DE69408267T2 - Verfahren zur Herstellung einer Pulverlack-Zusammensetzung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Pulverlack-ZusammensetzungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft pulverdispersionslackzusammensetzungen und insbesondere derartige Zusammensetzungen für Autolackzusammen- Setzungen.
- Pulverdispersionsiacke liefern hinsichtlich oberflächenglätte und Glanz das beste Aussehen, wenn man sie mit Pulverlacken mit der kleinstmöglichen durchschnittlichen Teilchengröße herstellt. Bei bekannten Lacken liegt die durchschnittliche Teilchengröße im allgemeinen im Bereich von 4 bis 30 um. Zwar liegt gemäß dem Stand der Technik die durchschnittliche Teilchengröße von für Pulverdispersionslackierungen verwendeten Harzteilchen im Bereich von 0,5 um bis 80 um, jedoch ist dabei zu erwarten, daß nur etwa 2 bis 6% der Teilchen eine Teilchengröße von 3 bis 5 um und 3 bis 8% der Teilchen eine Teilchengröße von 10 um aufweisen. Wünschenswert ist, daß 100% der Teilchen eine Größe kleiner gleich 10 um und mindestens 50% der Teilchen eine Teilchengröße von 3 bis 5 um aufweisen.
- Es ist wohlbekannt (beispielsweise aus der WO-A-8 000 447), durch Dispergieren des pulverisierten Pulverlacks in einem Gemisch aus Wasser und oberflächenaktiver Substanz eine Pulverdispersion herzustellen. Manchmal verwendet man zur Dispergierung des Pulvers auch wasserlösliche Bindemittelharze. Dann schickt man das Gemisch zur Verringerung der Teilchengröße des Lacks durch eine Mühle und versetzt es mit Wasser und Dispergiermitteln. Bisher hatten nach dieser Methode hergestellte Pulverlacke zu Beginn des Verfahrens eine Teilchengröße im Bereich von 5 bis 105 Mikron. Die größeren Teilchen werden mittels einer Kugelmühle, Sandmühle oder eines Attritors (Warenzeichen der Attritor Company fur eine Mahlvorrichtung zum schnellen und feinen Mahlen) zerkleinert, um die Teilchengröße des Lacks zwecks Erzielung bestmöglicher Glätte zu verringern. Mit herkömmlichen Mahlvorrichtungen einschließlich Hammer- und WSM-Mühlen erreicht man nur schwer durchschnittliche Teilchengrößen unter 18 Mikron, da sich beträchtliche wärmemengen entwickeln, die mit Hilfe von flüssigem Stickstoff oder anderen Mitteln neutralisiert werden müssen.
- Das Vermahlen in einer Strahlmühle dient bekanntlich zur Herstellung von Tonern und anderen sehr feinteiligen Tintenprodukten. Es wird jedoch in der Pulverlacktechnik nicht eingesetzt, da Teilchen mit einer Größe unter 20 Mikron in Pulverlacken zur Agglomeration neigen. Da sie zu größeren Teilchen agglomerieren, lassen sich feine Pulver schlecht sprühen. Außerdem ist aufgrund dieser Agglomeration die entstehende Lackierung sehr rauh. Beim Vereinigen feiner Pulver mit Wasser zur Herstellung einer Pulverdispersion läßt sich das Pulver nur schlecht in Wasser benetzen, und auf der Oberfläche der entstehenden Mischung schwimmt häufig Pulver, wobei nur sehr wenig Pulver im Wasser benetzt wird. Die geringe Pulvermenge, die in das Wasser übergeht, hat im allgemeinen eine "falsche Beschaffenheit", d.h. die Konsistenz von Schlagsahne oder Rasierschaum. Außerdem kann das Wasser-Pulver-Gemisch nur bei geringen Feststoffkonzentrationen hergestellt werden. Die aus diesem Gemisch erhaltene Dispersion läßt sich nicht spritzen.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Pulverdispersionslacks mit einer durchschnittlichen Teilchengröße unter 10 um, wobei mindestens 50% der Teilchen eine Größe von 3 bis 5 um haben, bereit. Diese Pulverdispersion muß nach der Herstellung des Lacks nicht mehr gemahlen werden. Ferner löst das erfindungsgemäße Verfahren die Probleme der Teilchenagglomeration, des geringen Feststoffgehalts und der niedrigen Viskosität. Die Dispersionslacke benötigen zur Bildung eines Films keine wasserlöslichen Bindemittel oder Lösungsmittel. Die erhaltenen Lacke liefern einen sehr glatten Film mit hohem Glanz.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Pulverdispersionslackzusammensetzung, bei dem man:
- (a) ein Pulverlack-Extrudat herstellt;
- (b) das Extrudat abkühlt und zu einem Flächengebilde formt;
- (c) das Extrudat zu Plättchen zerkleinert;
- (d) die Plättchen in einer Strahlmühle zu einem Pulver vermahlt, in welchem mindestens 50% der Teilchen eine Größe von 3 bis 10 um haben;
- (e) das Pulver Wasser zusetzt, das ein Netzmittel enthält, wobei die Oberflächenspannung des Wassers < 30 dyn/cm (0,03 N/m) beträgt; und gegebenenfalls
- (f) ein rheologiesteuerndes Mittel zusetzt.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Pulverdispersionslackzusammensetzung. Dabei stellt man eine Pulverlackzusammensetzung her und extrudiert den Pulverlack anschließend zu einem Flächengebilde. Das Flächengebilde wird abgekühlt und dann zur Herstellung von Lackplättchen durch einen Schroter geschickt. Dann werden die Plättchen in einer Strahlmühle gemahlen. Die Plättchen können auch so verarbeitet werden, daß man sie zunächst in einer Hammer- oder Windsichtermühle (WSM) und danach in einer Strahlmühle vermahlt. Beim Vermahlen in der Strahlmühle werden mindestens 50% der Plättchen auf eine Teilchengröße von 3-5 um zerkleinert, wobei die übrigen Teilchen maximal 10 um groß sind.
- Die Pulverdispersion wird durch Zusatz des Pulvers zu Wasser hergestellt. Vor der Zugabe des Pulvers setzt man dem Wasser zur Verringerung der Oberflächenspannung eine oberflächenaktive Substanz zu. Optimale Teilchenbenetzung erfolgt bei einer Oberflächenspannung von 30 dyn/cm (0,03 N/m) oder weniger. Bei einer oberflächenspannung über 30 dyn/cm (0,03 N/m) schwimmt das Pulver in allgemeinen auf Wasser. Als oberflächenaktive Substanz eignet sich beispielsweise Tergitol TMN-6 von Union Carbide, New York, New York, USA. Man arbeitet die oberflächenaktive Substanz in einer Menge von 0,05 bis 4,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Dispersionslacks, ein.
- Nach der Zugabe des Pulverlacks zu Wasser setzt man zur Verhinderung der Agglomeration des benetzten Pulvers Dispergiermittel zu. Als Dispergiermittel eignen sich u.a. anionische Acrylatpolymere wie Tamol 731 oder Tamol 850 (Warenzeichen von Rohm änd Haas, Philadelphia, Pennsylvania, USA). Man setzt das Dispergiermittel in einer Menge von 0,5 bis 10,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Dispersionslacks, zu.
- Man kann auch rheologiesteuernde Mittel zusetzen, um das Pulver suspendiert zu halten und die richtige Rheologie für Spritzapplikationen zu liefern. Das rheologiesteuernde Mittel kann anionisch, nichtionisch oder kationisch sein. Es wird durch die Zusammensetzung des Pulverlacks bestimmt, wobei derartige Informationen für den Fachmann leicht erhältlich sind. Man setzt das rheologiesteuernde Mittel in einer Menge von 0,50 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Dispersionslacks, zu.
- Die erhaltene Dispersion wird mit Hilfe eines Homogenisators verarbeitet, wobei jegliche verbleibenden Pulveragglomerate aufgebrochen werden. Dazu verwendet man in der Produktion in der Regel eine in line-Dispergiervorrichtung. Nach der Homogenisierung wird die Dispersion zur Abtrennung jeglichen Fremdmaterials filtriert. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geschieht dies mit einem 400-Mesh-Sieb (38 um).
- Erfindungsgemäße Pulverdispersionslacke können auch zur Formulierung von Grundierungen und farbigen Basislacken mit Metallic-Effekten verwendet werden.
- Grundierungen oder andere pigmentierte Lacke formuliert man durch Zusatz der erforderlichen Pigmente bei der vor der Extrusion erfolgenden Trockenvermischung. Zur Formulierung von Pulverdispersionslacken kommt das oben definierte Verfahren zum Einsatz. Metallic-Basislack- Dispersionen werden folgendermaßen formuliert. Zunächst stellt man wie oben beschrieben eine Pulverdispersion her. Dann bildet man durch Zusatz von Aluminium oder Glimmer zu einem Gemisch aus Wasser und der gleichen oberflächenaktiven Substanz wie oben für die Pulverdispersion beschrieben eine Metallic-Dispersion. Man setzt das Aluminium oder den Glimmer in Mengen unter 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metallic-Dispersion, zu. Bei Verwendung von Aluminium verwendet man zur Verhinderung des durch Oxidation des Aluminiums in der Basislackdispersion verursachten Gasens des Aluminiumpigments chromatiertes oder verkapseltes Aluminiumpigment. Die Metallic-Dispersion wird zur Beseitigung von Agglomeraten gerührt und dann der Pulverlackdispersion zugesetzt, bis das gewünschte Pigment-Bindemittel-Verhältnis erreicht ist. Dann filtriert man die das Metallic-Pigment enthaltende Pulverlackdispersion durch ein Maschensieb. Die Siebgröße wird durch die Größe der verwendeten Metallic-Teilchen bestimmt. Danach setzt man zur Erhöhung der Viskosität des Lacks zwecks Lieferung des gewünschten Metallic-Effekts gegebenenfalls ein rheologiesteuerndes Mittel zu. Dann stellt man die Viskosität der Dispersion so ein, daß sie sich zur Spritzapplikation eignet. Will man die Viskosität verringern, so verdünnt man mit Wasser. In den für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeigneten Lackzusammensetzungen ist u.a. ein beliebiges geeignetes polymeres Harz enthalten. Zu diesen Harzen zählen u.a. Acrylatharze, Epoxidharze, aminomdifizierte Harze, phenolische Harze, gesättigte und ungesättigte Polyesterharze, Harnstoffharze, Urethanharze, blockierte Isocyanatharze und deren Gemische.
- Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind Acrylatharze mit einer Hydroxylzahl von 20 bis 120 und einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 3.000 bis 35.000 und ein blockiertes Isocyanatharz in einem Gewichtsverhältnis von 100/5 bis 100/100, vorzugsweise von 100/10 bis 100/50, besonders bevorzugt eine Zusammensetzung, in der das blockierte Isocyanatharz ein Isocyanatäquivalent von 100 bis 2.000 aufweist und das Acrylatharz und das blockierte Isocyanatharz in einem solchen Verhältnis gemischt sind, daß das Verhältnis der Zahl der Isocyanatgruppen zur Zahl der Hydroxylgruppen 0,4 bis 1,2 beträgt, bevorzugt.
- Bevorzugt sind auch Zusammensetzungen, die ein Acrylatcopolymer mit 0,5 bis 50 Gew.-% glycidylgruppenhaltigem Monomer und mindestens einem Mitglied der Gruppe bestehend aus zweiwertigen Säuren, mehrwertigen Säuren und Säureanhydriden enthalten. Die Herstellung der polymeren Lackzusammensetzungen erfolgte so, wie es in den folgenden Beispielen ausgeführt ist.
- Die Auftragung der Lacke erfolgte mit einer Siphonpistole, Modell Nr. 62, von Binks. Auf Bleche wurden über kaltgewalztem Stahl (KGS) 0,9 bis 1,2 Millizoll (23 bis 30 um) dicke Lackierungen aufgespritzt. Die Bleche wurden zehn Minuten abgelüftet, anschließend 10 Minuten bei 120ºF (49ºC) vorgebrannt und danach 30 Minuten bei 350ºF (177ºC) eingebrannt. Dabei dient die 10minütige Vornbrennzeit zur Verdampfung des anwesenden Wassers. Nach der Verdampfung des Wassers härtet die Pulverdispersion unter den gleichen Bedingungen wie das Basispulver, aus dem sie hergestellt wurde. Alternativ dazu wurden Bleche ohne Ablüftung in einen 130ºF (54ºC) heißen Ofen eingebracht und zur Entfernung von Wasser einige Minuten getrocknet. Danach wurden die Bleche 30 Minuten bei 350ºF (177ºC) eingebrannt. Die erhaltenen Bleche zeigten keinerlei Anzeichen von lösungsmittelbedingter Kocherbildung oder Ausgasung.
- Die Metallic-Pulverdispersion kann durch Spritzen oder elektrostatisch appliziert werden. In der Regel bringt man die Metalliclackdispersion auf eine Elektrotauchlackierung auf. Nach der Applikation der Metallic-Dispersionszusammensetzung wird 10 Minuten bei 120 bis 140ºF (49 bis 60ºC) vorgebrannt. Dann wurden die Bleche 30 Minuten bei 350ºF (177ºC) eingebrannt. Durch Einstellung der Pulverformulierung kann man auch bei niedrigeren Temperaturen aushärtende Materialien herstellen.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt man ohne den Einsatz von Cosolventien in Verbindung mit Wasser aus, die zur Vermeidung von Ausgasung oder lösungsmittelbedingter Kocherbildung eine langsamere Härtung erfordern.
- Die hier beschriebenen Pulverdispersionslackzusammensetzungen eignen sich sowohl für Basislack- als auch Klarlackanwendungen. Die erhaltenen Lackzusammensetzungen bilden glatte Filme mit hohem Glanz.
- Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele erläutert.
- Die folgende Zusammensetzung wurde verwendet. Alle Mengen sind in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverlackzusammensetzung, angegeben.
- Der Acrylat-Urethan-Lack wird durch Trockenvermischen der Ausgangsmaterialien mit einem Henchel- Mischer oder einem anderen geeigneten Mischer hergestellt. Danach werden die trockenen Bestandteile in einem geeigneten Extruder, wie z.B. einem ZSK-30- Extruder von Warner und Pfleiderer in der Schmelze vermischt. Dann wird das Extrudat zu einem Flächengebilde gepreßt und durch Kühlwalzen gekühlt. Das erhaltene Flächengebilde wird zu Plättchen zerkleinert.
- 1 Hydroxyfunktionelles Acrylat von S. C. Johnson and Son, Racine, Wisconsin 53403, USA.
- 2 Vestagon B1065, mit ε-Caprolactam blockiertes Isophorondiisocyanat-Addukt von Hüls America, Piscattaway, New Jersey, USA.
- 3 Perenol F-30-P von Henkel, Ambler, Pennsylvania 19002, USA.
- 4 Uraflow B von GCA Chemical, Bradenton, Florida 34205, USA.
- 5 Tinuvin 144 von Ciba Geigy, Ardsley, New York 10502, USA.
- Die folgende Zusammensetzung wurde verwendet. Alle Mengen sind in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverlackzusammensetzung, angegeben.
- Die Herstellung des Acrylatlacks erfolgt analog Beispiel 1.
- 1 Hydroxyfunktionelles Acrylat von S. C. Johnson and Son, Racine, Wisconsin 53403, USA.
- 2 Vestagon B1065, mit ε-Caprolactam blockiertes Isophorondiisocyanat-Addukt von Hüls America, Piscattaway, New Jersey, USA.
- 3 Perenol F-30-P von Henkel, Ambler, Pennsylvania 19002, USA.
- Die Lackzusammensetzung besaß die folgende Zusammensetzung. Alle Mengen sind in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverlackzusammen setzung, angegeben.
- Die Herstellung der Beschichtungszusammensetzung erfolgte analog Beispiel 1.
- 1 Almatex Pd 7610, Anderson Development, Adrian, Michigan, USA.
- 2 Resimine RL-4², Mitsuitoatsu Chemicals, Osaka, Japan.
- 3 Tinuvin 900 von Ciba Geigy, Ardsley, New York 10502, USA.
- 4 Tinuvin 144 von Ciba Geigy, Ardsley, New York 10502, USA.
- Acrylatpulverlack wurde in den Speisekasten der Luftwirbelmühle Modell 100 gefüllt und der Mahlkammer über einen Schneckenförderer zugeführt. Das Mahlgut wurde durch ein regelbares Klassierrad und eine feste Zyklonkammer klassiert.
- Alle Teilchengrößenanalysen erfolgten auf einem Granulometer Modell 720 von Cila. Das Einsatzmaterial bestand aus großen Plättchen mit einem Durchmesser von etwa 1/2 Zoll (12,7 mm) und einer Dicke von 1/8 Zoll (3,2 mm).
- Bei allen Prüfungen wurden Mahlstrahlen unter einen Druck von 6 bar gesetzt, und der Mahlkammerdruck wurde bei 0 bar gehalten. Alle Einstellungen wurden durch Veränderung der Geschwindigkeit des Stahlklassierrads vorgenommen. Tabelle 1 Teilchengrößenanalyse
- Alle Bestandteile werden in den nachfolgend angegebenen Mengen zugesetzt. Man vereinigt Wasser und ein Netzmittel. Dann setzt man dem Wasser die Acrylat- Urethan-Plättchen, bei denen es sich um ein Pulver, in dem 50% des Pulvers eine Teilchengröße von 3 bis 5 Mikron aufweisen, handelt, zu. Nach Zusatz von Dispergiermittel wird das Gemisch mit einem rheologiesteuernden Mittel versetzt.
- Entsalztes Wasser 58,02
- Acrylat-Urethan-Pulverlack¹ 38,68
- Dispergiermittel² 0, 60
- Oberflächenaktive Substanz³ 0,19
- Rheologiesteuerndes Mittel&sup4; 1,02
- Diethylethanolamin 0,43
- ¹ Gemäß Beispiel 1.
- ² Tamol 731 von Rohm and Haas, Philadelphia, Pa. 19105, USA.
- ³ Tergitol TMN-6 von Union Carbide, New York, N. Y., USA.
- &sup4; Acrysol ASE-60 von Rohm and Haas, Philadelphia, Pa. 19105, USA.
- Alle Mengen sind in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersionszusammensetzung, angegeben.
- Aus den folgenden Bestandteilen wurde eine Metallic-Dispersion hergestellt.
- Chromatiertes Aluminiumplättchenpigment¹ 51,4 Gramm Entsalztes Wasser 205,0 Gramm
- Oberflächenaktive Substanz² 0,3 Gramm
- 1 Chromatiertes Aluminiumplättchenpigment von Obron Atlantic, Painseville, Ohio, USA.
- 2 Tergitol TMN-6 von Union Carbide, New York, N. Y., USA.
- Die Herstellung der Metallic-Dispersion erfolgte durch Zusatz von Aluminium zu einem Gemisch aus Wasser und oberflächenaktiver Substanz. Die Metallic- Dispersion wurde zur Beseitigung von Agglomeraten gerührt. Dann wurde die Metallic-Dispersion der Pulverlackdispersion mit der folgenden Zusammensetzung zugesetzt.
- Acrylatlackzusammensetzung aus Bsp. 2 283,5 Gramm
- Entsalztes Wasser 425,07 Gramm
- Oberflächenaktive Substanz¹ 0,2 Gramm
- Dispergiermittel² 0,8 Gramm
- Diethylethanolamin 1,3 Gramm
- Rheologiesteuerndes Mittel³ 2,73 Gramm
- ¹ Tergitol TMN-6 von Union Carbide, New York, N. Y., USA.
- ² Tamol 731 von Rohm and Haas, Philadelphia, Pa. 19105, USA.
- ³ Acrysol ASE-60 von Rohm and Haas, Philadelphia, Pa. 19105, USA.
- Danach wurde die Lackzusammensetzung durch ein 325-Mesh-Sieb (0,044-mm-Sieb) filtriert und für die Spritzapplikation auf einen Feststoffgehalt von 50% verdünnt.
- Gemäß Beispiel 2 hergestellte Lacke wurden mit einer Siphonpistole, Modell Nr. 62, von Binks über KGS und schwarzem wäßrigem Basislack appliziert. Die Bleche wurden zehn Minuten abgelüftet, anschließend 10 Minuten bei 120ºF (49ºC) vorgebrannt und danach 30 Minuten bei 350ºF (177ºC) eingebrannt. Auf die Bleche wurden über kaltgewalztem Stahl (KGS) 0,9 bis 1,2 Millizoll (23 bis 30 um) dicke Lackierungen aufgespritzt. Die Lackie rungen waren sehr glatt und wiesen einen guten Glanz auf.
- Die Glanzergebnisse sind nachfolgend aufgeführt.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung einer Pulver
dispersionslackzusammensetzung, bei dem man:
(a) ein Pulverlack-Extrudat herstellt;
(b) das Extrudat abkühlt und zu einem
Flächengebilde formt;
(c) das Extrudat zu Plättchen zerkleinert;
(d) die Plättchen in einer Strahlmühle zu einem
Pulver vermahlt, in welchem mindestens 50%
der Teilchen eine Größe von 3 bis 10 um
haben;
(e) Wasser ein Netzmittel zusetzt, wodurch die
oberflächenspannung auf < 30 dyn/cm
(0,03 N/m) verringert wird; und
(f) dem Wasser und dem Netzmittel das Pulver
aus (d) zusetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man außerdem
die Lackplättchen aus Schritt (c) vor dem Vermahlen in
einer Strahlmühle in einer Mühle aus der Gruppe
bestehend aus einer Hammermühle und einer
Windsichtermühle vermahlt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man
außerdem die erhaltene Pulverdispersion homogenisiert.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei dem
man außerdem die erhaltene Pulverdispersion filtriert.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei dem
die Pulverdispersionslackzusammensetzung ≤40 Gew.-%
Pulver enthält.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei dem
man das Netzmittel in einer Menge von 0,05 bis 4,0
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Pulverdispersionslackzusammensetzung, zusetzt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei dem
es sich bei der Pulverlackzusammensetzung um eine
Klarlackzusammensetzung handelt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die
Klarlackzusammensetzung ein Acrylat-Urethan-Harz
enthält.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei dem
es sich bei der Pulverlackzusammensetzung um eine
Basislackzusammensetzung handelt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die
Basislackzusammensetzung ein Acrylat-Urethan-Harz
enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem man
außerdem eine ein Metallpigment, Wasser und eine
oberflächenaktive Substanz enthaltende Dispersion
zusetzt.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei dem
es sich bei der Pulverlackzusammensetzung um eine
pigmentierte Grundierung handelt.
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