DE69603794T2

DE69603794T2 - Wässrige, füllstoffhaltige Grundierung für die Autoreparaturlackierung, die keine organischen Lösungsmittel enthält

Info

Publication number: DE69603794T2
Application number: DE69603794T
Authority: DE
Inventors: Andrea Giunta
Original assignee: PPG Industries Italia SRL
Current assignee: PPG Industries Italia SRL
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1996-06-17
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: US5998527A; ATE183529T1; IT1276782B1; ES2112813T1; ITMI951358A0; EP0749993A1; DE69603794D1; DK0749993T3; DE749993T1; GR3031891T3; ES2112813T3; EP0749993B1; ITMI951358A1

Description

Diese Erfindung betrifft einen wasserhaltigen Füllstoffprimer zur Reparatur-Fahrzeuglackierung und insbesondere einen Primer mit nicht mehr als 0,5 Gew.-% an organischen Lösungsmitteln, der sich durch verbesserte Vertikalapplikationseigenschaften und eine besonders rasche Trocknungsgeschwindigkeit auszeichnet.

Hintergrund der Erfindung

Der Zweck von Füllstoffprimern bei der Reparatur-Fahrzeuglackierung besteht darin, einen Schutzüberzug für die Karosserie zu liefern und gleichzeitig einen geeigneten Vor- oder Grundanstrich für den Lack zu schaffen.
Die Zusammensetzung dieser Primer ist üblicherweise ziemlich komplex, sie umfaßt Pigmente und Streckmittel, Bindemittel, Lösungsmittel und Additive.
Ein Primer muß bestimmte festgelegte Eigenschaften in sich vereinigen. Die wichtigsten sind eine gute vertikale Auftragfähigkeit und eine relativ rasche Aushärtgeschwindigkeit.
Das Bindemittel spielt eine fundamentale Rolle bei der Bestimmung dieser Eigenschaften.
Derzeit benutzte Primer enthalten Polyacrylatharze als Bindemittel. Zur Schaffung einer geeigneten Rezeptur müssen diese Harze in organischen Lösungsmitteln, wie Glykolen, Diacetonalkohol, Butanol oder ähnlichen Substanzen, gelöst werden. Das Lösungsmittel erreicht in der endgültigen Zusammensetzung Konzentrationen zwischen 8 und 15%. Derart hohe Lösungsmittelkonzentrationen bedingen aus zwei Gesichtspunkten, d. h. Sicherheit und die Gesundheit des diesen Lösungsmitteln nicht nur bei der Zubereitung sondern auch beim Endgebrauch ausgesetzten Bedienungspersonals, schwerwiegende Umweltprobleme.
Zu diesem Problem können noch weitere Schwierigkeiten, die beim Gebrauch bekannter Primer auftreten, die einen Vertikalwert von 20 um bei jedem Überzug nicht übersteigen, eine unzureichende Füllkraft und Deckkraft aufweisen, während der Applikation zur Bildung von Tropfen neigen und zur Trocknung mindestens 4 h benötigen, hinzukommen.
Die EP-0 551 568 beschreibt einen immer ein phosphat- oder phosphosilicathaltiges Pigment umfassenden Primer auf Wasserbasis. In dieser Literaturstelle ist die Mitverwendung eines Lösungsmittels bis maximal 3-9% immer indiziert. Obwohl das Erfordernis eines niedrigen Gehalts an organischem Lösungsmittel erwähnt wird, befaßt sich die EP-0 551 568 mit dem Problem einer galvanischen Wirkung bei der Applikation von Aluminiumpigmente enthaltenden Überzügen auf Wasserbasis. Das Problem wird durch Verwendung der speziellen Pigmente vom Phosphat- oder Phosphosilicattyp gelöst. Diese Pigmente werden von der vorliegenden Erfindung nicht umfaßt.
Aus den genannten Gründen besteht somit ein großer Bedarf nach einem keine Lösungsmittel enthaltenden Primer. Es besteht ferner ein realer Bedarf nach einem Primer mit verbesserten Auftrageigenschaften.

Zusammenfassung der Erfindung

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß bei Verwendung eines in Wasser dispergierbaren gesättigten aliphatischen Polyurethanharzes als Bindemittel ein Reparatur-Fahrzeuglackierprimer erhältlich ist, der in einem wäßrigen Medium konfektioniert werden kann. Auf diese Weise läßt sich der Lösungsmittelanteil dramatisch auf nahezu Null reduzieren.
Darüber hinaus vermeidet diese neue Primererfindung auch noch andere bei bekannten Primern auftretende Nachteile.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß besteht das Bindemittel aus einem von einem Polyesterpolyol herrührenden gesättigten aliphatischen Polyurethanharz, welches sich in Wasser verteilt.
Ein Harz sollte elastisch und bruchsicher sein sowie an verschiedenartigsten Substraten haften.
Ein Harz sollte vorzugsweise ein theoretisches Molekulargewicht zwischen 2000 und 2800 aufweisen.
Bei diesem speziellen Harz enthält der Polyesterteil, der ein theoretisches Molekulargewicht zwischen 800 und 1200 aufweist, normalerweise Reste bifunktioneller linearer aliphatischer Säuren mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, die über Estergruppen an Reste bifunktioneller linearer mehrwertiger Alkohole mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen gebunden sind. Ferner wird er mit aromatischen, cycloaliphatischen oder aliphatischen Diisocyanaten umgesetzt. Die Viskosität liegt zwischen 2000 und 4000 mPas. Der Trockenrückstand (D. R.) entspricht 100%.
Beispiele für bifunktionelle lineare aliphatische Säuren sind Adipinsäure und Azelainsäure.
Beispiele für bifunktionelle mehrwertige Alkohole sind Neopentylglykol, Hexylenglykol und 1,3-Butandiol.
Beispiele für Diisocyanate sind Toluoldiisocyanat, Isophorondiisocyanat und Hexamethylendiisocyanat.
Zur Herstellung des erfindungsgemäß benutzten Harzes werden die Isocyanate zuvor mit Hydroxylfunktionen anbietenden Säuren, z. B. Dimethylolpropionat, umgesetzt.
Harze dieses Typs und mit den beschriebenen Eigenschaften sind im Handel erhältlich und können folglich nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispiele für Handelsprodukte sind IDROBEN® 201 W35 von N. Benasedo, REALKID® H25 von Fern oder ähnliche beispielsweise von U. C. B gelieferte Produkte.
Bei der Herstellung des Harzes muß das Polyesterherstellungsverfahren in der Trockenphase durchgeführt werden. Die Funktionalität des Polymers muß ausschließlich eine Hydroxylfunktionalität sein.
Nachdem die Veresterung vollständig ist, wird das Harz - wie beschrieben - mit den Diisocyanaten umgesetzt. Die Umsetzung zwischen dem Isocyanat und der reaktionsfähigen Hydroxylgruppe des Polyesters verläuft stöchiometrisch. Folglich kann man in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen den unterschiedlichen Molmengen bei der Reaktion Polymere mit unterschiedlichen Molekulargewichten und unterschiedlichen Verhältnissen zwischen den Polyester- und Isocyanatteilen herstellen. Dabei ist zu bedenken, daß keine freien reaktionsfähigen Isocyanatgruppen vorhanden sind. Verlängerungen des Polymers lassen sich während der Wasserdispergierphase unter Verwendung von Diaminen des Isophoron/Diamin-Typs zur Gewinnung verzweigter Polymere mit höherem Molekulargewicht erreichen. Das Herstellungsverfahren kann auf zwei Arten durchgeführt werden:
1) Direkt in wäßriger Phase in Gegenwart von als Neutralisationsmittel verwendeten tertiären Aminen vom Triethylamintyp, wobei jedoch das Risiko besteht, daß (nur) niedrige Molekulargewichte erreicht werden;
2) in organischer Phase in Gegenwart von Wasser und eines Lösungsmittels, welches allerdings am Ende der Reaktion durch Destillation beseitigt wird.
Bei dieser neuen Erfindung enthält der Primer noch übliche Komponenten, d. h. Pigmente, Streckmittel und Additive.
Vorteilhaft an dieser Erfindung ist, daß als Lösungsmittel Wasser verwendet werden kann. Organische Lösungsmittel sind maximal in einer Menge von 0,5% g/g vorhanden.
Bei dieser neuen Erfindung ist das aus dem zuvor beschriebenen Urethanharz bestehende Bindemittel in einer gewichtsprozentualen Konzentration von 10-22, zweckmäßigerweise 12-18 und vorzugsweise etwa 15-16% vorhanden.
Beispiele für übliche Streckmittel und Pigmente sind Titandioxid, gelbe Eisen(III)-oxide, Calciumcarbonat, Bariumsulfat und Talkum.
Geeignete organische Lösungsmittel sind aliphatische Alkohole, wie Isopropanole, oder Glykolether aus Ethylenglykol, beispielsweise Butylglykol.
Beispiele für Additive sind durch Bildung einer Metallschutzschicht rostverhindernde Mittel (korrosionsverhindernde Mittel), Bentonite, Acrylat-Copolymere, Polysiloxane und Dickungsmittel.
Je nach den Erfordernissen kann der Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet ohne weiteres Mengen und Verhältnisse dieser Komponenten bestimmen.
Die Pigmente und Streckmittel können 30-50, vorzugsweise etwa 40% g/g, ausmachen. Die Additive können insgesamt in einer Menge von nicht mehr als etwa 1,5% vorhanden sein.
Der erfindungsgemäß beschriebene Primer besitzt bei der Applikation Vertikalitätseigenschaften entsprechend 50 um Trocken(dicke) pro Durchgang und eine Härtungsdauer von bis zu 120 min bei 20ºC (50% U. R.).
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Herstellung des Polyurethanharzes

Allgemeine Rezeptur zur Gewinnung einer Polyurethandispersion.
Reaktion bei 230-240ºC in mit Raschig-Ringen gefüllten Säulen
Urethanpräpolymerherstellung für die nachfolgende Verlängerung mit Diamin. Reaktionstemperatur 60-65ºC. Die Reaktion ist bei NCO-Werten von 3,0-3,2% vollständig. D. R. = 68-69%.
Vx {tq} = 1760-2050 mPa · s
3. Stufe
- Verlängerung bei gleichzeitiger Neutralisation und Dispersion des Urethanpolymers
Urethanpräpolymer B 816,0
Entmineralisiertes Wasser 1347,0
Triethylamin 31,0
Isophorondiamin 52, 0
2246,0
Destillat (Methylethylketon) - 246,0
2000,0
Das Urethanpräpolymer wird innerhalb von 30 min bei 60ºC der wäßrigen Lösung und den beiden Aminen zugesetzt.
Das Ende der Reaktion wird durch einen NCO-Wert von 0 bestimmt.
Nachdem die Reaktion beendet ist, kann das Methylethylketon bei einer maximalen Temperatur von 65ºC abdestilliert werden.
Endgültige Eigenschaften:
Aussehen: opaleszierend
Vx {Lg} mPa · s): 85-250
%1 pH 8-8,5
NA {ss}: 28-30
Nam {ss}: 28-30
% N: 100
Lösungsmittel: Wasser
% D. R.: 29-31

Beispiel 2

Primer für eine Autokarosserie

Unter Verwendung üblicher Techniken wurde ein Primer der folgenden Zusammensetzung zubereitet:

Pigmente und Streckmittel

7,000 Titandioxid
3,000 Gelbes Eisen(III)-oxid
20,000 Calciumcarbonat oder Bariumsulfat
10,000 Talkum
Gesamtmenge an Pigmenten und Streckmitteln: 40,000

Bindemittel

15,750 Dispersion eines wasserlöslichen Polyurethans
Gesamtgehalt an Bindemitteln: 15,750

Lösungsmittel

0,389
13,210 Entionisiertes Wasser
29,375
42,974
0,048 Aliphatische Alkohole
0,317 Butylglykol
Gesamtgehalt an Lösungsmitteln: 43,339

Additive

0,125 einen dünnen Metallüberzug bildendes rostverhinderndes Mittel
0,240 Bentonite
0,240 Acryl-Copolymer
0,125 Polysiloxan
0,175 Polyurethandickungsmittel
0,006 Ammoniak
Gesamtmenge an Zusätzen: 0,911
Gesamtmenge insgesamt: 100,000
Dichte: 1,375 g/cm³ Xylol + Toluol: 0,0%
Dichte: 13,790 lb/gal (UK) Theoretische Ausbeute · 25 um
Trocken(dicke): 785,8 s. g.
Feet/gal (UK)
Dichte: 11,482 lb/gal (US) Theoretische Ausbeute · 25 um
Trocken(dicke): 654,2 s. g.
Feet/gal (US)
GM + Streckmittel in Kons. Gewicht · 10 um
Gew.-%: 40,4% Trocken(dicke): 34,3 g/cm³
Trockenrückstand in Kons. Volumen · 101 um
Gew.-%: 56,7% Trocken(dicke): 24,9 cm³/m²
Trockenrückstand in Theoretische Ausbeute · 10 um
Vol.-%: 40,1% Trocken(dicke): 40,1 m²/l
PVC: 46,93%
Kritischer PVC: 56,12%
PVC/kritischer
PVC-Wert: 0,04%
VOC: 0,05 lb/gal (UK)
VOC: 0,04 lb/gal (US) VOC: 5 g/l

Claims

1. Wasserhaltiger Primer zur Reparatur-Fahrzeuglackierung, umfassend übliche Komponenten, wobei das Bindemittel aus einem sich von einem Polyesterpolyol ableitenden gesättigten aliphatischen Polyurethanharz, das in Wasser dispergiert, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Komponente des organischen Cosolvens nur 0,5 Gew.-% ausmacht und wobei es sich bei den Pigmenten nicht um Phosphat oder ein Phosphosilicatpigment handelt.

2. Primer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Harz ein theoretisches Molekulargewicht zwischen 2000 und 2800 aufweist.

3. Primer gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyesteranteil ein theoretisches Molekulargewicht zwischen 800 und 1200 aufweist.

4. Primer gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oben genannte Polyesteranteil Reste bifunktioneller linearer aliphatischer Säuren mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen enthält, die über eine Gruppe von Estern mit bifunktionellen Resten mehrwertiger Alkohole mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen gebunden sind.

5. Primer gemäß den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isocyanatreste mit Säuren mit Hydroxy-Funktionalität umgeformt werden.

6. Primer gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Säure Adipinsäure und der genannte mehrwertige Alkohol Neopentylglykol ist.

7. Primer gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Isocyanat ein Isophorondiisocyanat und die Säure mit Hydroxy-Funktionalität ein Dimethylolpropionat ist.

8. Primer gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Harz mit einem Diamin gestreckt ist.

9. Primer gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Diamin Isophorondiamin ist.

10. Primer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einer Konzentration nach Gewicht von 10-22% vorhanden ist.

11. Primer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, der die folgende Zusammensetzung nach Gewicht aufweist:

Pigmente und Füllstoffe 40%

Bindemittel 15,75%

Wäßrige Lösungsmittel 43,34%

Additive 0,91%