DE4422851C2 - Verfahren zur Herstellung eines wasserverdünnbaren Bindemittels für einen durch Zugabe von Polyisocyanat aushärtenden Zweikomponenten-Strukturlack - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wasserverdünnbaren Bindemittels für einen durch Zugabe von Polyisocyanat aushärtenden Zweikomponenten-Strukturlack. Der Zweikomponenten-Strukturlack ist durch Einrühren von Poly­ isocyanat in das Bindemittel für begrenzte Zeit gebrauchsfer­ tig und härtet unter Vernetzung des Bindemittels mit Iso­ cyanat aus.

Bei einem aus DE 38 29 587 A1 bekannten wasserverdünnbaren Zweikomponenten-Beschichtungsmittel besteht das Bindemittel aus einem Polymerisat, welches Sulfonat- und/oder Carboxylat­ gruppen enthält. Bei der Herstellung des Polymerisates werden Monomere mitverwendet, die Carboxyl- und/oder Sulfonsäure­ gruppen enthalten. Durch Neutralisation der Säuregruppen mit anorganischen Basen oder Aminen wird eine Wasserlöslichkeit bzw. Dispergierbarkeit des Polymerisates erreicht. Aus DE 41 01 527 A1 ist ein mit Polyisocyanat vernetzbares Bindemittel für Zweikomponenten-Beschichtungsmittel bekannt, welches aus einer wäßrigen Lösung oder Dispersion einer wasserverdünnba­ ren Polyolkomponente besteht, wobei die Polyolkomponente aus mindestens einem Urethan-, Carboxylat- und Hydroxylgruppen aufweisenden Polyesterharz besteht. Die bekannten, wasserver­ dünnbaren Bindemittel für Zweikomponenten-Beschichtungsmittel verlaufen sehr gut und sind als Bindemittel für Strukturlacke ungeeignet. Die Zugabe von Bentoniten als bekannte Thixotro­ pierungsmittel reicht nicht aus, um beim Auftragen der Be­ schichtungsmittel eine ausreichende Struktur zu erzielen.

Aus der lösemittelhaltigen Lackpraxis sind thixotropierte Polyester- und Polyacrylatharze bekannt, die nach Abmischung mit nichtthixotropierten Bindemitteln, beispielsweise Polyme­ risaten und/oder Kondensaten und/oder Löse- bzw. Verdünnungs­ mittel als Bindemittel für Strukturlacke gut geeignet sind. Ein Verfahren zur Thixotropierung von Polyolen ist aus DE-PS 23 59 923 bekannt. Das bekannte Verfahren ist für OH-haltige Polyacrylat- und Polyesterharze geeignet, die mit Polyisocy­ anaten fremdvernetzbar sind und sich als Bindemittel für Zweikomponenten-Strukturlacke eignen. Die aus der lösemittel­ haltigen Lackpraxis bekannten thixotropierten Polyester- und Polyacrylatharze sind jedoch nicht wasserlöslich und im Rah­ men der bekannten Maßnahmen zur Herstellung eines wasserver­ dünnbaren Bindemittels nicht einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wasserverdünn­ bares Bindemittel für einen Zweikomponenten-Strukturlack, der durch Einrühren von Polyisocyanat in das Bindemittel für be­ grenzte Zeit gebrauchsfertig ist und unter Vernetzung des Bindemittels mit Isocyanat aushärtet, anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß aus einem für die lösemittelhaltige Lackpraxis geeigneten thixotropier­ ten Polyester- und /oder Polyacrylatharz, welches wasserun­ löslich ist, in einem organischen Lösemittel gelöst vorliegt und einen Gehalt an OH-Gruppen von 1 bis 8 Gew.-% aufweist, durch Zugabe eines anionaktiven, kationaktiven oder nicht­ ionogenen Emulgators und anschließender Verdünnung mit Wasser ein Thixotropierungsmittel in Form einer stabilen, wäßrigen Emulsion hergestellt wird, wobei das thixotropierte Poly­ ester- und/oder Polyacrylatharz wenigstens teilweise ein Harnstoffaddukt ist, das in sich bekannter Weise durch Umset­ zung von primären und sekundären Polyaminen, Monoisocyanat­ verbindungen und Diisocyanatverbindungen in Gegenwart wenig­ stens eines Teils des Harzes hergestellt worden ist, und daß das Thixotropierungsmittel mit einem wasserverdünnbaren, mit Polyisocyanat vernetzbaren Basisbindemittel, welches nicht­ thixotropierte Polyester- und/oder Polyacrylatharze enthält, gemischt wird, wobei das Mischungsverhältnis der thixotro­ pierten Harze und der nichtthixotropierten Harze im Bereich von 0,02 bis 0,4 liegt. Es werden thixotropierte Polyester- und/oder Polyacrylatharze eingesetzt, die nach dem aus DE-PS 23 59 8923 bekannten Verfahren thixotropiert worden sind. Der Emulgator wird vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die lösemittelhaltige Form des thixotropierten Polyester- und/oder Polyacrylatharzes zugesetzt.

Aus der lösemittelhaltigen Lackpraxis bekannte thixotropierte OH-haltige Polyacrylate und Polyester zeichnen sich durch hohe Thixotropie aus. Die erfindungsgemäße Lehre ermöglicht die Nutzung dieser rheologischen Eigenschaften in einem was­ serdünnbaren Bindemittel. Durch Einstellung des Mischungsver­ hältnisses der thixotropierten und nichtthixotropierten Poly­ ester- und/oder Polyacrylate sind die rheologischen Eigen­ schaften des Bindemittels steuerbar. Bevorzugt ist ein Mischungsverhältnis von 0,1 bis 0,3 der thixotropierten Harze zu den nichtthixotropierten Harzen. Die Einstellung ihres Mischungsverhältnisses kann auf verschiedene Weise erfolgen.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß als Basisbindemittel eine mit einem anionaktiven, kationaktiven oder nichtionogenen Emulgator stabilisierte, wäßrige Emulsion eines aus der lösemittelhaltigen Lackpraxis bekannten, in organischem Lösemittel gelösten, wasserunlösli­ chen, carboxylatfreien und sulfonatfreien Polyester- und/oder Polyacrylatharz mit einem Gehalt an Hydroxylgruppen von 2,5 bis 8 Gew.-% verwendet wird. Der Festkörpergehalt, der zur Herstellung des Basisbindemittels eingesetzten Polyester­ und/oder Polyacrylatharze liegt im Bereich von 70 bis annä­ hernd 100 Gew.-%, meistens bei 95 Gew.-%, Rest organisches Lösemittel. Ein möglichst geringer Gehalt an organischen Lö­ semitteln wird angestrebt. Die Polyester- bzw. Polyacrylat­ harze haben eine Viskosität von 1000 bis 11 000 mPa·s/ 23°C ge­ messen im Rotationsviskosimeter. Sie werden in ihrer was­ serunlöslichen Form, also carboxylat- und sulfonatfrei, in wäßriger Emulsion eingesetzt, wobei die Emulsion mit Hilfe eines dem Polyester- und/oder Polyacrylatharz zugegebenen Emulgators hergestellt wird.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Basisbindemittel eine wäßrige Lösung und/oder Dispersion eines Hydroxylgruppen aufweisenden Poly­ merisates mit einem mittleren Molekulargewicht von 500 bis 50 000 einer Hydroxylzahl von 16,5 bis 264 mg KOH/g Festharz, einer Säurezahl bis 150 mg KOH/g Festharz, einem Gehalt an chemisch gebundenen Carboxylat- und/oder Sulfonatgruppen von insgesamt 5 bis 417 Milliäquivalenten pro 100 g Feststoff ver­ wendet. Wäßrige Lösungen solcher Polymerisate sind bekannt (DE 38 29 587 A1). Schließlich kann als Basisbindemittel auch eine aus DE 41 01 527 A1 bekannte, wäßrige Lösung oder Dis­ persion aus mindestens einem Urethan-, Carboxylat- und Hydroxylgruppen aufweisenden Polyesterharz verwendet werden.

Nach den bisher beschriebenen Ausführungen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird zunächst ein Thixotropierungsmittel in Form einer stabilen, wäßrigen Emulsion hergestellt und die­ ses wird dann als Zusatzkomponente einem wasserverdünnbaren, mit Polyisocyanat vernetzbarem Basisbindemittel, welches nichtthixotropierte Polymerisate enthält, zugegeben. Eine al­ ternative Verfahrensvariante sieht vor, daß aus in der löse­ mittelhaltigen Lackpraxis bekannten Polyester- und/oder Polyacrylatharzen, die einen Gehalt an OH-Gruppen von 1 bis 8 Gew.-% aufweisen und die in organischen Lösemitteln gelöst vorliegen, durch Zugabe eines anionaktiven, kationaktiven oder nichtiogenen Emulgators sowie anschließender Verdünnung mit Wasser eine stabile, wäßrige Emulsion hergestellt wird, und daß 10 bis 35 Gew.-% der Polyester- und/oder Polyacrylat­ harze als thixotropierte Harze vorliegen, wobei das thixotro­ pierte Polyester- und/oder Polyacrylatharz wenigstens teil­ weise ein Harnstoffaddukt ist, das in an sich bekannter Weise durch Umsetzen von primären und sekundären Polyaminen, Mono­ isocyanatverbindungen und Diisocyanatverbindungen in Gegen­ wart wenigstens eines Teils des Harzes hergestellt worden ist. Bei dieser Verfahrensvariante werden nichtthixotropierte und thixotropierte Harze in ihrer wasserunlöslichen Form zu­ nächst gemischt und anschließend zu der erfindungsgemäßen Bindemittelemulsion weiterverarbeitet. Dabei empfiehlt es sich, daß die in organischen Lösemitteln gelösten thixotro­ pierten und nichtthixotropierten Harze bei erhöhter Tempera­ tur gemischt, ein Teil des Lösemittels entfernt und der Emul­ gator auch bei erhöhter Temperatur zugesetzt wird. Die Verar­ beitungstemperatur bis zur Emulgatorzugabe liegt vorzugsweise im Bereich von 80 bis 100°C. Als Emulgatorzugabemenge empfiehlt die Erfindung 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die lösemittelhaltige Form der Polyester- und/oder Polyacrylathar­ ze.

Im erfindungsgemäß hergestellten Bindemittel können übliche Hilfs- und Zusatzstoffe der Lacktechnologie, beispielsweise Pigmente, Dispergierhilfsmittel für die Pigmentverteilung, Entschäumungsmittel und dergleichen, zugesetzt werden.

Das Bindemittel liegt in Form einer wäßrigen Emulsion vor. In die Emulsion wird eine flüssige organische Polyisocyanat­ komponente aus mindestens einem Polyisocyanat mit freien Isocyanatgruppen emulgierend eingerührt. Das NCO/OH-Äquivalentverhältnis kann im Bereich von 0,5 : 1 bis 5 : 1 einge­ stellt werden und liegt vorzugsweise bei 1,15 : 1. Die Mischung ist für begrenzte Zeit gebrauchsfertig und härtet unter Ver­ netzungsreaktion aus. Überraschenderweise behalten die erfin­ dungsgemäß hergestellten wäßrigen Zweikomponenten-Struktur­ lacke ihre Struktur auch nach Luft und Ofentrocknung. Sie sind denen, die aus der organischen Lackpraxis bekannt sind, gleichwertig.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungs­ beispiele erläutert.

Bindemittel A

116,5 Teile eines thixotropierten Acrylatharzes (Jagotex 218 tix 69%ig Xylol, Fa. Jäger, Düsseldorf) werden durch Vakuum­ destillation 16,5 Teile Xylol entzogen, so daß eine 70%ige Lösung entsteht. Durch Zusatz von 0,7 Teilen Acrylpolyglyko­ lether und 0,3 Teilen 2,4,7,9-Tetra-methyl-5-decin-4,7-diol als Emulgatoren und Zugabe von 40 Teilen Wasser entsteht eine 50%ige Emulsion.

Bindemittel B

Einem Gemisch aus 35 Teilen eines thixotropierten Acrylharzes (Jagotex 218 tix 60%ig Xylol) und 81 Teilen eines nicht­ thixotropierten Acrylharzes (Joncryl 507, 80%ig Butylacetat, Fa. Johnson Polymer) werden durch Vakuumdestillation 16 Teile Lösemittel entzogen, so daß eine 74%ige Lösung entsteht.

Durch Zugabe von 0,8 Teilen Acrylpolyglykolether, 0,2 Teilen 2,4,7,9-Tetra-methyl-5-decin-4,7-diol, 0,5 Teilen Sorbitanmo­ nooleat als Emulgatoren und 50 Teilen Wasser entsteht eine 50%ige Emulsion.

Bindemittel C

70 Teile eines nichtthixotropierten Basisbindemittels in Form einer wäßrigen Lösung eines Hydroxylgruppen aufweisenden Polymerisates (Acrylharz Bayhydrol VP LS 2052 38%ig Wasser, Bayer AG) werden mit DNEA auf pH = 7,2 eingestellt und mit 30 Teilen Bindemittel A vermischt.

Bindemittel D

45 Teile eines wasserverdünnbaren, nichtthixotropierten Poly­ esterharzes (Synaqua 3510 W1 80%ig, Fa. Cray Valley) werden mit 32 Teilen Wasser vermischt und unter Zugabe von DMEA auf pH = 7 eingestellt sowie mit 23 Teilen Bindemittel A gemischt.

Bindemittel E

Einem Gemisch aus 35 Teilen eines thixotropierten Acrylharzes (Jagotex 218 tix 60%ig Xylol) und 81 Teilen eines nicht­ thixotropierten Acrylharzes (Joncryl 507 80%ig Butylacetat) werden durch Vakuumdestillation 16 Teile Lösemittel entzogen, so daß eine 74%ige Lösung entsteht. Diese Lösung wird auf 80°C erhitzt, und durch Zugabe von 0,8 Teilen Acrylpolyglyko­ lether, 0,2 Teilen 2,4,7,9-Tetra-metyl-5-decin-4,7-diol, 0,5 Teilen Sorbitanmonooleat und 50 Teilen Wasser entsteht eine 50%ige Emulsion.

Mit den beschriebenen Bindemitteln wurden Strukturlacke her­ gestellt. An zwei Ausführungsbeispielen sei dies erläutert.

Rezeptur 1

58 Teile Bindemittel B
25 Teile Titandioxid Rutil (R-KB-4, Bayer AG)
0,2 Teile Entschäumer (Byk 034, Fa. Byk, Wesel).

Diese Mischung wurde mit einem Dissolver vordispergiert, an­ schließend mit einer Perlmühle dispergiert und schließlich mit 16,8 Teilen Wasser verdünnt. Diese Mischung wurde mit 25 Teilen einer handelsüblichen Polyisocyanatkomponente (Desmodur VP LS 2025 90%ig, Rest organisches Lösemittel) ver­ setzt. Die erzielten Lackfilme ergaben eine grobe Struktur, die durch Wasserzugabe variiert werden konnte. Die Filme waren hart, seidenmatt und zähelastisch. Die Topfzeit dieser Mischung lag bei ca. 2,5 Stunden. Die Haftung auf verschiede­ nen Kunststoffen und Nichteisenmetallen erwies sich als sehr gut.

Rezeptur 2

62 Teile Bindemittel D
25 Teile Titandioxid Rutil (R-KB-4, Bayer AG)
0,4 Teile Entschäumer (Byk 034, Fa. Byk, Wesel).

Diese Mischung wurde mit einem Dissolver vordispergiert und anschließend mit der Perlmühle 15 min. dispergiert sowie mit 12,6 Teilen Wasser verdünnt. Diese Mischung wurde mit 20 Tei­ len einer handelsüblichen Polyisocyanatkomponente (Desmodur VP LS 2025 90%ig, Rest organisches Lösemittel versetzt. Die erzielten Lackfilme ergaben ebenfalls eine grobe Struktur, die durch Wasserzugabe variiert werden konnte. Die Filme waren glänzend und zähelastisch. Die Topfzeit dieser Mischung lag bei ca. 3,5 Stunden.

Durch Mischung der verschiedenen Bindemittel A bis E können Struktur, Topfzeit, Glanzgrad, Haftung Durchhärtung, Wetter- und Lichtbeständigkeit, Anpassung an das Verarbeitungsverfah­ ren und dergleichen verändert werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines wasserverdünnbaren Binde­ mittels für einen durch Zugabe von Polyisocyanat aushärtenden Zweikomponenten-Strukturlack, dadurch gekennzeichnet,
daß aus einem für die lösemittelhaltige Lackpraxis ge­ eigneten thixotropierten Polyester- und/oder Polyacry­ latharz, welches wasserunlöslich ist, in einem organi­ schen Lösemittel gelöst vorliegt und einen Gehalt an OH-Gruppen von 1 bis 8 Gew.-% aufweist, durch Zugabe eines anionaktiven, kationaktiven oder nichtionogenen Emulga­ tors und anschließender Verdünnung mit Wasser ein Thixotropierungsmittel in Form einer stabilen, wäßrigen Emulsion hergestellt wird, wobei das thixotropierte Polyester- und/oder Polyacrylatharz wenigstens teilwei­ se ein Harnstoffaddukt ist, das in sich bekannter Weise durch Umsetzung von primären und sekundären Polyaminen, Monoisocyanatverbindungen und Diisocyanatverbindungen in Gegenwart wenigstens eines Teils des Harzes hergestellt worden ist, und
daß das Thixotropierungsmittel mit einem wasserverdünn­ baren, mit Polyisocyanat vernetzbaren Basisbindemittel, welches nichtthixotropierte Polyester- und/oder Poly­ acrylatharze enthält, gemischt wird, wobei das Mi­ schungsverhältnis der thixotropierten Harze und der nichtthixotropierten Harze im Bereich von 0,02 bis 0,4 liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die lösemittelhaltige Form des thixotropierten Polyester­ und/oder Polyacrylatharzes zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thixotropierten Harze und die nichtthixotropierten Harze im Mischungsverhältnis von 0,1 bis 0,3 eingestellt wer­ den.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Basisbindemittel eine mit einem anionaktiven, kationaktiven oder nichtionogenen Emulgator stabilisierte, wäßrige Emulsion eines für die lösemittelhal­ tige Lackpraxis geeigneten, in organischem Lösemittel gelö­ sten, wasserunlöslichen, carboxylat- und sulfonatfreien Poly­ ester- und/oder Polyacrylatharz mit einem Gehalt an Hydroxyl­ gruppen von 1 bis 8 Gew.-% verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Basisbindemittel eine wäßrige Lösung und/oder Dispersion eines Hydroxylgruppen aufweisenden Poly­ merisates mit einem mittleren Molekulargewicht von 500 bis 50 000 einer Hydroxylzahl von 16,5 bis 264 mg KOH/g Festharz, einer Säurezahl bis 150 mg KOH/g Festharz, einem Gehalt an chemisch gebundenen Carboxylat- und/oder Sulfonatgruppen von insgesamt 5 bis 417 Milliäquivalenten pro 100 g Feststoff ver­ wendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Basisbindemittel eine wäßrige Lösung oder Dispersion aus mindestens einem Urethan-, Carboxylat- und Hydroxylgruppen aufweisenden Polyesterharz verwendet wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines wasserverdünnbaren Binde­ mittels für einen durch Zugabe von Polyisocyanat aushärtenden Zweikomponenten-Strukturlack, dadurch gekennzeichnet, daß aus für die lösemittelhaltige Lackpraxis geeigneten, wasserunlöslichen Polyester- und/oder Polyacrylathar­ zen, die einen Gehalt an OH-Gruppen von 1 bis 8 Gew.-% aufweisen und die in organischem Lösemittel gelöst vor­ liegen, durch Zugabe eines anionaktiven, kationaktiven oder nichtionogenen Emulgators sowie anschließender Ver­ dünnung mit Wasser eine stabile, wäßrige Emulsion her­ gestellt wird, und daß 10 bis 35 Gew.-% der Polyester­ und/oder Polyacrylatharze als thixotropierte Harze vor­ liegen, wobei das thixotropierte Polyester- und/oder Polyacrylatharz wenigstens teilweise ein Harnstoffaddukt ist, das in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von primären und sekundären Polyaminen, Monoisocyanatver­ bindungen und Diisocyanatverbindungen in Gegenwart wenigstens eines Teils des Harzes hergestellt worden ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in organischem Lösemittel gelösten thixotropierten und nichtthixotropierten Harze bei erhöhter Temperatur gemischt, einen Teil des Lösemittels entfernt und der Emulgator bei erhöhter Temperatur zugesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Harzlösung bis zur Emulgatorzugabe eine Tempe­ ratur von 80 bis 100°C aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Emulgator dem Harzgemisch in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die lösemittelhaltige Form des Polyester- und/oder Polyacrylatharzes zugesetzt wird.