DE19630844A1 - Harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung - Google Patents
Harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren VerwendungInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind harnstoffgruppenhaltige
Isophorondiisocyanat-Uretdione mit freien, partiell oder ganz blockierten
Isocyanatgruppen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Verwendung in
Polyurethan-Pulverlacken mit matter Oberfläche.
Seit geraumer Zeit gibt es ein zunehmendes Interesse an Pulverlacken, die eine matte
Oberfläche ergeben. Die Ursache dafür ist überwiegend praktischer Art. Glänzende
Flächen erfordern ein weitaus höheres Maß an Reinigung als matte Flächen. Darüber
hinaus kann es aus sicherheitstechnischen Gründen wünschenswert sein, stark
reflektierende Flächen zu vermeiden.
Das einfachste Prinzip, eine matte Oberfläche zu erhalten, besteht darin, dem Pulverlack
je nach Ausmaß des gewünschten Matteffektes kleinere oder größere Mengen
Füllstoffe, wie z. B. Kreide, feinverteiltes SiO₂ oder Bariumsulfat, beizumischen. Diese
Zusätze bewirken jedoch eine Verschlechterung der lacktechnischen Filmeigenschaften,
wie Haftung, Flexibilität, Schlagfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit. Die Zugabe
von Stoffen, die mit dem Lack unverträglich sind, wie z. B. Wachse oder
Cellulosederivate, bewirkt zwar ebenfalls eine Mattierung, aber geringfügige
Änderungen während des Extrudierens führen zu Schwankungen im Oberflächenglanz.
Die Reproduzierbarkeit des Matteffektes ist nicht gewährleistet.
Überraschenderweise konnten PUR-Pulverlacke mit mattem Aussehen gefunden
werden, die nicht mit den aufgeführten Nachteilen behaftet sind, wenn als
Härterkomponente harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione eingesetzt
werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit harnstoffgruppenhaltige
Isophorondiisocyanat-Uretdione folgender Zusammensetzung:
wobei
n: 1-15;
R¹ und R²: linearer und/oder verzweigter Alkyl- und/oder Cycloalkylrest
bedeuten. Gegebenenfalls können noch bis zu maximal 1 Mol freies IPDI-Uretdion enthalten sein.
R¹ und R²: linearer und/oder verzweigter Alkyl- und/oder Cycloalkylrest
bedeuten. Gegebenenfalls können noch bis zu maximal 1 Mol freies IPDI-Uretdion enthalten sein.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen zeichnen sich durch einen Gehalt an freien
NCO-Gruppen von 0,1-12%, vorzugsweise 1-6%, einen Gesamt-NCO-Gehalt
(freie und latente NCO-Gruppen) von 30-19%, vorzugsweise 19-25%, einen
Uretdiongruppengehalt von 1,5-2,5 mmol/g, vorzugsweise 2,1-2,4 mmol/g, einen
Gehalt von (irreversibel) blockierten NCO-Gruppen von 0, 1-1,5 mmol/g aus. Ihr
Schmelzbereich variiert in einem Bereich von 80-230°C, vorzugsweise 150-200°C.
Sie eignen sich in hervorragender Weise zur Herstellung von PUR-
Pulverbeschichtungen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Verbindungen entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung:
wobei die freien NCO-Gruppen des UD-H anschließend gegebenenfalls ganz oder
partiell mit dem Blockierungsmittel B-H umgesetzt werden können.
Bei dem erfindungsgemäß einzusetzenden Uretdion handelt es sich um das IPDI-
Uretdion, wie es in den DE-OS 30 30 513 und 37 39 549 beschrieben wird, mit einem
freien NCO-Gehalt von 16,8-18,5%. Der Monomergehalt liegt bei 1%. Der
Gesamt-NCO-Gehalt des IPDI-Uretdions nach dem Erhitzen auf 180-200°C
(0,5-1 h) beträgt 37,4-37,8%.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann durch die Wahl des Molverhältnisses von IPDI-
Uretdion und Wasser jedes beliebige Molgewicht der erfindungsgemäßen
Verbindungen erhalten werden. Manchmal hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die
freien NCO-Gruppen der UD-H so zu blockieren, daß sie beim Einbrennvorgang nicht
mehr freigesetzt werden. Bei den Blockierungsmitteln handelt es sich um
Monoalkohole, wie z. B. Methanol, Ethanol, Butanol, 2-Ethylhexanol, oder primäre
wie sekundäre Monoamine, wie z. B. Butylamin, 2-Ethylhexylamin, Dibutylamin, Di-2-
ethylhexylamin und Methylcyclohexylamin.
Die erfindungsgemäßen harnstoffgruppenhaltigen Isophorondiisocyanat-Uretdione
werden nach dem nunmehr erläuterten Verfahren hergestellt. Die Herstellung erfolgt in
zwei aufeinander folgenden Stufen, wobei
- 1. in der 1. Stufe IPDI-Uretdion mit Wasser umgesetzt wird und
- 2. in der 2. Stufe dann gegebenenfalls die Umsetzung der noch freien NCO-Gruppen mit dem Blockierungsmittel B-H erfolgt.
Die Umsetzung der 1. und 2. Stufe erfolgt in Lösung, wobei das Lösemittel aus der
Gruppe Ester, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, Butylacetat, oder Ketone, wie z. B. Aceton,
Methylisobutylketon, sowie beliebige Gemische dieser Lösemittel ausgewählt werden.
Bevorzugtes Lösemittel ist Aceton. Die Herstellung der erfindungsgemäßen
Verbindungen erfolgt so, daß zu der acetonischen Lösung des IPDI-Uretdions in
Gegenwart von 0,01 bis 1%, vorzugsweise 0,01 bis 0,15% Dibutylzinndilaurat
(DBTL) das Wasser portionsweise bei 60°C zudosiert wird, und nach beendeter
Wasserzugabe die Reaktionsmischung so lange weitererhitzt wird, bis pro Mol
eingesetztes Wasser 2 NCO-Äquivalente umgesetzt sind. Danach wird entweder das
Aceton vom Reaktionsprodukt abdestilliert, wenn das Reaktionsprodukt noch freie
NCO-Gruppen enthalten soll oder soll jedoch das Reaktionsprodukt keine freien NCO-
Gruppen mehr enthalten, schließt sich die Umsetzung mit dem Blockierungsmittel B-H
an. Für den Fall der Monoamine ist dies bei Raumtemperatur möglich, wobei nach der
portionsweisen Zugabe des Monoamins die Reaktion beendet ist.
Für den Fall, daß es sich bei den Blockierungsmitteln um Monoalkohole handelt, wird
die Blockierung bei 60°C durchgeführt, wobei nach Zugabe des Blockierungsmittels
so lange weitererhitzt wird (ca. 3 h), bis pro Mol Blockierungsmittel 1 NCO-
Äquivalent umgesetzt ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der
erfindungsgemäßen Verbindungen zur Herstellung von PUR-Pulverlacken mit mattem
Aussehen. Die erfindungsgemäßen PUR-Pulverlacksysteme bestehen aus den
erfindungsgemäßen harnstoffgruppenhaltigen IPDI-Uretdionen in Kombination mit
hydroxylgruppenhaltigen Polymeren.
Als Polyolkomponente zur Herstellung der erfindungsgemäßen matten PUR-
Pulverlacke kommen grundsätzlich alle OH-Gruppen enthaltenden Polymere in Frage,
wie z. B. Epoxidharze, Hydroxyacrylate; bevorzugt werden jedoch
hydroxylgruppenhaltige Polyester mit einer OH-Funktionalität von 3-6, einem
mittleren Molgewicht von 1800-5000, bevorzugt 2300-4500, einer OH-Zahl von 20-
140 mg KOH/g, bevorzugt 30-90 mg KOH/g, und einem Schmelzpunkt von 70 bis
130°C, bevorzugt 75 bis 110°C, eingesetzt. Derartige OH-haltige Polyester,
wie sie in bekannter Weise durch Kondensation von Polyolen und Polycarbonsäuren
hergestellt werden, sind z. B. in DE-OS 24 55 497 und 30 03 900 beschrieben. Zur
Herstellung der gebrauchsfertigen Pulverlacke werden das OH-haltige Harz und die
erfindungsgemäßen harnstoffgruppenhaltigen IPDI-Uretdione, gegebenenfalls mit
Pigmenten, wie z. B. TiO₂, Verlaufsmitteln, wie z. B. Polybutylacrylat, auf Extrudern
oder Knetern bei Temperaturen zwischen 90-120°C so gemischt, daß auf eine OH-
Gruppe des hydroxylgruppenhaltigen Harzes 0,6-1,2, vorzugsweise 0,8-1,1,
blockierte NCO-Gruppen zu stehen kommen. Die so hergestellten Pulverlacke können
nach den üblichen Pulverauftragsverfahren, wie z. B. elektrostatisches Pulversprühen
oder Wirbelsintern, auf die zu überziehenden Formteile aufgebracht werden. Die
Härtung der Überzüge erfolgt durch Erhitzen auf Temperaturen von 180-200°C (30-
10 min). Man erhält flexible Überzüge mit hervorragenden Korrosions
schutzeigenschaften und einer ausgezeichneten Thermostabilität. Im Vergleich zu den
bis jetzt bekannten PUR-Pulvern auf Basis blockierter Polyisocyanate zeichnen sich die
erfindungsgemäßen PUR-Pulver durch ein mattes Aussehen aus, wobei der Mattglanz
in einem weiten Bereich variiert. Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung
anhand von Beispielen erläutert.
Zu der acetonischen Lösung des IPDI-Uretdions wurde in Gegenwart von 0,01%
DBTL das Wasser bei 60°C portionsweise zudosiert. Nach beendeter H₂O-Zugabe
wurde noch so lange weitererhitzt, bis pro Mol eingesetztes Wasser 2 NCO-
Äquivalente umgesetzt waren. Danach wurde das Aceton abdestilliert. Für den Fall,
daß das Reaktionsprodukt keine freien NCO-Gruppen enthalten soll, wird vor der
Acetonentfernung die Blockierung durchgeführt. Für den Fall der Monoamine ist dies
bei Raumtemperatur möglich, wobei nach der portionsweisen Zugabe des Monoamins
die Reaktion beendet ist. Für den Fall, daß es sich bei den Blockierungsmitteln um
Monoalkohole handelt, wird die Blockierung bei 60°C durchgeführt, wobei nach
Zugabe des Monoalkohols so lange weitererhitzt wird (ca. 3 h), bis pro Mol Mono
alkohol 1 NCO-Äquivalent umgesetzt ist.
Die Ausgangskomponenten - Terephthalsäure (TS), Dimethylterephthalat (DMT),
Hexandiol-1.6 (HD), Neopentylglykol (NPG), 1.4-Dimethylolcyclohexan (DMC) und
Trimethylolpropan (TMP) - werden in einen Reaktor gegeben und mit Hilfe eines
Ölbades erwärmt. Nachdem die Stoffe zum größten Teil aufgeschmolzen sind, werden
bei einer Temperatur von 160°C 0,5 Gew.-% Di-n-butylzinnoxid als Katalysator
zugesetzt. Die erste Methanolabspaltung tritt bei einer Temperatur von ca. 170°C auf.
Innerhalb 6 bis 8 Stunden wird die Temperatur auf 220 bis 230°C erhöht und innerhalb
weiterer 12 bis 15 Stunden die Reaktion zu Ende geführt. Der Polyester wird auf
200°C abgekühlt und durch Anlegen von Vakuum (1,33 mbar) innerhalb 30 bis 45
Minuten weitgehend von flüchtigen Anteilen befreit. Während der gesamten Reak
tionszeit wird das Sumpfprodukt gerührt und ein schwacher N₂-Strom durch das
Reaktionsgemisch geleitet.
Tabelle 2 gibt Polyesterzusammensetzungen und Polyester des Marktes mit den
entsprechenden physikalischen und chemischen Kenndaten wieder.
Die zerkleinerten Produkte - uretdiongruppenhaltige Polyisocyanate (Vernetzer),
Polyester, Verlaufsmittel-, ggf. Katalysator-Masterbatch - werden ggf. mit dem
Weißpigment in einem Kollergang innig vermischt und anschließend im Extruder bis
maximal 130°C homogenisiert. Nach dem Erkalten wird das Extrudat gebrochen und
mit einer Stiftsmühle auf eine Korngröße < 100 µm gemahlen. Das so hergestellte
Pulver wird mit einer elektrostatischen Pulverspritzanlage bei 60 KV auf entfettete, ggf.
vorbehandelte Eisenbleche appliziert und in einem Umlufttrockenschrank bei
Temperaturen zwischen 180 und 200°C eingebrannt.
Es werden 10 Gew.-% des Verlaufsmittels - ein handelsübliches Copolymer von
Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat - in dem entsprechenden Polyester in der
Schmelze homogenisiert und nach dem Erstarren zerkleinert.
Es werden 5 Gew. -% des Katalysators - DBTL - in dem entsprechenden Polyester in
der Schmelze homogenisiert und nach dem Erstarren zerkleinert.
Die Abkürzungen in den folgenden Tabellen bedeuten:
SD = Schichtdicke in µm
ET = Tiefung nach Erichsen in mm (DIN 53 156)
GS = Gitterschnittprüfung (DIN 53 151)
GG 60° <) = Messung des Glanzes nach Gardner (ASTM-D 5233)
Imp. rev. = Impact reverse in g·m
ET = Tiefung nach Erichsen in mm (DIN 53 156)
GS = Gitterschnittprüfung (DIN 53 151)
GG 60° <) = Messung des Glanzes nach Gardner (ASTM-D 5233)
Imp. rev. = Impact reverse in g·m
Claims (11)
1. Harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione folgender Zusammen
setzung:
wobei
n: 1-15;
R¹ und R²: linearer und/oder verzweigter Alkyl- und/oder Cycloalkylrest
bedeuten.
R¹ und R²: linearer und/oder verzweigter Alkyl- und/oder Cycloalkylrest
bedeuten.
2. Harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie noch bis zu einem Mol freies IPDI-Uretdion enthalten.
3. Harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione,
dadurch gekennzeichnet,
daß B Reste ausgewählt aus der Gruppe Methanol, Ethanol, Butanol, 2-Ethyl
hexanol, Butylamin, 2-Ethylhexylamin, Dibutylamin, Di-2-ethylhexylamin,
Methylcyclohexylamin, bedeutet.
4. Verfahren zur Herstellung von harnstoffgruppenhaltigen Isophorondiisocyanat-
Uretdionen gemäß den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Isophorondiisocyanat-Uretdion in einem inerten Lösemittel, bevorzugt Aceton,
mit Wasser bevorzugt in Gegenwart von 0,01-0,1% Dibutylzinndilaurat umge
setzt wird.
wobei die freien NCO-Gruppen des UD-H anschließend gegebenenfalls ganz oder
partiell mit dem Blockierungsmittel B-H umgesetzt werden können.
5. Verwendung von harnstoffgruppenhaltigen Isophorondiisocyanat-Uretdionen
gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 in Kombination mit hydroxylgruppenhaltigen
Polymeren zur Herstellung von abspaltfreien matten PUR-Pulverbeschichtungen.
6. Abspaltfreie matte PUR-Pulverlacke,
dadurch gekennzeichnet,
daß harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione gemäß Anspruch 1 in
Kombination mit hydroxylgruppenhaltigen Polymeren weitere Zuschlags- und
Hilfsstoffe enthalten.
7. PUR-Pulverlacke gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein OH/NCO-Verhältnis von 1 : 0,6 bis 1 : 1,2, vorzugsweise 1 : 0,8 bis 1 : 1,1
zugrunde liegt.
8. PUR-Pulverlacke nach den Ansprüchen 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß den PUR-Pulverlacken Katalysatoren zugesetzt werden in einer Konzentration
von 0,03 bis 0,5% unter Einbeziehung der bereits enthaltenen Katalysatormenge
aus den erfindungsgemäßen Polyisocyanaten.
9. PUR-Pulverlacke nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß den PUR-Pulverlacken organische Zinnverbindungen als Katalysatoren
zugesetzt werden.
10. PUR-Pulverlacke nach den Ansprüchen 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß als hydroxylgruppenhaltige Polymere Polyester mit einer Funktionalität < 2,
einer OH-Zahl von 20 bis 140 mg KOH/g und einem Schmelzpunkt 70 bis
130°C eingesetzt werden.
11. PUR-Pulverlacke nach den Ansprüchen 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß als hydroxylgruppenhaltige Polymere Polyester mit einer Funktionalität < 2,
einer OH-Zahl von 30 bis 90 mg KOH/g sowie einem Schmelzpunkt von 75 und
110°C eingesetzt werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1996130844 DE19630844A1 (de) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | Harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1996130844 DE19630844A1 (de) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | Harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19630844A1 true DE19630844A1 (de) | 1998-02-05 |
Family
ID=7801339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1996130844 Withdrawn DE19630844A1 (de) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | Harnstoffgruppenhaltige Isophorondiisocyanat-Uretdione, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19630844A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1184433A3 (de) * | 2000-08-29 | 2002-04-10 | Degussa AG | Matte PUR-Pulverlacke |
| EP1382650A1 (de) * | 2002-07-20 | 2004-01-21 | Degussa AG | PUR-Pulverlacke für Beschichtungen mit mattem Erscheinungsbild |
-
1996
- 1996-07-31 DE DE1996130844 patent/DE19630844A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1184433A3 (de) * | 2000-08-29 | 2002-04-10 | Degussa AG | Matte PUR-Pulverlacke |
| US6710136B2 (en) * | 2000-08-29 | 2004-03-23 | Degussa Ag | Matt PU powder coatings |
| EP1382650A1 (de) * | 2002-07-20 | 2004-01-21 | Degussa AG | PUR-Pulverlacke für Beschichtungen mit mattem Erscheinungsbild |
| US7026393B2 (en) | 2002-07-20 | 2006-04-11 | Degussa Ag | Polyurethane powder coatings with a matt appearance |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEGUSSA-HUELS AG, 60311 FRANKFURT, DE |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |