DE60023675T2 - Klarlackzusammensetzung mit hohem feststoffgehalt - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Beschichtungszusammensetzungen mit hohen Feststoffanteilen und niedrigem VOC-Wert (flüchtige organische Komponenten) und betrifft spezieller Klarlackzusammensetzungen mit geringem VOC-Wert, die für mehrlagige Beschichtungen geeignet sind, wie sie in OEM- und Reparaturlackaufträgen bei Kraftfahrzeugen zur Anwendung gelangen.
  • Grundlack/Klarlacksysteme haben auf dem Markt der Autolacke eine breite Akzeptanz gefunden. Die anhaltenden Bemühungen richten sich auf die Verbesserung des Gesamtaussehens, auf die Klarheit des Decklackes und die Beständigkeit gegenüber Verschlechterung dieser Beschichtungssysteme bei immer höheren Auftragsfeststoffmengen. Weiterführende Bemühungen haben sich auch auf die Entwicklung von Beschichtungszusammensetzungen gerichtet, die über geringe VOC-Werte verfügten. Es besteht immer noch Nachfrage nach Klarlackformulierungen mit einer hervorragenden Ausgewogenheit der Leistungsmerkmale nach dem Auftrag und speziell Glanz und Bildklarheit (DOI) bei hohen Feststoffanteilen. Melamin/Acrylpolyol-vernetzte oder selbstkondensierte Melamin-Beschichtungen können beispielsweise Beschichtungen mit akzeptabler Kratzfestigkeit bieten, wobei diese Beschichtungen jedoch bei höheren Feststoffanteilen über eine geringe Säureätzbeständigkeit und verschlechtertes Aussehen verfügen. Andererseits liefern 2K-Urethanlacke auf Basis von Isocyanat/Acrylpolyol im Allgemeinen eine akzeptable Säureätzbeständigkeit, jedoch verfügen diese Beschichtungen über eine geringe Kratzfestigkeit. Daher besteht immer noch Nachfrage nach Beschichtungen, die nicht nur eine akzeptable Kratzfestigkeit und Säureätzbeständigkeit bieten, sondern auch einen hohen Glanz und hohes DOI bei den geringst möglichen VOC-Werten.
  • Eine der Vorgehensweisen, die von Ntsihlele und Pizzi in einem Beitrag unter dem Titel "Cross-Linked Coatings by Co-Reaction of Isocyanate-Methoxymethyl Melamine Systems" ("vernetzte Beschichtungen durch Coreaktion von Isocyanat/Methoxymethylmelamin-Systemen") (Journal of Applied Polymer Science, Bd. 55, S. 153-161-1995) beschrieben wurde, handelt von dem Umsetzen von aromatischem Diisocyanat mit Methoxymethylmelamin. Allerdings besteht immer noch ein Bedarf nach Klarlackzusammensetzungen mit hohen Feststoffanteilen, die bei Langzeitexponierung an Sonnenlicht nicht vergilben oder spröde werden und hohen Glanz und DOI liefern.
  • ERKLÄRUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Klarlackzusammensetzung, die Isocyanat-, cyclische Carbonat- und Melaminkomponenten aufweist, worin die Isocyanatkomponente ein aliphatisches Polyisocyanat mit durchschnittlich 2,5 bis 6 Isocyanat-Funktionalitäten aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen eines Klarlackes auf einem Substrat, umfassend:
    Auftragen einer Lage einer Klarlackzusammensetzung, die Isocyanat-, cyclische Carbonat- und Melaminkomponenten aufweist, worin die Isocyanatkomponente ein aliphatisches Polyisocyanat mit durchschnittlich 2,5 bis 6 Isocyanatfunktionalitäten aufweist; und
    Härten der Lage zu dem Klarlack.
  • Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist ihr geringer VOC-Wert, der deutlich unterhalb der gegenwärtigen Richtlinien der Umweltschutzbehörde "Environment Protection Agency" (EPA) der Vereinigten Staaten liegt.
  • Ein anderer Vorteil ist die Kratz- und Ätzbeständigkeit und Härte der Beschichtung, die aus der Lackzusammensetzung der vorliegenden Erfindung resultiert.
  • Ein noch anderer Vorteil ist die Klarheit und der hohe Glanz der Beschichtung, die aus der Lackzusammensetzung der vorliegenden Erfindung resultiert.
  • Wie hierin verwendet werden:
    bedeutet "zweikomponentige Lackzusammensetzung" eine warmhärtende Lackzusammensetzung, die zwei in separaten Behältern aufbewahrte Komponenten aufweist. Diese Behälter sind im typischen Fall verschlossen, um die Gebrauchsfähigkeitsdauer der Komponenten der Lackzusammensetzung zu erhöhen. Die Komponenten werden vor Gebrauch unter Erzeugung eines gebrauchsfertigen Gemisches gemischt. Das gebrauchsfertige Gemisch hat eine begrenzte Verarbeitungsdauer typischerweise von Minuten (15 min bis 45 min) bis zu wenigen Stunden (4 Stunden bis 6 Stunden). Das gebrauchsfertige Gemisch wird als eine Lage der gewünschten Dicke auf einer Substratoberfläche, wie beispielsweise einer Autokarosserie, aufgetragen. Nach dem Auftrag wird die Lage unter Umgebungsbedingungen gehärtet oder bei erhöhten Temperaturen unter Erzeugung einer Beschichtung auf der Substratoberfläche mit den gewünschten Lackeigenschaften ausgeheizt, wie beispielsweise hoher Glanz, mit Kratzfestigkeit und Beständigkeit gegen ätzende Außeneinflüsse;
    bedeutet "einkomponentige Lackzusammensetzung" eine warmhärtende Lackzusammensetzung, die zwei Komponenten aufweist, die in dem gleichen Behälter aufbewahrt werden. Allerdings ist die eine Komponente geblockt, um ein vorzeitiges Vernetzen zu verhindern. Nach dem Auftrag der einkomponentigen Lackzusammensetzung auf einem Substrat wird die Lage an erhöhten Temperaturen exponiert, um die geblockte Komponente freizumachen. Danach wird die Lage bei erhöhten Temperaturen unter Erzeugung einer Beschichtung auf der Substratoberfläche mit den gewünschten Lackeigenschaften ausgeheizt, wie beispielsweise hoher Glanz, Kratzfestigkeit und Beständigkeit gegenüber ätzende Außeneinflüsse;
    bedeutet "Lackzusammensetzung mit geringem VOC" eine Lackzusanmensetzung, die im Bereich von Null bis 0,472 kg organisches Lösemittel pro Liter (4 pounds per gallon) und vorzugsweise im Bereich von 0,118 (1 pound per gallon) bis 0,178 kg organisches Lösemittel pro Liter (1,5 pounds per gallon) der Zusammensetzung enthält, was nach der Prozedur des Standards ASTM D3960 ermittelt wird;
    "Lack mit hohem Feststoffanteil" eine Lackzusammensetzung mit einem Feststoffanteil im Bereich von 65 bis 100% und bevorzugt mehr als 70% (alle Angaben in Gew.%) bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
    "Klarlackzusammensetzung" eine Klarlackzusammensetzung, die beim Härten einen Klarlack mit einem DOI-Wert (Bildklarheit) von mehr als 80 und einer 20°-Glanzbewertung von mehr als 80;
    "GPC-massegemittelte relative Molekülmasse" und "GPC-zahlengemittelte relative Molekülmasse" eine massegemittelte relative Molekülmasse bzw. eine zahlengemittelte relative Molekülmasse, die unter Anwendung der Gelpermeationschromatographie gemessen werden. Es wurde eine Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) angewendet, die von Hewlett-Packard; Palo Alto, California, erhalten wurde. Sofern nicht anders angegeben, wurde Tetrahydrofuran als Flüssigphase verwendet, während der Standard Polymethylmethacrylat war;
    "Polymer-Partikelgröße" den Durchmesser der Polymerpartikel, die unter Anwendung eines Partikelgrößen-Messgeräts Brookhaven Model BI-90 von Brookhaven Instruments Corporation, Holtsville, New York, gemessen wurden. Zur Messung der Größe der Polymerpartikel gelangt bei dem Partikelgrößen-Messgerät eine Methode der quasielastischen Lichtstreuung zur Anwendung. Die Intensität der Streuung ist eine Funktion der Partikelgröße. Als der Durchmesser wird der auf der Intensität beruhende gewichtete Mittelwert verwendet. Diese Methode wird beschrieben in Kapitel 3, S. 48–61 unter dem Titel "Anwendungen und Fehler der Photo-Korrelationsspektroskopie bei der Partikelgrößenklassierung" von Weiner et al., 1987-Ausgabe der Reihe "American Chemical Society Symposium";
    "Polymerfeststoffe" oder "Feststoffe der Zusammensetzung" ein Polymer oder eine Zusammensetzung in trockenem Zustand;
    wie hierin eingesetzt, schließt "aliphatisch" aliphatische und cycloaliphatische Materialien ein;
    "vernetzbar", dass die einzelnen Komponenten eines Adduktes Funktionalitäten enthalten, die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung unter Erzeugung einer Beschichtung mit gutem Aussehen, Haltbarkeit, Härte und Kratzfestigkeit reagieren;
    "Säureätzbeständigkeit" auf die Beständigkeit, die von der beschichteten Oberfläche gegenüber chemische Ätzwirkung aus der Umgebung geboten wird, wie beispielsweise saurer Regen;
    "Kratzfestigkeit" die Beständigkeit, die durch eine Beschichtung gegenüber mechanischem Abrieb vermittelt wird, wie beispielsweise die Abrasion einer beschichteten Oberfläche, z.B. eine Automobilkarosserie, die im typischen Fall während des Waschens und Reinigens der beschichteten Oberfläche erfolgt.
  • Die Anmelder haben unerwartet entdeckt, dass im Gegensatz zu konventionellen Vorgehensweisen, wie sie bei typischen warmhärtenden Lackzusammensetzungen angewendet werden, d.h. solche unter Einbeziehung von Polymeren und vernetzenden Komponenten, ein sehr gut machbarer Weg in einer Kombination von dem liegt, was herkömmlich als Vernetzungsmittel angesehen werden, um eine einzigartige Klarlackzusammensetzung mit geringem VOC und hohem Feststoffanteil zu erzeugen, die Beschichtungen mit überlegenen Lackeigenschaften liefert, wie beispielsweise Klarheit und Kratz- und Ätzbeständigkeit. Ferner haben die Anmelder unerwartet entdeckt, dass unter Einbeziehung einer cyclischen Carbonatkomponente in eine Klarlackzusammensetzung der Feststoffanteil weiter erhöht werden kann, ohne dafür die Ätz- und Kratzfestigkeit, Glanz, DOI und andere gewünschte Lackeigenschaften zu opfern. Es wird angenommen, dass die Carbonatkomponente als ein Ergänzungsmittel für ein Lösemittel wirkt, das typischerweise in Lackzusammensetzungen verwendet wird und beim Härten unter Erzeugung einer stabilen und dauerhaft vernetzenden Struktur reagiert. Damit lässt sich die Viskosität der resultierenden Lackzusammensetzung wesentlich verringern, ohne die Lackeigenschaften zu opfern.
  • In die Klarlackzusammensetzung einbezogen sind Isocyanat-, cyclische Carbonat- und Melaminkomponenten. In die Isocyanatkomponente einbezogen ist ein aliphatisches Polyisocyanat mit durchschnittlich 2,5 bis 6 und bevorzugt 3 bis 4 Isocyanat-Funktionalitäten. In die Lackzusammensetzung einbezogen sind im Bereich von 30% bis 70% und bevorzugt im Bereich von 35% bis 55% und am meisten bevorzugt im Bereich von 40% bis 50% des aliphatischen Polyisocyanats einbezogen, wobei die Prozentangaben auf Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung angegeben sind.
  • Beispiele für geeignete aliphatische Polyisocyanate schließen aliphatische oder cycloaliphatische Tri- oder Tetraisocyanate ein, die ethylenisch ungesättigt sein können, dieses aber nicht sein müssen, wie beispielsweise Polyisocyanate mit Isocyanurat-Struktureinheiten, wie beispielsweise Isocyanurat von Hexamethylendiisocyanat und Isocyanurat von Isophorondiisocyanat, das Addukt von 3 Molekülen von Hexamethylendiisocyanat und 1 Molekül Wasser (verfügbar unter dem Warenzeichen Desmodur N von der Bayer Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania).
  • Aromatische Polyisocyanate sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung nicht geeignet, da die daraus resultierenden Klarlacke zu lichtempfindlich sind und mit dem Alter zur Vergilbung neigen und bei langfristiger Exponierung an Sonnenlicht reißen. Als Folge davon sind derartige Klarlacke nicht dauerhaft.
  • Die Isocyanat-Funktionalitäten des polymeren Isocyanats sind mit einem monomeren Alkohol geblockt, um ein vorzeitiges Vernetzen in einer Einkomponentenzusammensetzung zu verhindern. Einige geeignete monomere Alkohole schließen Methanol ein, Ethanol, Propanol, Butanol, Isopropanol, Isobutanol, Hexanol, 2-Ethylhexanol und Cyclohexanol.
  • Die Melaminkomponente der Lackzusammensetzung schließt geeignete monomere oder polymere Melamine oder eine Kombination davon ein. Monomere Alkoxy-Melamine sind bevorzugt. In die Lackzusammensetzung einbezogen sind im Bereich von 10% bis 45% und bevorzugt im Bereich von 20% bis 40% und am meisten bevorzugt im Bereich von 25% bis 35% des Melamins, wobei die Prozentangaben in Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung angegeben sind.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "monomeres Alkoxymelamin" ein niedermolekulares Melamin, das im Durchschnitt drei oder mehrere Methylol-Gruppen enthält, die mit einem einwertigen C1-5-Alkohol verethert sind, wie beispielsweise Methanol, n-Butanol, Isobutanol oder dergleichen, und zwar pro Triazin-Ring, und hat einen mittleren Kondensationsgrad bis zu etwa 2 und bevorzugt im Bereich von etwa 1,1 bis etwa 1,8 und einen Anteil an einringigen Vertretern von nicht weniger als etwa 50 Gew.%. Die polymeren Melamine haben einen mittleren Kondensationsgrad von mehr als 1,9.
  • Einige derartiger geeigneter monomerer Melamine schließen stark alkylierte Melamine ein, wie beispielsweise methylierte, butylierte, isobutylierte Melamine und Mischungen davon. Insbesondere bevorzugt sind Hexamethylolmelamin, Trimethylolmelamin, teilweise methyliertes Hexamethylolmelamin und Pentamethoxymethylmelamin. Mehr bevorzugt sind Hexamethylolmelamin und teilmethyliertes Hexamethylolmelamin, wobei Hexamethylolmelamin am meisten bevorzugt ist.
  • Viele dieser geeigneten monomeren Melamine sind kommerziell verfügbar. Beispielsweise liefert die Cytec Industries Inc., West Patterson, New Jersey das Cymel® 301 (Polymerisationsgrad von 1,5, 95% Methyl und 5% Methylol), Cymel® 350 (Polymerisationsgrad von 1,6, 84% Methyl und 16% Methylol), 303, 325, 327 und 370, die alle monomere Melamine sind. Geeignete polymere Melamine schließen an Amino reiches (teilweise alkyliertes, -N, -H) Melamin ein, das bekannt ist als ResimeneTM BMP5503 (Molekulargewicht 690, Polydispersität 1,98, 56% Butyl, 44% Amino), das von Solutia Inc., St. Louis, Missouri geliefert wird oder das Cymel® 1158, das von Cytec Industries Inc., West Patterson, New Jersey, bereitgestellt wird.
  • Die Cytec Industries Inc. liefern auch das Cymel® 1130 mit 80% Feststoffen (Polymerisationsgrad 2,5), Cymel® 1133 (48% Methyl, 4% Methylol und 48% Butyl), die beide polymere Melamine sind.
  • In die Lackzusammensetzung sind bevorzugt ein oder mehrere Katalysatoren einbezogen, um das Vernetzen der Komponenten beim Härten zu verstärken. Im Allgemeinen sind in die Lackzusammensetzung im Bereich von 0,1% bis 5% und bevorzugt im Bereich von 0,1% bis 2% und mehr bevorzugt im Bereich von 0,5% bis 2% und am meisten bevorzugt im Bereich von 0,5% bis 1,2% des Katalysators einbezogen, wobei die Prozentangaben in Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung erfolgen.
  • Einige der geeigneten Katalysatoren schließen die konventionellen Säurekatalysatoren ein, wie beispielsweise aromatische Sulfonsäuren, z.B. Dodecylbenzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure und Dinonylnaphthalensulfonsäure, die alle entweder ungeblockt oder mit einem Amin geblockt sind, wie beispielsweise Dimethyloxazolidin und 2-Amino-2-methyl-1-propanol, n,n-Dimethylethanolamin oder eine Kombination davon. Andere Säurekatalysatoren, die zur Anwendung gelangen können, sind starke Säuren, wie beispielsweise Phosphorsäuren und insbesondere saures Phenolphosphat, das ungeblockt sein kann oder mit einem Amin geblockt sein kann.
  • Zusätzlich zu der vorstehenden Ausführung schließt die Lackzusammensetzung bevorzugt eine geringe Menge eines oder mehrerer zinnorganischer Katalysatoren ein, wie beispielsweise Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetat, Zinn(II)-octat und Dibutylzinnoxid. Bevorzugt ist Dibutylzinndilaurat. Die Menge des zugesetzten zinnorganischen Katalysators liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,001% bis 0,5% und bevorzugt von 0,05% bis 0,2% und mehr bevorzugt von 0,1% bis 0,15%, wobei die Prozentangaben in Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung erfolgen.
  • Diese Katalysatoren werden bevorzugt der Melaminkomponente zugegeben.
  • Die Carbonatkomponente der Lackzusammensetzung schließt 5-gliedrige oder 6-gliedrige cyclische Carbonate oder eine Kombination davon ein. Bevorzugt sind 6-gliedrige cyclische Carbonate. In die Lackzusammensetzung einbezogen sind im Bereich von 5% bis 40% und bevorzugt im Bereich von 10% bis 35% und am meisten bevorzugt im Bereich von 15% bis 30% des Melamins, wobei die Prozentangaben in Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung erfolgen.
  • Einige der geeigneten cyclischen Carbonate schließen cyclische Carbonate ein, die eine oder mehrere Ringstrukturen pro Molekül besitzen. Das cyclische Carbonat enthält bevorzugt zwischen einem bis zu vier Ringen und bevorzugt einen Ring. Jeder Ring kann drei oder vier Kohlenstoffatome mit oder ohne Seitengruppen enthalten. Die Carbonatkomponente kann ein 5-gliedriges oder 6-gliedriges cyclisches Carbonat enthalten oder eine Kombination davon. Bevorzugt sind 6-gliedrige cyclische Carbonate.
  • Einige der geeigneten 5-gliedrigen cyclischen Carbonate schließen solche ein, die die folgende Formel haben:
    Figure 00060001
    worin R H ist, C1-C15-Alkyl, Alkoxy-Gruppen, wie beispielsweise Methoxyl, Ethoxyl, Phenoxyl oder eine verknüpfte Polymerstruktur, wie beispielsweise von Polyurethan, Polyester oder Acrylpolymer und zwar alle mit einer geringen zahlengemittelten relativen Molekülmasse im Bereich von 200 bis 10.000 und bevorzugt im Bereich von 300 bis 5.000 und mehr bevorzugt im Bereich von 400 bis 1.000.
  • 5-gliedrige cyclische Carbonate mit zwei oder mehreren Ringstrukturen lassen sich als Reaktionsprodukte aus Glycerincarbonat (R=CH2-OH) mit aliphatischen Diisocyanaten oder Polyisocyanaten erhalten, wie beispielsweise Hexamethylendiisocyanat (HMDI), Isophorondiisocyanat, Nonandiisocyanat oder deren Biuret oder Isocyanurat-Trimere. Alternativ kann ein 5-gliedriges cyclisches Carbonat mit zwei oder mehreren cyclischen Carbonat-Ringstrukturen hergestellt werden mit Hilfe konventioneller Synthesewege, die in der Technik bekannt sind und zu Polyester führen, Polyether oder Polyacrylen, die über derartige funktionelle Stellen verfügen. Einige der geeigneten 5-gliedrigen cyclischen Carbonate schließen solche ein, die im Durchschnitt eine einringige Struktur haben, wie beispielsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Glycerincarbonat, Butylsoyatcarbonat, Butylleinsamencarbonat oder eine Kombination davon. Bevorzugt sind Ethylen-, Propylen- und Butylencarbonate.
  • Einige der geeigneten 6-gliedrigen cyclischen Carbonate schließen solche ein, die die Formel haben:
    Figure 00060002
    worin R H ist, C1-C15-Alkyl oder eine Alkoxyl-Gruppe, wie beispielsweise Methoxyl, Ethoxyl, Phenoxyl oder eine verknüpfte Polymerstruktur, wie beispielsweise von Polyurethan, Polyester oder Acrylpolymer, die alle eine geringe zahlengemittelte relative Molekülmasse im Bereich von 200 bis 10.000 und bevorzugt im Bereich von 300 bis 5.000 und mehr bevorzugt im Bereich von 400 bis 1.000.
  • 6-gliedrige cyclische Carbonate mit im Durchschnitt einem oder mehreren Ringen schließen die Reaktionsprodukte von Dialkylcarbonaten oder Phosgen mit irgendeinem 1,3-Diol, wie beispielsweise Neopentylglykol, 1,3-Propandiol, 2-Methyl-, 2-propyl-1,3-propandiol oder Trimethylolpropan. Beispiele von cyclischen Carbonaten mit 6-gliedrigen Ringen und deren Synthesen sind in den Beispielen 1, 3 und 9 in der US-P-4 440 937 beschrieben, die hiermit als Fundstelle einbezogen ist.
  • Die vorliegende Erfindung schließt 6-gliedrige cyclische Carbonate, die im Durchschnitt Strukturen mit einem oder mehreren cyclischen Carbonatringen haben und die sich konventionell herstellen lassen, indem Polyester, Polyether oder Polyacryle mit Carbonat-Funktionalitäten ausgestattet werden. Ebenfalls zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind 6-gliedrige cyclische Carbonatfunktionalisierte Polyurethane, die hergestellt werden durch Umsetzen aliphatischer Diisocyanate oder Polyisocyanate mit hydroxyfunktionellen Carbonaten oder durch Umsetzen von mehrfach funktionellen Aminen mit mehrfache Ringe enthaltenden cyclischen Carbonaten.
  • Die Lackzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, die zu Lacksystemen mit hohen Feststoffanteilen angesetzt wird, enthält ferner mindestens ein organisches Lösemittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Petrolether oder Xylole; Ketone, wie beispielsweise Methylamylketon, Methylisobutylketon, Methylethylketon oder Aceton; Ester, wie beispielsweise Butylacetat oder Hexylacetat; sowie Glykoletherester, wie beispielsweise Propylenglykolmonomethyletheracetat. Die Menge an organischem Lösemittel, die zugesetzt wird, hängt von dem gewünschten Feststoffanteil sowie von dem angestrebten VOC-Wert der Zusammensetzung ab. Nach Erfordernis kann das organische Lösemittel zu beiden Komponenten des Bindemittels zugesetzt werden.
  • Die Lackzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann auch konventionelle Additive enthalten, wie beispielsweise Stabilisiermittel und Rheologieverbesserer, Verlaufmittel und Schlagfestmacher. Derartige zusätzliche Additive hängen selbstverständlich von der vorgesehenen Anwendung der Lackzusammensetzung ab. Nicht einbezogen sind alle Additive, die die Klarheit der gehärteten Beschichtung nachteilig beeinträchtigen würden, da die Zusammensetzung als ein Klarlack verwendet wird. Die vorgenannten Additive können entweder einer oder beiden Komponenten zugesetzt werden, was von der vorgesehenen Anwendung der Lackzusammensetzung abhängt.
  • Die Klarlackzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann in Form einer zweikomponentigen Lackzusammensetzung bereitgestellt werden, in der die erste Komponente die Polyisocyanatkomponente einschließt und die zweite Komponente die Melaminkomponente einschließt. Generell werden die erste und zweite Komponente in separaten Behältern aufbewahrt und vor Gebrauch gemischt. Die Behälter sind vorzugsweise luftdicht abgeschlossen, um einen Abbau während der Lagerung zu vermeiden. Das Mischen kann beispielsweise in einer Mischdüse oder in einem Behälter erfolgen.
  • Alternativ können, wenn die Isocyanat-Funktionalitäten des Polyisocyanats geblockt sind, beide Komponenten der Lackzusammensetzung in dem gleichen Behälter in Form einer einkomponentigen Lackzusammensetzung aufbewahrt werden.
  • Zur Verbesserung der Bewitterungsbeständigkeit des Klarlackes der Lackzusammensetzung lassen sich etwa 0,1% bis 5 Gew.% bezogen auf das Gewicht der Feststoffe der Zusammensetzung eines Stabilisiermittels für ultraviolettes Licht oder einer Kombination von UV-Stabilisiermitteln und UV-Absorbern zusetzen. Diese Stabilisiermittel schließen UV-Absorber ein, Lichtschutzmittel, Lumineszenslöscher und spezifisch gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren. Ebenfalls können etwa 0,1 % bis 5 Gew.% bezogen auf das Gewicht der Feststoffe der Zusammensetzung einer Antioxidans zugesetzt werden. Typische UV-Stabilisiermittel, die verwendbar sind, schließen ein: Benzophenone, wie beispielsweise Hydroxydodecylbenzophenon, 2,4-Dihydroxybenzophenon; Triazole, wie beispielsweise 2-Phenyl-4-(2',4'-dihydroxybenzoyl)triazole; sowie Triazine, wie beispielsweise 3,5-Dialkyl-4-hydroxyphenyl-Derivate von Triazin und Triazole, wie beispielsweise 2-(Benzotriazol-2-yl)-4,6-bis(methylethyl-1-phenylethyl)phenol, 2-(3-Hydroxy-3,5'-di-tert-amylphenyl)benzotriazol, 2-(3',5'-Bis(1,1-dimethylpropyl)-2'-hydroxyphenyl)-2H-benzotriazol, Benzolpropansäure, 3-(2H-Benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-C7-9 verzweigte Alkylester und 2-(3',5'-Bis(1-methyl-1-phenylethyl)-2'-hydroxyphenyl)benzotriazol.
  • Typische gehinderte Amin-Lichtstabilisiermittel sind Bis(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl)sebacat, Bis(N-methyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl)sebacat und Bis(N-octyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl)sebacat. Eines der verwendbaren Blends von UV-Absorbern und gehinderten Amin-Lichtstabilisiermitteln ist Bis(N-octyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl)sebacat und Benzolpropansäure, 3-(2H-Benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-C7-9 verzweigte Alkylester. Ein anderes verwendbares Blend von UV-Lichtabsorbern und gehinderten Amin-Lichtstabilisiermitteln ist 2-(3',5'-Bis(1-methyl-1-phenylethyl)-2'-hydroxyphenyl)benzotriazol und Decandionsäure-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)ester, die beide von Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, New York, unter dem Warenzeichen Tinuvin® 900 bzw. Tinuvin® 123 bereitgestellt werden.
  • Die Lackzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält gegebenenfalls im Bereich von 0,1% bis 40% und bevorzugt im Bereich von 5% bis 35% und mehr bevorzugt im Bereich von 10% bis 30% ein das Fließen modifizierendes Harz, wie beispielsweise eine nicht wässrige Dispersion (NAD), wobei alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung bezogen sind. Die massegemittelte relative Molekülmasse des Harzes zum Modifizieren des Fließens variiert in der Regel im Bereich von 20.000 bis 100.000 und bevorzugt im Bereich von 25.000 bis 80.000 und mehr bevorzugt im Bereich von 30.000 bis 50.000.
  • Das nicht wässrige Harz vom Dispersionstyp wird hergestellt durch Dispersionspolymerisieren von mindestens einem Vinylmonomer in Gegenwart eines Stabilisiermittels für die Polymerdispersion und eines organischen Lösemittels. Das Stabilisiermittel für die Polymerdispersion kann jedes beliebige der bekannten Stabilisiermittel sein, die üblicherweise auf dem Gebiet der nicht wässrigen Dispersionen zur Anwendung gelangen und kann die folgenden Substanzen (1) bis (9) als Beispiele einschließen:
    • (1) ein Polyester-Makromer, mit etwa 1,0-polymerisierbaren Doppelbindungen in dem Molekül, wie es bei Zugabe von Glycidylacrylat oder Glycidylmethacrylat zu einem Autokondensationspolyester einer Hydroxy enthaltenden Fettsäure, wie beispielsweise 12-Hydroxystearinsäure, erhalten werden kann;
    • (2) ein Polymer vom Kamm-Typ, das durch Copolymerisieren des unter (1) erwähnten Polyestermakromers mit Methylmethacrylat und/oder anderen (Meth)acrylestern oder einem Vinylmonomer hergestellt wird;
    • (3) ein Polymer, das mit Hilfe der Schritte des Copolymerisierens des unter (2) beschriebenen Polymers mit einer geringen Menge an Glycidyl(meth)acrylat erhalten wird und anschließend Hinzufügen von (Meth)acrylsäure zu den Glycidyl-Gruppen davon, so dass Doppelbindungen eingeführt werden;
    • (4) ein Hydroxy enthaltendes Acrylcopolymer, hergestellt durch Copolymerisieren von mindestens 20 Gew.% (Meth)acrylester eines einwertigen Alkohols, der vier oder mehr Kohlenstoffatome enthält;
    • (5) ein Acrylcopolymer, das durch Erzeugen von mindestens 0,3 Doppelbindungen pro Molekül bezogen auf dessen zahlengemittelte relative Molekülmasse in dem unter (4) genannten Copolymer erhalten werden kann. Eine Methode zum Einführen von Doppelbindungen kann beispielsweise das Copolymerisieren des Acrylpolymers mit einer geringen Menge an Glycidyl(meth)acrylat und anschließendem Hinzufügen von (Meth)acrylsäure zu der Glycidyl-Gruppe umfassen;
    • (6) ein Alkylmelaminharz mit hoher Toleranz gegenüber Lackbenzin;
    • (7) ein Alkydharz mit einer Öllänge von nicht weniger als 15% und/oder einem Harz, das durch Einführen von polymerisierbaren Doppelbindungen in das Alkydharz erhalten werden kann. Eine Methode zum Einführen von Doppelbindungen kann beispielsweise die Additionsreaktion von Glycidyl(meth)acrylat zu den Carboxyl-Gruppen in dem Alkydharz umfassen;
    • (8) ein ölfreies Polyesterharz mit einer hohen Toleranz gegenüber Lackbenzin, ein Alkydharz mit einer Öllänge kleiner als 15% und/oder einem Harz, das durch Einführen von Doppelbindungen in das Alkydharz erhalten werden kann;
    • (9) ein Celluloseacetatbutyrat, in das polymerisierbare Doppelbindungen eingeführt worden sind.
  • Eine exemplarische Methode zum Einführen von Doppelbindungen umfasst eine Additionsreaktion von Isocyanatoethylmethacrylat zu Celluloseacetatbutyrat.
  • Diese Dispersionsstabilisatoren können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Unter den vorgenannten Dispersionsstabilisatoren, die für die Aufgaben der Erfindung bevorzugt sind, sind solche, die sich in verhältnismäßig gering polaren Lösemitteln auflösen lassen, wie beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, um bis zu einem gewissen Maß die Anforderungen an das Filmbildungsverhalten zu sichern. Als Dispersionsstabilisatoren, die diesen Bedingungen genügen können, sind die unter (4) und (5) genannten Acryl-Copolymere insofern wünschenswert, dass sie sich nicht nur gut zur Einstellung der Molmasse, der Glasübergangstemperatur, der Polarität (Polymer-SP-Wert), der Hydroxylzahl, der Säurezahl und anderer Parameter eignen, sondern auch hinsichtlich der Bewitterungsbeständigkeit hervorragend sind. Wünschenswerter sind Acryl-Copolymere, die im Mittel etwa 0,2 bis etwa 1,2 polymerisierbare Doppelbindungen pro Molekül enthalten, die mit dispergierten Partikel pfropfcopolymerisiert sind.
  • Das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete nicht wässrige Harz vom Dispersionstyp lässt sich mühelos durch Dispersionspolymerisieren von mindestens einem Vinylmonomer in Gegenwart des vorstehend beschriebenen Polymer-Dispersionsstabilisators und eines organischen Lösemittels herstellen, das hauptsächlich einen aliphatischen Kohlenwasserstoff enthält. Der Dispersionsstabilisator und das Vinylmonomer sind in dem organischen Lösemittel löslich. Die durch das Vinylmonomer gebildeten Polymerpartikel sind in dem Lösemittel jedoch nicht löslich.
  • Die Monomerkomponente, die das Acryl-Copolymer bildet und als der Polymerisations-Dispersionsstabilisator geeignet ist, und das Vinylmonomer, welches die dispergierten Partikel erzeugt, können nahezu jedes radikalpolymerisierbares ungesättigtes Monomer sein. Für diese Aufgabe kann eine Vielzahl von Monomeren eingesetzt werden. Typische Beispiele für derartige Monomere schließen die Folgenden ein:
    • (a) Ester von Acrylsäure oder Methacrylsäure, wie beispielsweise C1-18-Alkylester von Acryl- oder Methacrylsäure, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat, Butylacrylat, Hexylacrylat, Octylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat, Isopropylmethacrylat, Butylmethacrylat, Hexylmethacrylat, Octylmethacrylat, Laurylmethacrylat und Stearylmethacrylat; Glycidylacrylat und Glycidylmethacrylat; C2-8-Alkenylester von Acryl- oder Methacrylsäure, wie beispielsweise Allylacrylat und Allylmethacrylat; C2-8-Hydroxyalkylester von Acryl- oder Methacrylsäure, wie beispielsweise Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat und Hydroxypropylmethacrylat; sowie C3-18-Alkenyloxyalkylester von Acryl- oder Methacrylsäure, wie beispielsweise Allyloxyethylacrylat und Allyloxyethylmethacrylat;
    • (b) vinylaromatische Verbindungen, wie beispielsweise Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluol, p-Chlorstyrol und Vinylpyridin;
    • (c) α,β-ethylenisch ungesättigte Säuren, wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und Crotonsäure;
    • (d) Amide von Acryl- oder Methacrylsäure, wie beispielsweise Acrylamid, Methacrylamid, n-Butoxymethylacrylamid, N-Methylolacrylamid, n-Butoxymethylmethacrylamid und N-Methylolmethacrylamid;
    • (e) Sonstige: beispielsweise Acrylnitril, Methacrylnitril, Methylisopropenylketon, Vinylacetat, VeoVa-Monomer (Erzeugnis von Shell Chemicals, Co., Ltd.; gemischte Vinylester einer synthetischen gesättigten Monocarbonsäure mit stark verzweigter Struktur, die 10 Kohlenstoffatome enthält), Vinylpropionat, Vinylpivalat, Isocyanatoethylmethacrylat, Perfluorcyclohexyl(meth)acrylat, p-Styrolsulfonamid, N-Methyl-p-styrolsulfonamid und γ-Methacryloyloxypropyltrimethoxysilan.
  • Unter den vorgenannten Monomeren können mit besonderem Vorteil für die Herstellung von als Dispersionsstabilisator verwendetem Acryl-Copolymer die folgenden Materialien verwendet werden:
    gemischte Monomere auf Basis von verhältnismäßig langkettigen, gering polaren Monomeren, wie beispielsweise N-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Dodecylmethacrylat, Laurylmethacrylat und Stearylmethacrylat, nach Erfordernis ergänzt mit Styrol, Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat und (Meth)acrylsäure. Der Dispersionsstabilisator kann ein solcher sein, der durch Zusetzen von Glycidyl(meth)acrylat oder Isocyanatoethylmethacrylat zu einem Copolymer der Monomere für die Einführung polymerisierbarer Doppelbindungen hergestellt wird.
  • Das als Dispersionsstabilisator verwendete Acryl-Copolymer lässt sich mühelos unter Verwendung eines radikalischen Polymerisationsinitiators entsprechend dem bekannten Prozess der Lösungspolymerisation herstellen.
  • Die zahlengemittelte relative Molekülmasse des Dispersionsstabilisators liegt bevorzugt im Bereich von etwa 1.000 bis etwa 50.000 und für noch bessere Ergebnisse etwa 3.000 bis etwa 20.000.
  • Unter den vorstehend erwähnten Monomeren enthalten besonders bevorzugte Vinyl-Monomere für die Erzeugung der dispergierten Polymerpartikel überwiegend Monomere mit verhältnismäßig hoher Polarität, wie beispielsweise Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat und Acrylnitril, ergänzt nach Erfordernis mit (Meth)acrylsäure und 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat. Ebenfalls ist es möglich Gelpartikel im vernetzten Zustand in Molekülen durch Copolymerisieren einer geringen Menge von polyfunktionellen Monomeren bereitzustellen, wie beispielsweise Divinylbenzol und Ethylenglykoldimethacrylat, indem eine Mehrzahl von Monomeren, die über untereinander reaktionsfähige funktionelle Gruppen verfügen, wie beispielsweise Glycidylmethacrylat und Methacrylsäure, copolymerisiert werden oder indem ein autoreaktives Monomer, wie beispielsweise N-alkoxymethylierte Acrylamide und γ-Methacryloyloxypropyltrimethoxysilane copolymerisiert werden.
  • Bei der Ausführung der Dispersionspolymerisation wird das Verhältnis des Dispersionsstabilisators zu dem die dispergierten Partikel erzeugenden Vinylmonomer so ausgewählt, dass es im Bereich von etwa 5/95 bis etwa 80/20 (Gewicht) und bevorzugt etwa 10/90 bis etwa 60/40 (Gewicht) liegt und die Dispersionspolymerisation in Gegenwart eines Initiators für die Radikalpolymerisation mit Hilfe einer bekannten Prozedur ausgeführt wird.
  • Während die Partikelgröße des resultierenden Acrylharzes vom nicht wässrigen Dispersionstyp in der Regel im Bereich von etwa 0,05 μm bis etwa 2 μm liegt, wird der Bereich von etwa 0,1 μm bis etwa 0,7 μm wegen der Beständigkeit der Stabilität, der Lebensdauer und des Glanzes, der Glätte und der Bewitterungsbeständigkeit des Films bevorzugt.
  • Bei Gebrauch werden die erste Komponente der zweikomponentigen Lackzusammensetzung, die das Polyisocyanat enthält, und die zweite Komponente, die das Melamin und cyclische Carbonate enthält, unmittelbar vor Gebrauch oder etwa 5 bis 30 min vor Gebrauch unter Erzeugung eines gebrauchsfertigen Gemisches gemischt, das eine begrenzte Verarbeitungsdauer von etwa 10 min bis etwa 6 Stunden hat. Danach wird es zu viskos, um einen Auftrag mit Hilfe von konventionellen Auftragssystemen, wie beispielsweise das Sprühen, zu erlauben. Im typischen Fall wird eine Lage des gebrauchsfertigen Gemisches auf ein Substrat mit Hilfe konventioneller Methoden aufgetragen, wie beispielsweise Sprühen, elektrostatisches Sprühen, Walzenbeschichten, Tauchen oder Streichen. Im Allgemeinen wird eine Klarlackschicht mit einer Dicke im Bereich von 25 μm bis 75 μm auf ein Metallsubstrat aufgetragen, wie beispielsweise eine Autokarosserie, das oftmals mit anderen Lackschichten vorbeschichtet ist, wie beispielsweise einem Elektrotauchlack, einer Haftgrundierung und einem Grundlack. Die zweikomponentige Lackzusammensetzung kann beim Auftrag für etwa 60 bis 10 min bei 80° bis 160°C ausgeheizt werden.
  • Wenn die einkomponentige Lackzusammensetzung, die das blockierte Polyisocyanat enthält, zur Anwendung gelangt, wird eine Lage davon auf ein Substrat aufgetragen, indem die vorstehend beschriebenen Auftragsmethoden angewendet werden, und wird bei einer Ausheiztemperatur im Bereich von 80° bis 200°C und bevorzugt im Bereich von 80° bis 160°C für etwa 60 bis 10 min gehärtet. Die tatsächliche Ausheiztemperatur wird selbstverständlich in Abhängigkeit von dem Katalysator und dessen Menge, von der Dicke der Lage, die gehärtet werden soll, und den blockierten Isocyanat-Funktionalitäten sowie dem Melamin abhängen, die in der Lackzusammensetzung verwendet werden. Die Anwendung des vorgenannten Ausheizschrittes ist besonders nützlich unter OEM-Bedingungen (OEM, Original Equipment Manufacture).
  • Die Klarlackzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist zur Schaffung von Klarlacken auf einer Vielzahl von Substraten geeignet, wie beispielsweise auf Metall-, Holz- und Betonsubstraten. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung eignet sich besonders zur Schaffung von Klarlacken in Automobil-OEM- oder Reparaturlack-Anwendungen. Diese Zusammensetzungen sind auch als Klarlacke in Schichtaufträgen für Industrie und Wartung geeignet.
  • TESTPROZEDUREN
  • Um die in den nachfolgenden Beispielen angegebenen Daten zu erhalten, wurden die folgenden Testprozeduren angewendet:
  • Figure 00120001
  • CROCKMETER – TROCKEN-KRATZFESTIGKEIT
  • Es wurden Platten, die über einen gehärteten Klarlack über schwarzen Grundlacken verfügten, mit einer dünnen Schmirgelschicht Bon Ami beschichtet, die von Faultless Starch/Bon Ami Corporation, Kansas City, Missouri, erhalten wurden. Die Klarlacke hatten eine Trockenschichtdicke von 50 μm. Die Platten wurden sodann auf Kratzschäden bei 10 Doppelreibungen gegen eine mit grünem Filz umwickelten Fingerspitze mit dem A.A.T.C.C. Crockmeter (Modell CM-1, Atlas Electric Devices Corporation, Chicago, Illinois) getestet. Die Trocken-Kratzfestigkeit wurde in Prozent der Glanzbewahrung aufgezeichnet, indem der 20°-Glanz der zerkratzten Bereiche im Vergleich zu nicht zerkratzten Bereichen der lackierten Platten gemessen wurde.
  • CROCKMETER – NASS-KRATZFESTIGKEIT
  • Es wurde eine ähnliche Prozedur, wie sie in der Crockmeter-Trocken-Kratzfestigkeit vorstehend angewendet wurde, zum Testen der Nass-Kratzfestigkeit mit der Ausnahme angewendet, dass das verwendete Schleifmittel eine nasse Aluminiumoxid-Aufschlämmung anstelle des „Bon Ami"-Schleifmittels war. Die nasse Aluminiumoxid-Aufschlämmung hatte die folgende Zusammensetzung:
  • Figure 00120002
    • 1Assoziiertes Eindickungsmittel, geliefert von der Rohm and Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania von
    • 2erhalten Aldrich Chemicals, Milwaukee, Wisconsin
    • 3Schleifmittel, erhalten von MDC Industries, Philadelphia, Pennsylvania.
  • Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde im Bereich von 7,6 bis 8,0 gehalten und die Viskosität bei 125 ± 10 Poise (Brookfield #4 Spindel bei 10 U/min) gehalten. Zum Testen der Nass-Kratzfestigkeit wurden 0,7 ml der Aufschlämmung über die mit gehärteten Klarlacken auf schwarzem Grundlack versehenen Platten aufgebracht. Die Klarlacke hatten eine Trockenschichtdicke von 40 μm. Die mit der Aufschlämmung beschichteten Teile der Platten wurden sodann auf Kratzschäden bei 10 Doppelreibungen gegen eine mit grünem Filz umwickelten Fingerspitze auf dem A.A.T.C.C.-Crockmeter (Modell CM-1, Atlas Electric Devices) getestet. Die Nass-Kratzfestigkeit wurde in Prozent der Glanzerhaltung aufgezeichnet, die mit dem 20°-Glanz der zerkratzten Bereiche im Vergleich zu den nicht zerkratzten Bereichen der beschichteten Platten gemessen wurde.
  • SAUREN ÄTZVERSUCH MIT SYNTHETISCHEM REGEN
  • Die Formulierung des synthetischen Regens wurde mit der folgenden Rezeptur angesetzt:
  • KATIONISCHE LÖSUNG
    Figure 00130001
  • Zu den vorgenannten wurde deionisiertes Wasser zugegeben, um 1.000 g einer kationischen Lösung zu erzeugen.
  • ANIONISCHE LÖSUNG
    Figure 00130002
  • Zu den vorgenannten wurde deionisiertes Wasser zugegeben, um 1.000 g einer anionischen Lösung zu erzeugen.
  • Der synthetische Regen wurde erzeugt, indem die anionische Lösung zu der kationischen Lösung gegeben wurde, bis ein pH-Wert von 1 erzielt wurde. Nach einer Mischdauer von 24 Stunden wurde der pH-Wert nochmals auf 1 eingestellt.
  • Der Test bestand darin, dass etwa 0,2 ml Tropfen des synthetischen Regens auf eine testbeschichtete Oberfläche gegeben wurde, die zuvor mit einem schwarzen Grundlack versehen wurde (eine Stahlplatte mit 5,08 cm × 5,08 cm (2 in. × 2 in.)). Die Platte wurde sodann für 30 min in einen Gradientofen bei 80°C gegeben. Die Ätztiefe auf der Testbeschichtung wurde über 12 Messpunkte gemittelt und mit Hilfe eines tragbaren Profilometers (Surtronic 3P-Profilometer von Taylor Hobson Inc., Ralling Meadows, Illinois) gemessen.
  • Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen veranschaulicht.
  • BEISPIELE
  • BEISPIEL 1
  • Die in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten Komponenten wurden in einen mit einer Falle, einem Mischer und einem Kühler ausgestatteten 51-Kolben geladen. Der Kolben wurde mit Stickstoff ausgespült und unter einem Stickstoffmantel während der Reaktion gehalten. Die Charge wurde bis 140°C erhitzt, um mit dem Abdestillieren von Destillat zu beginnen, bei dem es sich überwiegend um Ethanol handelte, das während der Reaktion erzeugt wurde. Die Charge wurde für 4 Stunden bei 140°C gehalten und das Destillat gewonnen. Die Temperatur der Charge wurde allmählich bis 160°C zum Abschließen erhöht und 748,8 g Destillat gewonnen. Während der Kühlphase wurden 81 g Methylamylketon (MAK)-Lösemittel zugegeben, um eine klare Flüssigkeit mit einem Gehalt von 95% cyclischem Carbonat zu erhalten.
  • TABELLE 1
    Figure 00140001
  • BEISPIEL 2
  • Die in Schritt 1 in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführten Komponenten wurden in einen mit einer Falle, einem Mischer und einem Kühler ausgestatteten 121-Kolben geladen. Der Kolben wurde mit Stickstoff ausgespült und während der Reaktion unter einem Stickstoffmantel gehalten. Die Charge wurde bis zu 80°C erhitzt. Die in Schritt 2 in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführten Komponenten wurden vorgemischt und allmählich der Charge über eine Dauer von 30 min. zugegeben. Die Temperatur der Charge ließ man bis auf 100°C unter exothermen Bedingungen ansteigen, wonach die Charge für eine Stunde bei 100°C gehalten wurde. Von der Charge wurde ein Infrarotabsorptionsspektrogramm aufgenommen, um sicherzustellen, dass das gesamte, während Schritt 2 zugesetzte Isocyanat verbraucht war. Danach ließ man die Charge abkühlen, um eine klare Flüssigkeit mit einem Gehalt von 90,17 Vol.% cyclisches Carbonat zu liefern, das nach einer GPC eine massegemittelte relative Molekülmasse von 1.884 hatte.
  • TABELLE 2
    Figure 00140002
    • 1erhalten von Hunstman Corporation, Austin, Texas
    • 2erhalten von Air Products Corporation, Allentown, Pennsylvania
    • 3erhalten von Bayer Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania
  • Die cyclischen Komponenten von Beispiel 1 und 2 wurden verwendet, um Lackzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Das in der nachfolgenden Tabelle 3 aufgeführte Material wurde zugegeben, um die Lackzusammensetzungen der Beispiele 3, 4, 5 und 6 zu erzeugen:
  • TABELLE 3
    Figure 00150001
    • Cymel® 1158, 327, 350-Melamine, erhalten von Cytec Industries, West Patterson, New Jersey
    • Tinuvin® 292 & 384-Lichtstabilisatoren, erhalten von Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, New York
    • BYK® 301-Verlaufmittel, erhalten von BYK Chemie, Wallingford, Connecticut,
    • Polyesterpolyol als das Reaktionsprodukt von 1 Mol Dimethylolpropansäure, 2 Mol Caprolacton, 0,41 Mol Pentaerythrit mit einer nach GPC ermittelten massegemittelten relativen Molekülmasse von 10.000 bei 80% nicht flüchtige Bestandteile,
    • Dibutylzinndilaurat, erhalten von Air Products Corporation, Allentown, Pennsylvania,
    • Desmodur® N3300-Polyisocyanat, erhalten von der Bayer Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania, saures Phenolphosphat, erhalten von King Industries, Norwalk, Connecticut.
  • Es wurden Lagen aus den Lackzusammensetzungen der Beispiele 3, 4, 5 und 6 durch Sprühen auf grundierten und elektrotauchlackierten phosphathaltigen Stahl aufgebracht der zuvor mit einem Grundlack auf Wasserbasis mit Zwangstrocknung beschichtet und für 30 min bei 140°C ausgeheizt wurde, um Beschichtungen mit einer Trockenfilmdicke von 40 μm darauf zu erzeugen. Für Vergleichszwecke wurde in der gleichen Weise auch eine Beschichtung aus einer konventionellen und kommerziell verfügbaren zweikomponentigen Lackzusammensetzung (Imron® ES-Polyurethan), erhalten von DuPont Company, Wilmington, Delaware, erzeugt.
  • Die Beschichtungen der Beispiele 3, 4, 5, 6 und von Vergleichsbeispiel 1 (Vgl. Bsp. 1) wurden auf Filmeigenschaften getestet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 4 zusammengestellt.
  • TABELLE 4
    Figure 00160001
  • Aus der vorstehenden Tabelle 4 ist ersichtlich, dass die Klarlackzusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht nur eine Klarlackzusammensetzung mit hohem Feststoffanteil ergibt, sondern auch überlegene physikalische Eigenschaften vermittelt, wie beispielsweise Kratzfestigkeit.
  • Die von den Anmeldern unerwartete Entdeckung der drastischen Verbesserung hinsichtlich der Lackeigenschaften bei Zugabe der cyclischen Carbonatkomponente, die der Zusammensetzung der Melamin/Isocyanat-Komponenten zugesetzt wird, lässt sich aus den Lackeigenschaften von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 2 (Vgl. Bsp. 2) entnehmen, wie sie mit Hilfe der in der nachfolgenden Tabelle 5 aufgeführten Materialien hergestellt wurden:
  • TABELLE 5
    Figure 00160002
    • Butylencarbonat, erhalten von Huntsman Corporation, Austin, Texas
    • Cymel® 1158 & 327, erhalten von Cytec Corporation, West Patterson, New Jersey
    • Tinuvin® 292/384-Lösung, erhalten von Ciba Chemicals, Tarrytown, New York (Lösung von 13,3% Tinuvin® 292 & 26,67% Tinuvin® 384 in Lösemittel)
    • Polyesterharz ist das Kondensationsprodukt von 1 Mol Dimethylolpropansäure, 2 Mol ε-Caprolacton und 0,27 Mol Pentaerythrit
    • Tolonate® HDT LV, erhalten von Rhodia Co., Freeport, Texas
    • Säurelösung #1 war 25% saures Phenolphosphat
    • Säurelösung #2 war 33% 2-Amino-2-methyl-n-propanolamin-geblockte Dodecylbenzolsulfonsäure, erhalten von King Industry, Norwalk, Connecticut.
  • Die Beschichtungen von Beispiel 7 wurden hinsichtlich der Filmeigenschaften getestet. Vergleichsbeispiel 2 (Vgl. Bsp. 2) konnte nicht getestet werden, da es zum Aufsprühen zu dick war. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 6 zusammengestellt:
  • TABELLE 6
    Figure 00170001
  • Aus den vorgenannten Ergebnissen ist mühelos ersichtlich, dass die Zugabe der Carbonatkomponente bei der gleichen Feststoffmenge (87,8%) einen starken Einfluss auf die Filmbildung, auf das Aussehen des Lackes und auf die Lackeigenschaften hat.

Claims (24)

  1. Klarlackzusammensetzung, aufweisend Isocyanat-, cyclische Carbonat- und Melamin-Komponenten, worin die Isocyanat-Komponente ein aliphatisches Polyisocyanat mit durchschnittlich 2,5 bis 6 Isocyanat-Funktionalitäten oder ein aliphatisches Polyisocyanat mit durchschnittlich 2,5 bis 6 Isocyanat-Funktionalitäten aufweist, die durch Umsetzen der Funktionalitäten mit einem monomeren Alkohol geblockt sind.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der monomere Alkohol ein aliphatischer Alkohol ist.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die cyclische Carbonat-Komponente mindestens ein cyclisches Carbonat aufweist, das einen oder mehrere 5- oder 6-gliedrige cyclische Ringe hat.
  4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Zusammensetzung ferner einen oder mehrere organische Zinn- oder Säurekatalysatoren aufweist.
  5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, worin der organische Zinnkatalysator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Zinn(II)-octanoat und eine Kombination davon aufweist.
  6. Zusammensetzung nach Anspruch 4, worin der Säurekatalysator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Dodecylbenzolsulfonsäure; Dodecylbenzolsulfonsäure, die mit einem Amin geblockt ist; p-Toluolsulfonsäure; p-Toluolsulfonsäure, die mit einem Amin geblockt ist; Phenylsäurephosphat; Phenylsäurephosphat, das mit einem Amin geblockt ist; Dinonylnaphthalensulfonsäure; Dinonylnaphthalensulfonsäure, die mit einem Amin geblockt ist und eine Kombination davon.
  7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin das Amin Dimethyloxazolidin, 2-Amino-2-methyl-1-propanol, n,n-Dimethylethanolamin oder eine Kombination davon ist.
  8. Zusammensetzung nach Anspruch 4, 5 oder 6, worin die Zusammensetzung den Katalysator im Bereich von 0,001% bis 5,0 Gew.% aufweist und alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung bezogen sind.
  9. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Polyisocyanat ein oder mehrere Trimere von Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat oder eine Kombination davon aufweist.
  10. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 5, die das Polyisocyanat im Bereich von 30% bis 70 Gew.% aufweist und worin alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung bezogen sind.
  11. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Melamin-Komponente ein monomeres Melamin, ein polymeres Melamin oder eine Kombination davon aufweist.
  12. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 11, die die Melamin-Komponente im Bereich von 10% bis 45 Gew.% aufweist und worin alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung bezogen sind.
  13. Zusammensetzung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein das Verlaufen modifizierendes Harz.
  14. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die die Carbonat-Komponente im Bereich von 5% bis 40 Gew.% aufweist und worin alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung bezogen sind.
  15. Zusammensetzung nach Anspruch 1 in Form einer Zweikomponentenzusammensetzung, worin die erste Komponente der Zweikomponentenzusammensetzung die Polyisocyanat-Komponente aufweist und die zweite Komponente der Zweikomponentenzusammensetzung die Melamin- und cyclische Carbonat-Komponenten aufweist.
  16. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der VOC-Wert der Zusammensetzung im Bereich von 0,0 bis 0,472 Kilogramm organisches Lösemittel pro Liter der Zusammensetzung liegt.
  17. Klarlackzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei ein Klarlack auf einem Substrat aus der Zusammensetzung erzeugt wird, die einen DOI-Wert von mindestens 80 hat.
  18. Zusammensetzung nach Anspruch 1, ferner aufweisend UV-Lichtstabilisatoren, UV-Absorber oder eine Kombination davon.
  19. Verfahren zum Herstellen eines Klarlackes auf einem Substrat, umfassend: Auftragen einer Lage einer Klarlackzusammensetzung nach Anspruch 1 bis 18 und Härten der Lage zu dem Klarlack.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Beschichtung einen DOI-Wert von mindestens 80 hat.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Beschichtung einen 20°-Glanz von mindestens 80 hat.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem das Härten der Lage bei einer erhöhten Ausheiztemperatur im Bereich von 80° bis 160°C erfolgt.
  23. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die cyclische Carbonat-Komponente mindestens ein cyclisches Carbonat aufweist, das einen oder mehrere 5- oder 6-gliedrige cyclische Ringe hat.
  24. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Zusammensetzung die Carbonat-Komponente im Bereich von 5% bis 40 Gew.% aufweist und wobei alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Zusammensetzung bezogen sind.
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