das Härten erfolgt bei Temperaturen unter 90°C, bevorzugt in einem Temperaturbereich von etwa 60 bis 90°C während der üblichen erforderlichen Zeiten von z. B. etwa 20 bis 80 Minuten, vorzugsweise etwa 30 bis 60 Minuten. Die Zweikomponenten-Klarlacke sind übliche Klarlacke auf dem Gebiet der Automobil-Mehrschichtlackierungen, im wesentlichen auf Basis organischer Lösungsmittel. Der im Basecoat enthaltene Wasseranteil stört erstaunlicherweise nicht.

Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung des erfindungsgemäßen Metallic-Überzugsmittels zur Herstellung von Basisschichten für härtbare Mehrschichtbezüge.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Herstellung eines silbernen Wasser-Basecoats.

A Herstellung der Verdickerpaste

92 Teile Wasser werden unter Rühren mit 7 Teilen Acrylatverdicker vermischt. Bevorzugt verwendet man eine Zackenscheibe, die einen Durchmesser von ca. 2/3 des Ansatzgefäßes besitzt. Unter ständigem Rühren gibt man 1 Teil ca. 25%ige Ammoniak-Lösung zu, wobei man die Umfangsgeschwindigkeit auf ca. 15 m/s erhöht. Mit weiterer Ammoniak- Zugabe stellt man den pH-Wert auf 9.0 ein. Der pH-Wert der Paste wird nach einem Tag Reifezeit erneut gemessen und bei Bedarf nachgestellt.

B Anteigung der Aluminiumpaste

50 Teile handelsüblicher Aluminiumpaste (65% Alu in org. LM) werden unter Rühren zu 50 Teilen wasserverdünnbarem Lösungsmittel (z. B. Isopropanol, Butylglykol, Methoxybutanol) zugegeben und 30 Min. gerührt. Hier verwendet man üblicherweise zackenfreie Rührscheiben (z. B. Teflonscheiben), um eine mechanische Beschädigung, die optische und qualitative Beeinträchtigungen zur Folge haben kann, zu vermeiden. Der Durchmesser der Scheibe sollte hier ca. 2/3 des Behälter-Durchmessers betragen. Die Umfangsgeschwindigkeit sollte ca. 15 m/s betragen.

C Herstellung eines silbernen Wasser-Basecoats

20 Teile Verdickerpaste (=A) werden unter Rühren mit 10 Teilen Wasser gemischt und ca. 15 Min. gerührt.

In diese Mischung gibt man 14 Teile der in B beschriebenen Aluminiumanteigung und rührt weitere 15 Min. 40 Teile PU-Dispersion (FK: ca. 40%, LM-frei) werden langsam unter Rühren zugegeben. Nach 30 Min. Rührzeit gibt man 16 Teile Wasser unter Rühren zu. Nach einer Reifezeit von einem Tag stellt man die gewünschte Viskosität ein. Hier sollte, wie in B beschrieben, ebenfalls mit einer zackenfreien Rührscheibe gearbeitet werden. Der Durchmesser der Rührscheibe beträgt hier zweckmäßigerweise ca. 2/3 des Ansatzbehälters, bei einer Umfangsgeschwindigkeit von ca. 15 m/s.

Beispiele 2 bis 6

Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 werden die Wasser-Basecoats der Beispiele 2 bis 6 hergestellt, außer daß die Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 geändert werden.

Tabele 1

Durch weitere Wasserzugabe kann die Viskosität reduziert werden.

Claims

1. Wäßriges Aluminium-Schuppenpigment-Überzugsmittel geeignet zur Herstellung einer Basisschicht bei der Herstellung härtbarer Mehrschichtüberzüge, dadurch gekennzeichnet, daß es dadurch erhältlich ist, daß

a) eine wäßrige Verdickerdispersion auf Basis von Polyacrylsäure, die auf einen pH-Wert von 8,5 bis 10,5 eingestellt und mit Wasser auf einen Festkörpergehalt an Polyacrylsäure von 0,5 bis 3 Gew.-% verdünnt ist,
b) mit einer 25 bis 40 Gew.-% Aluminium-Schuppen enthaltenden Mischung aus einer üblichen Aluminium-Schuppenpigment-Paste, die 55 bis 80 Gew.-% Aluminium-Schuppen in einem mit Wasser im wesentlichen nicht mischbaren organischen Lösungsmittel enthält, und einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel vermischt wird, wobei a) und b) in solchen Mengen eingesetzt werden, daß die aus a) und b) erhaltene Mischung 6 bis 15 Gew.-% Aluminium-Schuppen enthält, und
c) die erhaltene Mischung mit einer wäßrigen hitzehärtbaren Polyurethan-Dispersion vermischt wird.

2. Überzugsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickerdispersion auf einen pH-Wert von 9 bis 9,5 eingestellt ist.

3. Überzugsmittel nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörpergehalt an Polyacrylsäure in der Verdickerdispersion 1 bis 2 Gew.-% beträgt.

4. Überzugsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Schuppenpigment-Paste mit einem mit Wasser verdünnbaren organischen Lösungsmittel in einer solchen Menge angeschlämmt ist, daß in der Mischung b) der Anteil an Aluminium- Schuppen 30 bis 38 Gew.-% beträgt.

5. Überzugsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß die Aluminium-Schuppenpigment-Paste mit einem mit Wasser verdünnbaren organischen Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem (C₁-C₄)Alkylalkohol, angeschlämmt ist.

6. Überzugsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethandispersion im wesentlichen nur Wasser als flüssige Phase enthält.

7. Überzugsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der flüssigen Phase höchstens 15 Gew.-% organische Lösungsmittel bezogen auf die flüssige Phase enthalten sind.

8. Überzugsmittel nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der flüssigen Phase höchstens 10 Gew.-% organische Lösungsmittel bezogen auf die flüssige Phase enthalten sind.

9. Überzugsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der flüssigen Phase höchstens 7 Gew.-% organische Lösungsmittel bezogen auf die flüssige Phase enthalten sind.

10. Metallic-Lackierverfahren, bei dem man auf einen zu lackierenden Gegenstand ein hitzehärtbares Metallic-Überzugsmittel aufträgt, die Hauptmenge Lösungsmittel durch Trocknen entfernt und darauf einen hitzehärtbaren Zweikomponenten-Klarlack aufbringt und härtet, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metallic-Überzugsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufbringt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Härten bei Temperaturen unter 90° C erfolgt.

12. Verwendung der Überzugsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Basisschichten für härtbare Mehrschichtüberzüge.