WO2003000813A1 - Carbamat- und/oder allophanatgruppen enthaltende, thermisch und mit aktinischer strahlung härtbare gemische - Google Patents

Carbamat- und/oder allophanatgruppen enthaltende, thermisch und mit aktinischer strahlung härtbare gemische Download PDF

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WO2003000813A1
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dual
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carbamate
cure
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Hubert Baumgart
Sandra Hasse
Uwe Meisenburg
Vincent Cook
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Basf Coatings Ag
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    • C09D175/00—Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D175/04—Polyurethanes

Definitions

  • the present invention relates to the use of the new coating materials containing carbamate and / or AUophanat phenomenon, curable thermally and with actinic radiation, as clearcoats, in particular for the production of clearcoats in the context of color and / or effect multi-coat coatings.
  • actinic radiation includes electromagnetic radiation, such as near infrared, visible light, UV radiation or X-rays, in particular UV radiation, and
  • Thermally curable coating materials comprising low molecular weight compounds, oligomers and / or polymers containing carbamate groups are known from patent applications EP 0 710 707 A 2, WO 87/00851, EP 0 594 068 A 1, EP 0 594 142 A 1, WO 94 / 10211 and DE 199 46 048 A 1 or the patent EP 0 636 660 B1.
  • the coatings produced from the known coating materials are characterized by a high etch resistance and chemical resistance. The dual-cure crosslinking of these coating materials is not described in the literature.
  • the known dual-cure mixtures can contain reactive diluents curable with actinic radiation, such as di- or highly functional (meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate. These additives must be selected from a long list of suitable additives.
  • the dual-cure mixtures can be used as coating materials, adhesives and sealants.
  • the object of the present invention is to provide new dual-cure mixtures containing carbamate and / or AUophanat phenomenon, thermally and with actinic radiation, which can be used as dual-cure coating materials, adhesives and sealants, these being the high to reach the technological level of the state of the art, if not to exceed it.
  • the new carbamate and / or AUophanat phenomenon containing thermal and actinic radiation curable coating materials, adhesives and sealants should provide coatings, adhesive layers and seals that achieve, if not exceed, the high technological level of the prior art, and at the same time have high scratch resistance and very good reflow behavior.
  • the coatings, adhesives and seals, in particular coatings, produced from the dual-cure mixtures according to the invention had high scratch resistance and very good reflow behavior at high hardness because hardness and scratch resistance are frequently opposing parameters.
  • the content of the constituents (A) in the dual-cure mixtures according to the invention can vary very widely and depends on the requirements of the particular intended use.
  • the dual-cure mixtures according to the invention preferably contain the constituents (A) in an amount of, based on the solids of the dual-cure mixture according to the invention, 10 to 90, preferably 12 to 85, particularly preferably 14 to 80, very particularly preferably 16 to 75 and in particular 18 to 75% by weight.
  • solid is understood to mean the sum of the constituents of the respective dual-cure mixture according to the invention, which build up the coatings, adhesive layers or seals after the thermal curing.
  • the dual-cure mixtures according to the invention further contain at least one constituent (B) selected from the group consisting of low molecular weight compounds, oligomers and polymers containing allophanate and / or carbamate-reactive functional groups.
  • the low molecular weight compounds are preferred (B) used, which are also referred to as crosslinking agents.
  • the crosslinking agents (B) are used when the constituents (A) contain no carbamate- and / or allophanate-reactive functional groups, ie are not self-crosslinking.
  • crosslinking agent (B) and low molecular weight compounds, the oligomers and / or polymers (A1) so that in the dual-cure mixtures according to the invention the ratio of complementary reactive functional groups in the crosslinking agent (B ) and reactive functional groups in the constituents (A1) between 2: 1 to 1: 2, preferably 1.5: 1 to 1: 1, 5, particularly preferably 1.2: 1 to 1: 1, 2 and in particular 1, 1: 1 to 1: 1, 1.
  • the dual-cure mixtures according to the invention contain at least one constituent (C) which on average contains at least one reactive functional group with at least one bond which can be activated with actinic radiation in the molecule.
  • component (C) may also contain at least one allophanate and / or carbamate reactive functional group.
  • the content of the constituents (C) of the dual-cure mixtures according to the invention can likewise vary widely.
  • the dual-cure mixtures according to the invention can also contain at least one rheology aid (D) with pseudoplastic behavior.
  • the rheology aid (D) is preferably selected from the group consisting of urea derivatives and silicas.
  • the content of the rheology aids (D) in the dual-cure mixtures according to the invention can vary very widely.
  • the dual-cure mixtures according to the invention preferably contain the rheology aids (D) in an amount of 0.1 to 10, preferably 0.2 to 9, particularly preferably 0, based on the solids of the dual-cure mixture according to the invention, 3 to 8, very particularly preferably 0.4 to 7 and in particular 0.5 to 6% by weight.
  • the dual-cure mixtures according to the invention can also contain at least one wetting agent (E).
  • the wetting agents (E) in the dual-cure mixtures according to the invention are preferably in an amount of 0.01 to 5, preferably 0.02 to 4, based on the solids of the dual-cure mixture according to the invention preferably 0.03 to 3, very particularly preferably 0.04 to 2, in particular 0.05 to 1% by weight.
  • the dual-cure mixtures according to the invention can also contain customary and known pigments (F) and / or additives (G).
  • EP 0 710 707 A 2 page 4, lines 1 to 27, or EP 0 915 113 A 1st page 2, lines 44 to 48, and page 6, lines 21 to 25,
  • Suitable binders (A) come from the polymer classes of the random, alternating and / or block-like linear and / or branched and / or comb-like (co) polymers of ethylenically unsaturated monomers, or polyaddition resins and / or polycondensation resins. These terms are supplemented by Römpp Lexikon Lacke und Druckmaschine, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, page 457, "Polyaddition” and “Polyadditionharze (polyadducts)", and pages 463 and 464, "Polycondensates”, “Polycondensation” and “Polycondensation Resins”.
  • Examples of highly suitable (co) polymers (A) are (meth) acrylate copolymers and partially saponified polyvinyl esters, in particular (meth) acrylate copolymers.
  • Polycondensation resins (A) are polyesters, alkyds, polyurethanes, polylactones, polycarbonates, polyethers, epoxy resin-amine adducts, polyureas, polyamides or polyimides, in particular polyesters.
  • the oligomers and / or polymers (A) very particularly preferably originate from the polymer classes of the (meth) acrylate copolymers and polyester.
  • Oligomers and polymers (A) containing AUophanate groups and which originate from the abovementioned polymer classes are described in German patent application DE 198 39 453 A1, page 2, line 65, to page 6, line 34, and page 7, lines 25 to 53, known.
  • the oligomers and / or polymers (A) are preferably prepared by using a monomer mixture which contains at least one olefinically unsaturated carboxylic acid, for example methacrylic acid, in the presence of a glycidyl ester of Versatic ⁇ acid (cf.Römpp Lexikon Lacke und Druckmaschine, Georg Thieme Verlag, Stuttgart New York, 1998 "Versatic ⁇ acids", pages 605 and 606) copolymerized, after which the resulting hydroxyl group-containing
  • Suitable allophanate and / or carbamate-reactive functional groups (i) are N-methylol groups and N-methylol ether groups, preferably the methyl, ethyl, n-propyl and / or n-butyl ether.
  • the constituents (A2) in question, in particular the oligomers and / or polymers (A2), are then partially or completely self-crosslinking, which is why the use of crosslinking agents (B) can be dispensed with completely or largely in this case.
  • Suitable dispersing groups (ii) are anion-forming groups, such as carboxylic acid, sulfonic acid or phosphonic acid groups, or anionic groups, such as carboxylate, sulfonate or phosphonate groups, cation-forming groups such as primary, secondary or tertiary amino groups, or cationic groups, For example, ammonium groups, such as primary secondary, tertiary or quaternary ammonium groups, sulfonium groups and phosphononium groups, or polyalkylene oxide groups, such as polyethylene oxide groups, which can be incorporated in the oligomers and polymers (A) in a lateral, terminal and / or chain position (cf.Römpp Lexikon Lacke and Druckmaschine, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, "Water-dispersible binders", page 619, and “Water-soluble binders", pages 626 and 625).
  • anion-forming groups such as carboxylic acid, sulf
  • groups (i) can be introduced by polymerizing in olefinically unsaturated monomers containing N-methylol ether groups or by means of polymer-analogous reactions of pendant and / or terminal amino groups with formaldehyde.
  • Groups (ii) can, for example, by polymerizing in olefinically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid or methacrylic acid or by polymer-analogously reacting hydroxyl groups with carboxylic acid anhydrides such as maleic anhydride or
  • Suitable crosslinking agents (B) are aminoplast resins.
  • the constituents (C) curable with actinic radiation contain on average at least one reactive functional group, preferably at least two, particularly preferably at least three and in particular three reactive functional groups in the molecule, which contains at least one, in particular one, bond which can be activated with actinic radiation, or contain.
  • constituents (C) can contain at least one of the allophanate and / or carbamate-reactive functional groups described above.
  • bonds which can be activated with actinic radiation are carbon-hydrogen single bonds or carbon-carbon, carbon-oxygen, carbon-nitrogen, carbon-phosphorus or carbon-silicon single bonds or double bonds.
  • double bonds in particular the carbon-carbon double bonds (hereinafter referred to as "double bonds") are preferably used.
  • Suitable double bonds are, for example, in (meth) acrylate, ethacrylate, crotonate, cinnamate, vinyl ether, vinyl ester, ethenylarylene, dicyclopentadienyl, norbomenyl, isoprenyl, isoprenyl, isopropenyl, allyl or butenyl groups; Ethenylarylene, dicyclopentadienyl, norbomenyl, isoprenyl, isopropenyl, allyl or butenyl ether groups or ethenylarylene, dicyclopentadienyl, norbomenyl, isoprenyl, isopropenyl, allyl or butenyl ester groups.
  • (meth) acrylate groups, in particular acrylate groups are of particular advantage and are therefore used with very particular preference in accordance with the invention.
  • suitable constituents (C) which contain six or more double bonds in the molecule are (meth) acrylic-functional (meth) acrylic copolymers, polyether acrylates, polyester acrylates, unsaturated polyesters, epoxy acrylates, urethane acrylates, amino acrylates, acrylated amino resins such as melamine acrylates, silicone acrylates and the corresponding methacrylates.
  • the urethane (meth) acrylates (C) are advantageous and are therefore used with particular preference.
  • Suitable constituents (C) are known from German patent application DE 198 18 735 A1, column 2, lines 24 to 36, column 3, line 16, to column 6, line 33, and column 6, lines 34 to 68 .
  • Well-suited examples are pentaerythritol triacrylate, which is sold under the brand Sartomer ⁇ 444 D by Cray Valley, France, and dipentaerythritol pentaacrylate, which is sold under the brand Sartomer ⁇ 399 by the same company.
  • the rheology aids (D) are selected from the group consisting of urea derivatives and silicas.
  • Suitable rheological aids (D) are colored, for example, in the references EP 0 192 304 A1, DE 23 59 923 A1, DE 18 05 693 A1, WO 94/22968, DE 27 51 761 C2, WO 97/12945 and " + lack ", 11/1992, pages 829 ff., WO 00/31194, WO 00/37520, DE 199 24 172 A1, DE 199 24 171 A1 or DE 199 24 170 A1.
  • Rheology aids (D) are preferably used which can be prepared by reacting at least one amine and / or water with at least one isocyanate, in the presence of at least one aminoplast resin and / or at least one of the above-described oligomers and / or polymers (A).
  • the amines are preferably used for their preparation.
  • the amines are preferably selected from the group consisting of acyclic aliphatic, aliphatic-aromatic, cycloaliphatic, aliphatic-cycloaliphatic and cycloaliphatic-aromatic primary and secondary monoamines and polyamines.
  • Examples of suitable monoamines are from German patent applications DE 199 24 172 A1, page 3, lines 3 to 10, or DE 199 24 171 A1, page 3, lines 35 to 42, or international patent applications WO 00/31194, page 11 , Lines 14 to 29, and WO 00/37520, page 3, line 15, to page 4, line 5.
  • Methoxypropylamine, benzylamine and / or n-hexylamine are particularly preferably used.
  • the statistical average of the polyamines contains at least two primary and / or secondary amino groups in the molecule. Examples of suitable polyamines are known from international patent application WO 00/37520, page 4, lines 6 to 19.
  • Monoisocyanates and polyisocyanates are suitable as isocyanates.
  • the monoisocyanates are used for the reaction with the polyamines and the polyisocyanates for the reaction with the monoamines.
  • the polyisocyanates and the monoamines are preferably used for the preparation of the rheological aids (D).
  • Polyisocyanates are preferably used which have a statistical average of at least 1.8, preferably at least 2 and in particular 2 isocyanate groups in the molecule.
  • suitable polyisocyanates and diisocyanates are described in international patent applications WO 00/31194, page 11, line 30, to page 12, line 26, and WO 00/37520, page 5, line 4, to page 6, line 27, or German Patent applications DE 199 24 172 A1, page 3, lines 11 to 23, DE 199 24 170 A1, column 3, line 61, to column 6, line 68, or DE 199 24 171 A1, page 3, lines 43, to page 5, line 34, described in detail.
  • Hexamethylene diisocyanate and its oligomers, especially trimers, are particularly preferably used.
  • Suitable oligomers and polymers (A) are those described above.
  • the amount of constituents (A) which is introduced into the dual-cure mixtures according to the invention by the rheology aids (D) is included in their content of binders (A).
  • the weight ratio of aminoplast resin and / or oligomer and / or polymer (A) to rheological aid (D) can be 100: 1, preferably 90: 1, preferably 80: 1, particularly preferably 70: 1, very particularly preferably 60: 1 and in particular 50: 1.
  • Aminoplast resins (B) which contain rheology aids (D) prepared in this way are customary and known and are marketed, for example, under the Setamine® XL 1268 brand by Akzo Nobel.
  • the silicas used as rheology aids (D) are selected from the group consisting of modified pyrogenic, hydrophilic and hydrophobic, transparent silicas.
  • Hydrophobic fumed silicon dioxides are particularly preferably used, the agglomerates and aggregates of which have a chain-like structure and which can be produced by flame hydrolysis of silicon tetrachloride in a detonating gas flame. They preferably have a primary particle size of 2 to 20 nm. They are sold, for example, by Degussa under the brand Aerosil ®.
  • Precipitated water glasses such as nanohectorites, which are sold, for example, by Südchemie under the Optigel ® brand or by Laporte under the Laponite ® brand, are also used with particular preference.
  • suitable silicas are known from German patent application DE 199 24 172 A1, page 3, lines 28 to 32.
  • a further example of suitable hydrophilic, transparent silicas is Aerosil ⁇ 380 with an inner surface of 380 m 2 / g (measured according to BET according to DIN 66131).
  • Wetting agents (E) i. See the definition of Römpp Lexikon Lacke und Druckmaschine, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998 »Wetting Agents (Wetting Agents)», page 409.
  • Wetting agents (E) are preferably selected from the group consisting of siloxanes, fluorine-containing compounds, carboxylic acid half-esters, phosphoric acid esters, polyacrylic acids and their copolymers and polyurethanes. Polyurethanes are preferably used.
  • Well-suited wetting agents (E) are, for example, the commercial products

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Abstract

Carbamat- und/oder Allophanatgruppen enthaltende, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare (Dual-Cure) Gemische, die(A) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus(A1) Allophanatgruppen, Carbamatgruppen und Carbamat- und Allophanatgruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren, sowie (A2) Allophanatgruppen, Carbamatgruppen und Carbamat- und Allophanatgruppen und zusätzlich allophanat- und/oder carbamatreaktive funktionelle Gruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren,die im wesentlichen oder völlig frei sind von reaktiven funktionellen Gruppen, die mindestens eine mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindung enthalten, und(C) mindestens einen Bestandteil, der im statistischen Mittel mindestens eine reaktive funktionelle Gruppe mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung im Molekül enthält; enthalten; mit der Maßgabe, daß die Dual-Cure-Gemische noch(B) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus allophanat- und/oder carbamatreaktive funktionelle Gruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren, enthalten, wenn ausschließlich die Bestandteile (A1) verwendet werden.

Description

Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltende, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare Gemische
Die Erfindung betrifft neue, Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltende, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare Gemische. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung der neuen Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Gemische. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen, Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Gemische als Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen oder zu deren Herstellung. Vor allem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen, Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoffe als Klarlacke, insbesondere zur Herstellung von Klarlackierungen im Rahmen von färb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen.
Unter aktinischer Strahlung ist hier und im folgenden elektromagnetische Strahlung, wie nahes Infrarot, sichtbares Licht, UV-Strahlung oder Röntgenstrahlung, insbesondere UV- Strahlung, und
Korpuskularstrahlung, wie Elektronenstrahlung, zu verstehen.
Die kombinierte Härtung durch Hitze und aktinische Strahlung wird von der Fachwelt auch als Dual-Cure bezeichnet. Demgemäß werden hier und im folgenden die in Rede stehenden neuen Gemische, Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen als Dual-Cure- Gemische, -Beschichtungsstoffe, -Klebstoffe und -Dichtungsmassen bezeichnet. Thermisch härtbare Beschichtungsstoffe, die AUophanatgruppen enthaltende Bestandteile umfassen, sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 198 39 453 A 1 bekannt. Diese Beschichtungsstoffe sind breit anwendbar und hervorragend für das Naß-in-naß-Verfahren zur Herstellung färb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen geeignet. Die aus den Beschichtungsstoffen hergestellten Lackierungen haben eine hohe Verträglichkeit mit anderen Lackierungen und sind kratzfest und witterungsstabil. Die Dual-Cure-Vernetzung dieser Beschichtungsstoffe wird nicht beschrieben.
Thermisch härtbare Beschichtungsstoffe, die Carbamatgruppen enthaltende niedermolekulare Verbindungen, Oligomere und/oder Polymere umfassen, sind aus den Patentanmeldungen EP 0 710 707 A 2, WO 87/00851 , EP 0 594 068 A 1 , EP 0 594 142 A 1 , WO 94/10211 und DE 199 46 048 A 1 oder dem Patent EP 0 636 660 B 1 bekannt. Die aus den bekannten Beschichtungsstoffen hergestellten Beschichtungen zeichnen sich durch eine hohe Etchbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit aus. Die Dual-Cure-Vernetzung dieser Beschichtungsstoffe wird in den Literaturstellen nicht beschrieben.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 61 926.3 werden thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare Dual-Cure- Gemische beschrieben, die
- mindestens einen Bestandteil, der pro Molekül im statistischen
Mittel mindestens eine primäre oder sekundäre Carbamatgruppe und mindestens eine mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindung aufweist, und mindestens einen Bestandteil, der pro Molekül im statistischen Mittel mindestens eine carbamatreaktive funktionelle Gruppe sowie gegebenenfalls mindestens eine mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindung aufweist,
enthalten.
Die bekannten Dual-Cure-Gemische können außer den üblichen und bekannten Vernetzungsmitteln mit aktinischer Strahlung härtbare Reaktiwerdünner, wie di- oder hoherfunktionelle (Meth)Acrylate wie Trimethylolpropan-tri(meth)acrylat, enthalten. Dabei sind diese Zusatzstoffe aus einer langen Liste geeigneter Zusatzstoffe auszuwählen. Die Dual-Cure-Gemische können als Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen verwendet werden.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 100 42 152.0 werden mit aktinischer Strahlung aktivierbare Rheologiehilfsmittel mit strukturviskosem Verhalten beschrieben. Sie werden hergestellt, indem man ein Monoamin, wie Benzylamin, mit einem Polyisocyanat, wie Hexamethylendiisocyanat, in der Gegenwart einer Verbindung, die mindestens eine funktionelle Gruppe mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung aufweist, wie Dipentaerythritpentaacrylat, umsetzt. Die Rheologiehilfsmittel aus Harnstoffderivat und Dipentaerythritpentaacrylat werden zur Herstellung von Dual-Cure- Beschichtungsstoffen verwendet.
Die Dual-Cure-Beschichtungsstoffe können Bindemittel enthalten, die
Allophanat- und/oder Carbamatgruppen sowie gegebenenfalls funktionelle
Gruppe mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung, wie Acrylatgruppen, aufweisen. Außerdem können sie Aminoplastharze als Vernetzungsmittel enthalten. Darüber hinaus können sie auch noch übliche und bekannte, rein mit aktinischer Strahlung härtbare Bindemittel, wie (meth)acrylfunktionelle (Meth)Acrylatcopolymere, Polyetheracrylate, Polyesteracrylate, ungesättigte Polyester, Epoxyacryla- te, Urethanacrylate, Aminoacrylate, Melaminacrylate, Silikonacrylate und die entsprechenden Methacrylate, und übliche und bekannte mit aktinischer Strahlung härtbare Reaktiwerdünner, die bis zu tetrafunktionell sind und in Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, »Reaktiwerdünner«, Seiten 491 und 492, beschrieben werden, wie beispielsweise Pentaerythrittetraacrylat, enthalten. Die Bindemittel, die Vernetzungsmittel, die thermisch vernetzenden komplementären reaktiven funktionellen Gruppen, die rein mit aktinischer Strahlung härtbaren Bindemittel und die mit aktinischer Strahlung härtbaren Reaktiwerdünner sind aus mehreren Listen auszuwählen, weswegen zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten existieren. Aus den Beispielen und der Beschreibung geht hervor, daß vor allem hydroxylgruppenhaltige Bindemittel und isocyanatgruppenhaltige Vernetzungsmittel verwendet werden.
Die bisher bekannten, Carbamatgruppen und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch härtbaren Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen, insbesondere die Klarlacke, weisen eine Reihe von technischen Vorteilen auf, die es bei ihrer Weiterentwicklung zu erhalten gilt. Trotz des erreichten hohen technologische Niveaus lassen die aus den bisher bekannten, Carbamatgruppen und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch härtbaren Beschichtungsstoffen, Klebstoffen und Dichtungsmassen hergestellten Beschichtungen, Klebschichten und Dichtungen in ihrer Kratzfestigkeit und in ihrem Reflow-Verhalten noch zu wünschen übrig. Außerdem können sie nicht zusätzlich mit aktinischer Strahlung gehärtet werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, neue, Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltende, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare Dual-Cure-Gemische bereitzustellen, die als Dual-Cure- Beschichtungsstoffe, -Klebstoffe und -Dichtungsmassen verwendbar sind, wobei diese das hohe technologische Niveau des Standes der Technik erreichen, wenn nicht gar übertreffen sollen. Außerdem sollen die neuen Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen Beschichtungen, Klebschichten und Dichtungen liefern, die das hohe technologische Niveau des Standes der Technik erreichen, wenn nicht gar übertreffen, und dabei auch noch eine hohe Kratzfestigkeit und ein sehr gutes Reflow-Verhalten aufweisen. Auf und in komplex geformten dreidimensionalen Substraten sollen sie insbesondere im Durchlaufbetrieb auch bei nicht optimaler, insbesondere nicht vollständiger, Ausleuchtung der Schattenzonen mit aktinischer Strahlung ein gutes anwendungstechnisches Eigenschaftprofil, insbesondere was die Kratzfestigkeit und die Chemikalienfestigkeit betrifft, aufweisen, so daß die Härtung mit aktinischer Strahlung apparativ und meß- und regeltechnisch vereinfacht und die Prozesszeit verkürzt werden können.
Demgemäß wurden die neuen, Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Dual- Cure-Gemische gefunden, die
(A) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (A1) AUophanatgruppen, Carbamatgruppen und Carbamat- und AUophanatgruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren, sowie
(A2) AUophanatgruppen, Carbamatgruppen und Carbamat- und AUophanatgruppen und zusätzlich allophanat- und/oder carbamatreaktive funktionelle Gruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren,
die im wesentlichen oder völlig frei sind von reaktiven funktioneilen Gruppen, die mindestens eine mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindung enthalten,
(C) mindestens einen Bestandteil, der im statistischen Mittel mindestens eine reaktive funktionelle Gruppe mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung im Molekül enthält;
mit der Maßgabe, daß die Dual-Cure-Gemische noch
(B) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus allophanat- und/oder carbamatreaktive funktionelle Gruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren,
enthalten, wenn ausschließlich die Bestandteile (A1 ) verwendet werden.
Im folgenden werden die neuen, Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Dual- Cure-Gemische als "erfindungsgemäße Dual-Cure-Gemische" bezeichnet. Weitere erfindungsgemäße Gegenstände, Verfahren und Verwendungen gehen aus der Beschreibung hervor.
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, daß die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundelag, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Dual-Cure- Gemischs gelöst werden konnte.
Insbesondere überraschte, daß die aus den erfindungsgemäßen Dual- Cure-Gemischen hergestellten Beschichtungen, Klebstoffe und Dichtungen, insbesondere Beschichtungen, bei einer hohen Härte eine hohe Kratzfestigkeit und ein sehr gutes Reflow-Verhalten aufwiesen, weil Härte und Kratzfestigkeit häufig gegenläufige Parameter sind.
Nicht zuletzt war es überraschend, daß die erfindungsgemäßen Dual- Cure-Beschichtungsstoffe, -Klebstoffe und -Dichtungsmassen auf und in komplex geformten dreidimensionalen Substraten in den Schattenzonen im Durchlaufbetrieb auch bei nicht optimaler, insbesondere nicht vollständiger, Ausleuchtung der Schattenzonen mit aktinischer Strahlung Beschichtungen, Klebschichten und Dichtungen lieferten, die ein gutes anwendungstechnisches Eigenschaftprofil, insbesondere was die Kratzfestigkeit und die Chemikalienfestigkeit betrifft, aufwiesen, so daß die Härtung mit aktinischer Strahlung apparativ und meß- und regeltechnisch vereinfacht und die Prozesszeit verkürzt werden konnten.
Hier und im folgenden werden unter Polymeren Stoffe verstanden, die im statistischen Mittel mindestens 10 Monomereinheiten im Molekül enthalten. Unter Oligomeren werden Stoffe verstanden, die im statistischen Mittel 3 bis 15 Monomereinheiten im Molekül enthalten. Ergänzend wird zu diesen Begriffen auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, »Oligomere«, Seite 425, verwiesen.
Die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische enthalten mindestens eine niedermolekulare Verbindungen, ein Oligomer und/oder ein Polymer (A), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus AUophanatgruppen, Carbamatgruppen oder AUophanatgruppen und Carbamatgruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren, die im wesentlichen oder völlig frei sind von reaktiven funktionellen Gruppen, die mindestens eine mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindungen enthalten.
»Im wesentlichen frei von reaktiven funktionellen Gruppen« bedeutet, daß die Bestandteile (A) einen geringen Gehalt solcher reaktiver funktioneller Gruppen aufweisen können, der beispielsweise auf die Herstellungsmethode der Komponenten (A) zurückgeht, der aber für die Vernetzung keine Rolle spielt.
Vorzugsweise werden die Oligomeren und/oder Polymeren (A) verwendet, die auch als Bindemittel bezeichnet werden.
Die allophanätgruppenhaltigen Oligomere und/oder Polymere (A) enthalten im statistischen Mittel mindestens eine Allophanatgruppe und bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt mindestens drei und insbesondere mindestens vier AUophanatgruppen im Molekül.
Die allophanat- und carbamatgruppenhaltigen Oligomere und/oder
Polymere (A) enthalten im statistischen Mittel mindestens eine Allophanatgruppe und mindestens eine Carbamatgruppe sowie bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt mindestens drei und insbesondere mindestens vier AUophanatgruppen und mindestens eine Carbamatgruppe, insbesondere mindestens zwei Carbamatgruppen, im Molekül.
Die Carbamatgruppen enthaltenden Oligomeren und/oder Polymere (A) enthalten im statistischen Mittel vorzugsweise mindestens eine Carbamatgruppe und bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt mindestens drei und insbesondere mindestens vier Carbamatgruppen im Molekül.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische an den Bestandteilen (A) kann sehr breit variieren und richtet sich nach den Erfordernissen des jeweiligen Verwendungszwecks. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische die Bestandteile (A) in einer Menge von, jeweils bezogen auf den Festkörper des erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemischs, 10 bis 90, bevorzugt 12 bis 85, besonders bevorzugt 14 bis 80, ganz besonders bevorzugt 16 bis 75 und insbesondere 18 bis 75 Gew.-%.
Hier und im folgenden wird unter Festkörper die Summe der Bestandteile des jeweiligen erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemischs verstanden, die nach der thermischen Härtung die Beschichtungen, Klebschichten oder Dichtungen aufbauen.
Die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische enthalten desweiteren mindestens einen Bestandteil (B), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus allophanat- und/oder carbamatreaktive funktionelle Gruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren. Vorzugsweise werden die niedermolekularen Verbindungen (B) verwendet, die auch als Vernetzungsmittel bezeichnet werden. Die Vernetzungsmittel (B) werden dann angewandt, wenn die Bestandteile (A) keine carbamat- und/oder allophanatreaktive funktionelle Gruppen enthalten, also nicht selbstvernetzend sind.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische an den Vernetzungsmitteln (B) kann ebenfalls breit variieren. Vorzugsweise liegt der Gehalt bei 5 bis 40, bevorzugt 6 bis 35, besonders bevorzugt 7 bis 30, ganz besonders bevorzugt 8 bis 25 und insbesondere 9 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Festkörper des erfindungsgemäßen Dual-Cure- Gemischs. Hierbei empfiehlt es sich desweiteren, die Mengen an Vernetzungsmittel (B) und niedermolekularen Verbindungen, den Oligomeren und/oder Polymeren (A1) so zu wählen, daß in den erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemischen das Verhältnis von komplementären reaktiven funktionellen Gruppen im Vernetzungsmittel (B) und reaktiven funktionellen Gruppen in den Bestandteilen (A1 ) zwischen 2 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise 1 ,5 : 1 bis 1 : 1 ,5, besonders bevorzugt 1 ,2 : 1 bis 1 : 1 ,2 und insbesondere 1 ,1 : 1 bis 1 : 1 ,1 liegt. Entsprechendes gilt für die selbstvernetzenden Bindemittel (A2) und für die Gemische aus Bindemitteln (A1) und (A2) und Vernetzungsmitteln (B).
Außerdem enthalten die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische mindestens einen Bestandteil (C), der im statistischen Mittel mindestens eine reaktive funktionelle Gruppe mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung im Molekül enthält. Darüber hinaus kann der Bestandteil (C) noch mindestens eine allophanat- und/oder carbamatreaktive funktionelle Gruppe enthalten.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische an den Bestandteilen (C) kann ebenfalls breit variieren. Vorzugsweise liegt der Gehalt bei 5 bis 50, bevorzugt 6 bis 45, besonders bevorzugt 7 bis 40, ganz besonders bevorzugt 8 bis 35 und insbesondere 9 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Festkörper des erfindungsgemäßen Dual-Cure- Gemischs.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische noch mindestens ein Rheologiehilfsmittel (D) mit strukturviskosem Verhalten enthalten. Vorzugsweise wird das Rheologiehilfsmittel (D) aus der Gruppe, bestehend aus Harnstoffderivaten und Kieselsäuren ausgewählt.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische an den Rheologiehilfsmitteln (D) kann sehr breit variieren. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische die Rheologiehilfsmittel (D), in einer Menge von, jeweils bezogen auf den Festkörper des erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemischs, 0,1 bis 10, bevorzugt 0,2 bis 9, besonders bevorzugt 0,3 bis 8, ganz besonders bevorzugt 0,4 bis 7 und insbesondere 0,5 bis 6 Gew.-%.
Die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische können außerdem noch mindestens ein Netzmittel (E) enthalten.
Sofern verwendet, sind die Netzmittel (E) in den erfindungsgemäßen Dual- Cure-Gemischen vorzugsweise in einer Menge von, jeweils bezogen auf den Festkörper des erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemischs, 0,01 bis 5, bevorzugt 0,02 bis 4, besonders bevorzugt 0,03 bis 3, ganz besonders bevorzugt 0,04 bis 2 insbesondere 0,05 bis 1 Gew.-% enthalten. Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische noch übliche und bekannte Pigmente (F) und/oder Zusatzstoffe (G) enthalten.
Beispiele geeigneter niedermolekularer Verbindungen (A) werden in den Literaturstellen
EP 0 710 707 A 2, Seite 4, Zeilen 1 bis 27, oder EP 0 915 113 A 1.Seite 2, Zeilen 44 bis 48, und den Seite 6, Zeilen 21 bis 25,
EP 0 636 660 B 1 , Spalte 1 , Zeile 41 , bis Spalte 2, Zeile 3, Spalte 2, Zeile 12, bis Spalte 3, Zeile 32, und Spalte 5, Zeile 43, bis Spalte 6, Zeile 36, oder
- WO 87/00851 , Seite 13, Zeile 11 , bis Seite 15, Zeile 8 und Example
1 bis Example 33, Seiten 17 bis 27,
im Detail beschrieben. Diese niedermolekularen Verbindungen (A) gestatten die Herstellung besonders festkörperreicher erfindungsgemäßer Stoffgemische.
Geeignete Bindemittel (A) entstammen den Polymerklassen der statistisch, alternierend und/oder blockartig aufgebauten linearen und/oder verzweigten und/oder kammartig aufgebauten (Co)Polymerisate von ethylenisch ungesättigten Monomeren, oder Polyadditionsharze und/oder Polykondensationsharze. Zu diesen Begriffen wird ergänzend auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Seite 457, »Polyaddition« und »Polyadditionsharze (Polyaddukte)«, sowie Seiten 463 und 464, »Polykondensate«, »Polykondensation« und »Polykondensationsharze« verwiesen. Beispiele gut geeigneter (Co)Polymerisate (A) sind (Meth)Acrylatcopolymerisate und partiell verseifte Polyvinylester, insbesondere (Meth)Acrylatcopolymerisate.
Beispiele gut geeigneter Polyadditionsharze und/oder
Polykondensationsharze (A) sind Polyester, Alkyde, Polyurethane, Polylactone, Polycarbonate, Polyether, Epoxidharz-Amin-Addukte, Polyharnstoffe, Polyamide oder Polyimide, insbesondere Polyester.
Ganz besonders bevorzugt entstammen die Oligomeren und/oder Polymeren (A) den Polymerklassen der (Meth)acrylatcopolymerisate und Polyester.
AUophanatgruppen enthaltende Oligomere und Polymere (A), die den vorstehend genannten Polymerklassen entstammen, sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 198 39 453 A 1 , Seite 2, Zeile 65, bis Seite 6, Zeile 34, und Seite 7, Zeilen 25 bis 53, bekannt.
Carbamatgruppen enthaltenden Oligomere und Polymere (A), die den vorstehend genannten Polymerklassen entstammen, und Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus den Patentanmeldungen
EP 0 594 068 A 1 , Seite 2, Zeile 45, bis Seite 4, Zeile 27, Seite 5, Zeile 36 bis 57, und Seite 7, Zeilen 1 bis 22,
EP 0 594 142 A 1, Seite 3, Zeile 1 , bis Seite 4, Zeile 37, Seite 5, Zeile 49, bis Seite 6, Zeile 12, und Seite 7, Zeilen 5 bis 26, WO 94/10211 , Seite 4, Zeile 18, bis Seite 8, Zeile 8, Seite 12, Zeile 30, bis Seite 14, Zeile 36, Seite 15, Zeile 35, bis Seite 17, Zeile 32, und Seite 18, Zeile 16, bis Seite 19, Zeile 30, und
- DE 19946 048 A 1
bekannt.
Bevorzugt werden die Oligomeren und/oder Polymeren (A) hergestellt, indem man ein Monomerengemisch, das mindestens eine olefinisch ungesättigte Carbonsäure, beispielsweise Methacrylsaure enthält, in der Gegenwart eines Glycidylesters der Versatic ©-Säure (vgl. Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart New York, 1998 »Versatic ©-Säuren«, Seiten 605 und 606) copolymerisiert, wonach man das resultierende hydroxylgruppenhaltige
(Meth)Acrylatcopolymerisat mit mindestens einem Alkylcarbamat, wie Methyl-, Propyl- oder Butylcarbamat, umsetzt. Oder aber hydroxylgruppenhaltige (Meth)Acrylatcopolymerisate werden mit Phosgen in Chlorformiatgruppen enthaltende (Meth)Acrylatcopolymerisate umgewandelt, wonach die Chlorformiatgruppen mit Ammoniak oder primären Aminen zu Carbamatgruppen umgesetzt werden. Es können auch isocyanatgruppenhaltige (Meth)Acryiatcopolymerisate oder Polyester mit mindestens einem Hydroxyalkylcarbamat, wie 2- Hydroxyethylcarbamat, umgesetzt werden.
Vorzugsweise weisen die Oligomeren und Polymeren (A) ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 600 bis 20.000, bevorzugt 800 bis 15.000, besonders bevorzugt 1.000 bis 10.000, ganz besonders bevorzugt 1.200 bis 8.000 und insbesondere 1.200 bis 6.000 Dalton auf. Außer den Allophanat- und/oder Carbamatgruppen können die Bestandteile (A), insbesondere die Oligomeren und/oder Polymeren (A), noch mindestens eine funktionelle Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
(i) allophanat- und carbamatreaktiven funktionellen Gruppen,
(ii) dispergierenden Gruppen, durch die die Oligomeren und/oder Polymeren (A) wasserlöslich oder -dispergierbar gemacht werden,
enthalten.
Beispiele geeigneter allophanat- und/oder carbamatreaktiver funktioneller Gruppen (i) sind N-Methylolgruppen und N-Methylolethergruppen, vorzugsweise die Methyl-, Ethyl-, n-Propyl und/oder n-Butylether. Die betreffenden Bestandteile (A2), insbesondere die Oligomeren und/oder Polymeren (A2), sind dann partiell oder vollständig selbstvernetzend, weswegen in diesem Falle auf den Einsatz von Vernetzungsmitteln (B) völlig oder weitgehend verzichtet werden kann.
Beispiele geeigneter dispergierender Gruppen (ii) sind Anionen bildende Gruppen, wie Carbonsäure-, Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppen, oder anionische Gruppen, wie Carboxylat-, Sulfonat- oder Phosphonatgruppen, Kationen bildende Gruppen, wie primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen, oder kationische Gruppen, beispielsweise Ammoniumgruppen, wie primäre sekundäre, tertiäre oder quaternäre Ammoniumgruppen, Sulfoniumgruppen und Phosphononiumgruppen, oder Polyalkylenoxidgruppen, wie Polyethylenoxidgruppen, die seitenständig, endständig und/oder kettenständig in die Oligomeren und Polymeren (A) eingebaut werden können (vgl. Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, »Wasserdispergierbare Bindemittel«, Seite 619, und »Wasserlösliche Bindemittel«, Seite 626 und 625).
Auch die Herstellung der Oligomeren und/oder Polymeren (A), die die vorstehend beschriebenen Gruppen (i) und/oder (ii) enthalten, weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt mit Hilfe der Verfahren und Vorrichtungen, die aus den vorstehend aufgeführten Patentanmeldungen bekannt sind oder in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 61 926.3 beschrieben werden.
So können beispielsweise Gruppen (i) durch das Einpolymerisieren N- methylolethergruppenhaltiger olefinisch ungesättigter Monomere oder über polymeranaloge Reaktionen seitenständiger und/oder endständiger Aminogruppen mit Formaldehyd eingeführt werden.
Gruppen (ii) können beispielsweise durch Einpolymerisieren olefinisch ungesättigter Carbonsäuren wie Acrylsäure oder Methacrylsaure oder über die polymeranaloge Reaktion von Hydroxylgruppen mit Carbonsäureanhydriden, wie Maleinsäureanhydrid oder
Phthalsäureanhydrid, eingebaut werden.
Geeignete Vernetzungsmittel (B) sind Aminoplastharze.
Als Aminoplastharze kommen grundsätzlich alle formaldehydhaltigen Harze in Betracht, wie sie auf dem Gebiet der Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen üblicherweise als Vernetzungsmittel verwendet werden. Vorzugsweise werden Melaminharze eingesetzt. Beispiele geeigneter Aminoplastharze werden in Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seite 29, »Aminoharze«, dem Lehrbuch „Lackadditive" von Johan Bieleman, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, Seiten 242 ff., dem Buch „Paints, Coatings and Solvents", second completely revised edition, Edit. D. Stoye und W. Freitag, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, Seiten 80 ff., dem amerikanischen Patent US 4 710 542 A oder den Patentanmeldungen EP 0 245 700 A 1 oder WO 00/37520, Seite 3, Zeilen 1 bis 13, sowie in dem Artikel von B. Singh und Mitarbeiter "Carbamylmethylated Melamines, Novel Crosslinkers for the Coatings Industry", in Advanced Organic Coatings Science and Technology Series, 1991 , Band 13, Seiten 193 bis 207, beschrieben.
Die mit aktinischer Strahlung härtbaren Bestandteile (C) enthalten im Molekül im statistischen Mittel mindestens eine reaktive funktionelle Gruppe, vorzugsweise mindestens zwei, besonders bevorzugt mindestens drei und insbesondere drei reaktive funktionelle Gruppen, die mindestens eine, insbesondere eine, mit aktinischer Strahlung aktivierbare Bindung enthält oder enthalten.
Außerdem können die Bestandteile (C) mindestens eine der vorstehend beschriebenen allophanat- und/oder carbamatreaktiven funktionellen Gruppen enthalten.
Beispiele geeigneter mit aktinischer Strahlung aktivierbarer Bindungen sind Kohlenstoff-Wasserstoff-Einzelbindungen oder Kohlenstoff- Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Sauerstoff-, Kohlenstoff-Stickstoff-, Kohlenstoff- Phosphor- oder Kohlenstoff-Silizium-Einzelbindungen oder - Doppelbindungen. Von diesen werden die Doppelbindungen, insbesondere die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen (nachstehend "Doppelbindungen" genannt, bevorzugt angewandt.
Gut geeignete Doppelbindungen liegen beispielsweise in (Meth)Acrylat-, Ethacrylat-, Crotonat-, Cinnamat-, Vinylether-, Vinylester-, Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbomenyl-, Isoprenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylgruppen; Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbomenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylethergruppen oder Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbomenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylestergruppen vor. Von diesen sind (Meth)Acrylatgruppen, insbesondere Acrylatgruppen, von besonderem Vorteil und werden deshalb erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt verwendet.
Der Grundkörper, an den die Doppelbindungen gebunden sind, ist nicht kritisch, sondern es können beispielsweise Polymere und/oder Oligomere verwendet werden, die den vorstehend bei den Bindemitteln (A) beschriebenen Polymerklassen entstammen. Die Doppelbindungen können in üblicher und bekannter Weise über polymeranaloge Reaktionen von seitenständigen und/oder endständigen Hydroxylgruppen mit olefinisch ungesättigten Monoisocyanaten, wie Vinylisocyanat, Methacryloylisocyanat oder 1-(1-lsocyanato-1-methylethyl)-3-(1- methylethenyl)-benzol (TMI® von der Firma CYTEC), von seitenständigen und/oder endständigen Isocyanatgruppen mit hydroxylgruppenhaltigen olefinisch ungesättigten Monomeren wie Hydroxyethylacrylat oder von seitenständigen und/oder endständigen Epoxidgruppen mit olefinisch ungesättigten Carbonsäuren, wie Acrylsäure oder Methacrylsaure, eingebaut werden. Beispiele geeigneter Bestandteile (C), die bis zu vier Doppelbindungen, enthalten, werden in Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, »Reaktiwerdünner«, Seiten 491 und 492, oder in der deutschen Patentanmeldung DE 198 18 735 A 1.Spalte 7, Zeilen 1 bis 25, beschrieben.
Beispiele geeigneter Bestandteile (C), die sechs oder mehr Doppelbindungen im Molekül enthalten, sind (meth)acrylfunktionelle (Meth)Acrylcopolymere, Polyetheracrylate, Polyesteracrylate, ungesättigte Polyester, Epoxyacrylate, Urethanacrylate, Aminoacrylate, acrylierte Aminoplastharze wie Melaminacrylate, Silikonacrylate und die entsprechenden Methacrylate. Von diesen sind die Urethan(meth)acrylate (C) vorteilhaft und werden deshalb besonders bevorzugt verwendet.
Die Urethan(meth)acrylate (C) und Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise aus den Patentanmeldungen und Patenten EP 0 204 161 A 1 DE 196 45 761 A 1 , WO 98/10028, EP 0 742 239 A 1 , EP 0 661 321 B 1, EP 0 608 021 B 1 , EP 0 447 998 B 1, oder EP 0 462 287 B 1 bekannt. Die Urethan(meth)acrylate (C) sind handelsübliche Produkte und werden beispielsweise unter der Marke Ebecryl © 1290 von der Firma UCB, Belgien, oder unter der Marke Rahn ® 99-664 von der Firma Rahn vertrieben.
Weitere Beispiele geeigneter Bestandteile (C) sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 198 18 735 A 1 , Spalte 2, Zeilen 24 bis 36, Spalte 3, Zeile 16, bis Spalte 6, Zeile 33, und Spalte 6, Zeilen 34 bis 68, bekannt. Gut geeignete Beispiele sind Pentaerythrittriacrylat, das unter der Marke Sartomer © 444 D von der Firma Cray Valley, Frankreich, vertrieben wird, sowie Dipentaerythritpentaacrylat, das unter der Marke Sartomer © 399 von derselben Firma vertrieben wird. Die Rheologiehilfsmittel (D) werden ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Harnstoffderivaten und Kieselsäuren.
Geeignete Rheologiehilfsmittel (D) werden beispielsweise in den Literaturstellen EP 0 192 304 A 1 , DE 23 59 923 A 1 , DE 18 05 693 A 1 , WO 94/22968, DE 27 51 761 C 2, WO 97/12945 und "färbe + lack", 11/1992, Seiten 829 ff., WO 00/31194, WO 00/37520, DE 199 24 172 A 1 , DE 199 24 171 A 1 oder DE 199 24 170 A 1 bekannt.
Bevorzugt werden Rheologiehilfsmittel (D) verwendet, die durch Umsetzung mindestens eines Amins und/oder von Wasser mit mindestens einem Isocyanat, in der Gegenwart mindestens eines Aminoplastharzes und/oder mindestens eines der vorstehend beschriebenen Oligomeren und/oder Polymeren (A) herstellbar sind. Vorzugsweise werden zu deren Herstellung die Amine verwendet.
Vorzugsweise werden die Amine aus der Gruppe, bestehend aus acyclischen aliphatischen, aliphatisch-aromatischen, cycloaliphatischen, aliphatisch-cycloaliphatischen und cycloaliphatisch-aromatischen primären und sekundären Monoaminen und Polyaminen, ausgewählt.
Beispiele geeigneter Monoamine sind aus den deutschen Patentanmeldungen DE 199 24 172 A 1 , Seite 3, Zeilen 3 bis 10, oder DE 199 24 171 A 1 , Seite 3, Zeilen 35 bis 42, oder den internationalen Patentanmeldungen WO 00/31194, Seite 11 , Zeilen 14 bis 29, und WO 00/37520, Seite 3, Zeile 15, bis Seite 4, Zeile 5, bekannt. Besonders bevorzugt werden Methoxypropylamin, Benzylamin und/oder n-Hexylamin verwendet. Die Polyamine enthalten im statistischen Mittel mindestens zwei primäre und/oder sekundäre Aminogruppen im Molekül. Beispiele geeigneter Polyamine sind aus der internationalen Patentanmeldung WO 00/37520, Seite 4, Zeilen 6 bis 19, bekannt.
Als Isocyanate kommen Monoisocyanate und Polyisocyanate in Betracht. Die Monoisocyanate werden für die Umsetzung mit den Polyaminen und die Polyisocyanate für die Umsetzung mit den Monoaminen eingesetzt. Vorzugsweise werden die Polyisocyanate und die Monoamine für die Herstellung der Rheologiehilfsmittel (D) verwendet.
Beispiele geeigneter Monoisocyanate sind aus der internationalen Patentanmeldung WO 00/37520, Seite 4, Zeile 21 , bis Seite 5, Zeile 2, bekannt.
Vorzugsweise werden Polyisocyanate verwendet, die im statistischen Mittel mindestens 1 ,8, bevorzugt mindestens 2 und insbesondere 2 Isocyanatgruppen im Molekül aufweisen. Beispiele geeigneter Polyisocyanate und Diisocyanate werden in den internationalen Patentanmeldungen WO 00/31194, Seite 11 , Zeile 30, bis Seite 12, Zeile 26, und WO 00/37520, Seite 5, Zeile 4, bis Seite 6, Zeile 27, oder den deutschen Patentanmeldungen DE 199 24 172 A 1 , Seite 3, Zeilen 11 bis 23, DE 199 24 170 A 1 , Spalte 3, Zeile 61 , bis Spalte 6, Zeile 68, oder DE 199 24 171 A 1 , Seite 3, Zeilen 43, bis Seite 5, Zeile 34, im Detail beschrieben. Besonders bevorzugt wird Hexamethylendiisocyanat und seine Oligomeren, insbesondere Trimeren, verwendet.
Als Aminoplastharze kommen grundsätzlich alle formaldehydhaltigen
Harze in Betracht, wie sie auf dem Gebiet der Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen üblicherweise als Vernetzungsmittel (B) verwendet werden. Vorzugsweise werden Melaminharze eingesetzt. Die Menge an Aminoplastharzen, die durch die Rheologiehilfsmittel (D) in die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische eingetragen wird, wird in ihren Gehalt an Vernetzungsmitteln (B) einbezogen.
Geeignete Oligomere und Polymere (A) sind die vorstehend beschriebenen. Die Menge an Bestandteilen (A), die durch die Rheologiehilfsmittel (D) in die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische eingetragen wird, wird in ihren Gehalt an Bindemitteln (A) einbezogen.
Die Umsetzung der Amine oder von Wasser, insbesondere der Amine, mit den Isocyanaten in der Gegenwart der Aminoplastharze weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt, wie in der internationalen Patentanmeldung WO 00/37520, Seite 6, Seite 29, bis Seite 8, Zeile 14, und Seite 9, Zeile 28, bis Seite 10, Zeile 32, beschrieben.
Die Umsetzung der Amine oder von Wasser, insbesondere der Amine, mit den Isocyanaten in der Gegenwart der Oligomeren und/oder Polymeren (A) weist ebenfalls keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt, wie in der internationalen Patentanmeldung WO 00/31194, Seite 12, Zeile 23, bis Seite 13, Zeile 19, beschrieben
Für die Herstellung der Harnstoffderivate (D) im Tonnenmaßstab ist das aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 03 283 A 1 bekannte kontinuierliche Verfahren, bei dem ein In-Iine-Dissolver als Mischaggregat verwendet wird, von Vorteil. Dabei kann das Gewichtsverhältnis von Aminoplastharz und/oder Oligomer und/oder Polymer (A) zu Rheologiehilfsmittel (D) 100 : 1 , vorzugsweise 90 : 1 , bevorzugt 80 : 1 , besonders bevorzugt 70 : 1 , ganz besonders bevorzugt 60 : 1 und insbesondere 50 : 1 betragen.
Aminoplastharze (B), die in dieser Weise hergestellte Rheologiehilfsmittel (D) enthalten, sind üblich und bekannt und werden beispielsweise unter der Marke Setamine ® XL 1268 von der Firma Akzo Nobel vertrieben.
Die als Rheologiehilfsmittel (D) verwendeten Kieselsäuren werden aus der Gruppe, bestehend aus modifizierten pyrogenen, hydrophilen und hydrophoben, transparenten Kieselsäuren, ausgewählt. Besonders bevorzugt werden hydrophobe pyrogene Siliziumdioxide verwendet, deren Agglomerate und Aggregate eine kettenförmige Struktur haben und die durch die Flammenhydrolyse von Siliziumtetrachlorid in einer Knallgasflamme herstellbar sind. Vorzugsweise haben sie eine Primärteilchengröße von 2 bis 20 nm. Sie werden beispielweise von der Firma Degussa unter der Marke Aerosil ® vertrieben. Besonders bevorzugt werden auch gefällte Wassergläser, wie Nanohektorite, die beispielsweise von der Firma Südchemie unter der Marke Optigel ® oder von der Firma Laporte unter der Marke Laponite ® vertrieben werden, verwendet. Weitere Beispiele geeigneter Kieselsäuren sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 24 172 A 1 , Seite 3, Zeilen 28 bis 32, bekannt. Noch ein weiteres Beispiel für geeignete hydrophile, transparente Kieselsäuren ist Aerosil © 380 mit einer inneren Oberfläche von 380 m2/g (gemessen nach BET gemäß DIN 66131).
Bevorzugt werden Netzmittel (E) i. S. der Definition von Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998 »Netzmittel (Benetzungsmittel)«, Seite 409, verwendet. Vorzugsweise werden Netzmittel (E) werden aus der Gruppe, bestehend aus Siloxanen, fluorhaltigen Verbindungen, Carbonsäurehalbestern, Phosphorsäureestern, Polyacrylsäuren und deren Copolymeren sowie Polyurethanen, ausgewählt. Vorzugsweise werden Polyurethane verwendet.
Weitere geeignete Netzmittel (E) werden in Johan Bieleman, »Lackadditive«, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, »4 Grenzflächenaktive Verbindungen«, Seite 69 bis 100, insbesondere »4.1.4 Chemische Zusammensetzung der Netz- und Dispergiermittel«, Seiten 87 bis 92, und »4.1.8 Handelsprodukte«, Seite 100, oder in der deutschen Patentanmeldung DE 199 24 171 A 1 , Seite 2, Zeile 63, bis Seite 3, Zeile 24, beschrieben.
Gut geeignete Netzmittel (E) sind beispielsweise die Handelsprodukte
Texaphor © 963 der Firma Cognis (niedermolekulares Elektroneutralsalz eine Polycarbonsäure mit Aminderivaten, 50prozentig in höheren Aromaten),
Texaphor © 3112 der Firma Cognis (hochmolekulares Polyurethan, 50prozentig in Xylol / Butylacetat 2:3),
Disperbyk © 110 der Firma Byk Chemie (anionisches Copolymerisat mit sauren Gruppen, Säurezahl: 53 mg KOH/g, 50prozentig in
Methoxypropylacetat / Alkylbenzol 1 :1),
Disperbyk © 161 der Firma Byk Chemie (hochmolekulares Polyurethan, Aminzahl: 11 mg KOH/g, 30prozentig in Methoxypropylacetat / Butylacetat 6:1 ), Disperbyk © 166 der Firma Byk Chemie (hochmolekulares Polyurethan, Aminzahl: 20 mg KOH/g, 30prozentig in Butylacetat / Methoxypropylacetat 4:1 ),
Efka ® 4163 der Firma Efka (hochmolekulares Polyurethan, Aminzahl: 11 mg KOH/g, 30prozentig in Methoxypropylacetat / Butylacetat 6:1 ) und
- Efka © 4047 der Firma Efka (hochmolekulares Polyurethan,
Aminzahl 10 bis 20 mg KOH/g, 35prozentig in Butylacetat/Methoxypropylacetat/sekundär-Butanol).
Die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische können noch mindestens ein Pigment (F) enthalten.
Vorzugsweise werden die Pigmente (F) aus der Gruppe bestehend, aus üblichen und bekannten organischen und anorganischen färb- und/oder effektgebenden, elektrisch leitfähigen, magnetisch abschirmenden und fluoreszierenden Pigmenten und üblichen und bekannten organischen und anorganischen Füllstoffen und Nanopartikeln, die von den Rheologiehilfsmitteln (D) verschieden sind, ausgewählt.
Diese Pigmente (F) werden insbesondere dann verwendet, wenn die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische als pigmentierte Klebstoffe und Dichtungsmassen sowie Beschichtungsstoffe, wie Füller, Basislacke oder Unidecklacke, verwendet werden sollen.
Ferner können die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische Zusatzstoffe (G) enthalten, die sowohl in den pigmentierten als auch in den nicht pigmentierten erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemischen verwendet werden können. Beispiele geeigneter Zusatzstoffe (G) sind aus den deutschen Patentanmeldungen DE 199 24 170 A 1 , Spalte 13, Seite 6, bis Spalte 14, Zeile 2, DE 199 24 171 A 1, Seite 8, Zeile 65, bis Seite 9, Zeile 33, oder DE 198 39 453 A 1 , Seite 6, Zeile 68, bis Seite 7, Seite 6, bekannt, wobei die Netzmittel (E) und die transparenten Füllstoffe auf der Basis von Siliziumdioxid hier ausgenommen sind.
Des weiteren können als Zusatzstoffe (G) Verbindungen verwendet werden, die Carbamatgruppen oder carbamatreaktive funktionelle Gruppen sowie reaktive funktionelle Gruppen mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung enthalten, wie sie in den nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen DE 199 61 926.3 oder DE 10041 634.9 beschrieben werden.
Nicht zuletzt können die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische Photoinitiatoren Zusatzstoffe (G) enthalten. Geeignete Photoinitiatoren (G) sind solche vom Norrish Il-Typ, deren Wirkungsmechanismus auf einer intramolekularen Variante der Wasserstoff-Abstraktionsreaktionen beruht, wie sie in vielfältiger Weise bei photochemischen Reaktionen auftreten (beispielhaft sei hier auf Römpp Chemie Lexikon, 9. erweiterte und neubearbeitete Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, Bd. 4, 1991 , verwiesen) oder weitere Beispiele von kationische Photoinitiatoren (beispielhaft sei hier auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1998, Seiten 444 bis 446, verwiesen), insbeondere Benzophenone, Benzoine oder Benzoinether oder Phosphinoxide. Es können auch beispielsweise die im Handel unter den Namen Irgacure® 184, Irgacure® 1800 und Irgacure® 500 der Firma Ciba Geigy, Grenocure® MBF der Firma Rahn und Lucirin® TPO der Firma BASF AG erhältlichen Produkte eingesetzt werden. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt durch das Vermischen der vorstehend beschriebenen Bestandteile. Dabei können Mischaggregate, wie Rührkessel, Dissolver, In-Iine-Dissolver, Rührwerksmühlen, statische Mischer, Zahnkranz-Dispergatoren oder Extruder, verwendet werden. Hierbei wird vorzugsweise unter Ausschluß von aktinischer Strahlung gearbeitet, um eine Schädigung der erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische, insbesondere durch eine vorzeitige Vernetzung, zu vermeiden.
Die erfindungsgemäßen Gemische können je nach Verwendungszweck in organischen Lösemitteln gelöst und/oder dispergiert (non-aqueous dispersions, NAD) oder als im wesentlichen oder völlig lösemittelfreie Gemische vorliegen. Die im wesentlichen oder völlig lösemittelfreie Gemische können in flüssiger Formen (100%-System) oder Pulverform vorliegen. Des weiteren können die erfindungsgemäßen Gemische in Wasser gelöst oder dispergiert vorliegen. Nicht zuletzt können die pulverförmigen erfindungsgemäßen Gemische in der Form sogenannter Pulverslurries in Wasser dispergiert vorliegen. Vorzugsweise liegen die erfindungsgemäßen Gemische in organischen Lösemitteln gelöst und/oder dispergiert vor.
Die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische eignen sich hervorragend als Dual-Cure-Beschichtungsstoffe, -Klebstoffe und -Dichtungsmassen oder zu deren Herstellung. Die erfindungsgemäßen Dual-Cure- Beschichtungsstoffe sind hervorragend für die Herstellung von ein- oder mehrschichtigen, färb- und/oder effektgebenden, elektrisch leitfähigen, magnetisch abschirmenden oder fluoreszierenden Beschichtungen, wie Fülleriackierungen, Basislackierungen oder Unidecklackierungen, oder von ein- oder mehrschichtigen Klarlackierungen geeignet. Die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Klebstoffe sind hervorragend für die Herstellung von Klebschichten, und die erfindungsgemäßen Dual-Cure- Dichtungsmassen sind hervorragend für die Herstellung von Dichtungen geeignet.
Ganz besondere Vorteile resultieren bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Dual-Cure-Gemische als Dual-Cure-Klarlacke für die Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Klarlackierungen. Insbesondere werden die erfindungsgemäßen Dual-Cure-Klarlacke zur Herstellung von färb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen nach dem naß-in-naß Verfahren verwendet, bei dem ein Basislack, insbesondere ein Wasserbasislack, auf die Oberfläche eines Substrats appliziert wird, wonach man die resultierende Basislackschicht, ohne sie auszuhärten, trocknet und mit einer Klarlackschicht überschichtet. Anschließend werden die beiden Schichten gemeinsam gehärtet.
Methodisch weist die Applikation der erfindungsgemaßen Dual-Cure- Beschichtungsstoffe, -Klebstoffe und -Dichtungsmassen keine Besonderheiten auf, sondern kann durch alle üblichen Applikationsmethoden, wie z.B. Spritzen, Rakeln, Streichen, Gießen, Tauchen, Träufeln oder Walzen erfolgen. Vorzugsweise werden bei den erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffen Spritzapplikationsmethoden angewandt, es sei denn, es handelt sich um Pulverlacke, die vorzugsweise mit Hilfe der Wirbelschichtverfahren, wie sie beispielsweise aus den Firmenschriften von BASF Coatings AG, »Pulverlacke, für industrielle Anwendungen«, Januar 2000, oder »Coatings Partner, Pulverlack Spezial«, 1/2000, oder Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Seiten 187 und 188, »Elektrostatisches Pulversprühen«, »Elektrostatisches Sprühen« und »Elektrostatisches Wirbelbadverfahren«, bekannt sind, appliziert werden.
Auch hier empfiehlt es sich unter Ausschluß von aktinischer Strahlung zu arbeiten, um eine vorzeitige Vernetzung der erfindungsgemäßen Dual- Cure-Beschichtungsstoffe, -Klebstoffe und -Dichtungsmassen zu vermeiden.
Als Substrate kommen all die in Betracht, deren Oberfläche durch die Anwendung von Hitze und aktinischer Strahlung bei der Härtung der hierauf befindlichen Schichten nicht geschädigt wird. Vorzugsweise bestehen die Substrate aus Metallen, Kunststoffen, Holz, Keramik, Stein, Textil, Faserverbunden, Leder, Glas, Glasfasern, Glas- und Steinwolle, mineral- und harzgebundene Baustoffen, wie Gips- und Zementplatten oder Dachziegel, sowie Verbunden dieser Materialien.
Demnach sind die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe, Klebstoffe und Dichtungsmassen für das Beschichten, Verkleben und Abdichten von Kraftfahrzeugkarosserien oder Teilen hiervon, von Kraftfahrzeugen im Innen- und Außenbereich, von Bauwerken im Innen- und Außenbereich, von Möbeln, Fenstern und Türen sowie im Rahmen der industriellen Lackierung für das Beschichten, Verkleben und Abdichten von Kleinteilen, wie Muttern, Schrauben, wie Radkappen oder Felgen, von Coils, Container, Emballagen, elektrotechnischen Bauteilen, wie Motorwicklungen oder Transformatorwicklungen, und von weißer Ware, wie Haushaltsgeräte, Heizkessel und Radiatoren, hervorragend geeignet,
Im Falle elektrisch leitfähiger Substrate können Grundierungen verwendet werden, die in üblicher und bekannter Weise aus Elektrotauchlacken hergestellt werden. Hierfür kommen sowohl anodische als auch kathodische Elektrotauchlacke, insbesondere aber kathodische Elektrotauchlacke, in Betracht. Im Falle von nichtfunktionalisierten und/oder unpolaren Kunststoffoberflächen können diese vor der Beschichtung in bekannter Weise einer Vorbehandlung, wie mit einem Plasma oder mit Beflammen, unterzogen oder mit einer Hydrogrundierung versehen werden.
Auch die Härtung der applizierten erfindungsgemäßen Dual-Cure- Gemische weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt nach den üblichen und bekannten thermischen Methoden, wie Erhitzen in einem Umluftofen oder Bestrahlen mit IR-Lampen. Für die Härtung mit aktinischer Strahlung kommen Strahlenquellen wie Quecksilberhoch- oder -niederdruckdampflampen, welche gegebenenfalls mit Blei dotiert sind, um ein Strahlenfenster bis zu 405 nm zu öffnen, oder Elektronenstrahlquellen in Betracht. Weitere Beispiele geeigneter Verfahren und Vorrichtungen zur Härtung mit aktinischer Strahlung werden in der deutschen Patentanmeldung DE 198 18 735 A 1 , Spalte 10, Zeilen 31 bis 61, beschrieben.
Die resultierenden erfindungsgemaßen Beschichtungen, insbesondere die erfindungsgemäßen ein- oder mehrschichtigen färb- und/oder effektgebenden Lackierungen und Klarlackierungen sind einfach herzustellen und weisen hervorragende optische Eigenschaften und eine sehr hohe Licht-, Chemikalien-, Wasser-, Schwitzwasser- und Witterungsbeständigkeit auf. Insbesondere sind sie frei von Trübungen und Inhomogenitäten. Sie weisen einen sehr gutes Reflow-Verhalten und eine hervorragende Zwischenschichthaftung zwischen Basislackierung und Klarlackierung und eine gute bis sehr gute Haftung zu üblichen und bekannten Autoreparaturlackierungen auf. Die erfindungsgemäßen Klebschichten verbinden die unterschiedlichsten Substrate auf Dauer haftfest miteinander und haben eine hohe chemische und mechanische Stabilität auch bei extremen Temperaturen und/oder Temperaturenschwankungen.
Desgleichen dichten die erfindungsgemäßen Dichtungen die Substrate auf Dauer ab, wobei sie eine hohe chemische und mechanische Stabilität auch bei extremen Temperaturen und/oder Temperaturschwankungen sogar i. V. m. der Einwirkung aggressiver Chemikalien aufweisen.
Vor allem aber weisen die erfindungsgemäßen Beschichtungen eine hohe Härte und Kratzfestigkeit auf, weswegen sie mit besonderem Vorteil auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuglackierungen verwendet werden können.
Ein weiterer Vorteil der neuen Dual-Cure-Beschichtungsstoffe, -Klebstoffe und -Dichtungsmassen ist, daß sie auch in den Schattenzonen komplex geformter dreidimensionaler Substrate, wie Karosserien, Radiatoren oder elektrische Wickelgüter, auch ohne optimale, insbesondere vollständige, Ausleuchtung der Schattenzonen mit aktinischer Strahlung Beschichtungen, Klebschichten und Dichtungen liefern, deren anwendungstechnisches Eigenschaftsprofil an das der Beschichtungen, Klebschichten und Dichtungen außerhalb der Schattenzonen zumindest heranreicht. Dadurch werden die in den Schattenzonen befindlichen Beschichtungen, Klebschichten und Dichtungen auch nicht mehr leicht durch mechanische und/oder chemische Einwirkung geschädigt, wie sie beispielsweise beim Einbau weiterer Bestandteile von Kraftfahrzeugen in die beschichteten Karosserien eintreten kann.
Demzufolge weisen die auf den vorstehend aufgeführten technologischen Gebieten üblicherweise angewandten grundierten oder ungrundierten Substrate, die mit mindestens einer erfindungsgemäßen Beschichtung beschichtet, mit mindestens einer erfindungsgemäßen Klebschicht verklebt und/oder mit mindestens einer erfindungsgemäßen Dichtung abgedichtet sind, bei einem besonders vorteilhaften anwendungstechnischen Eigenschaftsprofil eine besonders lange Gebrauchsdauer auf, was sie wirtschaftlich besonders attraktiv macht.
Beispiele
Herstellbeispiel 1
Die Herstellung eines Hydroxylgruppen enthaltenden Methacrylatcopolymerisats
In einem 4 Liter-Reaktor, ausgestattet mit einem Rührer, zwei Tropftrichtern als Zuläufe für die Monomermischung und die Initiatorlösung, Stickstoffeinleitungsrohr, Thermometer und Rückflußkühler wurde 731 Gewichtsteile einer Fraktion aromatischer Kohlenwasserstoffe mit mit einem Siedebereich von 158 bis 172 °C eingewogen und auf 140 °C aufgeheizt. Hiernach wurden eine Monomermischung aus 183 Gewichtsteilen n- Butylmethacrylat, 458 Gewichtsteilen
Ethylhexylmethacrylat, 214 Gewichtsteilen Styrol, 183 Gewichtsteilen Hydroxyethylacrylat, 458 Gewichtsteilen 4-Hydroxybutylacrylat und 31 Gewichtsteilen Acrylsäure innerhalb von vier Stunden und eine Initiatorlösung von 153 Gewichtsteilen tert.-Butylperethylhexanoat in 92 Gewichtsteilen des vorstehend beschriebenen aromatischen Lösemittels innerhalb von 4,5 Stunden gleichmäßig in den Reaktor dosiert. Mit der Dosierung der Monomermischung und der Initiatorlösung wurde gleichzeitig begonnen. Nach Beendigung der Zudosierung des Initiators wurde die Reaktionsmischung weitere zwei Stunden unter Rühren auf 140 °C erhitzt und danach abgekühlt. Die resultierende Harzlösung wies einen Feststoffgehalt von 65% auf (Umluftofen; eine Stunde; 130 °C).
Herstellbeispiel 2
Die Herstellung eines Chlorformiatgruppen enthaltenden Methacrylatcopolymerisats
700 Gewichtsteile der Harzlösung gemäß Herstellbeispiel 1 wurden mit 700 Gewichtsteilen Xylol verdünnt, um sie besser rührfähig zu machen. Die resultierende Mischung wurde in einem geeigneten Reaktor vorgelegt. Anschließend wurden unter Rühren bei Raumtemperatur während einer Stunde 400 Gewichtsteile Phosgen zur Harzlösung zudosiert. Nach 30minütiger Nachreaktionszeit wurde der Grad der Umsetzung IR- spektroskopisch ermittelt. Hierbei waren keine Hydroxylgruppen mehr nachweisbar. Das überschüssige Phosgen wurde unter Vakuum abgetrennt. Anhand der Chlorwertbestimmung wurde ein Umsatz >90% festgestellt.
Herstellbeispiel 3
Die Herstellung des Carbamatgruppen enthaltenden Methacrylatcopolymerisats (A)
1450 Gewichtsteile der Chlorformiatgruppen enthaltenden Harzlösung gemäß Herstellbeispiel 2 wurden in einem geeigneten Reaktor vorgelegt. Anschließend wurden bei Raumtemperatur 61 Gewichtsteile Ammoniak in die Harzlösung eingeleitet, wobei Ammoniumchlorid ausfiel. Die resultierende Harzlösung wurde nacheinander mit 500 Gewichtsteilen Wasser, 400 Gewichtsteilen Ethanol und 500 Gewichtsteilen Pentylacetat versetzt, um das ausgefallenen Ammoniumchlorid zu lösen und eine Phasentrennung hervorzurufen. Die resultierende Mischung wurde während einer Stunde bei Raumtemperatur gerührt und dann zur Phasentrennung stehen gelassen. Nach erfolgter Phasentrennung wurde die wäßrige Phase abgetrennt, und die organische Phase wurde mit Natriumchlorid getrocknet.
Die NMR-Analyse ergab, daß die Chlorformiatgruppen zu mehr als 80% zu Carbamatgruppen umgesetzt waren. Die resultierende Lösung des erfindungsgemäßen Polyacrylatharzes wies einen Festkörpergehalt von 68,6 Gew.-% (Umluftofen; eine Stunde; 130 °C), eine Viskosität von 8,4 dPas (Original) und eine Viskosität von 5,6 dPas in 65 %iger Anlösung in Solventnaphtha auf.
Beispiel 1
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Klarlacks
Der erfindungsgemäße Klarlack wurde durch Vermischen und Homogenisieren der folgenden Bestandteile hergestellt:
222 Gewichtsteile der Methacrylatcopolymerisatlösung (A) des Herstellbeispiels 3,
42,2 Gewichtsteile Setamine © XL 1268 [harnstoffmodifiziertes Melaminharz (Resimene © 755 der Firma Monsanto, δOprozentig in Isobutanol) der Firma Akzo Nobel; Gehalt an Rheologiehilfsmittel (B): 2,4 Gew.-%], 30 Gewichtsteile Pentaerythrittriacrylat (Sartomer © 444D),
5,2 Gewichtsteile Tinuvin © 400 (handelsüblicher UV- Absorber der Firma Ciba Specialty Chemicals, Inc.),
2,6 Gewichtsteile Tinuvin © 123 (handelsüblicher reversibler Radikalfänger, sterisch gehindertes Amin (HALS) der Firma Ciba Specialty Chemicals, Inc.),
6,8 Gewichtsteile Nacure © 5528 (handelsüblicher Katalysator (mit Aminen blockiertes Sulfonsäurederivat) der Firma King),
6,0 Gewichtsteile einer fünfprozentigen Lösung eines handelsüblichen Verlaufmittels auf der Basis Polydimethylsiloxan in
Xylol,
0,8 Gewichtsteile Byk © 306 (handelsübliches Additiv der Firma Byk Chemie),
4,0 Gewichtsteile Irgacure © 184 (handelsüblicher Photoinitiator der Firma Ciba Specialty Chemicals, Inc.),
1 ,0 Gewichtsteile Lucirin © TPO (handelsüblicher Photoinitiator der Firma BASF Aktiengesellschaft),
31 Gewichtsteile Ethylhexanol,
15 Gewichtsteile n-Butanol, 3 Gewichtsteile Pine Öl, 85prozentig, und
20 Gewichtsteile Butyldiglykol.
Der Dual-Cure-Klarlack wurde mit dem Gemisch der genannten Lösemittel auf eine Viskosität von 30 Sekunden im DIN 4-Auslaufbecher eingestellt. Dieser wies hiernach einen Festkörpergehalt von 55,3 Gew.-% (eine Stunde Umluftofen/130 °C) auf.
Beispiel 2
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen farbgebenden Mehrschichtiackierung
Zur Herstellung der Mehrschichtiackierung wurden Prüftafeln aus Stahl, die mit einer Elektrotauchlackierung einer Trockenschichtdicke von 18 bis 22 μm beschichtet waren, mit einem Wasserfüller beschichtet. Die resultierende Wasserfüllerschicht wurde während 20 Minuten bei 160°C eingebrannt, so daß eine Fulleriackierung einer Trockenschichtdicke von 35 bis 40 μm resultierte. Die Fulleriackierung wurde anschließend mit einem schwarzen Wasserbasislack der Firma BASF Coatings AG in einer Schichtdicke von 12 bis 15 μm beschichtet. Die resultierenden Wasserbasislackschichten wurden während 10 Minuten bei 80°C abgelüftet. Hiernach wurde der Dual-Cure-Klarlack des Beispiels 1 in einer Schichtdicke von 40 bis 45 μm in einem Kreuzgang mit einer Fließbecherpistole pneumatisch appliziert. Anschließend wurden die Klarlackschichten während 5 Minuten bei Raumtemperatur und 5 Minuten bei 100 °C abgelüftet, mit UV- Strahlung bestrahlt (Dosis: 3.000 mJ/cm2) und anschließend gemeinsam mit den Wasserbasislackschichten bei 140 °C Objekttemperatur während 20 Minuten in einem Umluftofen eingebrannt.
Für die Prüfung der Benetzung wurden in der vorstehend beschriebenen Weise dünnere Klarlackschichten appliziert und eingebrannt. Die Prüfung ergab, daß eine sehr gute Benetzung bereits bei Schichtdicke unterhalb 20 μm vorhanden war.
Für die Prüfung des Verlaufs wurde der Klarlack elektrostatisch vertikal und horizontal auf die Prüftafeln appliziert. Verwendet wurde eine Eco- Bell-Glocke mit Direktaufladung. Der Verlauf wurde visuell als besonders gut beurteilt (sehr glatte Oberfläche). Die dem Fachmann geläufige Messung der Wave-Scan-Werte untermauert dies:
- Long-Wave/Short-Wave bei 40 μm, horizontale Applikation: 8,3/4
Long-Wave/Short-Wave bei 40 μm, vertikale Applikation: 12,1/5,2
(Meßgerät: Firma Byk/Gardner - Wave scan plus).
Für die Prüfung der Läuferneigung wurden übliche und bekannte Lochbleche mit diagonaler Lochreihe anstelle der Prüftafeln verwendet. Der Klarlack wurde elektrostatisch in einer Schichtdicke von < 20 μm bis 65 μm appliziert. Verwendet wurde eine Eco-Bell-Glocke mit Direktaufladung. Basislackierung und Klariackierung wurden in senkrechter Stellung eingebrannt. Erst bei Schichtdicken der Klarlackierungen > 50 μm gab es erste Anzeichen von Läufern; erst bei 52 μm erreichten die Läufer einer Länge von 1 cm. Die resultierende Mehrschichtiackierung war sehr brillant und wies einen Glanz (20 °) nach DIN 67530 von 90 auf.
Die Kratzfestigkeit wurde mit Hilfe des Sandtests (vgl. die deutsche Patentanmeldung DE 138 39 453 A 1 , Seite 9, Zeilen 1 bis 63) anhand der vorstehend beschriebenen Prüfbleche beurteilt. Es wurden nach Beschädigung lediglich ein Glanzverlust um 11 ,5 Einheiten (20 °) auf 79,5 festgestellt, was die hohe Kratzfestigkeit untermauerte. Nach zwei Stunden bei 40 °C stieg der Glanz auf 80,2 und nach zwei Stunden bei 60 °C auf 81 ,6, was das sehr gute Reflow- Verhalten belegte.
Außerdem wurde die Kratzfestigkeit mit Hilfe des Bürstentests (vgl. die deutsche Patentanmeldung DE 198 39 453 A 1 , Seite 9, Zeilen 17 bis 63) anhand der vorstehend beschriebenen Prüfbleche beurteilt. Es wurden nach Beschädigung lediglich ein Glanzverlust um 4,8 Einheiten (20 °) auf 85,2 festgestellt, was die hohe Kratzfestigkeit untermauerte. Nach zwei Stunden bei 40 °C stieg der Glanz auf 85,9 und nach zwei Stunden bei 60 °C auf 86,5, was das sehr gute Reflow-Verhalten untermauerte.
Die Chemikalienbeständigkeit wurde nach BART bestimmt.
Der BART (BASF ACID RESISTANCE TEST) diente der Ermittlung der Beständigkeit von Lackoberflächen gegen Säuren, Laugen und Wassertropfen. Dabei wurde die Beschichtung auf einem Gradientenofen nach der Einbrennung weiteren Temperaturbelastungen ausgesetzt (30 min 40°C, 50°C, 60°C und 70°C). Zuvor wurden die Testsubstanzen (Schwefelsäure 1%-ig, 10%-ig, 36%-ig; schweflige Säure 5%-ig, Salzsäure 10%-ig, Natronlauge 5%-ig, VE (= vollentsalztes) Wasser (1 ,2,3 bzw. 4 Tropfen) definiert mit einer Dosierpipette aufgebracht. Im Anschluß an die Einwirkung der Substanzen wurden diese unter fließendem Wasser entfernt und die Beschädigungen nach 24 h entsprechend einer vorgegebenen Skala visuell beurteilt:
Benotung Aussehen 0 kein Defekt
1 leichte Markierung
2 Markierung/Vermattung/keine Erweichung
3 Markierung/Vermattung7Farbtonveränderung/Erweich ung 4 Risse/beginnende Durchätzung
5 Klarlack entfernt
Es wurde jede einzelne Markierung (Spot) ausgewertet und das Ergebnis für jede Beschichtung in geeigneter Form (z.B. Notensummen für eine Temperatur) festgehalten.
Die Ergebnisse des Tests finden sich in der Tabelle.
Der BART untermauert die außerordentliche Säurebeständigkeit der erfindungsgemäßen Mehrschichtiackierung bzw. des erfindungsgemäßen Klarlacks.
Tabelle: Die Säurebeständigkeit der erfindungsgemäßen Mehrschichtiackierung nach BART
Testsubstanz 40 °c 50 °C 60 °C 70 °c
Schwefelsäure 1%ig 0 0 0 1
Schwefelsäure 10%ig 0 0 0 2
Schwefelsäure 36%ig 0 0 0,5 3
Salzsäure 10%ig 0 0 0 0
Schweflige Säure 5%ig 0 0 0 1
Natronlauge 5 %ig 0 0 0 0
VE-Wasser 1 0 0 0 0
VE-Wasser 2 0 0 0 0
VE-Wasser 3 0 0 0 0
VE-Wasser 4 0 0 0 0
Summe 0 0 0,5

Claims

Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltende, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare GemischePatentansprüche
1. Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltende, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbare (Dual-Cure) Gemische, enthaltend
(A) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
(A1) AUophanatgruppen, Carbamatgruppen und Carbamat- und AUophanatgruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und
Polymeren, sowie
(A2) AUophanatgruppen, Carbamatgruppen und Carbamat- und AUophanatgruppen und zusätzlich allophanat- und/oder carbamatreaktive funktionelle Gruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren,
die im wesentlichen oder völlig frei sind von reaktiven funktionellen Gruppen, die mindestens eine mit aktinischer
Strahlung aktivierbare Bindung enthalten, und
(C) mindestens einen Bestandteil, der im statistischen Mittel mindestens eine reaktive funktionelle Gruppe mit mindestens einer mit aktinischer Strahlung aktivierbaren Bindung im Molekül enthält;
mit der Maßgabe, daß die Dual-Cure-Gemische noch
(B) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus allophanat- und/oder carbamatreaktive funktionelle Gruppen enthaltenden niedermolekularen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren,
enthalten, wenn ausschließlich die Bestandteile (A1) verwendet werden.
2. Dual-Cure-Gemische nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die allophanat- und/oder carbamatreaktiven funktionellen
Gruppen aus der Gruppe, bestehend aus N-Methylolgruppen und N-Methylolethergruppen, ausgewählt werden.
3. Dual-Cure-Gemische nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit aktinischer Strahlung aktivierbaren
Bindungen aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff- Wasserstoff-Einzelbindungen oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Sauerstoff-, Kohlenstoff-Stickstoff-, Kohlenstoff-
Phosphor- oder Kohlenstoff-Silizium-Einzelbindungen oder - Doppelbindungen, ausgewählt werden.
4. Dual-Cure-Gemische nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbindungen als (Meth)Acrylat-, Ethacrylat-, Crotonat-, Cinnamat-, Vinylether-, Vinylester-, Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbomenyl-, Isoprenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylgruppen; Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbomenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylethergruppen oder Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbomenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylestergruppen vorliegen.
5. Dual-Cure-Gemische nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbindungen in (Meth)Acrylatgruppen vorliegen.
6. Dual-Cure-Gemische nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oligomeren und Polymeren (A) aus der Gruppe, bestehend aus statistisch, alternierend und blockartig aufgebauten, linearen und verzweigten und kammartig aufgebauten (Co)Polymerisaten von ethylenisch ungesättigten Monomeren, oder Polyadditionsharzen und Polykondensationsharzen, ausgewählt werden.
7. Dual-Cure-Gemische nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die (Co)Polymerisate (A) aus der Gruppe, bestehend aus (Meth)Acrylatcopolymerisaten und Polyvinylestem und die
Polyadditionsharze und Polykondensationsharze aus der Gruppe, bestehend aus Polyestern, Alkyden, Polyurethanen, Polylactonen, Polycarbonaten, Polyethern, Epoxidharz-Amin-Addukten,
Polyhamstoffen, Polyamiden und Polyimiden, ausgewählt werden.
8. Dual-Cure-Gemische nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile (B) aus der Gruppe der Aminoplastharze ausgewählt werden.
9. Dual-Cure-Gemische nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile (C) aus der Gruppe, bestehend aus mit aktinischer Strahlung härtbaren Reaktiwerdünnern und (meth)acrylfunktionellen (Meth)Acrylcopolymeren, Polyetheracrylaten, Polyesteracrylaten, ungesättigten Polyestem, Epoxyacrylaten, Urethanacrylaten, Aminoacrylaten, Melaminacrylaten, Silikonacrylaten und die entsprechenden Methacrylaten, ausgewählt werden.
10. Dual-Cure-Gemische nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile (C) Pentaerythrittriacrylat und Dipentaerythritpentaacrylat sind.
11. Dual-Cure-Gemische nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Rheologiehilfsmittel (D), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kieselsäuren und Harnstoffderivaten, herstellbar, indem man mindestens ein Amin und/oder Wasser mit mindestens einem Isocyanat in der Gegenwart mindestens eines Oligomeren und/oder Polymeren (A) und/oder mindestens eines Aminoplastharzes (B) umsetzt, enthalten.
12. Dual-Cure-Gemische nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Netzmittel (E) enthalten.
13. Dual-Cure-Gemische nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Netzmittel (E), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siloxanen, fluorhaltigen Verbindungen, Carbonsäurehalbestern, Phosphorsäureestern, Polyacrylsäuren und deren Copolymeren sowie Polyurethanen, enthalten.
14. Dual-Cure-Gemische nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Pigment (F), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus üblichen und bekannten organischen und anorganischen, färb- und/oder effektgebenden, elektrisch leitfähigen, magnetisch abschirmenden und fluoreszierenden Pigmenten und üblichen und bekannten organischen und anorganischen Füllstoffen und Nanopartikeln, die von den Rheologiehilfsmitteln (D) verschieden sind, enthalten.
15. Dual-Cure-Gemische nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Photoinitiator (G) enthalten.
16. Verfahren zur Herstellung der Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbaren Dual-Cure-Gemische gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 durch Vermischen ihrer Bestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß das Rheologiehilfsmittel (D) durch Umsetzung mindestens eines Amins und/oder Wasser mit mindestens einem
Isocyanat in der Gegenwart mindestens eines Oligomeren und/oder Polymeren (A) und/oder mindestens eines Aminoplastharzes (B) hergestellt wird.
17. Verwendung der Carbamat- und/oder AUophanatgruppen enthaltenden, thermisch härtbaren Dual-Cure-Gemische gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 als Dual-Cure-Beschichtungsstoffe, - Klebstoffe oder -Dichtungsmassen.
18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dual-Cure-Beschichtungsstoffe als Dual-Cure-Klarlacke verwendet werden.
19. Verwendung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsstoffe, Klebstoffe oder Dichtungsmassen dem Beschichten, Verkleben und Abdichten von Kraftfahrzeugkarosserien und Teile hiervon, Kraftfahrzeugen im Innen- und Außenbereich, Bauwerken im Innen- und Außenbereich, Möbeln, Fenstern und Türen sowie im Rahmen der industriellen
Lackierung dem Beschichten, Verkleben und Abdichten von Kleinteile, Coils, Container, Emballagen, elektrotechnischen Bauteilen und von weißer Ware dienen.
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