DE69307182T2

DE69307182T2 - Verfahren zur Herstellung von knitterfreien Beschichtungen unter Verwendung eines lösungsmittelhaltigen Klarlackes auf einer wässrigen Basisschichtzusammensetzung

Info

Publication number: DE69307182T2
Application number: DE69307182T
Authority: DE
Inventors: David K K Lau
Original assignee: BASF Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1993-04-24
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2013-04-25
Also published as: ES2098581T5; DE69307182T3; DE69307182D1; EP0569761B1; US5283084A; CA2094778C; JPH0688046A; EP0569761B2; EP0569761A1; ES2098581T3; BR9301783A; CA2094778A1; JP3568973B2

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Lackieren von Substraten mit einer wäßrigen Basislackzusammensetzung und darüber mit einer lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung.

2. Stand der Technik

Bei bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von lackierten Gegenständen, insbesondere von Automobillacken, hat man Lacksysteme verwendet, bei denen sowohl Basislacke als auch Klarlacke zum Einsatz kommen. Dabei wurden sowohl die Basislacke als auch die Klarlacke üblicherweise als lösungsmittelhaltige Zusammensetzungen appliziert. In letzter Zeit ist jedoch die durch die bei der Applikation und beim Aushärten der lösungsmittelhaltigen Lackzusammensetzungen entstehende Emission von organischen Lösungsmitteln in die Atmosphäre auftretende Umweltbelastung zunehmend in den Blickpunkt geraten. Infolgedessen und aufgrund von damit verbundenen Umweltschutzvorschriften ist die Verwendung von wäßrigen Lackzusammensetzungen in zunehmendem Maße erwünscht.
Es hat sich gezeigt, daß bei der Applikation einer freies Amin enthaltenden wäßrigen Basislackzusammensetzung auf ein Substrat und anschließender Applikation einer üblichen, ein monomeres Melamin als Vernetzungsmittel enthaltenden lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung der nach gleichzeitiger Aushärtung beider Schichten erhaltene ausgehärtete Film "runzelig" aussieht. Dieses Aussehen ist unerwünscht und für kommerzielle Zwecke wertlos. Es hat sich herausgestellt, daß Klarlackzusammensetzungen mit polymerem Melamin dieses Runzelbildungsproblem nicht zeigen. Demzufolge setzt man bei den gegenwärtig im Handel erhältlichen Klarlackzusammensetzungen als Vernetzer kein monomeres, sondern polymeres Melamin ein. Der Einsatz von monomerem Melamin könnte jedoch den Zugang zur Formulierung von Zusammensetzungen mit höherem Feststoffgehalt eröffnen und zu verbesserten physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Lacks führen, wenn man nur das lästige Runzelbildungsproblem lösen könnte.
Es wurde unerwarteterweise gefunden, daß sich die obengenannten Vorteile, nämlich hohe Feststoffkonzentration und verbesserte physikalische Eigenschaften, durch die Verwendung einer lösungsmittelhaltigen, monomeres Melamin enthaltenden Klarlackzusammensetzung mit einem hohen Säurekatalysatoranteil erzielen lassen. Es stellte sich unerwarteterweise heraus, daß mit einer derartigen Zusammensetzung die Vorteile verbesserter physikalischer Filmeigenschaften sowie erhöhter Feststoffgehalt der Klarlackzusammensetzung unter vollständiger Umgehung des obenbeschriebenen Runzelbildungsproblems erhältlich sind.
Zusammensetzungen, die neben monomerem Melamin einen "hohen Säurekatalysatoranteil" enthalten, sind jedoch nicht neu. Derartige Zusammensetzungen wurden bereits bei der Reparaturlackierung, d.h. der Neulackierung von Automobilkarosserieblechen nach Beschädigung des Lacks, eingesetzt. Bei derartigen Reparaturverfahren verwendet man jedoch in Verbindung mit den einen hohen Säurekatalysatoranteil aufweisenden, monomeres Melamin enthaltenden Klarlackzusammensetzungen keine wäßrigen Basislackzusammensetzungen. Somit war eine derartige Verwendung eines hohen Säurekatalysatoranteils in monomeres Melamin enthaltenden Zusammensetzungen üblicherweise auf den Einsatz in Verbindung mit lösungsmittelhaltigen Basislacken beschränkt. Außerdem erfolgen derartige Reparaturverfahren bei tiefer Temperatur, d.h. bei Temperaturen von 71ºC (160ºF) bis 99ºC (210ºF).
Im Gegensatz dazu verwendet man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einen hohen Säurekatalysatoranteil in einer auf eine Schicht aus einem ungehärteten wäßrigen Basislack aufgebrachten, monomeres Melamin enthaltenden Zusammensetzung, wobei der wäßrige Basislack außerdem sogar noch ein freies Amin enthält.
In der Automobildecklackierungstechnik ist es erwünscht, bei Lackzusammensetzungen auf Basis organischer Lösungsmittel weniger organisches Lösungsmittel zu verwenden. Organische Lösungsmittel dienen zum Dispergieren und Auflösen von Polymeren, Oligomeren, Monomeren und anderen in der Zusammensetzung enthaltenen organischen Verbindungen und setzen die Viskosität der Mischung so weit herab, daß die Dispersion spritzfähig wird, usw. Die Gegenwart der organischen Lösungsmittel in der Lackzusammensetzung führt jedoch letztendlich dazu, daß das organische Lösungsmittel bei einem bei erhöhten Temperaturen durchgeführten Aushärtungsschritt in die Atmosphäre entweicht. Zur Verringerung der in die Atmosphäre gelangenden Menge an organischem Lösungsmittel kann man in der Mischung niedrigviskose Komponenten verwenden, so daß man zur Erzielung der gewünschten Viskosität weniger organisches Lösungsmittel benötigt. Als Beispiel für ein derartiges niedrigviskoses Vernetzungsmittel sei monomeres Melamin genannt.
Wie schon weiter oben ausgeführt, erwies sich die Verwendung von monomerem Melamin als Vernetzungsmittel im Fall, daß es in einer lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung vorliegt, die man auf eine ein Amin enthaltende wäßrige Basislackzusammensetzung aufbringt, und anschließend die erhaltene ungehärtete wäßrige Basislackschicht zusammen mit der ungehärteten lösungsmittelhaltigen Klarlackschicht-Lackzusammensetzung gleichzeitig ausgehärtet wird, als unbefriedigend. Man erhält nämlich einen gehärteten Lack mit einem äußerst unbefriedigenden "runzligen" Aussehen. Derartige runzlige Lacke sind für kommerzielle Zwecke weitgehend wertlos.
Die vorliegende Erfindung stellt jedoch ein Verfahren bereit, durch das man eine ungehärtete Schicht aus einer ein monomeres Melamin enthaltenden lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung direkt auf eine ungehärtete Schicht aus einer ein Amin enthaltenden wäßrigen Basislackzusammensetzung aufbringen kann, wobei die beiden Schichten anschließend gleichzeitig zu einem im wesentlichen runzelfreien gehärteten Lack ausgehärtet werden. Ein erster Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß man weniger organisches Lösungsmittel braucht und somit weniger organisches Lösungsmittel in die Umgebung gelangt. Ein zweiter Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung eine höhere Feststoffkonzentration vorliegen kann, die das benötigte Zusammensetzungsvolumen verringert. Ein dritter Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der erhaltene gehärtete Lack verbesserte physikalische Eigenschaften aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Vorteile durch die Verwendung eines verhältnismäßig hohen Säurekatalysatoranteils in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung erreicht. Durch diesen hohen Säurekatalysatoranteil wird ein für die Vernetzung des in der Klarlackzusammensetzung enthaltenen organischen Polymers ausreichender Katalysegrad gewährleistet. Somit gewährleistet der hohe Säurekatalysatoranteil ungeachtet der Gegenwart des freien Amins, das die Vernetzung des organischen Polymers verlangsamt, ausreichende Vernetzung beim Aushärten Also liegt der Säurekatalysator in einer ausreichenden Menge vor, um (1) für die notwendige Katalyse der zur Aushärtung der Klarlackzusammensetzung erforderlichen Vernetzungsreaktion zu sorgen und (2) eine unerwünschte Verlangsamung der Vernetzung der Klarlackzusammensetzung zu verhindern.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines runzelfreien Lacks, bei dem man:
A. eine wäßrige Basislackzusammensetzung so auf ein Substrat aufbringt, daß sich darauf eine ungehärtete Basislackschicht bildet, wobei die wäßrige Basislackzusammensetzung Wasser, 10 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, eines organischen Harzes, 3 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, eines Vernetzers und 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Basislackzusammensetzung, eines freien Amins enthält;
B. auf die ungehärtete Basislackschicht eine im wesentlichen transparente lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung so aufbringt, daß sich auf der ungehärteten Basislackschicht eine ungehärtete Klarlackschicht bildet, wobei die lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung
i. 1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, eines Säurekatalysators,
ii. 10 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, eines monomeren Melamins als Vernetzungsmittel und
iii. 10 bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, eines mit Melamin vernetzbaren Polymers enthält,
C. die ungehärtete Basislackschicht zusammen mit der ungehärteten Klarlackschicht gleichzeitig aushärtet, wodurch das organische Harz, der Vernetzer, das Polymer und das Vernetzungsharz vernetzt werden und ein gehärteter Lack entsteht.
In einem ersten Verfahrensschritt bringt man eine wäßrige Basislackzusammensetzung so auf ein Substrat auf, daß sich darauf eine ungehärtete Basislackschicht bildet. In einem zweiten Verfahrensschritt bringt man auf die erste ungehärtete Schicht aus wäßriger Basislackzusammensetzung eine im wesentlichen transparente lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung vom Einkomponententyp so auf, daß sich auf der ungehärteten wäßrigen Basislackschicht eine ungehärtete lösungsmittelhaltige Klarlackschicht bildet. In einem dritten Verfahrensschritt härtet man die ungehärtete wäßrige Basislackschicht zusammen mit der ungehärteten lösungsmittelhaltigen Klarlackschicht gleichzeitig aus.
Die wäßrige Basislackzusammensetzung enthält Wasser, ein organisches Harz, einen Vernetzer und ein freies Amin. Die lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung enthält einen Säurekatalysator, ein monomeres Melamin als Vernetzungsharz und ein mit einem monomeren Melamin vernetzbares Polymer.
Beim gleichzeitigen Aushärten der ungehärteten wäßrigen Basislackschicht und der ungehärteten lösungsmittelhaltigen Klarlackschicht werden die folgenden Komponenten vernetzt:
(1) das organische Harz der wäßrigen Basislackzusammensetzung,
(2) das Vernetzungsharz der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung und
(3) das vernetzbare Polymer der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, was zu einem gehärteten Lack führt.
Man wählt den jeweiligen Säurekatalysator bzw. die jeweiligen Säurekatalysatoren in der lösungsmittelhaltigen Lackzusammensetzung und dessen bzw. deren Menge so aus, daß sich ein runzelfreier Lack ergibt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gehärteten Polymerlack auf einem Substrat herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einem Substrat einen im wesentlichen runzelfreien Lack herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einem Substrat, das sich zur Verwendung als Automobilkarosserieblech eignet, einen Lack für Automobilzwecke herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einem Substrat einen Lack für Automobilzwecke herzustellen, der aus einer Basislackschicht und einer Klarlackschicht besteht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einem Substrat einen Lack herzustellen, der ein Metallflake-Pigment enthält.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Herstellung eines Lacks durch Verwendung einer wäßrigen Lackzusammensetzung, die ein Amin enthält.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Herstellung eines Lacks durch Verwendung einer lösungsmittelhaltigen Lackzusammensetzung, die ein monomeres Melamin enthält.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, nach einem Verfahren, bei dem man eine wäßrige Basislackzusammensetzung und eine lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung einsetzt, wobei die Basislackzusammensetzung ein freies Amin und die Klarlackzusammensetzung ein monomeres Melamin und einen hohen Säurekatalysatoranteil enthält, einen im wesentlichen runzelfreien Lack herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Herstellung eines runzelfreien Lacks durch Aufbringen einer lösungsmittelhaltigen Lackzusammensetzung, die ein monomeres Melamin als Vernetzungsmittel enthält, auf eine wäßrige Lackzusammensetzung, die ein Amin enthält, und anschließendes gemeinsames Aushärten der beiden Zusammensetzungen zu ermöglichen.

NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ganz allgemein läßt sich jedes beliebige Substratmaterial nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lackieren, beispielsweise Metall, Kunststoff, Glas, Keramik, Papier, Holz, aber auch andere Materialien. Dabei können die jeweiligen Trocknungs- und Aushärtungsanforderungen für unterschiedliche Arten von Substraten variieren. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich jedoch besonders gut für Metallsubstrate, genauer gesagt, als Verfahren zur Herstellung einer Automobillackierung. Bei dem Substrat kann es sich um ein blankes oder zur Verleihung von Korrosionsbeständigkeit und/oder zur Verbesserung der Haftung nachfolgender Lackschichten grundiertes Substrat aus Metall handeln, beispielsweise aus Stahl, Aluminium, Kupfer, Magnesium und deren Legierungen, aber auch aus anderen Metallen.
Unter "organisches Harz" sollen hier eine oder mehrere, in der wäßrigen Basislackzusammensetzung vorliegende vernetzbare polymere Verbindungen verstanden werden. Ferner sollen unter "mit Melamin vernetzbares Polymer" und "vernetzbares Polymer" eine oder mehrere, in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung vorliegende vernetzbare polymere Verbindungen verstanden werden. Unter "Vernetzungsharz" sollen eine oder mehrere, in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung vorliegende Verbindungen, die unter Vernetzung des in der lösungsmittelhaltigen Klarlackformulierung vorliegenden vernetzbaren Polymers reagieren, verstanden werden.
Unter "Basislack" soll hier eine Lackschicht verstanden werden, die sich auf einem blanken oder einem mit einer Grundierung versehenen Substrat befindet. Insbesondere liegt der Basislack unter einem Klarlack. Unter "Decklack" soll die Gesamtheit von Basislack und Klarlack verstanden werden. Das Substrat ist bevorzugt aus Metall und bevorzugt grundiert, so daß der Basislack gut darauf haftet.
Farbe wird dem Substrat im allgemeinen in erster Linie durch den Basislack verliehen. Der Basislack ist bevorzugt deckend, so daß die Grundierung bzw. das blanke Metall verdeckt und die Grundierung keiner ultravioletten Strahlung ausgesetzt ist. Der Basislack enthält bevorzugt Pigmentteilchen, die dem Basislack Farbe und Deckvermögen verleihen. Bei den Pigmentteilchen kann es sich um organische Pigmente oder auch um metallische Pigmente handeln. Als metallische Pigmente können Metallflake- Pigmente dienen, die dem lackierten Substrat ein metallisches Aussehen verleihen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man beliebige, in der Lackierungstechnik allgemein als geeignet betrachtete Pigmente einsetzen.
Unter "Klarlack" soll hier eine Lackschicht verstanden werden, die über dem Basislack liegt. Ferner handelt es sich bei dem Klarlack im allgemeinen um die äußerste Lackschicht auf dem Substrat. Somit ist die Außenfläche des Klarlacks Umwelteinflüssen direkt ausgesetzt.
Der Klarlack ist im allgemeinen im wesentlichen transparent, wodurch der Basislack durch den Klarlack hindurch sichtbar ist. Der Klarlack kann jedoch auch zur Erzielung von Farbeffekten in Kombination mit dem Basislack Pigmente, Farbstoffe usw. enthalten. Selbst wenn der Klarlack Figmente enthält, wird er als im wesentlichen transparent angesehen, wenn es sich bei den Pigmenten um transparente Pigmente handelt. Im allgemeinen ist der Klarlack jedoch nicht gefärbt und somit sowohl im wesentlichen transparent als auch im wesentlichen farblos. Der Klarlack besteht bevorzugt hauptsächlich aus einem Polymernetzwerk, d.h. einem vernetzten Polymer, das gegenüber Schäden durch Umwelteinflüsse wie ultraviolettes Licht, Wasser, extrem hohe und tiefe Temperaturen, Staub, Schmutz usw. hochbeständig ist.
Unter "lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung" soll eine im wesentlichen flüssige Zusammensetzung, d.h. eine Suspension oder Lösung eines Polymers in Verbindung mit anderen Bestandteilen in einem organischen Lösungsmittel, verstanden werden, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine ungehärtete Schicht der Basislackzusammensetzung aufzubringen ist und nach dem Aushärten den Klarlack bildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt man eine wäßrige Basislackzusammensetzung her. Unter "wäßrige Basislackzusammensetzung" soll eine Zusammensetzung verstanden werden, bei der es sich um eine Suspension oder Lösung eines organischen Harzes sowie anderer Bestandteile in Wasser handelt. Die wäßrige Basislackzusammensetzung wird auf das Substrat aufgebracht und danach zum Basislack gehärtet. Dabei dient Wasser als Träger, Bindemittel oder Lösungsmittel für das organische Harz. Das Harz ist bevorzugt in der wäßrigen Phase dispergiert, womit eine Harz-in-Wasser-Dispersion vorliegt. Man kann jedoch auch ein wasserlösliches organisches Harz einsetzen. In diesem Fall liegt eine Lösung des Harzes in Wasser vor.
Bei der wäßrigen Basislackzusammensetzung kann es sich im allgemeinen um jede wäßrige Lackzusammensetzung handeln, die ein freies Amin und ein organisches Harz enthält. Die Basislackzusammensetzung enthält jedoch als organisches Harz bevorzugt ein beliebiges geeignetes, in der Lackierungstechnik gängiges filmbildendes anionisches Harz, das Carboxylgruppen trägt, z.B. ein Polyurethanharz, ein Acrylharz, einen Polyester usw. sowie Gemische davon. Bei Polyurethanen, Acrylharzen und Polyestern ist zum Erhalt einer für eine Lackzusammensetzung geeigneten wäßrigen Harzdispersion die Gegenwart eines freien Amins erforderlich. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man bevorzugt Polyurethanharze und Acrylharze. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem organischen Harz um ein Polyurethanharz.
Das organische Harz liegt in der wäßrigen Basislackzusammensetzung im allgemeinen in einer Menge von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der gesamten wäßrigen Basislack zusammensetzung, vor. Das organische Harz liegt in der wäßrigen Basislackzusammensetzung bevorzugt in einer Menge von etwa 12 Gewichtsprozent bis etwa 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, vor. Ganz besonders bevorzugt liegt das organische Harz in der wäßrigen Basislackzusammensetzung in einer Menge von etwa 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, vor.
Verwendet man in der Basislackzusammensetzung ein Acrylharz, so kann es sich dabei um ein hitzehärtbares oder ein thermoplastisches Acrylharz handeln. Ein Typ von filmbildender Zusammensetzung, der sich zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eignet, sind Acryllacke, wie z.B. die in der US-PS 2,860,110, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, beschriebenen. Acryllackzusammensetzungen enthalten in der Regel Methylmethacrylat-Homopolymere oder Methylmethacrylat-Copolymere, welche u.a. Acrylsäure, Methacrylsäure, Alkylester der Acryl- und Methacrylsäure, Vinylacetat, Acrylnitril, Styrol und dergleichen enthalten.
Verwendet man einen Acryllack als Komponente der Basislackzusammensetzung, so beträgt die relative Viskosität des Acryllackpolymers vorzugsweise etwa 1,05 (Einheiten) bis etwa 1,4 (Einheiten). Liegt die relative Viskosität des Acryllackpolymers beträchtlich unter 1,05 (Einheiten), so weisen die resultierenden Filme verhältnismäßig schlechte Lösungsmittelbeständigkeit, Dauerhaftigkeit und mechanische Eigenschaften auf. Liegt die relative Viskosität jedoch andererseits weit über 1,40 (Einheiten), so sind aus diesen Harzen hergestellte Anstrichfarben schwer zu spritzen und besitzen hohe Koaleszenztemperaturen.
Bei einem anderen Typ von bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Filmbildern handelt es sich um eine Kombination aus einem Vernetzungsmittel und einem Carboxyhydroxyacrylcopolymer. Zu den in das Carboxyhydroxyacrylcopolymer einpolymerisierbaren Monomeren gehören Ester der Acryl- und Methacrylsaure mit Alkanolen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, 2- Ethylhexylmethacrylat, Laurylmethacrylat, Benzylacrylat, Cyclohexylmethacrylat und dergleichen. Als Monomere eignen sich ferner Acrylnitril, Methacrylnitril, Styrol, Vinyltoluol, alpha-Methylstyrol, Vinylacetat usw. Diese Monomere enthalten eine polymerisierbare ethylenisch ungesättigte Gruppe und keine Hydroxyl- oder Carboxylgruppen.
Bei den in Kombination mit den Hydroxycarboxycopolymeren verwendeten Vernetzungsmitteln handelt es sich um jene Zusammensetzungen, die gegenüber Hydroxygruppen und/oder Carbonsäuregruppen reaktiv sind. Als Beispiele für derartige Vernetzungsmittel seien Polyisocyanate, wobei es sich in der Regel um Di- und/oder Triisocyanate handelt, Polyepoxide und Aminoplastharze genannt. Als Vernetzungsmittel besonders bevorzugt sind die Aminoplastharze.
Bei Umsetzung mit Hydroxylgruppen tragendem Polyester oder Polyether oder mit Hydroxylgruppen tragenden Acrylpolymeren ergeben die Polyisocyanate Urethanfilme, die sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verwendung sowohl im Basislack als auch im Decklack eignen. Die Umsetzung zwischen Isocyanat (-NCO) und Hydroxyl (-OH) läuft schon bei Raumtemperatur leicht ab, was eine Aushärtung bei Umgebungs- und niedrigen Temperaturen ermöglicht.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete wäßrige Basislackzusammensetzung enthält neben dem organischen Harz auch noch ein freies Amin. Im allgemeinen handelt es sich bei dem freien Amin um ein anionisches Amin, da es zur Unterstützung der Dispergierung des Harzes in Wasser die kationischen Carboxylgruppen des anionischen Harzes weitgehend neutralisieren muß. Das freie Amin stellt bevorzugt mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem Alkylamin, einem Alkanolamin und Ammoniak dar. Besonders bevorzugt stellt das freie Amin mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus Triethylamin und Dimethylethanolamin dar. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem freien Amin um Dimethylethanolamin.
Das freie Amin liegt in der wäßrigen Basislackzusammensetzung im allgemeinen in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent bis 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Basislackzusammensetzung, vor. Bevorzugt liegt das freie Amin in der wäßrigen Basislackzusammensetzung in einer Menge von 0,3 Gewichtsprozent bis 0,7 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt in einer Menge von 0,4 Gewichtsprozent vor.
Die wäßrige Basislackzusammensetzung enthält außerdem auch noch einen Vernetzer. Dabei kann es sich im allgemeinen um jedes Harz handeln, das das Harz in der Basislackformulierung vernetzen kann. Der Vernetzer stellt bevorzugt mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem Aminoplastharz und einem Isocyanat harz dar. Besonders bevorzugt. stellt der Vernetzer ein Aminoplastharz dar. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Vernetzer um Aminoplastharz der Marke Cymel 327 von American Cyanamid, Norwalk, Connecticut. Ein anderer bevorzugter Vernetzer ist Aminoplastharz der Marke Resimene 747 von der Firma Monsanto, Springfield, Massachusetts.
Der Vernetzer liegt in der wäßrigen Basislackzusammensetzung im allgemeinen in einer Menge von 3 Gewichtsprozent bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Basislackzusammensetzung, vor. Bevorzugt liegt der Vernetzer in einer Menge von 3 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt von 3 Gewichtsprozent bis 6 Gewichtsprozent vor.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren enthält der wäßrige Basislack zur Neutralisation der Carbonsäuregruppen des organischen Harzes ein freies Amin. Durch die Neutralisation wird die Dispergierung des Harzes in Wasser unterstützt. Bei dem freien Amin kann es sich im allgemeinen um jedes die Dispergierung des Harzes in Wasser unterstützende Amin handeln. Das freie Amin liegt in der wäßrigen Basislackzusammensetzung im allgemeinen in einer zur Unterstützung der Dispergierung des Harzes in Wasser ausreichenden Menge vor.
Die Wanderung des freien Amins aus dem wäßrigen Basislack in den Klarlack hemmt und/oder verzögert den Vernetzungsvorgang so lange, bis das Amin verdampft ist. Die Vernetzung erfolgt bei einer erhöhten Temperatur, d.h. 116ºC (240ºF) bis 149ºC (300ºF), über einen vorgeschriebenen Zeitraum, der bei den meisten Arbeitsgängen einer Automontagefabrik 15 bis 40 Minuten beträgt. Die verspätete Aushärtung des Klarlacks führt zu runzligem Aussehen, wahrscheinlich infolge eines beträchtlichen Unterschieds in der Aushärtungsgeschwindigkeit des Klarlacks und des Basislacks. Eine weitere mögliche Ursache für das Runzelbildungsproblem besteht darin, daß die in die Klarlackzusammensetzung wandernde Aminmenge bereichsabhängig variiert, was dazu führen könnte, daß einige Bereiche langsamer vernetzt werden als andere.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Runzelbildungsproblem dadurch gelöst, daß zur Überwindung des Effekts des freien Amins, das ansonsten die obengenannten Probleme verursachen würde, in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung ein Uberschuß an Säurekatalysator bereitgestellt wird.
Die lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung enthält mindestens ein organisches Lösungsmittel und bevorzugt eine Mischung aus mindestens zwei organischen Lösungsmitteln. Bei dem organischen Lösungsmittel handelt es sich im allgemeinen um ein beliebiges gängiges organisches Lösungsmittel bzw. eine Mischung daraus, in dem der Säurekatalyator, das Vernetzungsharz und das vernetzbare Polymer sich so weit auflösen bzw. dispergieren, daß die resultierende Lösung bzw. Dispersion zur Bildung eines Lacks appliziert werden kann. Das organische Lösungsmittel enthält bevorzugt mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus Toluol, Xylol, Gemischen von aromatischen Lösungsmitteln und Methanol. Ein brauchbares und bevorzugtes organisches Lösungsmittel ist eine Mischung aus: 32 Gewichtsprozent Xylol, 32 Gewichtsprozent Hisol 10, 13 Gewichtsprozent Butanol, 22 Gewichtsprozent Methanol, 6 Gewichtsprozent Ethylhexanol und 5 Gewichtsprozent prim.-Amylacetat. Die Auswahl des organischen Lösungsmittels bzw. der organischen Lösungsmittel erfolgt im Hinblick auf bestmögliche Applikation und Eigenschaften und zur Erzielung eines guten Aussehens. Wichtige Gesichtspunkte sind dabei Viskosität Spritzbarkeit, Ablauftoleranz, Glätte und Glanz, d.h. Abbildungsschärfe (DOI).
Das organische Lösungsmittel sollte in einer zur Herstellung einer Lösung oder Suspension, die zur Herstellung eines Lacks für Automobuzwecke auf ein Substrat aufgebracht werden kann, ausreichenden Menge vorliegen. Das organische Lösungsmittel liegt bevorzugt in einer Menge von 30 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, und ganz besonders bevorzugt in einer Menge von 45 Gewichtsprozent vor.
Die lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung enthält außerdem auch noch ein vernetzbares Polymer, das Hydroxygruppen trägt und mit Melamin vernetzbar ist. Das vernetzbare Polymer stellt bevorzugt mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem Acrylpolymer, einem Alkydpolymer, einem Polyurethan und einem Polyester dar. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem vernetzbaren Polymer um mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem Acrylpolymer, einem Polyurethan und einem Polyester. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem vernetzbaren Polymer um ein Acrylharz.
Das vernetzbare Polymer liegt in der Klarlackzusammensetzung bevorzugt in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der gesamten lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vor. Besonders bevorzugt liegt das vernetzbare Polymer in der Klarlackzusammensetzung in einer Menge von Gewichtsprozent bis 45 Gewichtprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vor und ganz besonders bevorzugt in einer Menge von 38 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung.
Bei dem in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung vorliegenden Vernetzungsmittel handelt es sich um ein monomeres Melamin, bevorzugt um mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus der Reihe der Aminoplastharze der Marke Resimene und der Reihe der Aminoplastharze der Marke Cymel , wobei das Harz bzw. die Harze einen Feststoffanteil von 80 Gewichtsprozent bis 100 Gewichtsprozent aufweisen. Diese Aminoplastharze werden von der Firma Monsanto bzw. der American Cyanamid Corporation hergestellt. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Vernetzungsmittel um Harz der Marke Resimene 755.
Das Vernetzungsmittel liegt im allgemeinen in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung in einer zur Vernetzung des vernetzbaren Polymers bis zum gewünschten Vernetzungsgrad ausreichenden Menge vor. Bevorzugt liegt das Vernetzungsharz in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung in einer Menge von 12 Gewichtsprozent bis 22 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der gesamten lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vor. Besonders bevorzugt liegt das Vernetzungsmittel in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung in einer Menge von 15 Gewichtsprozent bis Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der gesamten lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, und ganz besonders bevorzugt in einer Menge von 18 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vor.
Die lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung enthält außerdem auch noch einen Säurekatalysator. Man wählt Art und Menge des Säurekatalysators sorgfältig so aus, daß der fertige Lack die bestmöglichen gewünschten Eigenschaften besitzt und starke Runzelbildung des Films sowie schlechtes Aussehen vermieden werden. Die von Automobil-Erstausrüstern üblicherweise in Lacken verwendete Katalysatormenge variiert von 0,2% bis 2%, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Zusammensetzung. Die zur Bewältigung des oben beschriebenen gewanderten Amins erforderliche Katalysatormenge ist von den Katalysatorarten abhängig. Zur Vermeidung des Problems der Herstellung eines runzligen Lacks ist im allgemeinen das Zwei- bis Dreifache der in den bisherigen Lackformulierungen zur Erstausrüstung vorliegenden Katalysatormenge erforderlich.
Bei dem Säurekatalysator kann es sich im allgemeinen um jede beliebige chemische Spezies handeln, die die Aushärtung von moromerem Melamin katalysiert. Der Säurekatalysator stellt bevorzugt mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem Säureanhydrid, einem sauren Phosphat, einer Mono- oder Disulfonsäure, einer Alkoxysäure und jedem anderen zur Aushärtung von monomerem Melamin geeigneten Säurekatalysator dar. Der Säurekatalysator stellt bevorzugt mindestens ein Mitglied aus der Gruppe bestehend aus para-Toluolsulfonsäure, Dodecylbenzolsulfonsäure, Dinonylnaphthalindisulfonsäure, einem sauren Phenylphosphat und einer Phenylphosphonigsäure und ganz besonders bevorzugt mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem sauren Phenylphosphat oder einer Phenylphosphonigsäure dar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Säurekatalysator in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung im allgemeinen in einer zur Gewährleistung der Herstellung eines runzelfreien Lacks ausreichenden Menge vor, sofern man ein monomeres Melamin als Vernetzungsharz verwendet. Der Säurekatalysator liegt in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung bevorzugt in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vor. Besonders bevorzugt liegt der Säurekatalysator in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung je nach dem jeweils ausgewählten Katalysator in einer Menge von 1,5 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt in einer Menge von 2 bis 4 Gewichtsprozent vor.
Man muß den jeweiligen Säurekatalysator bzw. die jeweilige Säurekatalysatorgruppe sowie die Säurekatalysatormenge so wählen, daß sich ein weitgehend runzelfreier Lack ergibt. Die Wahl einer Kombination von Säurekatalysatorart und -menge kann dabei vom Durchnittsfachmann in der Technik der Herstellung und Verwendung wäßriger und lösungsmittelhaltiger Lackzusammensetzungen vorgenommen werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich jedoch die folgenden bevorzugten Kombinationen von Säurekatalysatorart und -menge:
A. saures Phenylphosphat in einer Menge von 3 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung,
B. Phenylphosphonigsäure in einer Menge von 3 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, und
C. Nacure 5543 (eine von der Firma King Industries, Norwalk, Connecticut, erhältliche Sulfonsäuremarke) in einer Menge yon 1,5 Gewichtsprozent bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung.
Diese bevorzugten Kombinationen von Säurekatalysatorart und -menge zur Verwendung in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung erwiesen sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft.
Nach der Applikation der wäßrigen Basislackzusammensetzung und der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung besteht der nächste Schritt des Verfahrens in der gleichzeitigen Aushärtung der ungehärteten Basislackschicht und der ungehärteten Klarlackschicht. Die Aushärtung ergibt eine Vernetzung von mindestens jeder der beiden Lackschichten, d.h., das organische Harz und der Vernetzer reagieren zu einer vernetzten Matrix im Basislack, und das organische Polymer und das Vernetzungsharz reagieren zu einer vernetzten Matrix im Klarlack. Die Aushärtung führt jedoch ferner im allgemeinen und bevorzugt zu einer Vernetzung des Basislacks und des Klarlacks miteinander. Bei der Aushärtung vernetzen das organische Harz, das Vernetzungsharz und das Polymer. Im Ergebnis dieser Vernetzung erhält man einen gehärteten Lack. Im allgemeinen erfolgt die Aushärtung bei einer so hohen Temperatur und über einen so langen Zeitraum, daß der erhaltene Lack einen gewünschten Vernetzungsgrad besitzt. Die Aushärtung erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 116ºC (240ºF) bis 149ºC (300ºF) und über einen Zeitraum von etwa 15 Minuten bis etwa 40 Minuten, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 129ºC (265ºF) bis 149ºC (300ºF) und über einen Zeitraum von 15 Minuten bis 30 Minuten und ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 141ºC (285ºF) und über einen Zeitraum von 20 Minuten.
Man kann den Basislack und den Klarlack nach jeder herkömmlichen Methode der Lacktechnik auf das Substrat aufbringen, wie z.B. durch Streichen, Spritzen, Tauchen, Fluten usw. In der Regel appliziert man durch Spritzen, insbesondere bei Automobillacken. Dazu kommen verschiedene Spritztypen in Betracht, wie z.B. Druckluftspritzen, elektrostatisches Spritzen, Heißspritzen, Airless-Spritzen usw. Diese Applikationsmethoden können von Hand oder mit automatisierten Spezialapplikationsmaschinen, wie z.B. Robotersystemen, vorgenommen werden.
Vor der Applikation der erfindungsgemäßen Lacke bringt man bei Automobilanwendungen oder bei der Behandlung eisenhaltiger Substrate in der Regel eine herkömmliche korrosionsbeständige Grundierung auf das Substrat auf. Dann bringt man die Basislackzusammensetzung auf das grundierte Substrat auf. Zur Grundierung von Substraten vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich u.a. bekannte gehärtete, mittels kathodischer Elektrotauchlackierung aufgebrachte Grundierungen, wie z.B. vernetzte Amin-Epoxidharz-Addukte wie die in den US- PS 4,575,224 und 4,575,523, auf die hiermit ausdrücklich in ihrer Gänze Bezug genommen wird, veröffentlichten. Als andere Grundierungstypen seien nach herkömmlichen Methoden, wie z.B. Spritzen, Streichen und dergleichen, aufgebrachte Epoxide, Acrylverbindungen, Alkyde, Polyurethane und Polyester genannt. Die aufgebrachte Grundierung ist in der Regel 12,7 µm (0,5 Millizoll) bis 25,4 µm (1,0 Millizoll) dick. Der Basislack wird in der Regel mit einer Dicke von 10,2 µm (0,4 Millizoll) bis 50,8 µm (2,0 Millizoll) und bevorzugt von 12,7 µm (0,5 Millizoll) bis 25,4 µm (1,0 Millizoll) aufgebracht. Eine entsprechende Basislackdicke läßt sich in einem einzigen Lackierarbeitsgang oder auch in mehreren Arbeitsgängen mit nur sehr kurzen Trocknungszeiten (Ablüftzeiten) zwischen dem Aufbringen der Lacke erzielen.
Nach der Applikation des Basislacks läßt man den Basislack 30 Sekunden bis 10 Minuten lang, bevorzugt 1 bis 3 Minuten lang bei Umgebungstemperaturen ablüften und bringt dann die im wesentlichen transparente Klarlackzusammensetzung auf. Zwar kann die Trocknung des Basislacks auch über längere Zeiträume, selbst bei höheren Temperaturen, erfolgen, jedoch erhält man durch Applikation der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung nach nur kurzem Ablüf ten ein stark verbessertes Produkt. Eine gewisse Trocknung der Basislackschicht ist aber zur Verhinderung vollständiger Durchmischung der Basislackschicht und der Klarlackschicht notwendig. Dabei ist jedoch zur Erzielung des bestmöglichen Aussehens der Lacke eine möglichst geringe Wechselwirkung zwischen Basislack und Klarlack (d.h. Durchmischung) erwünscht.
Der Klarlack wird bevorzugt dicker als der Basislack (bevorzugt 45,7 µm - 58,4 µm (1,8 bis 2,3 Millizoll)) aufgebracht. Er kann ebenso in einem einzigen oder in mehreren Arbeitsgängen aufgebracht werden.
Nach der Applikation der Klarlackzusammensetzung wird das System nochmals 30 Sekunden bis 10 Minuten lang abgelüftet und das Substrat anschließend zusammen mit den darauf befindlichen beiden ungehärteten Lackschichten bei einer (im Fall von thermoplastischen Schichten) zum Vertreiben des gesamten Lösungsmittels bzw. (im Fall von hitzehärtbaren Schichten) zur Aushärtung und Vernetzung ausreichenden Temperatur gebrannt. Derartige Temperaturen können im Bereich von Raumtemperatur bis 204ºC (400ºF) liegen. Im Fall von hitzehärtbaren Materialien wendet man in der Regel beispielsweise etwa 30 Minuten lang Temperaturen von 129ºC (265ºF) an.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer oder mehreren herkömmlichen Arbeitsweisen der jeweils angewandten Lackiertechnik, wie z.B. Drucken, nicht für Automobile gedachte Lackanwendungen, Behälterlackierung und dergleichen, durchführbar ist. Ganz analog variieren die Lackdicken sowie die Trocknungs- und Aushärtungszeiten und -mechanismen innerhalb der Lackiertechnik.
In den folgenden Beispielen sind alle angegebenen Teile auf das Gewicht der in Rede stehenden Zusammensetzung bezogene Gewichtsteile, soweit nicht etwas anderes festgestellt wird.

BEISPIEL 1

Eine wäßrige Basislackformulierung wurde durch Vereinigen folgender Bestandteile hergestellt:
2,5 Teile Wasser
42,4 Teile eines in Wasser dispergierbaren Polyurethanharzes, enthaltend die Reaktionsprodukte der folgenden Monomere:
Dimere Fettsäure 38,20%
Isophthalsäure 10,97%
1,6-Hexandiol 20,38%
Dimethylolpropionsäure 3,56%
Neopentanglykol 1,19%
Isophorondiisocyanat 20,13%
Trimethylolpropan 3,21%
Dimethylethanolamin 2,36%
5,2 Teile Melaminharz der Marke Cymel 327 (erhältlich von American Cyanamid, Standard, Connecticut),
17,5 Teile einer Pigmentpaste (37 Prozent Feststoffe)
0,5 Teile Lösungsmittel der Marke Butyl Cellosolve (erhältlich von Union Carbide, Danbury, Connecticut),
0,1 Teile Dimethylethanolamin (freies Amin)
31,5 Teile einer Ton-Dispersionspaste als rheologiesteuerndes Mittel und
0,4 Teile eines Triazols als UV-Absorber.
Diese Bestandteile wurden dann bei Raumtemperatur mit einem druckluftgetriebenen Motormischer mindestens 15 Minuten lang gründlich vermischt. Das Gesamtvolumen der wäßrigen Basislackformulierung betrug etwa 1 Gallone.
Eine lösungsmittelhaltige Klarlackformulierung wurde durch Vereinigen folgender Bestandteile hergestellt:
4,86 Teile Butanol,
2,09 Teile 2-Ethylhexanol,
1,83 Teile Methanol,
1,24 Teile Xylol,
1,37 Teile Solvesso 100 (von Ashland Chemical, Columbus, Ohio)
14,11 Teile Poly(hydroxypropylmethacrylat-co-n- butylacrylat-co-styrol-co-methacrylsäure) (39,0/35,3/23,5/2,2) (61,5% Feststoffe),
14,11 Teile Poly(n-butylacrylat-cd-hydroxypropylmethacrylat-co-butylmethacrylat-co- methylmethacrylat-co-methacrylsäure) (39,8/21,9/20,8/14,9/2,5) (75% Feststoffe),
28,23 Teile Poly(hydroxyethylmethacrylat-co- isodecylmethacrylat-co-isobornylmethacrylat-co-methacrylsäure) (39/34/25/2) (61,5% Feststoffe),
56,45 Teile eines Acrylharzes mit einem mittleren Feststoffgehalt von etwa 68%,
16,33 Teile monomeres Melaminharz (Resimene 755, erhältlich von der Firma Monsanto Chemical, Springfield, Mass.),
2,81 Teile polymeres Melaminharz (Luwipal 010, erhältlich von der BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen),
4,02 Teile Additive (Acryl-Verlaufsmittel, Silikon-Verlaufsmittel, UV-Absorber und Lichtschutzmittel) und
9,00 Teile eines aminblockierten sauren Phenylphosphats als Säurekatalysator (Marke Nacure XP-267, erhältlich von King Industries, Norwalk, Connecticut).
Diese Bestandteile wurden dann bei Raumtemperatur mit einem druckluftgetriebenen Motormischer etwa 15 Minuten lang gründlich vermischt. Das Gesamtvolumen der Klarlackformulierung betrug 3,785 1 (1 Gallone).
Anschließend wurde die Viskosität der erhaltenen wäßrigen Basislackformulierung mit einer Mischung aus deionisiertem Wasser und Butylcellosolve im Gewichtsverhältnis 5:1 auf 38 Sekunden in einem Fisher-Becher Nr,. 2 verringert und die Basislackformulierung mittels einer die Basislackformulierung zerstäubenden Spritzpistole vom Siphontyp auf ein grundiertes, kaltgewalztes Prüfblech aus Stahl appliziert. Die Basislackformulierung wurde so appliziert, daß der gehärtete Film 15,2 µm (0,6 Millizoll) dick war. Das erhaltene lackierte Stahlblech wurde dann etwa 3 Minuten lang in einem 43ºC (110ºF) warmen Ofen getrocknet, wodurch der Lack abgelüftet wurde.
Dann wurde das lackierte Blech wieder aus dem Ofen genommen, die Viskosität der lösungsmittelhaltigen Klarlackformulierung durch Zugabe von Xylol auf 48 Sekunden in einem Ford-Becher Nr. 4 verringert und dann auf die gleiche Weise wie die wäßrige Basislackformulierung appliziert, jedoch mit der Abänderung, daß die lösungsmittelhaltige Klarlackformulierung in einer solchen Menge aufgetragen wurde, daß sich eine Hartfilmdicke von etwa 40,6 - 50,8 µm (1,6 - 2,0 Millizoll) ergab.
Nach etwa 7 Minuten langem Ablüften des organischen Lösungsmittels bei Raumtemperatur wurde der Lack schließlich etwa 20 Minuten lang in einem Ofen bei 141ºC (285ºF) ausgehärtet Das erhaltene Blech zeichnete sich durch hervorragende physikalische Eigenschaften aus und besaß ein die Spezifikationen von Automobilherstellern erfüllendes Aussehen.
Ein Vergleichsblech, das auf analoge Weise und mit dem gleichen wäßrigen Klarlack, aber mit einer typischen feststoffreichen Klarlackformulierung mit normalem Katalysatorgehalt (etw 0,5 - 1,0 Gewichtsprozent aktiver Katalysator, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der Klarlackzusammensetzung) hergestellt wurde, zeigte starke Runzelbildung im Klarlack und hatte ein zur Verwendung für Automobilzwecke ungeeignetes Aussehen.

BEISPIELE 2 - 11

Es wurden Versuche zur Ermittlung der Katalysatorarten und -anteile, die wie in Beispiel 1 einen runzelfreien Lack ergeben, durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurde völlig analog Beispiel 1 verfahren, jedoch mit der Abwandlung, daß die lösungsmittelhaltige Klarlackformulierung durch Variation der Säurekatalysatorarten und -anteile verändert wurde. In der folgenden Tabelle sind alle Katalysatoren als Gewichtsprozent aktiver Katalysator, bezogen auf Harzfeststoffe der Zusammensetzung, aufgeführt, soweit nicht etwas anderes festgestellt wird. Die lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung gemäß Beispiel 1 enthält 4% aktives saures Phenylphosphat, bezogen auf die Harzfeststoffe.
Bei Nacure 5543 handelt es sich um eine aminblockierte Dodecylbenzolsulfonsäure von King Industries, Norwalk, Conn.
In den Beispielen 2 bis 11 wurden analog Beispiel 1 Testbleche hergestellt. Bei jedem der Beispiele 2 bis 11 wurden hervorragende Ergebnisse hinsichtlich des Aussehens erhalten, jedoch mit Ausnahme der Beispiele 4 und 6, bei denen geringe Runzelbildung im Klarlack auftrat. Die gemäß den Beispielen 4 und 6 hergestellten Lacke wurden hinsichtlich der kommerziellen Standards für den Einsatz bei Automobilkarosserieblechen als unannehmbar betrachtet. Die Ergebnisse der Beispiele 4 und 6 zeigen im Vergleich mit den Ergebnissen der Beispiele 1-3, 5 und 7-11 die vorteilhaften Auswirkungen, die man durch die Verwendung von mehr als der üblichen, zum Erhalt eines runzelfreien Aussehens erforderlichen Säurekatalysatormenge erhält.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines runzelfreien Lacks, bei dem man:

A. eine wäßrige Basislackzusammensetzung so auf ein Substrat aufbringt, daß sich darauf eine ungehärtete Basislackschicht bildet, wobei die wäßrige Basislackzusammensetzung Wasser, 10 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, eines organischen Harzes, 3 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, eines Vernetzers und 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Basislackzusammensetzung, eines freien Amins enthält;

B. auf die ungehärtete Basislackschicht eine im wesentlichen transparente lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung so aufbringt, daß sich auf der ungehärteten Basislackschicht eine ungehärtete Klarlackschicht bildet, wobei die lösungsmittelhaltige Klarlackzusammensetzung

i. 1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, eines Säurekatalysators,

ii. 10 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, eines monomeren Melamins als Vernetzungsmittel und

iii. 10 bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, eines mit Melamin vernetzbaren Polymers

enthält,

C. die ungehärtete Basislackschicht zusammen mit der ungehärteten Klarlackschicht gleichzeitig aushärtet, wodurch das organische Harz, der Vernetzer, das Polymer und das Vernetzungsharz vernetzt werden und ein gehärteter Lack entsteht.

2. Verfahren nach Anpruch 1, bei dem:

A. das organische Harz in der Basislackzusammensetzung in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, vorliegt;

B. das Vernetzungsmittel in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vorliegt und

C. das vernetzbare Polymer in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man als Säurekatalysator mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem Säureanhydrid&sub1; einem sauren Phosphat, einer Monosulfonsäure, einer Disulfonsäure und einer Alkoxysäure einsetzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem man den Säurekatalysator in einer Menge von 1,5 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, einsetzt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Säurekatalysator nach Art und Menge ein Mitglied der Gruppe bestehend aus:

A. einem sauren Phenylphosphat, das in einem Anteil von 3 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vorliegt;

B. einer Phenylphosphonigsäure, die in einem Anteil von 3 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vorliegt und

C. einer Sulfonsäure, die in einem Anteil von 1,5 Gewichtsprozent bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe in der lösungsmittelhaltigenklarlackzusammensetzung, vorliegt, darstellt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die wäßrige Basislackzusammensetzung mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus Alkylamin, Alkanolamin und Ammoniak und der Vernetzer mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem Aminoplastharz und einem Isocyanatharz enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die wäßrige Basislackzusammensetzung eine Dispersion des organischen Harzes in Wasser enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das in der wäßrigen Basislackzusammensetzung vorliegende freie Amin mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus Triethylamin, Dimethylethanolamin und Ammoniak darstellt und in der Basislackzusammensetzung in einer Menge von 0,3 Gewichtsprozent bis 0,7 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, vorliegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem:

A. das organische Harz in der Basislackzusammensetzung in einer Menge von 12 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, vorliegt;

B. das Vernetzungsmittel in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung in einer Menge von 12 Gewichtsprozent bis 22 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vorliegt und

C. das vernetzbare Polymer in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung in einer Menge von 30 Gewichtsprozent bis 45 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vorliegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem:

A. das organische Harz in der Basislackzusammensetzung in einer Menge von 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, vorliegt;

B. das Vernetzungsharz in der lösungsmittelhaltigen Lackzusammensetzung in einer Menge von 18 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vorliegt und

C. das vernetzbare Polymer in der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung in einer Menge von 38 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung, vorliegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das in der wäßrigen Basislackzusammensetzung vorliegende freie Amin mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus einem Alkylamin und einem Alkanolamin darstellt und in der Basislackzusammensetzung in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent bis 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, vorliegt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Aushärten so erfolgt, daß man die ungehärtete Basislackschicht und die ungehärtete Klarlackschicht über einen Zeitraum von 15 bis 40 Minuten auf eine Temperatur von 115,6ºC (240ºF) bis 148,9ºC (300ºF) erhitzt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Aushärten so erfolgt, daß man die ungehärtete Basislackschicht und die ungehärtete Klarlackschicht über einen Zeitraum von 15 bis 30 Minuten auf eine Temperatur von 129,4ºC (265ºF) bis 148,9ºC (300ºF) erhitzt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das in der wäßrigen Basislackzusammensetzung vorliegende freie Amin mindestens ein Mitglied der Gruppe bestehend aus Triethylamin und Diethylethanolamin darstellt und in der Basislackzusammensetzung in einer Menge von 0,04 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Basislackzusammensetzung, vorliegt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Aushärten so erfolgt, daß man die ungehärtete Basislackschicht und die ungehärtete Klarlackschicht über einen Zeitraum von 20 Minuten auf eine Temperatur von 140,6ºC (285ºF) erhitzt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Basislackformulierung mindestens ein Pigment aus der Gruppe bestehend aus organischen Pigmenten und metallischen Pigmenten enthält.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem man als Pigment ein deckendes Pigment einsetzt.

18. Verfahren nach einem der Anprüche 1 bis 17, bei dem man als Pigment ein Metallflake-Pigment einsetzt.

19. Verfahren nach einem der Anprüche 1 bis 18, bei dem man als Pigment mindestens ein organisches Pigment und mindestens ein metallisches Pigment einsetzt, wobei es sich bei mindestens einem der Pigmente um ein deckendes Pigment handelt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem es sich bei dem Substrat um ein Automobilkarosserieblech handelt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem es sich bei dem Substrat um ein Automobilkarosseriemetallblech mit einer Grundierung handelt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem es sich bei der lösungsmittelhaltigen Klarlackzusammensetzung um eine Einkomponenten-Klarlackzusammensetzung handelt.