Gebiet der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungsmittel für korrosionsstabile Lackierungen,
insbesondere für farb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackierungen.
Stand der Technik
[0002] Moderne Kraftfahrzeuge weisen gewöhnlich farb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackierungen
auf. In der Regel umfassen diese Mehrschichtlackierungen eine Elektrotauchlackierung,
eine Füllerlackierung, Steinschlagschutzgrundierung oder Funktionsschicht, eine farb-
und/oder effektgebende Basislackierung und eine Klarlackierung. Die Mehrschichtlackierungen
werden vorzugsweise mit Hilfe sogenannter Naß-in-naßVerfahren hergestellt, bei denen
man auf eine getrocknete, nicht gehärtete Basislackschicht eine Klarlackschicht appliziert,
wonach man zumindest Basislackschicht und Klarlackschicht gemeinsam thermisch härtet.
In dieses Verfahren kann auch die Herstellung der Elektrotauchlackierung und der Füllerlackierung,
Steinschlagschutzgrundierung oder Funktionsschicht einbezogen werden.
[0003] Dabei sind die Füllerlackierungen, Steinschlagschutzgrundierungen oder Funktionsschichten
entscheidend für so wesentliche technologische Eigenschaften wie Schlagfestigkeit
und Glätte und Verlauf der Gesamtlackierung. An die Qualität der Füllerlackierungen,
Steinschlagschutzgrundierungen oder Funktionsschichten werden deshalb besonders hohe
Anforderungen gestellt. Sie müssen auch in einfacher und hervorragend reproduzierbarer
Weise herstellbar sein.
[0004] Die Automobilindustrie ist weiterhin bestrebt, die Trockenschichtdicken der Füllerlackierungen,
Steinschlagschutzgrundierungen oder Funktionsschichten zu verringern, um die Rohstoff-
und Energiekosten zu senken, ohne dass es hierbei zu einer Verschlechterung des anwendungstechnischen
Eigenschaftsprofils der Mehrschichtlackierungen, insbesondere zu einer Verschlechterung
der UV-Stabilität, kommt.
[0005] Zur Lösung dieser Probleme haben die aus den Patentanmeldungen
DE 44 38 504 A1,
WO 2005/021168 A1 und
WO 2006/062666 A1 bekannten Verfahren wichtige Beiträge geleistet. Bei den Verfahren wird ein Substrat
mit einem Elektrotauchlack beschichtet. Die resultierende Elektrotauchlackschicht
wird eingebrannt. Die Elektrotauchlackschicht wird mit einem ersten, physikalisch
oder thermisch härtbaren, wäßrigen Basislack beschichtet. Die resultierende erste
Basislackschicht wird, ohne sie zuvor vollständig zu härten, mit einem zweiten, thermisch
härtbaren, wäßrigen Basislack beschichtet. Die resultierende zweite Basislackschicht
wird, ohne sie zuvor vollständig zu härten, mit einem Klarlack beschichtet, wodurch
eine Klarlackschicht resultiert. Anschließend werden die erste und zweite Basislackschicht
und die Klarlackschicht gemeinsam eingebrannt. Der erste, physikalisch oder thermisch
härtbare, wäßrige Basislack enthält als Bindemittel mindestens ein wasserverdünnbares
Polyurethanharz, insbesondere acrylierte Polyurethane. Der erste Basislack kann unter
anderem Titandioxid als Pigment, Talkum als Füllstoff und UV-Absorber enthalten. Der
erste Basislack liefert eine erste Basislackierung oder Funktionsschicht, die bei
Trockenschichtdicken < 35 µm, vorzugsweise von etwa 15 µm, die herkömmlichen Füllerlackierungen,
Steinschlagschutzgrundierungen oder Funktionsschichten ohne Verlust von wesentlichen
technologischen Eigenschaften der Mehrschichtlackierungen zu ersetzen vermag. Weiterhin
gewährleistet der Einsatz von UV-Absorbern, insbesondere UV-absorbierenden Pigmenten,
wie in
WO 2005/021168 A1 und
WO 2006/062666 A1 beschrieben, daß die UV-Stabilität der betreffenden Mehrschichtlackierungen gewährleistet
ist.
[0006] Werden die vorbeschriebenen Mehrschichtlackierungen einer Belastung durch Steinschlag
ausgesetzt, so treten trotz deren hoher Steinschlagbeständigkeit Abplatzungen des
gesamten Schichtverbunds auf, bei welchem das blanke metallische Substrat freigelegt
und einem Angriff durch Korrosion ausgesetzt wird. Diese Korrosion äußert sich in
Bildung von Blistern, das heißt blasenartigen Aufwerfungen der Mehrschichtlackierung,
begleitet durch eine fortschreitende Vergrößerung der durch den Steinschlag freigelegten
Fläche, welche durch die korrosive Unterwanderung der Mehrschichtlackierung ausgehend
von der Korrosion am blanken metallischen Substrat bedingt sind.
[0007] Es besteht daher das Bedürfnis, Beschichtungsmittel für Mehrschichtlackierungen zu
entwickeln, bei welchen das durch Schlagbeanspruchung freigelegte blanke metallische
Substrat durch Korrosionsschutzmittel geschützt werden, welche bereits im Schichtverbund
vorhanden sind. Dabei müssen die Korrosionsschutzmittel eine einerseits ausreichend
hohe Mobilität aufweisen, um zum freigelegten metallischen Substrat zu gelangen, andererseits
gut im Schichtverbund eingebunden sein, um ein unnötiges Ausbluten in Feuchtezyklen
durch osmotischen Druck zu verhindern.
[0008] Die in der Elektrotauchlackschicht üblicherweise verwendeten Korrosionsschutzmittel
sind pigmentförmig und werden als Pigmentpasten zugegeben. Niedermolekulare Korrosionsschutzmittel
können nur dann beim Abscheideprozeß an die Grenzfläche zwischen Substrat und Lack
gelangen und somit abgeschieden werden, wenn diese eine positive Ladung tragen, wobei
solche Korrosionschutzmittel die Eigenschaften des gesamten Lack-Beckens und somit
der Lackierung meistens beeinträchtigen. Pigmentförmige Korrosionsschutzmittel weisen
in der Regel aufgrund ihrer Teilchengröße gar keine oder eine nur sehr geringe Mobilität
auf.
[0009] In
DE 103 00 751 A1 werden Beschichtungsmittel beschrieben, welche bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das Beschichtungsmittel,
Wasser und/oder Lösemittel enthalten können, die erfindungsgemäß für die direkte Beschichtung
von Metallen, insbesondere für die Beschichtung von Metallbändern, bestimmt sind,
die aber auch über einer Elektrotauchlackschicht aufgebracht sein können. Die Beschichtungsmittel
werden mit aktinischer Strahlung gehärtet und enthalten niedermolekulare organische
Korrosionsschutzmittel und vorzugsweise weitere anorganische Korrosionsschutzpigmente.
Neben den Korrosionsschutzmitteln und/oder -pigmenten können weiterhin Farbpigmente
im Beschichtungsmittel anwesend sein. Eine Mehrschichtlackierung in der Automobilserienlackierung,
wie einleitend dargestellt, wird nicht beschrieben.
[0010] Setzt man zur Beschichtung einer Elektrotauchlackschicht, insbesondere über Elektrotauchlackschichten
bei der Automobilserienlackierung, ein Beschichtungsmittel ein, welches mit aktinischer
Strahlung gehärtet wird, so wird die Elektrotauchlackschicht durch Photodegradation
empfindlich geschädigt, was zu deutlich verminderter Haftung der Elektrotauchlackschicht
und damit zu erhöhter korrosiver Unterwanderung der Schicht in Nachbarschaft zum blanken
metallischen Substrat führt, wobei dies durch die vorliegende Erfindung gerade vermieden
werden soll. Weiterhin sind die Applikationseigenschaften der in
DE 103 00 751 A1 beschriebenen Beschichtungsmittel nur mit hohem Aufwand auf die Applikationsbedingungen
einstellbar, insbesondere hinsichtlich der Rheologie, wie sie für die vorbeschriebenen
Mehrschichtlackierungen in der Automobilserienlackierung notwendig sind.
Die Aufgabe der Erfindung
[0011] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Beschichtungsmittel für korrosionsstabile
Beschichtungen, insbesondere für farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen
auf vorzugsweise metallischen Substraten bereitzustellen, umfassend, in dieser Reihenfolge
übereinander liegend,
- (1) mindestens eine erste Basislackierung aus Basislack (A),
- (2) bevorzugt mindestens eine zweite Basislackierung aus Basislack (B) und
- (3) mindestens eine transparente Lackierung aus Klarlack (C), vorzugsweise herstellbar
durch sukzessive Applikation mindestens eines thermisch härtbaren, vorzugsweise wäßrigen
Basislacks (A), bevorzugt mindestens eines thermisch härtbaren, vorzugsweise wäßrigen
Basislacks (B) und mindestens eines Klarlacks (C) auf ein ungrundiertes Substrat oder
vorzugsweise auf ein mit mindestens einer nicht oder nur partiell gehärteten Grundierung
(G) oder besonders bevorzugt auf ein mit mindestens einer vollständig gehärteten Grundierung
(G) zumindest teilweise beschichtetes Substrat, die die Nachteile des Standes der
Technik nicht mehr aufweisen. Insbesondere sollte die erfindungsgemäße Mehrschichtlackierung
eine gute Haftung zu den benachbarten Lackschichten sowie im Besonderen eine deutlich
reduzierte Korrosion nach Schlagbelastung, die durch korrosive Unterwanderung des
Mehrschichtverbunds ausgehend von freigelegtem blanken metallischen Substrat ausgelöst
wird, aufweisen. Desweiteren sollte die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit insbesondere
mit im Basislack (A) gut einarbeitbaren Komponenten erreicht werden. Weiterhin soll
der physikalisch oder thermisch härtbare, vorzugsweise wäßrige Basislack (A) in einfacher
Weise auf der Basis handelsüblicher, vorzugsweise wäßriger Basislacke bereitgestellt
werden können und erste Basislackierungen liefern, die selbst in einer Schichtdicke
von etwa 15 µm herkömmliche Füllerlackierungen, Steinschlagschutzgrundierungen oder
Funktionsschichten in vollem Umfang ersetzen können, ohne dass die anwendungstechnischen
Eigenschaften der Mehrschichtlackierungen, insbesondere der Steinschlagschutz und
die UV-Stabilität auch nach Langzeitexposition, nachteilig beeinflusst werden. Dabei
sollte das neue Verfahren in bereits vorhandenen Anlagen für die Applikation von Basislacken
durch elektrostatische Spritzapplikation und pneumatische Applikation durchgeführt
werden können, ohne daß hierfür Umbauten notwendig werden.
Die erfindungsgemäße Lösung
[0012] Demgemäß wurden eine farb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackierung auf Substraten
gefunden, umfassend, in dieser Reihenfolge übereinander liegend,
- (1) mindestens eine erste farb- und/oder effektgebende Basislackierung aus Basislack
(A),
- (2) bevorzugt mindestens eine zweite farb- und/oder effektgebende Basislackierung
aus Basislack (B) und
- (3) mindestens eine transparente Lackierung aus Klarlack (C),
gefunden, vorzugsweise herstellbar durch sukzessive Applikation mindestens eines thermisch
härtbaren wäßrigen Basislacks (A), mindestens eines thermisch härtbaren wäßrigen Basislacks
(B) und gegebenenfalls mindestens eines Klarlacks (C) auf ein ungrundiertes oder vorzugsweise
auf ein mit mindestens einer nicht oder nur partiell gehärteten Grundierung (G) beschichtetes
Substrat oder besonders bevorzugt auf ein mit mindestens einer vollständig gehärteten
Grundierung (G) zumindest teilweise beschichtetes Substrat und gemeinsame Härtung
- (a) der resultierenden Naßschichten aus den Basislacken (A) und (B) und gegebenenfalls
des Klarlacks (C) oder
- (b) aus den Basislacken (A) und (B) und gegebenenfalls des Klarlacks (C) sowie gegebenenfalls
der nicht oder nur partiell gehärteten Grundierung (G),
bei welcher der Basislack (A)
(a.1) mindestens ein Bindemittel,
(a.2) mindestens ein farb- oder effektgebendes Pigment und
(a.3) mindestens eine korrosionsinhibierende Komponente mit einem Grundkörper (GK1),
ausgewählt aus der Gruppe der niedermolekularen Alkyl-, Aryl- Aralkyl- Cycloalkylreste
und/oder heterocyclischen Reste,welcher mindestens eine Phosphorsäuregruppe als Ligand
(L1) trägt, und/oder mindestens eine korrosionsinhibierende Komponente mit einem Grundkörper
(GK2), ausgewählt aus der Gruppe der Alkyl-, Aryl- Aralkyl- Cycloalkylreste, heterocyclische
Reste und/oder Polymere, welcher mindestens eine Phosphonsäuregruppe als Ligand (L2)
trägt,
enthält.
[0013] Im Hinblick auf den Stand der Technik war es für den Fachmann nicht vorhersehbar,
daß die Aufgaben, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lagen, die Reduktion der
Blisterkorrosion bei gleichzeitig verbesserter Haftung zwischen Basislackierung aus
Basislack (A) und Grundierung (G) beziehungsweise zum freien metallischen Substrat,
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung gelöst werden konnte. Der erfindungsgemäß
eingesetzte thermisch härtbare, wäßrige Basislack (A) konnte in einfacher Weise auf
der Basis handelsüblicher wäßriger Basislacke bereitgestellt werden und lieferte erste,
farb- und/oder effektgebende Basislackierungen (A), die selbst in einer Schichtdicke
< 15 µm herkömmliche Füllerlackierungen, Steinschlagschutzgrundierungen oder Funktionsschichten
in vollem Umfang ersetzen konnten, ohne dass die anwendungstechnischen Eigenschaften
der Mehrschichtlackierungen, insbesondere der Steinschlagschutz und die UV-Stabilität
auch nach Langzeitexposition, nachteilig beeinflusst wurden. Dabei konnte der wäßrige
Basislack (A) in bereits vorhandenen Anlagen für die Applikation von Basislacken durch
elektrostatische Spritzapplikation und pneumatische Spritzapplikation durchgeführt
werden, ohne dass hierfür Umbauten notwendig wurden.
Ausführliche Beschreibung der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung und des Verfahrens
zu deren Applikation
Das Bindemittel (a.1) des Basislacks (A)
[0014] Der bevorzugt thermisch härtbare und besonders bevorzugt wäßrige Basislack (A), der
für die nachstehend beschriebene Mehrschichtlackierung eingesetzt wird, enthält als
wesentlichen Bestandteil mindestens ein Bindemittel (a.1), welches bevorzugt funktionelle
Gruppen (Gr) aufweist. Besonders bevorzugte funktionelle Gruppen (Gr) sind Hydroxyl-,
Carbamat-, Epoxy-, Amino- und/oder Isocyanatgruppen, wobei Hydroxylgruppen als funktionelle
Gruppen (Gr) ganz besonders bevorzugt sind. Dabei können prinzipiell alle thermisch
härtbaren Bindemittel mit solchen Merkmalen eingesetzt werden, die für den Einsatz
in organischen und/oder wäßrigen Basislacken bekannt sind.
[0016] Bevorzugt enthalten die Bindemittel (a.1) Kombinationen aus mindestens 2 Komponenten
ausgewählt aus der Gruppe der bevorzugt wasserverdünnbaren Polyesterharzen (a.1.1),
bevorzugt wasserverdünnbaren Polyurethanharzen (a.1.2) und/oder bevorzugt wasserverdünnbaren
Polyacrylatharzen (a.1.3).
[0017] Besonders bevorzugt werden als Komponente (a.1.1) die in
EP 0 593 454 B1, Seite 8, Zeile 3 bis Seite 9, Zeile 42 beschriebenen wasserverdünnbaren Polyesterharze
eingesetzt. Solche Polyesterharze (a.1.1) sind erhältlich, indem
(a.1.1.1) Polyole oder ein Gemisch von Polyolen und
(a.1.1.2) Polycarbonsäuren oder Polycarbonsäureanhydride oder ein Gemisch aus Polycarbonsäure
und/oder Polycarbonsäureanhydriden zu einem Polyesterharz mit einer Säurezahl nach
DIN EN ISO 3682 von 20 bis 70, vorzugsweise 25 bis 55 mg KOH/g nichtflüchtigen Anteil
und einer Hydroxylzahl nach DIN EN ISO 4629 von 30 bis 200, vorzugsweise 45 bis 100
mg KOH/g nichtflüchtigen Anteil umgesetzt werden.
[0018] Die für die Herstellung der wasserverdünnbaren Polyesterharze (a.1.1) bevorzugt eingesetzten
Komponenten (a.1.1.1) sind in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 8, Zeilen 26 bis 51, die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.1.2) in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 8, Zeile 52, bis Seite 9, Zeile 32 beschrieben. Die Herstellung der Polyesterharze
(a.1.1) und deren Neutralisation sind in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 9, Zeilen 33 bis 42, beschrieben.
[0019] Besonders bevorzugt werden als Komponente (a.1.2) die in
EP 0 593 454 B1, Seite 5, Zeile 42 bis Seite 8, Zeile 2 beschriebenen wasserverdünnbaren Polyurethanharze
eingesetzt. Solche Polyurethanharze (a.1.2) sind erhältlich, indem
(a.1.2.1) ein Polyester- und/oder Polyetherpolyol oder ein Gemisch aus solchen Polyester-
und/oder Polyetherpolyolen,
(a.1.2.2) ein Polyisocyanat oder ein Gemisch aus Polyisocyanaten,
(a.1.2.3) eine Verbindung, die mindestens eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktive
Gruppe und mindestens eine zur Anionenbildung befähigte Gruppe im Molekül aufweist
oder ein Gemisch aus solchen Verbindungen,
(a.1.2.4) gegebenenfalls mindestens eine Hydroxyl- und/oder Aminogruppen enthaltende
organische Verbindung mit einem Molekulargewicht von 40 bis 600 Dalton oder ein Gemisch
aus solchen Verbindungen und
(a.1.2.5) gegebenenfalls eine Verbindung, die mindestens eine gegenüber Isocyanatgruppen
reaktive Gruppe und mindestens eine Polyoxyalkylengruppe im Molekül aufweist oder
ein Gemisch aus solchen Verbindungen
miteinander umgesetzt werden und das entstandene Reaktionsprodukt wenigstens teilweise
neutralisiert wird. Das solchermaßen hergestellte Polyurethanharz weist bevorzugt
eine Säurezahl nach DIN EN ISO 3682 von 10 bis 60 mg KOH/g nichtflüchtigen Anteil
und eine Hydroxylzahl nach DIN EN ISO 4629 von 5 bis 200, vorzugsweise 10 bis 150
mg KOH/g nichtflüchtigen Anteil auf.
[0020] Die für die Herstellung der wasserverdünnbaren Polyurethanharze (a.1.2) bevorzugt
eingesetzten Komponenten (a.1.2.1) sind in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 6, Zeilen 6 bis 42, die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.2.2) in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 6, Zeile 43, bis Seite 7, Zeile 13, wobei ganz besonders bevorzugt Polyisocyanate
auf Basis Isophorondiisocyanat und Tetramethylxyloldiisocyanat eingesetzt werden,
die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.2.3) in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 7, Zeilen 14 bis 30, die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.2.4) in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 7, Zeilen 31 bis 53, und die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.2.5)
in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 7, Zeile 54 bis 58, beschrieben. Die Herstellung der Polyurethanharze (a.1.1)
und deren Neutralisation sind in
EP 0 593 454 B1 auf Seite 7, Zeile 59, bis Seite 8, Zeile 2, beschrieben.
[0021] Als Komponente (a.1.3) können wasserverdünnbare Polyacrylatharze eingesetzt werden,
wie sie beispielweise in
EP 0 593 454 B1 beschrieben werden. Bevorzugt werden als Komponenten (a.1.3) wasserverdünnbare Polyacrylatharze,
die in Gegenwart von Polyurethan-Präpolymeren (a.1.3.1) hergestellt werden, die gegebenenfalls
Einheiten mit polymerisierbaren Doppelbindungen aufweisen.
[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden wasserverdünnbare polyurethanmodifizierte
Polyacrylate (a.1.3) gemäß der
EP 0 787 159 B1 eingesetzt.
[0023] Solche wasserverdünnbaren polyurethanmodifizierten Polyacrylate (a.1.3) sind in einer
bevorzugten Ausführungsform erhältlich, indem in einer ersten Stufe in Gegenwart einer
Lösung eines Polyurethan-Präpolymeren (a.1.3.1), welches im wesentlichen keine polymerisierbaren
Doppelbindungen aufweist, ein Gemisch aus
(a.1.3.a.1) einem im wesentlich carboxylgruppenfreien (Meth)acrylsäureester oder einem
Gemisch aus (Meth)acrylsäureestern,
(a.1.3.a.2) einem ethylenisch ungesättigten Monomeren, das mindestens eine Hydroxylgruppe
pro Molekül aufweist und im wesentlichen carboxylgruppenfrei ist oder einem Gemisch
aus solchen Monomeren und
(a.1.3.a.3) einem im wesentlichen carboxylgruppenfreien von (a.1.3.a.1) und (a.1.3.a.2)
verschiedenen Monomeren oder einem Gemisch aus solchen Monomeren polymerisiert wird,
wobei das Polyurethan-Präpolymer (a.1.3.1) kein vernetztes Polyurethanharz ist,
wobei anschließend in einer zweiten Stufe nach Zugabe eines Gemischs aus
(a.1.3.b.1) einem mindestens eine Carboxylgruppe pro Molekül tragenden ethylenisch
ungesättigten Monomeren oder einem Gemisch aus solchen Monomeren und
(a.1.3.b.2) einem im wesentlichen carboxylgruppenfreien ethylenisch ungesättigten
Monomeren oder einem Gemisch aus solchen Monomeren, weiter polymerisiert wird nachdem
mindestens 80 Gew.-% der in der ersten Stufe zugegebenen Monomeren umgesetzt worden
sind, und in einer abschließenden Stufe nach Beendigung der Polymerisation das polyurethanmodifizierte
Polyacrylat (a.1.3) neutralisiert wird und anschließend in Wasser dispergiert wird.
[0024] Die monomeren Komponenten (a.1.3.a.1), (a.1.3.a.2), (a.1.3.a.3), (a.1.3.b.1) und
(a.1.3.b.2) werden in Art und Menge so ausgewählt, daß das aus den vorgenannten Komponenten
erhaltene Polyacrylatharz eine Säurezahl nach DIN EN ISO 3682 von 20 bis 100 mg KOH/g
nichtflüchtigen Anteil und eine Hydroxylzahl nach DIN EN ISO 4629 von 5 bis 200, vorzugsweise
10 bis 150 mg KOH/g nichtflüchtigen Anteil aufweist. Die bevorzugten Gewichtsanteile
der vorgenannten Komponenten sind in
EP 0 787 159 B1 auf Seite 3, Zeilen 4 bis 6, beschrieben.
[0025] Die für die Herstellung der wasserverdünnbaren polyurethanmodifizierten Polyacrylatharze
(a.1.3) bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.3.1) sind in
EP 0 787 159 B1 auf Seite 3, Zeile 38, bis Seite 6, Zeile 13, die bevorzugt eingesetzten Komponenten
(a.1.3.a.1) in
EP 0 787 159 B1 auf Seite 3, Zeilen 13 bis 20, die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1..3.a.2)
in
EP 0 787 159 B1 auf Seite 3, Zeilen 21 bis 33, die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.3.a.3)
in
EP 0 787 159 B1 auf Seite 3, Zeilen 34 bis 37, die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.3.b.1)
in
EP 0 787 159 B1 auf Seite 6, Zeilen 33 bis 39, und die bevorzugt eingesetzten Komponenten (a.1.3.b.2)
in
EP 0 787 159 B1 auf Seite 6, Zeilen 40 bis 42 beschrieben.
[0026] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden wasserverdünnbare polyurethanmodifizierte
Polyacrylate (a.1.3), die in Gegenwart von Polyurethan-Präpolymeren (a.1.3.1) hergestellt
werden, die Einheiten mit polymerisierbaren Doppelbindungen aufweisen, eingesetzt.
Solche Pfropfmischpolymerisate und deren Herstellung sind beispielsweise aus
EP 0 608 021 A1,
DE 196 45 761 A1,
DE 197 22 862 A1,
WO 98/54266 A1,
EP 0 522 419 A1,
EP 0 522 420 A2 und
DE 100 39 262 A1 bekannt. Dabei werden vorzugsweise als wasserverdünnbare polyurethanmodifizierte
Polyacrylate (a.1.3) auf Basis von Pfropfmischpolymerisaten solche eingesetzt, wie
sie in
DE 199 48 004 A1 beschrieben sind. Dabei wird die Polyurethanpräpolymer -Komponente (a.1.3.1) hergestellt,
indem man
- (1) mindestens ein Polyurethanpräpolymer, das mindestens eine freie Isocyanatgruppe
enthält, mit
- (2) mindestens einem Addukt, das erhältlich ist, indem man mindestens ein Ethenylarylenmonoisocyanat
und mindestens eine Verbindung, enthaltend mindestens zwei isocyanatreaktive funktionelle
Gruppen, zur Reaktion bringt,
so miteinander umsetzt, dass mindestens eine isocyanatreaktive funktionelle Gruppe
im Addukt verbleibt.
[0027] Die bevorzugten in obigem Schritt (1) eingesetzten Polyurethanpräpolymere werden
in
DE 199 48 004 A1, Seite 4, Zeile 19, bis Seite 8, Zeile 4, beschrieben. Die bevorzugten in obigem
Schritt (2) eingesetzten Addukte werden in
DE 199 48 004 A1, Seite 8, Zeile 5, bis Seite 9, Zeile 40 beschrieben. Bevorzugt wird die Pfropfmischpolymerisation,
wie in
DE 199 48 004 A1, Seite 12, Zeile 62, bis Seite 13, Zeile 48, beschrieben, mit den in
DE 199 48 004 A1, Seite 11, Zeile 30, bis Seite 12, Zeile 60, beschriebenen Monomeren durchgeführt.
Zur Verwendung in dem erfindungsgemäß einzusetzenden, wässrigen Basislack (A) wird
das Pfropfmischpolymerisat (a.1.3), partiell oder vollständig neutralisiert, wodurch
ein Teil oder alle der potenziell anionischen Gruppen, d. h. der Säuregruppen, in
anionische Gruppe umgewandelt werden. Geeignete Neutralisationsmittel sind aus der
DE 44 37 535 A1, Seite 6, Zeilen 7 bis 16, oder der
DE 199 48 004 A1, Seite 7, Zeilen 4 bis 8, bekannt.
[0028] Der Gehalt an Bindemittel (a.1) im Basislack (A) kann sehr breit variieren und richtet
sich nach den Erfordernissen des Einzelfalls. Vorzugsweise liegt der Gehalt an (a.1)
im Basislack (A), bezogen auf den Festkörper des Basislacks (A), bei 10 bis 90 Gew.-%,
insbesondere bei 15 bis 85 Gew.-%.
Das Pigment (a.2) des Basislacks (A)
[0029] Der Basislack (A) enthält bevorzugt mindestens ein farb- oder effektgebendes Pigment
(a.2). Vorzugsweise kann das Pigment (a.2) aus der Gruppe, bestehend aus organischen
und anorganischen, farbgebenden, optisch effektgebenden, farb- und optisch effektgebenden,
fluoreszierenden und phosphoreszierenden Pigmenten, insbesondere aus der Gruppe, bestehend
aus organischen und anorganischen, farbgebenden, optisch effektgebenden, farb- und
optisch effektgebenden Pigmenten, und/oder deren Mischungen ausgewählt werden. Ganz
besonders bevorzugt weist das Pigment (a.2) UV-absorbierende Bestandteile auf.
[0030] Beispiele geeigneter Effektpigmente, die auch farbgebend sein können, sind Metallplättchenpigmente,
wie handelsübliche Aluminiumbronzen, gemäß
DE 36 36 183 A1 chromatierte Aluminiumbronzen, und handelsübliche Edelstahlbronzen, sowie nichtmetallische
Effektpigmente, wie zum Beispiel Perlglanz- bzw. Interferenzpigmente, plättchenförmige
Effektpigmente auf der Basis von Eisenoxid, die Farbtöne von Rosa bis Braunrot aufweisen
oder flüssigkristalline Effektpigmente. Ergänzend wird auf
Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 176, »Effektpigmente« und Seiten 380 und 381 »Metalloxid-Glimmer-Pigmente« bis »Metallpigmente«,
und die Patentanmeldungen und Patente
DE 36 36 156 A1,
DE 37 18 446 A1,
DE 37 19 804 A1,
DE 39 30 601 A1,
EP0068311 A1,
EP 0 264 843 A1,
EP 0 265 820 A1,
EP 0 283 852 A1,
EP 0 293 746 A1,
EP 0 417 567 A1,
US 4,828,826 A oder
US 5,244,649 A verwiesen.
[0031] Beispiele für geeignete anorganische farbgebende Pigmente sind Weißpigmente wie Zinkweiß,
Zinksulfid oder Lithopone; Schwarzpigmente wie Ruß, Eisen-Mangan-Schwarz oder Spinellschwarz;
Buntpigmente wie Chromoxid, Chromoxidhydratgrün, Kobaltgrün oder Ultramaringrün, Kobaltblau,
Ultramarinblau oder Manganblau, Ultramarinviolett oder Kobalt- und Manganviolett,
Eisenoxidrot, Cadmiumsulfoselenid, Molybdatrot oder Ultramarinrot; Eisenoxidbraun,
Mischbraun, Spinell- und Korundphasen oder Chromorange; oder Eisenoxidgelb, Nickeltitangelb,
Chromtitangelb, Cadmiumsulfid, Cadmiumzinksulfid, Chromgelb oder Bismutvanadat.
[0032] Beispiele für geeignete organische farbgebende Pigmente sind Monoazopigmente, Bisazopigmente,
Anthrachinonpigmente, Chinacridonpigmente, Chinophthalonpigmente, Diketopyrrolopyrrolpigmente,
Dioxazinpigmente, Indanthronpigmente, Isoindolinpigmente, Isoindolinonpigmente, Azomethinpigmente,
Thioindigopigmente, Metallkomplexpigmente, Perinonpigmente, Perylenpigmente, Phthalocyaninpigmente
oder Anilinschwarz.
[0033] Ergänzend wird auf
Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 180 und 181, »Eisenblau-Pigmente« bis »Eisenoxidschwarz«, Seiten 451 bis 453 »Pigmente« bis »Pigmentvolumenkonzentration«,
Seite 563 »Thioindigo-Pigmente«, Seite 567 »Titandioxid-Pigmente«, Seiten 400 und
467, »Natürlich vorkommende Pigmente«, Seite 459 »Polycyclische Pigmente«, Seite 52,
»Azomethin-Pigmente«, »Azopigmente«, und Seite 379, »Metallkomplex-Pigmente«, verwiesen.
[0034] Beispiele für fluoreszierende und phosphoreszierende Pigmente (Tagesleuchtpigmente)
sind Bis(azomethin)-Pigmente.
[0035] Der Gehalt an den Pigmenten (a.2) im Basislack (A) kann sehr breit variieren und
richtet sich in erster Linie nach der Intensität der Effekte, insbesondere der optischen
Effekte, und/oder dem Buntton, der oder die eingestellt werden soll oder sollen.
[0036] Vorzugsweise sind die Pigmente (a.2) im Basislack (A) in einer Menge von 0,5 bis
60, bevorzugt 0,5 bis 45, besonders bevorzugt 0,5 bis 40, ganz besonders bevorzugt
0,5 bis 35 und insbesondere 0,5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den Festkörper des Basislacks
(A), enthalten
[0037] Bevorzugt werden die Pigmente (a.2) zur Erleichterung der Einarbeitbarkeit in den
Basislack (A) mit mindestens einem vorstehend beschriebenen Bestandteil des Bindemittels
(a.1) angerieben. Besonders bevorzugt wird die vorstehend beschriebene Komponente
(a.1.2) des Bindemittels (a.1) zur Anreibung eingesetzt.
[0038] Besonders bevorzugt enthält der Basislack (A) mindestens ein UV-Strahlung absorbierendes
Pigment (a.2.1). Vorzugsweise werden die UV-Strahlung absorbierenden Pigmente (a.2.1)
aus der Gruppe, bestehend aus Titandioxid-Pigmenten und Ruß-Pigmenten, ausgewählt.
[0039] Der Gehalt an UV-absorbierenden Pigmenten, insbesondere an Titandioxid- und/oder
Ruß-Pigmenten (a.2.1) im Basislack (A) kann variieren und richtet sich nach den Erfordernissen
des Einzelfalls, insbesondere nach dem Grad der Transmission der UV-Strahlung, der
durch die weiteren Pigmente im Basislack (A) und/oder in den weiteren Schichten der
erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung hervorgerufen wird. Vorzugsweise liegt der
Gehalt an Titandioxid-Pigment (a.2.1) im Basislack (A) bezogen auf den Festkörper
Basislacks (A), bei 0,1 bis 50 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 40 Gew.-%. Vorzugsweise
liegt der Gehalt an Ruß-Pigment (a.2.1) im Basislack (A), bezogen auf den Festkörper
des Basislacks (A), bei 0,005 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 2 Gew.-%
Die korrosionsinhibierende Komponente (a.3) des Basislacks (A)
[0040] Die korrosionsinhibierende Komponente (a.3) enthält mindestens eine an einen Grundkörper
(GK1) gebundene Phosphorsäuregruppe als Ligand (L1) und/oder mindestens eine an einen
Grundkörper (GK2) gebundene Phosphonsäuregruppe als Ligand (L2), welcher eine gute
Haftung auf dem metallischen Substrat ermöglicht und mit den bei der Korrosion des
Substrats freigesetzten Metallionen Chelate bilden kann (zu "
Chelaten" vergleiche Römpp Online, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 2005,
Kapitel "Chelate"). Der Ligand (L) verliert bei der thermischen Härtung der Mehrschichtlackierung
ihre Eigenschaft als Chelatbildner nicht. Der Ligand (L) hemmt durch Komplexierung
und/oder Belegung der Metalloberfläche die Korrosion durch Reduktion der für die Korrosion
frei zugänglichen Anteil der Metalloberfläche und/oder bewirken eine Verschiebung
des elektrochemischen Potentials der an der Metalloberfläche gebildeten Halbzelle.
Ferner kann die Komponente (a.3) zusätzlich durch eine Pufferwirkung die für die Korrosion
notwendige Verschiebung des pH-Werts des wäßrigen Medium an der Grenzfläche zum Metall
unterdrücken.
[0041] Erfindungsgemäße Grundkörper (GK1), welche mindestens eine Phosphorsäuregruppen als
Ligand (L1) tragen, sind niedermolekulare gegebenfalls substituierte Alkyl-, Aryl-
Aralkyl- Cycloalkylreste und/oder heterocyclische Reste, wie insbesondere Pyridine,
Pyrimidine, Pyrazole, Pyrrole, Thiophene, Furane, Benzimidazole, Benzthiazole, Benztriazole,
Benzoxazole, Chinoline, Isochinoline, Indane, Indene, Benzpyrone, sowie besonders
bevorzugt Triazine. Bevorzugt sind gegebenenfalls substituierte Alkylreste als Grundkörper
(GK1), besonders bevorzugt solche mit 3 bis 30, insbesondere solche mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Niedermolekulare Grundkörper (GK1) weisen bevorzugt ein Molekulargewicht von weniger
als 750 Dalton, besonders bevorzugt von weniger als 500 Dalton auf.
[0042] Erfindungsgemäße Grundkörper (GK2), welche mindestens eine Phosphonsäuregruppe als
Ligand (L2) tragen, sind niedermolekulare Alkyl-, Aryl- Aralkyl- Cycloalkylreste,
heterocyclische Reste und/oder Polymere, welche Monomerbausteine mit Phosphonsäuregruppen
enthalten und gewichtsmittlere Molekulargewichte Mw (bestimmbar mittels Gelpermeationschromatographie
nach den Normen DIN 55672-1 bis -3) von vorzugsweise mehr als 400 Dalton, besonders
bevorzugt mehr als 600 Dalton und ganz besonders bevorzugt mehr als 800 Dalton aufweisen.
Niedermolekulare Grundkörper (GK2) weisen bevorzugt ein Molekulargewicht von weniger
als 750 Dalton, besonders bevorzugt von weniger als 500 Dalton auf. Bevorzugt sind
als Grundkörper (GK2) Polymere aus monoethylenisch ungesättigten Monomerbausteinen,
die mindestens einen monoethylenisch ungesättigten Baustein mit einer Phosphonsäuregruppe
als Ligand (L), besonders bevorzugt Vinylphosphonsäure, enthalten. Solche Polymerisate
sind beispielsweise in
WO 2007/125028 A2 beschrieben, wobei die dort beschriebenen Copolymerisate, enthaltend neben den phosphonsäuregruppentragenden
monoethylenisch ungesättigten Monomeren, monoethylenisch ungesättigte Monomere mit
aromatischen Stickstoffheterocyclen, im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt
sind.
[0043] Die Grundkörper (GK1) beziehungsweise (GK2) können, wenn notwendig, in bekannter
Weise hydrophil modifiziert werden. Hierfür werden insbesondere zusätzliche ionische
und/oder nichtionische Substituenten in den Grundkörper (GK) eingeführt. Insbesondere
sind dies im Falle anionischer Substituenten Phenolat, Carboxylat-, Thiolat-, Sulfonat-
und/oder Sulfatgruppen, im Falle kationischer Substituenten Ammonium-, Sulfonium und/oder
Phosphoniumgruppen, sowie im Falle nichtionischer Gruppen oligo- oder polyalkoxylierte,
besonders bevorzugt ethoxylierte, Substituenten, wobei die Substituenten auch als
zusätzliche Liganden (L) fungieren können.
[0044] Die Komponente (a.3) ist im Basislack (A) in Mengen von 0,1 bis 20, bevorzugt 0,2
bis 10, besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht
des Basislacks (A), enthalten.
Die weiteren Bestandteile und die Herstellung des Basislacks (A)
[0045] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Basislack (A), bevorzugt
mindestens eine Talkum-Komponente (a.4). Der Gehalt an Talkum (a.4) kann sehr breit
variieren und richtet sich nach den Erfordernissen des Einzelfalls. Vorzugsweise liegt
der Gehalt an (a.4), bezogen auf den Festkörper des Basislacks (A), bei 0,1 bis 5
Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 2 Gew.-%.
[0046] Darüber hinaus kann der Basislack (A) mindestens einen üblichen und bekannten Zusatzstoff
(a.5) in wirksamen Mengen enthalten. Vorzugsweise wird der Zusatzstoff (a.5) oder
werden die Zusatzstoffe (a.5) aus der Gruppe, bestehend aus verschiedenen Vernetzungsmitteln;
aus von den Bindemitteln (a.1) verschiedenen, oligomeren und polymeren Bindemitteln;
aus von den Komponenten (a.2) bis (a.4) verschiedenen, organischen und anorganischen,
farbigen, transparenten, opaken, organischen und anorganischen Pigmenten, Füllstoffen
und Nanopartikeln, organischen Lösemitteln, Trockenstoffen, Antiabsetzmitteln, UV-Absorbern,
Lichtschutzmitteln, Radikalfängern, Entlüftungsmitteln, Slipadditiven, Polymerisationsinhibitoren,
Entschäumern, Emulgatoren, Netzmitteln, Haftvermittlern, Verlaufmitteln, Filmbildehilfsmitteln,
sowie rheologiesteuernden Additiven und Flammschutzmitteln ausgewählt.
[0047] Beispiele geeigneter Zusatzstoffe (a.5) werden in der deutschen Patentanmeldung
DE 199 48 004 A 1, Seite 14, Zeile 32, bis Seite 17, Zeile 5, beschrieben, wobei bevorzugt Aminoplastharze
als überwiegende oder alleinige Vernetzungsmittel im Basislack (A) in den in
DE 199 48 004 A1, Seite 16, Zeilen 6 bis 14, beschriebenen Mengen von 0,1 bis 30, bevorzugt 0,3 bis
20, besonders bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des
Basislacks (A), enthalten sind.
[0048] Methodisch weist die Herstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmittels keine
Besonderheiten auf, sondern erfolgt vorzugsweise durch das Vermischen der vorstehend
beschriebenen Bestandteile und Homogenisieren der resultierenden Mischungen mit Hilfe
üblicher und bekannter Mischverfahren und Vorrichtungen wie insbesondere Rührkessel,
Rührwerksmühlen, Ultraturrax, In-line-Dissolver, statische Mischer, Zahnkranzdispergatoren,
Druckentspannungsdüsen und/oder Microfluidizer.
Die Applikation der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierung
[0049] Zwar kann die erfindungsgemäße Mehrschichtlackierung mit Hilfe aller üblichen und
bekannten Methoden zur Applikation von flüssigen Beschichtungsstoffen appliziert werden,
für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Mehrschichtlackierungen ist
es aber von Vorteil, wenn der Basislack (A)mit Hilfe der elektrostatischen Spritzapplikation
(ESTA), vorzugsweise mit Hochrotationsglocken, appliziert wird. Vorzugsweise wird
das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel in einer solchen Naßschichtdicke appliziert,
dass nach der Härtung der resultierenden Lackschicht aus dem Basislack (A) eine Trockenschichtdicke
von 6 bis 25 µm, bevorzugt 7 bis 20 µm, besonders bevorzugt 8 bis 18 µm, resultiert.
[0050] In dem bevorzugten Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtlackierungen wird der
Basislack (A) sofort mit dem thermisch härtbaren, bevorzugt wäßrigen Basislack (B)
beschichtet. Besonders bevorzugt wird die Basislackschicht aus dem erfindungsgemäßen
Beschichtungsmittel zuerst abgelüftet oder getrocknet, dabei aber nicht oder nur partiell
gehärtet, und anschließend mit dem thermisch härtbaren, bevorzugt wäßrigen Basislack
(B) beschichtet.
[0051] Vorzugsweise handelt es sich bei dem thermisch härtbaren, wäßrigen Basislack (B)
um einen üblichen und bekannten wäßrigen Basislack, wie er beispielsweise aus der
Patentanmeldung
WO 2005/021168, Seite 24, Zeilen 11 bis 28 bekannt ist.
[0052] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der wäßrige
Basislack (B) wie der Basislack (A) die Komponente (a.3) in Mengen von 0,1 bis 20,
bevorzugt 0,2 bis 10, besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das
Gesamtgewicht des Basislacks (B). Zwar kann der Basislack (B) mit Hilfe aller üblichen
und bekannten Methoden zur Applikation von flüssigen Beschichtungsstoffen appliziert
werden, für das erfindungsgemäße Verfahren ist es aber von Vorteil, wenn er mit Hilfe
der ESTA Hochrotation appliziert wird. Vorzugsweise wird er in einer solchen Naßschichtdicke
appliziert, dass nach der Härtung der resultierenden Basislackschicht (B) eine Trockenschichtdicke
von 4 bis 25 µm, bevorzugt 5 bis 15 µm, besonders bevorzugt 6 bis 10 µm, resultiert:
Vorzugsweise werden wird der Basislack (A) und der Basislack (B) mit einer solchen
Naßschichtdicke appliziert, dass nach der Härtung eine Gesamt-Trockenschichtdicke
von Basislack (A) und Basislack (B) von insgesamt 10 bis 50 µm, bevorzugt 12 bis 35
µm, besonders bevorzugt 14 bis 28 µm, resultiert.
[0053] Die bevorzugten erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierungen werden durch sukzessive
Applikation des Basislacks (A), bevorzugt mindestens eines thermisch härtbaren, vorzugsweise
wäßrigen Basislacks (B) und mindestens eines Klarlacks (C)
- (i) auf ein ungrundiertes Substrat,
- (ii) vorzugsweise auf ein mit mindestens einer nicht oder nur partiell gehärteten
Grundierung (G) beschichtetes Substrat oder
- (iii) besonders bevorzugt auf ein mit mindestens einer vollständig gehärteten Grundierung
(G) beschichtetes Substrat
und gemeinsame Härtung
- (a) der resultierenden Naßschichten aus dem Basislack (A), dem Basislack (B) und dem
Klarlack (C) oder
- (b) der resultierenden Naßschichten aus dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel,
dem Basislack (B) und dem Klarlack (C) sowie aus gegebenenfalls der nicht oder nur
partiell gehärteten Grundierung (G)
hergestellt.
[0054] Verfahren dieser Art sind beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung
DE 44 38 504 A 1, Seite 4, Zeile 62, bis Seite 5, Zeile 20, und Seite 5, Zeile 59, bis Seite 6, Zeile
9, sowie aus der deutschen Patentanmeldung
DE 199 48 004 A 1, Seite 17, Zeile 59, bis Seite 19, Zeile 22, und Seite 22, Zeilen 13 bis 31, i. V.
m. Tabelle 1, Seite 21, bekannt.
[0055] Bei dem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren wird die Beschichtung aus dem Basislack
(A) oder bevorzugt dem Basislack (B) sofort mit dem Klarlack (C) beschichtet. Oder
sie wird zuerst abgelüftet oder getrocknet, dabei aber nicht oder nur partiell gehärtet,
und anschließend mit dem Klarlack (C) beschichtet.
[0056] Bei dem Klarlack (C) handelt es sich um einen transparenten, insbesondere optisch
klaren, thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff.
Als Klarlacke (C) kommen alle üblichen und bekannten Einkomponenten(1K)-, Zweikomponenten(2K)-
oder Mehrkomponenten(3K, 4K)-Klarlacke, Pulverklarlacke, Pulverslurry-Klarlacke oder
UVhärtbaren Klarlacke in Betracht. Der für das erfindungsgemäße Verfahren ausgewählte
Klarlack (C) wird mit Hilfe der üblichen und bekannten Applikationsverfahren, die
an den Aggregatzustand (flüssig oder pulverförmig) des Klarlacks (C) angepasst sind,
appliziert. Geeignete Klarlacke und Verfahren zu deren Applikation sind beispielsweise
aus der Patentanmeldung
WO 2005/021168, Seite 25, Zeile 27, bis Seite 28, Zeile 23 bekannt.
[0057] Die Substrate können aus den unterschiedlichsten Materialien und Kombinationen von
Materialien aufgebaut sein. Vorzugsweise bestehen sie zumindest teilweise aus Metallen,
wobei räumlich neben den metallischen Substraten Kunststoffsubstrate angeordnet sein
können, wie dies beispielsweise bei Kunststoffanbauteilen, die mit der Metallkarosse
zusammengefügt werden, der Fall sein kann.
[0058] Ganz besonders bevorzugt sind die Substrate aus Metallen, insbesondere aus Stählen
aufgebaut.
[0059] Die Substrate können die unterschiedlichsten Verwendungszwecke haben. Vorzugsweise
handelt es sich bei den Substraten um Karosserien von Kraftfahrzeugen, insbesondere
PKW, Motorräder, Lastwagen und Omnibusse, und Teile hiervon; industrielle Kleinteile;
Coils, Container und Gegenstände des täglichen Bedarfs. Insbesondere handelt es sich
bei den Substraten um Karosserien von PKW und Teilen hiervon.
[0060] Als Grundierungen (G) können an sich alle bekannten anorganischen und/oder organischen
Grundierungen, insbesondere für Metall oder Kunststoff, verwendet werden. Vorzugsweise
werden übliche und bekannte Elektrotauchlackierungen als Grundierungen (G) verwendet.
Die Elektrotauchlackierungen (G) werden in üblicher und bekannter Weise aus elektrophoretisch,
insbesondere kathodisch, abscheidbaren Elektrotauchlacken hergestellt. Die resultierenden
Elektrotauchlackschichten (G) werden vorzugsweise vor der Applikation des Basislacks
(A) thermisch gehärtet. Sie können aber auch lediglich getrocknet und dabei nicht
oder nur partiell gehärtet werden, wonach sie gemeinsam mit den übrigen Schichten
aus erfindungsgemäßem Beschichtungsmittel, bevorzugt Basislack (B) und Klarlack (C)
gehärtet werden.
[0061] Bei dem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren werden die applizierten Schichten
aus Basislack (A), Basislack (B) und Klarlack (C) gemeinsam thermisch gehärtet. Sofern
der Klarlack (C) auch noch mit aktinischer Strahlung härtbar ist, erfolgt noch eine
Nachhärtung durch Bestrahlung mit aktinischer Strahlung. Sofern die Grundierung (G)
noch nicht gehärtet ist, wird sie in diesem Verfahrenschritt mit ausgehärtet.
[0062] Die Aushärtung kann nach einer gewissen Ruhezeit, auch als Ablüften bezeichnet, zwischen
und nach dem Auftrag gegebenenfalls der Grundierung, des Basislacks (A), des Basislacks
(B) sowie abschließend des Klarlacks (C) erfolgen. Die Ruhezeit kann eine Dauer von
30 Sekunden bis 2 Stunden, vorzugsweise 1 Minute bis 1 Stunde und insbesondere 1 bis
45 Minuten haben. Sie dient beispielsweise zum Verlauf und zur Entgasung der Lackschichten
oder zum Verdunsten von flüchtigen Bestandteilen. Die Ruhezeit kann durch die Anwendung
erhöhter Temperaturen bis 90 °C und/oder durch eine reduzierte Luftfeuchte < 10 g
Wasser/kg Luft, insbesondere < 5 g/kg Luft, unterstützt und/oder verkürzt werden,
sofern hierbei keine Schädigungen oder Veränderungen der Lackschichten eintreten,
etwa eine vorzeitige vollständige Vernetzung.
[0063] Die thermische Härtung weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt
nach den üblichen und bekannten Methoden wie Erhitzen in einem Umluftofen oder Bestrahlen
mit IR-Lampen. Hierbei kann die thermische Härtung auch stufenweise erfolgen. Eine
weitere bevorzugte Härtungsmethode ist die Härtung mit nahem Infrarot (NIR-Strahlung).
Besonders bevorzugt wird ein Verfahren angewandt, bei der der Bestandteil Wasser rasch
aus den Naßschichten entfernt wird. Geeignete Verfahren dieser Art werden beispielsweise
von Roger Talbert in Industrial Paint & Powder, 04/01, Seiten 30 bis 33, »Curing in Seconds with NIR«, oder in
Galvanotechnik, Band 90 (11), Seiten 3098 bis 3100, »Lackiertechnik, NIR-Trocknung im Sekundentakt von Flüssig- und Pulverlacken«, beschrieben.
[0064] Vorteilhafterweise erfolgt die thermische Härtung bei einer Temperatur von 50 bis
170, besonders bevorzugt 60 bis 165 und insbesondere 80 bis 150 °C während einer Zeit
von 1 Minute bis zu 2 Stunden, besonders bevorzugt 2 Minuten bis zu 1 Stunde und insbesondere
3 bis 45 Minuten.
[0065] Die resultierenden Lackierungen sind von hervorragender Automobilqualität. Sie weisen
neben einer hervorragenden Steinschlagfestigkeit eine ausgezeichnete Haftung auf der
Grundierung (G) und zu den nachfolgenden Lackschichten sowie im Besonderen eine herausragende
Beständigkeit gegen korrosive Unterwanderung und daraus resultierender Blisterkorrosion
der Mehrschichtverbunde in der Nachbarschaft blanker Stellen, wie sie insbesondere
durch Steinschlag erzeugt werden, auf.
Beispiele
Herstellbeispiel 1: Wäßrige Polyesterharzlösung (a.1.1)
[0066] Aus 898 Gew.-Teilen Neopentylglykol, 946 Gew.-Teilen Hexan-1,6-diol, 570 Gew.-Teilen
Hexahydrophthalsäureanhydrid, 2107 Gew.-Teile einer oligomeren Fettsäure (Pripol
®1012, Firma Uniqema, Dimerengehalt mindestens 97 Gew.-%, Trimerengehalt höchstens
1 Gew.-%, Monomerengehalt höchstens Spuren) und 946 Gew.-Teile Trimellithsäureanhydrid
wurde in einem gängigen Lösemittel der Polyester (a.1.1) mit einer Säurezahl nach
DIN EN ISO 3682 von 32 mg KOH / g nichtflüchtigen Anteil und einer Hydroxylzahl nach
DIN EN ISO 4629 beträgt 72 mg KOH / g nichtflüchtigen Anteil hergestellt, in deionisiertes
Wasser eingebracht und mit Dimethylethanolamin auf einen pH-Wert von 7,6 und mit weiterem
deionisiertem Wasser auf einen Anteil nichtflüchtiger Bestandteile von 60,0 Gew.-%,
eingestellt.
Herstellbeispiel 2.1: Erste wäßrige Polyurethandispersion (a.1.2.1)
[0067] Aus 2017 Gew.-Teilen Hexan-1,6-diol, 1074 Gew.-Teilen Isophthalsäure und 3627 Gew.-Teilen
einer oligomeren Fettsäure (Pripol
®1012, Firma Uniqema, Dimerengehalt mindestens 97 Gew.-%, Trimerengehalt höchstens
1 Gew.-%, Monomerengehalt höchstens Spuren) wurde in einem gängigen Lösemittel ein
Polyestervorprodukt mit einer Säurezahl nach DIN EN ISO 3682 von 3 mg KOH/g nichtflüchtigen
Anteil und einer Hydroxylzahl nach DIN EN ISO 4629 von 73 mg KOH / g nichtflüchtigen
Anteil hergestellt und auf einen nichtflüchtigen Anteil von 73,0 Gew.-% eingestellt.
1891 Gew.-Teile des Polyestervorprodukts wurden in einem gängigen Lösemittel mit 113
Gew.-Teilen Dimethylolpropionsäure, 18 Gew.-Teilen Neopentylglykol und 517 Gew.-Teilen
Isophorondiisocyanat erhitzt und die Reaktion wurde bis zu einem Isocyanatgehalt von
0,8 Gew.-%, bezogen auf die Gesamteinwaage, durchgeführt. Danach wurden 50 Gew.-Teile
Trimethylolpropan zugegeben und gerührt bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar
waren. Das Polyurethan mit einer Säurezahl nach DIN EN ISO 3682 von 25 mg KOH / g
nichtflüchtigen Anteil wurde in deionisiertes Wasser eingebracht, das Lösemittel entfernt
und mit weiterem deionisiertem Wasser sowie mit Dimethylethanolamin auf einen pH-Wert
von 7,2 und auf einen Anteil nichtflüchtiger Bestandteile von 27,0 Gew.-%, eingestellt.
Herstellbeispiel 2.2: Zweite wäßrige Polyurethandispersion (a.1.2.2)
[0068] Aus 1173 Gew.-Teilen Neopentylglykol, 1329 Gew.-Teilen Hexan-1,6-diol, 2469 Gew.-Teilen
Isophthalsäure und 1909 Gew.-Teilen einer oligomeren Fettsäure (Pripol
®1012, Firma Uniqema, Dimerengehalt mindestens 97 Gew.-%, Trimerengehalt höchstens
1 Gew.-%, Monomerengehalt höchstens Spuren) wurde in einem gängigen Lösemittel ein
Polyestervorprodukt mit einer Säurezahl nach DIN EN ISO 3682 von 3 mg KOH/g nichtflüchtigen
Anteil und einer Hydroxylzahl nach DIN EN ISO 4629 von 75 mg KOH / g nichtflüchtigen
Anteil hergestellt und auf einen nichtflüchtigen Anteil von 74,0 Gew.-% eingestellt.
2179 Gew.-Teile des Polyestervorprodukts wurden in einem gängigen Lösemittel mit 137
Gew.-Teilen Dimethylolpropionsäure, 24 Gew.-Teilen Neopentylglykol und 694 Gew.-Teilen
m-Tetramethylxylendiisocyanat (m-TMXDI; TMXDI
® (Meta), Firma Cytec Ind.) erhitzt und die Reaktion wurde bis zu einem Isocyanatgehalt
von 1,35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamteinwaage, durchgeführt. Danach wurden 111 Gew.-Teile
Trimethylolpropan zugegeben und gerührt bis keine freien Isocyanatgruppen mehr nachweisbar
waren. Das Polyurethan mit einer Säurezahl nach DIN EN ISO 3682 von 25 mg KOH / g
nichtflüchtigen Anteil wurde in deionisiertes Wasser eingebracht, das Lösemittel entfernt
und mit weiterem deionisiertem Wasser sowie mit Dimethylethanolamin auf einen pH-Wert
von 7,4 und auf einen Anteil nichtflüchtiger Bestandteile von 31,5 Gew.-%, eingestellt.
Herstellbeispiel 3: Wäßrige Dispersion eines polyurethanmodifizierten Polyacrylats
(a.1.3)
[0069] Aus 922 Gew.-Teilen Neopentylglykol, 1076 Gew.-Teilen Hexan-1,6-diol, 1325 Gew.-Teilen
Isophthalsäure und 3277 Gew.-Teilen einer oligomeren Fettsäure (Pripol
®1012, Firma Uniqema, Dimerengehalt mindestens 97 Gew.-%, Trimerengehalt höchstens
1 Gew.-%, Monomerengehalt höchstens Spuren) wurde in einem gängigen Lösemittel ein
Polyestervorprodukt mit einer Säurezahl nach DIN EN ISO 3682 von 3 mg KOH/g nichtflüchtigen
Anteil und einer Hydroxylzahl nach DIN EN ISO 4629 von 78 mg KOH / g nichtflüchtigen
Anteil hergestellt und auf einen nichtflüchtigen Anteil von 73,0 Gew.-% eingestellt.
4085 Gew.-Teile des Polyestervorprodukts wurden in einem gängigen Lösemittel mit 186
Gew.-Teilen Neopentylglykol und 1203 Gew.-Teilen m-Tetramethylxylendiisocyanat (TMXDI
® (Meta), Firma Cytec Ind.) erhitzt und die Reaktion wurde bis zu einem Isocyanatgehalt
von 1,65 Gew.-%, bezogen auf die Gesamteinwaage, durchgeführt. Danach wurden 214 Gew.-Teile
Diethanolamin (2,2'-Iminobisethanol) zugegeben und gerührt bis keine freien Isocyanatgruppen
mehr nachweisbar waren. Das Polyurethanvorprodukt mit einer Säurezahl nach DIN EN
ISO 3682 von 0,1 mg KOH / g nichtflüchtigen Anteil und einer Hydroxylzahl nach DIN
EN ISO 4629 betrug 49 mg KOH / g nichtflüchtigen Anteil wurde mit einem gängigen Lösemittel
auf einen nichtflüchtigen Anteil von 59,5 Gew.-%, eingestellt. In Gegenwart von 1017
Gew.-Teilen des Polyurethanvorprodukts wurde in einer ersten Stufe in einem gängigen
Lösemittel eine Mischung aus 1369 Gew.-Teilen n-Butylacrylat, 919 Gew.-Teilen Hydroxyethylacrylat,
581 Gew.-Teilen Cyclohexylmethacrylat und 509 Gew.-Teilen Styrol unter Verwendung
gängiger Initiatoren für die radikalische Polymerisation polymerisiert. Danach wurde
in einer zweiten Stufe eine Mischung aus 273 Gew.-Teilen n-Butylacrylat, 184 Gew.-Teilen
Hydroxyethylacrylat, 116 Gew.-Teilen Cyclohexylmethacrylat, 225 Gew.-Teilen Acrylsäure
und 102 Gew.-Teilen Styrol unter Verwendung gängiger Initiatoren für die radikalische
Polymerisation polymerisiert. Das polyurethanmodifizierte Polyacrylat mit einer Säurezahl
nach DIN EN ISO 3682 von 33,5 mg KOH / g nichtflüchtigen Anteil wurde in deionisiertes
Wasser eingebracht und mit Dimethylethanolamin auf einen pH-Wert von 7,4 und auf einen
Anteil nichtflüchtiger Bestandteile von 35,5 Gew.-%, eingestellt.
Herstellbeispiel 4: Die Herstellung des Basislacks (A)
[0070] 15,0 Gew.-Teile einer Paste eines synthetischen Natrium-Aluminium-Silikates mit Schichtstruktur
der Firma Laporte (3%-ig in Wasser) wurden mit 25,0 Gew.-Teilen der wäßrigen Dispersion
des Polyurethans (a.1.2.1) gemäß Herstellbeispiel 2.1, 3,0 Gew.-Teilen der wäßrigen
Lösung des Polyesterharzes (a.1.1) gemäß Herstellbeispiel 1, 3,3 Gew.-Teilen Butylglykol,
4,8 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Melaminharzes (Cymel 327 der Fa. Cytec), 0,3
Gew.-Teilen einer Neutralisationslösung (Dimethylethanolamin 10% -ig in Wasser), 4,0
Gew.-Teilen der Dispersion des polyurethanmodifiziertem Polyacrylates (a.1.3) gemäß
Herstellbeispiel 3, 2,7 Gew.-Teilen Isopropanol, 2,4 Gew.-Teilen Ethylhexanol, 0,6
Gew.-Teilen Katalysator Nacure 2500 (para-Toluolsulfonsäure 25% in Isopropanol), 10
Gew.-Teilen einer Rußpaste (Anreibung von 10% Flammruß in der wäßrigen Dispersion
des Polyurethans (a.1.2.2) gemäß Herstellbeispiel 2.2), 14 Gew.-Teilen einer Weißpaste
(Anreibung von 50% Titandioxid in der wäßrigen Dispersion des Polyurethans (a.1.2.2)
gemäß Herstellbeispiel 2.2), 5,4 Gew.-Teilen deionisiertem Wasser, 1,2 Gew.-Teilen
einer 1:1 Mischung eines Polyurethanverdickers (Nopco DSX 1550 der Fa. Henkel) mit
Butylglycol, 6,3 Gew.-Teilen deionisiertem Wasser und 2,0 Gew.-Teilen Korrosionsinhibitor
(a.3.x) vermischt, wobei folgende Verbindungen zum Einsatz kamen:
(a.3.1.): Korantin SMK (C6- bis C10-Alkylphosphorsäureester, Hersteller Fa. BASF SE)
(a.3.2.): Vinylphosphonsäuregruppenhaltiges Copolymerisat gemäß Beispiel 1 der WO 2007/125038 A2.
[0071] Anschließend wird der Basislack mit einem handelsüblichen Rheomat auf Spritzviskosität
90-100 mPas /1000 s
-1 eingestellt.
Beispiele 1 und 2: Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mehrschichtlackierungen und
deren Prüfung
[0072] Für die Beispiele 1 bis 3 wurde der Basislack (A) gemäß Herstellbeispiel 4 enthaltend
korrosionsinhibierende Stoffe (a.3.1) und (a.3.2), ein wäßriger Basislack (B) (Metallic-Wasserbasislack
Black Sapphire der Fa. BASF Coatings AG), enthaltend ebenfalls die jeweilige Komponente
(a.3.1) und (a.3.2) in einem Anteil von 2 Gew.-%, bezogen auf den Basislack (B), und
ein handelsüblicher Einkomponenten-Klarlack (C) (Protect 2 der Fa. Dupont) verwendet.
[0073] Für das Vergleichsbeispiel V 1 wurde der Basislack (A) gemäß Herstellbeispiel 4 sowie
der vorstehende Basislack (B) (Metallic-Wasserbasislack Black Sapphire der Fa. BASF
Coatings AG) jeweils ohne Komponente (a.3.x) verwendet.
[0074] Als Substrate wurden Prüftafeln aus verzinkten Stahl der Abmessungen 20 x 20 cm,
die mit einer üblichen und bekannten Elektrotauchlackierung als Grundierung (G) mit
einer Trockenschichtdicke von 20 µm beschichtet waren, verwendet.
[0075] Bei den Beispielen 1 bis 3 sowie beim Vergleichsbeispiel V1 wurden zunächst der Basislack
(A) gemäß Herstellbeispiel 5 durch elektrostatische Spritzapplikation (ESTA) in einer
solchen Naßschichtdicke aufgetragen, daß nach der Aushärtung eine Trockenschichtdicke
von 15 µm resultierte. Die resultierende Schicht aus dem Basislack (A) wurde während
4 Minuten abgelüftet und anschließend mit dem wäßrigen Basislack (B) durch pneumatische
Spritzapplikation in einer solchen Naßschichtdicke beschichtet, daß nach der Aushärtung
eine Trockenschichtdicke von 7 µm resultierte. Die Lackschichten aus Basislack (A)
und Basislack (B) wurden während 10 Minuten bei 80 °C getrocknet. Danach wurde der
Klarlack (C) in einer solchen Naßschichtdicke appliziert, daß nach der Aushärtung
eine Trockenschichtdicke von 40 µm resultierte. Die Klarlackschicht (C) wurde während
5 Minuten abgelüftet. Anschließend wurden die Schichten aus Basislack (A), Basislack
(B) und Klarlack (C) in einem Umluftofen während 30 Minuten bei 130 °C ausgehärtet.
[0076] Die Haftung der Schicht aus Basislack (A) zu der darunterliegenden Grundierung (G)
sowie zu der darüberliegenden Schicht aus Basislack (B) ist ausgezeichnet.
[0077] Der Schädigung der Prüftafeln (Steinschlagsimulation) erfolgte nach folgendem Verfahren:
Die frisch lackierten Prüflinge mussten nach dem letzten Lackiervorgang mindestens
48 Stunden bei Raumtemperatur ruhen, bevor sie beschossen wurden.
[0078] Der Beschuss der lackierten Prüflinge erfolgte mit einem Steinschlagprüfgerät Typ
508 der Fa. Erichsen gemäß DIN 55996-1. Auf das Durchgangsrohr des Steinschlagprüfgerätes
wurde ein Aluminiumrohr (Innendurchmesser von 3,4 cm, einer Länge von 26,3 cm oben
sowie 27,8 cm unten und einem Abstand von 2,0 - 2,3 cm zum Prüfkörper (die Länge des
Rohrabschnittes ist dem jeweiligen Steinschlagprüfgerät anzupassen) gesetzt, um den
Beschuss gezielt und definiert auf eine begrenzte kreisrunde Fläche zu richten. Beschossen
wurde mit 50 g Hartgussstrahlmittel Diamant 4-5 mm der Fa. Eisenwerk Würth GmbH Bad
Friedrichshall bei einem Druck von 2 bar. Um die Beschusszeit auf etwa 10 Sekunden
zu strecken, gab man das Strahlmittel entsprechend langsam in das laufende Steinschlaggerät.
[0079] Nach der Belastung in der Steinschlagsimulation wurden die Proben einem Klimawechseltest
KWT nach VDA-Prüfblatt 621-415 (Februar 1982) unterworfen, wobei die Prüflinge 15
Wochenzyklen durchliefen und wobei 1 Wochenzyklus folgendermaßen strukturiert war:
Montag:
Salzsprühnebelprüfung nach DIN ISO 9227
Dienstag bis Freitag:
Konstantklima bei 40 °C nach DIN ISO 6270-2KK
Samstag und Sonntag:
Regeneration bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchte
[0080] Die korrosionsbedingte Zuwachsrate der ursprünglich durch den Steinschlag geschädigten
Fläche wurde bildanalytisch ermittelt. Nach 9 Wochen wurde die wochenmittlere Zuwachsrate
errechnet.
[0081] In Tabelle 1 sind die Ergebnisse zusammengestellt. Man erkennt, daß beim Einsatz
der erfindungsgemäßen Komponenten (a.3) eine deutliche Reduktion des korrosionsbedingten
Zuwachses der geschädigten Fläche bei den in der Steinschlagsimulation belasteten
Proben resultiert.
Tabelle 1: Ergebnisse der Klimawechseltests (KWT)
| Komponente (a.3) |
|
KWT: Zuwachs der geschädigten Fläche in % pro Woche |
| (a.3.1) |
Korantin SMK |
1,000 |
| (a.3.2) |
Vinylphosphonsäu-regruppenhaltiges Copolymerisat |
0,800 |
| Vergleichsbeispiel |
- |
2,300 |