DE102005023378B3

DE102005023378B3 - Beschichtungsstoff für In-Mould-Coating (IMC) auf der Basis eines aminofunktionellen Reaktionspartners für Isocyanate

Info

Publication number: DE102005023378B3
Application number: DE102005023378A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Beck; Andreas Beck
Original assignee: Individual
Current assignee: Panadur 38820 Halberstadt De GmbH
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-05-18

Abstract

Die Erfindungsaufgabe, einen lösungsmittelfreien und lichtbeständigen Beschichtungsstoff aus einem mit einem Isocyanat vernetzbaren, härtbaren Polymerisationsprodukt auf Aminbasis zu entwickeln, der während der Verarbeitung keine flüchtigen organischen Substanzen freisetzt, wurde dadurch gelöst, daß der lösungsmittelfreie Beschichtungsstoff aus zwei reaktiven Komponenten gebildet ist, wobei die Komponente A aus einem aliphatischen Isocyanat und/oder dessen Abmischungen und die Komponente B aus einem Anteil von 50 bis 90% mit der Komponente A vernetzbaren Bindemittel auf der Basis eines aminofunktionellen Reaktionspartners und/oder deren Abmischungen bestehen, wobei die Komponente B einen Anteil von 3 bis 40% von nanoskalierbaren Füllstoffen und/oder eine Dispersion von nanoskalierten Füllstoffen in Form von Primärteilchen in der Größe von 1 bis 10 nm, 0 bis 7% Stabilisatoren und 0 bis 3% Hilfstoffe enthält und der Energieeintrag mittels Ultraschall im Leistungsbereich von 500 W bis 2000 W erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen lösungsmittelfreien lichtechten, mit dem Beschichtungsobjekt schrumpfungskonformen und stoff-, form und kraftschlüssigen Beschichtungsstoff auf der Basis eines mit Isocyanat vernetzbaren aminofunktionellen oder von seinen Derivaten ableitbaren Reaktionspartners als Bindemittel und/oder mit Primärteilchen im Sinne der Nanotechnologie.

Nach der DE 19 910 492 A1 sind ein lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff auf der Basis eines reaktiven Polyurethans und einer neuen Polyurethandispersion, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtlackierungen auf gegebenenfalls grundierten Substraten bekannt. Hiernach wurde ein neu gefundenes Polyurethan offenbart, welches herstellbar ist, indem man

– mindestens einen Polyester und/oder
– mindestens ein Polyether, welche beide Ausgangsstoffe mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige funktionelle Gruppen aufweisen;
– mindestens ein Polyol und/oder
– mindestens ein Polyamin und/oder
– mindestens ein Alkanolamin
– mindestens eine Verbindung mit mindestens einer zur Anionenbildung befähigten funktionellen Gruppe und mindestens einer, insbesondere zwei, mit Isocyanaten reaktionsfähigen Gruppen;
– mindestens ein Polyisocyanat und/oder
– mindestens ein Polyisocyantaddukt;
– mindestens ein Blockierungsmittel für Isocyanatgruppen, welche bei einer bestimmten Reaktionstemperatur von den von ihnen blockierten Isocyanatgruppen wieder abgespaltet oder in Gegenwart der Vernetzungsmittel über eine Austauschreaktion wieder freigesetzt werden; sowie
– mindestens ein Neutralisationsmittel für die anionische Stabilisierung im wäßrigen Medium, welche anorganische und/oder organische Basen enthalten oder hieraus bestehen; miteinander umgesetzt werden.

Nachteilig wirkt sich bei diesem vorgeschlagenen Beschichtungsstoff aus, dass er als lösemittelhaltig beschrieben wird und für die Trocknung 50 bis 155°C benötigt werden (Trockenzeit 20 Minuten bei 155°C und 42 μm Schichtdicke).

Der Feststoffgehalt wird mit maximal 55 Gew.-% angegeben.

Daher ist dieser Beschichtungsstoff für das IMC – Verfahren nicht geeignet. Den erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff zeichnen dagegen 100 Gew.-% aus.

Nach der US 2003/0004265 A1 und auf dieser basierenden US 2003/0105220 A1 ist ein Beschichtungsmittel auf Basis von Polyurea, das ein Polyesterprodukt enthält, zur Oberflächen-Beschichtung (Top-Coat) für den Einsatz auf einem Schichtträger, bekannt. Dieses Beschichtungsmittel auf der Basis von Polyurea enthält zwei reaktive Bestandteile, und zwar als erste Komponente ein Isocyanat und als zweite Komponente ein niedrig viskoses aminofunktionelles Harz.

Dieses bekannte oberflächenverschließende Beschichtungsmittel auf der Basis von Polyurea ist beschreibungsgemäß ausschließlich als ein auf Oberflächen auftragbares Beschichtungssystem (Top-Coat) einsetzbar. Die Ursache hierfür liegt in der bezweckten, die Oberflächenhaftung begründenden Zusammensetzung dieses bekannten Beschichtungssystems auf frei zugängigen Oberflächen von bereits gestalteten Formkörpern nach deren Formgebung. Weiterhin ist dieses Beschichtungssystem nicht lösungsmittelfrei und eine mit diesem System beschichtete Oberfläche kann wegen der stofflichen Zusammensetzung nicht ohne Vorbehandlung überlackiert werden.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Haftung eines lösungsmittelfreien Beschichtungsstoffes auf Ober flächen von Formkörpern während deren Herstellung aus isocyanatisch vernetzten Kunststoffen und anderen in einer Form unter Vermeidung der Haftung auf den Wandungsoberflächen der Form durch Stoff-, Kraft- und Formschluss zu erhöhen, die Schrumpfung des Anstrichauftrages auf die Schrumpfungsgröße des den Formkörper bildenden Kunststoffes zu beschränken, eine homogene Verteilung der dem Bindemittel zugegebenen Füllstoffe und die Beständigkeit gegen UV-Strahlen des Beschichtungsstoffes zu sichern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen lösungsmittelfreien und lichtbeständigen Beschichtungsstoff auf der Basis eines härtbaren Polymerisationsproduktes auf Aminbasis, das mit einem Isocyanat vernetzbar ist, zu entwickeln und einen Beschichtungsstoff für die industrielle Verarbeitung bereitzustellen, der während der Verarbeitung keine flüchtigen organischen Substanzen in Form von Lösemitteln freisetzt.

Diese Aufgabe wurde mit der in den unabhängigen Ansprüchen offenbarten Lehre gelöst.

Herstellungsbeispiel 1
Im Ansatzbehälter werden bis zu 35% aminofunktionelles Bindemittel vorgelegt. Diesem Ansatz werden die Pigmente Füllstoffe und Additive zugegeben und gemischt. Durch geeigneten Energieeintrag in dieses System (z.B. Rührwerksmühle) werden die entsprechenden Primärteilchen erzeugt.
Danach werden die restlichen Bindemittelkomponenten zur 100% -Basis zugegeben und gemischt. In Abhängigkeit der eingesetzten Pigmente, Füllstoffe und Additive sind die notwendigen Temperaturparameter zu beachten. Ansonsten kann der Fachmann die Auswahl auf Grund des allgemein bekannten Standes der Technik gegebenenfalls nach Durchführung geeigneter Versuchsreihen treffen.
Herstellungsbeispiel 2
Unter gleicher Vorgabe wie im Herstellungsbeispiel 1 können durch Zugaben von bekannten Flammschutzmitteln weitere Eigenschaften erzeugt werden.
Mit dem bereitgestellten erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff ist eine Beschichtung von Formkörpern im sogenannten In-mould-Coating-Verfahren mit einer sehr geringen und gleichmäßigen Schichtstärke bei einer extrem hohen homogenen Verteilung der dem Bindemittel zugemischten Füllstoffe möglich. Der geringe erforderliche Beschichtungsauftrag garantiert eine fehlerfreie Beschichtungsoberfläche bei einer sehr kurzen Reaktionszeit der Reaktionskomponenten, wobei die erforderlichen Eigenschaften des Beschichtungsstoffes voll gewährleistet sind und sich sowohl in der Grenzschicht im Beschichtungsstoff zum Formteil hin als auch in der Grenzschicht im Formteil zum Beschichtungsstoff hin eine flächenförmige grenzschichtenübergreifende Verbindung durch Vernetzung der mit Isocyanat vernetzbaren Reaktionspartnern des Beschichtungsstoffes und des Formteils ausbildet.
Die Ursache für diese Vorteile liegt auch in der gewählten Struktur des eingesetzten Füllstoffes. Der Einsatz von nanoskalierbaren Füllstoffen und/oder einer stabilen Dispersion von nanosklierten Füllstoffen und Primärteilchen, Molekularsieben, Additiven und Pigmenten begründen diese Vorteile.

Claims

Lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff für In-Mould-Coat (IMC) auf der Basis eines aminofunktionellen Reaktionspartners für Isocyanate, dadurch gekennzeichnet, dass der lösungsmittelfreie Beschichtungsstoff aus zwei reaktiven Komponenten gebildet ist, wobei die Komponente A aus einem aliphatischen Isocyanat und/oder dessen Abmischungen und die Komponente B aus einem Anteil von 50 bis 90 % mit der Komponente A vernetzbaren Bindemittels auf der Basis eines aminofunktionellen Reaktionspartners und/oder deren Abmischungen bestehen, wobei die Komponente B einen Anteil von 3 bis 40 % von nanoskalierbaren Füllstoffen und/oder eine Dispersion von nanoskalierten Füllstoffen in Form von Primärteilchen in der Größe von 1 bis 10 nm, 0 bis 7 % Stabilisatoren und 0 bis 3 % Hilfsstoffe enthält und der Energieeintrag mittels Ultraschall im Leistungsbereich von 500 W bis 2000 W erfolgt.
Lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A zusätzlich eine Vorvernetzung des Bindemittels bewirkende silanisierte und/oder aminische Isocyanate enthält und der Energieeintrag mittels Ultraschall im Leistungsbereich von 500 W bis 2000 W erfolgt.
Lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Komponente B zugegebenen nanoskalierbaren Füllstoffe und/oder in Form einer Dispersion von nanoskalierten Füllstoffen spezifische Eigenschaften im Beschichtungsstoff ausbilden, die nach Aushärtung eine Veränderung der Oberflächenhärte, Abrasivität, der UV-Stabilität bewirken oder der Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit, der Erzielung von Oberflächeneffekten und dem Erreichen einer fungiziden einer Antifouling-Wirkung dienen und die zugegebenen Hilfsstoffe der Entlüftung, dem Entschäumen dienen und/oder als Trennmittel wirken.
Lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als nanoskalierbare Füllstoffe zur Einstellung der Oberflächenhärte und der Abrasität SiO₂ und/oder Al₂O₃, zur Sicherung der UV-Stabilität TiO₂, zur Erzielung von Oberflächeneffekten verschiedene Metalloxide, zum Erreichen einer fungiziden und einer Antifouling-Wirkung oberflächenbehandeltes TiO₂, zur Bestimmung der Leitfähigkeit Eisenoxide, FeO und/oder ein zum Halbmetall gehörendes Element und Pd vorgesehen sind und der Energieeintrag mittels Ultraschall im Leistungsbereich von 500 W bis 2000 W erfolgt.
Lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Additive zur UV-Stabilisierung einen blockierten aminischen Lichtstabilisator enthält.
Lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Flammschutzmittel nanoskalierbare Knochenmehle und deren Abmischungen eingesetzt sind und der Energieeintrag mittels Ultraschall im Leistungsbereich von 500 W bis 2000 W erfolgt.
Lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Verarbeitbarkeit des Beschichtungsstoffes als Hilfsstoffe zur Entlüftung und Entschäumung chemische Zuschlagsstoffe mit einer Affinität zu Gasen und/oder ein das Haftvermögen an einer Formwandung minderndes internes oder externes Trennmittel und/oder einen thixotropen Einfluss aus übende und/oder den Feuchtigkeitsgehalt mindernde in der reaktiven Komponente B eingesetzt werden.
Lösungsmittelfreier Beschichtungsstoff nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem lösungsmittelfreien, lichtechten Beschichtungsstoff eine stoff-, form- und kraftschlüssige Verbindung auf der Basis eines mit Isocyanat vernetzbaren amonofunktionellen Reaktionspartners und/oder von seinen Derivaten ableitbaren Reaktionspartners als Bindemittel und/oder mit Primärteilchen im Sinne der Nanotechnologie mit dem Beschichtungsobjekt schrumpfungskonform vorliegt.
Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung eines lösungsmittelfreien Beschichtungsstoffes auf der Basis eine aminofunktionellen Reaktionspartners für Isocyanate, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel als Komponente B die nanoskalierbaren Füllstoffe, dann mindestens ein Additiv und mindestens ein Hilfsstoff zugemischt werden und der Energieeintrag mittels Ultraschall im Leistungsbereich von 500 W bis 2000 W erfolgt, und dann zur Verarbeitung vor dem Versprühen im Sprühverfahren unter Druck durch die Komponente B nach dem Injektorprinzip die Komponente A der Komponente B als Vernetzungsmittel zugeführt wird und dabei beide Komponenten homogenisiert werden und anschließend mittels hochpräziser Kolbendosieranlagen mit mechanisch selbstreinigenden Sprühmischköpfen eine Feinstverteilung der Beschichtungsstoffes mit sehr wenig Overspray erzielt und auf die vorgesehene Formwandung aufgetragen wird und dort in kurzer Zeit zu einem Polyurea polymerisiert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Beschichtungsstoff und dem Formteil innerhalb von 24 h nach dem Mischen der Komponenten A und B des Beschichtungsstoffes und dem Einbringen der Beschichtung in die Form und der darauf folgenden Ausformung der Form mit Formmasse sich an den berührenden Grenzschichten eine stoffschlüssige Verbindung ausbildet.