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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf pulverförmige wärmehärtbare Zusammensetzungen, die als
Bindemittel ein Gemisch eines amorphen Polyesters, eines semikristallinen
Polyesters und eines Vernetzungsmittels umfassen, die durch Härten Beschichtungen
mit schwachem Glanz, insbesondere matte Beschichtungen liefern.
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Die
Erfindung bezieht auch auch auf die Verwendung dieser Zusammensetzungen
für die
Herstellung von pulverförmigen
Farben und Lacken, die Beschichtungen mit schwachem Glanz liefern,
sowie auf die Beschichtungen mit schwachem Glanz, die aus diesen
Zusammensetzungen erhalten werden.
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Derzeit
werden die pulverförmigen
wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen weit verbreitet als Farben und Lacke
zur Bildung von dauerhaften Schutzbeschichtungen auf den unterschiedlichsten
Gegenständen
verwendet. Die pulverförmigen
Beschichtungszusammensetzungen besitzen zahlreiche Vorteile im Vergleich
zu den Beschichtungszusammensetzungen, die in Form von Lösungen in
einem organischen Lösungsmittel
vorliegen; einerseits fallen die von den Lösungsmitteln verursachten Sicherheits-
und Umweltprobleme voltständig
weg, andererseits werden, während
die Beschichtungszusammensetzungen auf der Basis von Lösungsmitteln
den Nachteil haben, nur teilweise verwendet werden zu können – bei bestimmten
Typen des Aufbringens kommen nur 60% oder weniger der aufgebrachten
Beschichtungszusammensetzung mit dem Substrat in Kontakt und dieser
Teil, der mit dem Substrat nicht in Kontakt kommt, ist nicht wiedergewinnbar –, die pulverförmigen Beschichtungszusammensetzungen
zu 100% verwendet, da nur das Pulver in direktem Kontakt mit dem
Substrat von diesem zurückgehalten
wird, wobei der Pulverüberschuss
im Prinzip voltständig rückgewinnbar
und wiederverwendbar ist. Deshalb sind diese pulverförmigen Zusammensetzungen
im Vergleich zu den Beschichtungszusammensetzungen, die in Form
von Lösungen
in einem organischen Lösungsmittel
vorliegen, bevorzugt.
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Die
pulverförmigen
Beschichtungszusammensetzungen enthalten im Allgemeinen ein wärmehärtbares
organisches Bindemittel und gegebenenfalls Füllstoffe, Pigmente, Katalysatoren
und verschiedene Zusätze,
um ihr Verhalten an ihre Verwendung anzupassen.
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Die
Herstellung dieser wärmehärtbaren
Pulver erfolgt auf die folgende Weise. Man mischt bei Raumtemperatur
den oder die Polyester, das Vernetzungsmittel, den etwaigen Katalysator,
die Pigmente, die Füllstoffe
und anderen Zusätze
trocken in den zum Erhalt einer pulverförmigen Farbe oder eines pulverförmigen Lacks
erforderlichen Anteilen. Man leitet das so erhaltene Gemisch in
einen Extruder, um dort ein Homogenisieren in geschmolzener Phase
bei einer Temperatur von im Allgemeinen 80 bis 150°C zu bewirken.
Man lässt das
aus dem Extruder austretende Gemisch abkühlen, man zerkleinert es und
man siebt es, um ein Pulver mit der gewünschten Granulometrie zwischen
10 und 150 Mikrometern zu erhalten.
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Die
so erhaltenen pulverförmigen
Farben und Lacke werden auf an sich bekannte Weise mit einer elektrostatischen
oder triboelektrischen Spritzpistole oder durch die Technik der
Abscheidung im Fließbett
auf das zu beschichtende Objekt aufgebracht. Das so beschichtete
Objekt wird dann in einem Ofen erhitzt, wo das Bindemittel bei hoher
Temperatur schmilzt und vernetzt.
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Die
aus pulverförmigen
wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen erhaltenen gehärteten Beschichtungen müssen ein
glattes, gleichmäßiges, fehlerfreies
und vor allem von "Orangenhaut" freies Aussehen
aufweisen; sie müssen
gute mechanische und chemische Eigenschaften und eine gute Witterungsbeständigkeit
besitzen.
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Außerdem ist
es wesentlich, dass die pulverförmigen
Beschichtungszusammensetzungen während
einer ausreichenden Zeitdauer nach ihrer Herstellung und ihrer Verpackung
in Form von frei rieselnden Pulvern verbleiben, ohne während des
Transports und der Lagerung wieder zusammenzuklumpen.
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Die üblicherweise
verwendeten und im Handel erhältlichen
pulverförmigen
wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen enthalten als Bindemittel ein Gemisch
eines amorphen Polyesters mit Carboxyl- oder Hydroxylgruppen mit
einer Glasübergangstemperatur
(Tg) zwischen 45 und 80°C
mit einem Vernetzungsmittel mit funktionellen Gruppen, die mit den
Carboxyl- oder Hydroxylgruppen des Polyesters reagieren können.
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Die
in diesen Zusammensetzungen verwendeten amorphen Polyester sind
diejenigen, die aus aromatischen Dicarbonsäuren, wie Terephthalsäure oder
Isophthal säure,
und gegebenenfalls aliphatischen Dicarbonsäuren, wie Adipinsäure, und
verschiedenen Polyolen, wie Neopentylglykol, Ethylenglykol, Trimethylolpropan
usw. erhalten werden.
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Diese
Zusammensetzungen auf der Basis von amorphen Polyestern sind bei
der Lagerung stabil und erzeugen Beschichtungen von ausgezeichneter
Qualität,
unter anderem eine Oberfläche
ohne sichtbare Fehler und gute mechanische Eigenschaften. Unter
diesen Zusamzensetzungen liefern die Zusammensetzungen auf der Basis
von an Isophthalsäure
reichen amorphen Polyestern Beschichtungen, die für ihre ausgezeichnete
Leistung bei der Außenexposition
sehr geschätzt
werden.
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Jedoch
liefern diese Zusammensetzungen auf der Basis von amorphen Polyestern
nach Härten
Beschichtungen, die einen sehr hohen Glanz aufweisen. Der Glanz,
gemessen unter einem Winkel von 60° gemäß der Norm ASTM D 523, ist
oft höher
als 90%.
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Es
wurden auch bereits pulverförmige
Beschichtungszusammensetzungen vorgeschlagen, bei denen das Bindemittel
einen semikristallinen Polyester enthält.
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So
besteht in dem europäischen
Patent 521 992 das vorgeschlagene Bindemittel aus einem Gemisch von
wenigstens einem semikristallinen Polyester mit einer Säurezahl
von 10 bis 70 mg KOH pro Gramm und wenigstens einem amorphen Polyester
mit einer Glasübergangstemperatur
(Tg) von wenigstens 30°C
und einer Säurezahl
von 15 bis 90 mg KOH pro Gramm mit einem Vernetzungsmittel, das
eine Epoxidverbindung, eine aktivierte Verbindung mit Hydroxyl-
oder Thiolgruppen oder ein Oxazolin sein kann.
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Die
semikristallinen Polyester sind durch eine oder mehrere Glasübergangstemperaturen
(Tg), die 55°C
nicht übersteigen,
und einen scharten Schmelzpunkt von 50 bis 200°C gekennzeichnet.
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Gemäß diesem
Patent unterscheiden sich die semikristallinen Polyester von den
amorphen Polyestern durch die Tatsache, dass die semikristallinen
Polyester eine heterogene Morphologie haben (sie enthalten ein Phasengemisch),
opak und weiß bei
Raumtemperatur sind, eine geringe Viskosität in der Schmelze aufweisen,
in den organischen Lösungsmitteln
unlöslicher
sind und eine sehr große
Regelmäßigkeit
der Struktur aufweisen. Die in den Ausführungsbeispielen dieses Patents beschriebenen
und verwendeten semikristallinen Polyester sind diejenigen, die
durch Polykondensation aus Dicarbonsäuren, die einen aromatischen
oder aliphatischen Ring enthalten, wie Terephthalsäure und
1,4-Cyclohexandicarbonsäure,
und aus gesättigten
aliphatischen Diolen mit linearer Kette, wie 1,6-Hexandiol und 1,10-Decandiol, erhalten
werden; man fügt
dazu außerdem
aliphatische Dicarbonsäuren
mit linearer Kette, wie Adipinsäure,
Bernsteinsäure
oder 1,12-Dodecandisäure
zu. Die verwendeten amorphen Polyester sind die Polyester mit Carboxylgruppen,
die üblicherweise
in den pulverförmigen
Farben und Lacken verwendet werden; diese Polyester können reich
an Isophthalsäure
sein, um Beschichtungen zu erhalten, die für den Außenbereich bestimmt sind und
eine gute Witterungsbeständigkeit
haben.
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Nach
diesem Patent bringt die Gegenwart des semikristallinen Polyesters
in dem Bindemittel eine Beschichtung mit einem ausgezeichneten Gesamtaussehen,
frei von "Orangenhaut" und mit verbesserten
mechanischen Eigenschaften hervor.
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Jedoch,
wie es die Tabelle I am Ende der Beschreibung dieses Patents zeigt,
weisen die aus diesen Zusammensetzungen erhaltenen Beschichtungen
alle einen sehr hohen Glanz auf; der Glanz, gemessen unter einem
Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523, kann zwischen 82 und 87% variieren.
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In
dem amerikanischen Patent 5.373.084 werden pulverförmige wärmehärtbare Beschichtungszusammensetzungen
vorgeschlagen, die als Bindemittel ein Gemisch eines speziellen
semikristallinen Polyesters, eines amorphen Polyesters und eines
Vernetzungsmittels umfassen. Die in diesem Patent vorgeschlagenen
speziellen semikristallinen Polyester sind diejenigen, die erhalten
werden durch Veresterung einer gesättigten aliphatischen Dicarbonsäure mit
linearer Kette, hauptsächlich
1,12-Dodecandisäure, mit
einem gesättigten
aliphatischen Diol mit linearer Kette, hauptsächlich 1,6-Hexandiol, und indem
man gegebenenfalls ein trifunktionelles Polyol, wie Trimethylolpropan
oder Glycerin, oder eine trifunktionelle Polycarbonsäure, wie
Trimellitsäure,
zusetzt, um verzweigte Polyester zu erhalten. Diese semikristallinen
Polyester haben eine Säure- oder
Hydroxylzahl von etwa 20 bis 120, vorzugsweise etwa 30 bis 80 mg
KOH pro Gramm und einen Schmelzpunkt von 40 bis 200°C, vorzugsweise
von 60 bis 150°C.
Die verwendeten amorphen Polyester sind die herkömmlichen amorphen Polyester
mit Hydroxyl- oder Carboxylgruppen; diese Polyester haben vorzugsweise eine
Glasübergangstemperatur
(Tg) von wenigstens 50°C
und eine Hydroxyl- oder Säurezahl
von etwa 25 bis 80 mg KOH pro Gramm. Man stellt jedoch fest, dass
die einzigen, in diesem Patent beschriebenen und verwendeten amorphen
Polyester amorphe Polyester sind, die reich an Terephthalsäure sind,
deren Säurebestandteil
wenigstens 50 Mol-% Terephthalsäure
enthält
und deren Alkoholbestandteil wenigstens 50 Mol-% Neopentylglykol
und bis zu 10 Mol-% Trimethylolpropan enthält; dagegen werden amorphe
Polyester, die reich an Isophthalsäure sind, in diesem Patent
nicht erwähnt.
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Die
in diesem Patent vorgeschlagenen speziellen semikristallinen Polyester
wirken insbesondere als reaktive Weichmacher. In den Ausführungsbeispielen
wird gezeigt, dass, wenn die pulverförmige Zusammensetzung eine
geringe Menge des weichmachenden semikristallinen Polyesters enthält (höchstens
10 Gew.-%, berechnet in Bezug auf das Gesamtgewicht des amorphen
Polyesters und semikristallinen Polyesters), die Zusammensetzung
Beschichtungen mit verbesserten Eigenschaften liefert, in diesem
Fall ein glattes Aussehen und mit wenig "Orangenhaut", einen Glanz, gemessen unter einem
Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523, von 96 bis 97%, eine gute Stifthärte und ausgezeichnete mechanische
Eigenschaften. Jedoch offenbart das amerikanische Patent 5.373.084
genauso wie das zuvor angeführte
europäische
Patent 521.992 nicht die Möglichkeit,
Beschichtungen zu erhalten, die einen schwachen Glanz aufweisen,
beispielsweise Beschichtungen, deren Glanz, gemessen unter einem
Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523, geringer als 50% ist.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 97/20895 betrifft pulverförmige wärmehärtbare Zusammensetzungen,
die einen amorphen Polyester mit Carboxylgruppen und einen semikristallinen
Polyester mit Carboxylgruppen umfassen.
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Der
amorphe Polyester besteht, bezogen auf die gesamten Säuren, aus
70 bis 100 Mol-% Isophthalsäure
und 0 bis 30 Mol-% wenigstens einer weiteren aliphatischen und/oder
cycloaliphatischen und/oder aromatischen Polycarbonsäure und,
bezogen auf die gesamten Alkohole, aus 70 bis 100 Mol-% Neopentylglykol und/oder
2-Butyl-2-ethyl-1,3-propandiol und 0 bis 30 Mol-% wenigstens eines
weiteren aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Polyols.
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Der
semikristalline Polyester besteht, bezogen auf die gesamten Alkohole,
aus 85 bis 100 Mol-% 1,4-Cyclohexandiol und 0 bis 15 Mol-% wenigstens
eines weiteren aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Polyols
und, bezogen auf die gesamten Säuren,
aus 85 bis 100 Mol-% einer aliphatischen gesättigten Dicarbonsäure mit
linearer Kette mit 4 bis 14 Kohlenstoffatomen und 0 bis 15 Mol-%
wenigstens einer weiteren aliphatischen und/oder cycloaliphatischen
und/oder aromatischen Polycarbonsäure.
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Diese
Zusammensetzungen liefern Beschichtungen, deren Witterungsbeständigkeit
bemerkenswert, deren mechanische Eigenschaften ausgezeichnet sind,
aber deren Glanz hoch ist (85 bis 98% bei 60° gemäß der Norm ASTM D523).
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Nun
besteht aber mehr und mehr ein Bedarf, über wärmehärtbare pulverförmige Farben
und Lacke verfügen
zu können,
die Beschichtungen liefern, die einen schwachen Glanz aufweisen,
wie beispielsweise seidenmatte oder seidenglänzende Beschichtungen oder
matte Beschichtungen, die unter anderem für die Beschichtung bestimmter
Zubehörteile
der Automobilindustrie, wie Radfelgen, Stoßstangen usw., oder auch für die Beschichtung
von metallischen Platten und Trägern,
die in der Bauwirtschaft verwendet werden, verwendbar sind.
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Es
wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um pulverförmige Farben
und Lacke zu erhalten, die Beschichtungen liefern, die einen schwachen
Glanz aufweisen. Jedoch hat die Erfahrung gezeigt, dass es schwierig
ist, eine Farbe oder einen Lack herzustellen, die/der unter den üblichen
Bedingungen der Extrusion und des Härtens vollkommen zuverlässig und
reproduzierbar eine matte oder seidenmatte Oberfläche liefern
kann. Gemäß einem
dieser Verfahren führt
man in die Zusammensetzung des Pulvers zusätzlich zu dem Bindemittel und
den herkömmlichen
Pigmenten ein oder mehrere spezielle Mattierungsmittel, wie Siliciumdioxid,
Talk, Kreide und Metallsalze ein. Jedoch ist die Verminderung des
Glanzes oft unzureichend und man stellt eine deutliche Verschlechterung
der Eigenschaften der Farbüberzüge fest,
wie beispielsweise eine mangelnde Haftung auf dem Metallsubstrat.
Um diese Nachteile zu beheben, wird in dem europäischen Patent 165.207 vorgeschlagen,
Wachse, beispielsweise ein Polyolefinwachs, und Metallsalze (beispielsweise Zink-2-benzothiazolethiolat)
in pulverförmige
wärmehärtbare Zusammen setzungen
auf der Basis von Polyestern mit Carboxylendgruppen und Epoxidverbindungen,
wie Triglycidylisocyanurat, zuzusetzen. Desgleichen werden in dem
amerikanischen Patent 4.242.253 als Zusätze Calciumcarbonat und fein
verteilte Polypropylenteilchen vorgeschlagen, um Beschichtungen
mit schwachem Glanz herzustellen. Der Nachteil dieses Systems ist,
dass die anorganischen Füllstoffe,
die oft in großen
Mengen zugesetzt werden, die bei der Herstellung der Pulver verwendeten
Extruder beschädigen
können
und dem gewünschten
Oberflächenaussehen
der erhaltenen Beschichtung schaden, die oft ein raues und unregelmäßige Aussehen
aufweist. Im Übrigen
wandern die zugesetzten Wachse leicht zur Oberfläche, was inakzeptable Veränderungen
des Mattierungsgrads der Beschichtung im Lauf ihrer natürlichen
Alterung bewirkt. Außerdem
hat die Tatsache, zusätzliche
Füllstoffe
in großen
Mengen zusetzen zu müssen,
zusätzliche
Kosten zur Folge und stellt an sich einen Nachteil dar.
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Gemäß dem amerikanischen
Patent 3.842.035 ist bekannt, eine matte Oberfläche herzustellen, indem man
eine Beschichtungszusammensetzung verwendet, die durch trockenes
Mischen von zwei pulverförmigen wärmehärtbaren
Zusammensetzungen, die getrennt extrudiert wurden, erhalten wird.
Eine von ihnen ist eine langsam härtende Zusammensetzung (lange
Gelzeit) und die andere eine Zusammensetzung, die schnell härtet (kurze
Gelzeit). Durch dieses System ist es möglich, nach Härten eine
matte Beschichtung zu erhalten, ohne dass es notwendig ist, der
pulverförmigen
Zusammensetzung ein spezielles Mattierungsmittel zuzusetzen. Der
Hauptnachteil dieses Systems ist, dass es das trockene Mischen großer Mengen
von bereits formulierten Pulvern erfordert, was nicht einfach durchzuführen ist,
vor allem in industriellem Maßstab.
Außerdem
ist es, da dieses Mischen nicht kontinuierlich erfolgen kann, sondern
nur in Pulverchargen, nicht einfach, den gleichen Mattierungsgrad
für die
Beschichtungen zu erzielen, wenn man von einer Pulvercharge zur
anderen übergeht.
Schließlich
kann das Pulver, das nach einem ersten Versprühen wiedergewonnen und als
Farbe wiederverwendet wird, nicht die gleiche Zusammensetzung haben,
die das Pulver beim ersten Versprühen hatte, was ebenfalls eine
Veränderung
im erzielten Mattierungsgrad zur Folge hat.
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Es
gibt noch weitere Systeme, die dazu bestimmt sind, matte Beschichtungen
zu erhalten, bei denen man sich zweier Polymere von unterschiedlicher
Art oder Reaktivität
sowie eines oder mehrerer Vernetzungsmittel bedient, um zwei unterschiedliche
Vernetzungsmechanismen oder zwei sehr verschiedene Reaktionsgeschwindigkeiten
auszulösen.
In diesen Systemen wird im Unterschied zu dem in dem amerikanischen
Patent 3.842.035 beschriebenen Verfahren die Herstellung des Pulvers
in einem einzigen Schritt ausgeführt. Dann
ist es möglich,
in einer einzigen Extrusion eine pulverförmige Farbe oder einen pulverförmigen Lack
herzustellen, die/der Beschichtungen mit sehr geringem Glanz bilden
kann.
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Als
Beispiel wird in der japanischen Patentanmeldung 154.771/88 eine
Harzzusammensetzung für eine
pulverförmige
matte Farbe beschrieben, die ein Gemisch eines verzweigten Polyesters
mit Hydroxylgruppen, der eine hohe Hydroxylzahl hat, mit einem weiteren
Polyester mit Hydroxylgruppen, der eine kleinere Hydroxylzahl hat,
in festgelegten Anteilen und ein blockiertes Isocyanat als Vernetzungsmittel
umfasst. Diese Zusammensetzung liefert eine matte Beschichtung,
die gute mechanische Eigenschaften und eine gute Witterungsbeständigkeit
besitzt. In der internationalen Patentanmeldung WO 92/01756 werden
pulverförmige
Beschichtungszusammensetzungen beschrieben, die ein Gemisch umfassen,
das gleichzeitig (1) einen semikristallinen Polyester mit Hydroxylgruppen,
der eine Hydroxylzahl von 20 bis 100 hat, (2) einen amorphen Polyester
mit Hydroxylgruppen, der eine Hydroxylzahl von 20 bis 120 hat, (3)
ein Acrylpolymer mit Hydroxylgruppen und (4) ein blockiertes Polyisocyanat
als Vernetzungsmittel enthält.
Die verwendeten semikristallinen Polyester sind diejenigen, bei
denen der Säurebestandteil
85 bis 95 Mol-% Terephthalsäure
und 5 bis 15 Mol-% 1,4-Cyclohexandicarbonsäure enthält und bei denen der Alkoholbestandteil
ein aliphatisches Diol mit linearer Kette enthält.
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Aus
diesen Zusammensetzungen erhält
man Beschichtungen mit schwachem Glanz (der Glanz, gemessen unter
einem Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523, übersteigt
35% nicht), mit guten mechanischen Eigenschaften und einer guten
Stifthärte.
In der europäischen
Patentanmeldung 366.608 werden pulverförmige Farben beschrieben, die
in einer Extrusion erhalten werden und matte Beschichtungen liefern,
aber diese enthalten zwei Vernetzungsmittel. Diese pulverförmigen Farben
enthalten ein Epoxyharz, insbesondere Bisphenol A-diglycidylether,
eine Polycarbonsäure,
wie beispielsweise 2,2,5,5-Tetra(β-carboxyethyl)-cyclopentanon, als
erstes Vernetzungsmittel und einen gesättigten Polyester mit Carboxylendgruppen,
Tolylbiguanid oder Dicyandiamid als zweites Vernetzungsmittel.
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Schließlich ist
die Verwendung von aktiven Verbindungen in zwei verschiedenen Reaktionssystemen für die Herstellung
von matten Beschichtungen beispielsweise in dem europäischen Patent
104.424 beschrieben. In diesem Patent wird die Herstellung eines
Pulvers vorgeschlagen, indem man nur eine einzige Extrusion durchführt. Dieses
Pulver enthält
als Bindemittel zugleich ein Harz mit Hydroxylgruppen, wie einen
Polyester mit Hydroxylgruppen, und eine Polyepoxidverbindung, wie
Triglycidyl-isocyanurat, und sie enthält ein spezielles Vernetzungsmittel,
das in seinem Molekül
zugleich Carboxylgruppen (um mit der Epoxidverbindung zu reagieren)
und blockierte Isocyanatgruppen (um mit dem Harz, das Hydroxylgruppen
enthält,
zu reagieren) umfasst.
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Der
Hauptnachteil der in den zuvor angeführten Patenten beschriebenen,
in einer Extrusion erhaltenen pulverförmigen Farben und Lacke ist,
dass die Eigenschaften der erhaltenen Pulver sehr empfindlich gegenüber Veränderungen
der Extrusionsbedingungen, wie die Extrusionstemperatur, der Schergradient
usw., sind, und da das genaue Einstellen dieser Bedingungen nicht
leicht ist, ist es schwierig, aus einer gut definierten Zusammensetzung
konstant Beschichtungen mit dem gleichen Mattierungsgrad herzustellen.
Insbesondere ist es das Problem, eine Zusammensetzung zu finden,
die unter den üblichen
Extrusionsbedingungen vollständig
zuverlässig
und reproduzierbar eine Beschichtung mit schwachem Glanz erzeugt.
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In
dem europäischen
Patent 551.064 wird vorgeschlagen, dieses Problem zu lösen, indem
man pulverförmige
wärmehärtbare Beschichtungszusammensetzungen
verwendet, die als Bindemittel ein Gemisch eines linearen Polyesters
mit Carboxylgruppen, der eine Säurezahl
zwischen 20 und 50 mg KOH pro Gramm hat, und eines Acrylcopolymers
mit Glycidylgruppen, das aus 5 bis 30 Gew.-% Glycidyl-acrylat oder
-methacrylat und 70 bis 95 Gew.-% Methylmethacrylat erhalten wird,
enthalten. Diese pulverförmigen
Zusammensetzungen ermöglichen
den Erhalt von Beschichtungen mit guter Qualität, die einen sehr schwachen
Glanz aufweisen. Der Glanz, gemessen unter einem Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523, ist nämlich
immer geringer als 15%. Außerdem
weisen diese matten Beschichtungen eine glatte Oberfläche ohne
Fehler, eine gute Haftung auf den Metalloberflächen und eine ausgezeichnete
Witterungsbeständigkeit
auf. Zudem sind die Eigenschaften dieser Pulver nur wenig oder gar
nicht empfindlich gegenüber
den Veränderungen
der Extrusionsbedingungen, was bewirkt, dass eine bestimmte Zusammensetzung
praktisch immer eine matte Beschichtung mit fast dem gleichen Mattierungsgrad
erzeugt.
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Jedoch
hat es sich erwiesen, dass die aus diesen Zusammensetzungen erhaltenen
matten Beschichtungen keine mechanischen Deformationen vertragen,
da die mechanischen Eigenschaften dieser Beschichtungen unzureichend
sind, insbesondere die Festigkeit bei direktem und inversem Schlag.
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Folglich
sieht man, dass die verschiedenen, bislang zum Erhalt von Beschichtungen
mit schwachem Glanz vorgeschlagenen pulverförmigen Zusammensetzungen alle
noch einige Nachteile aufweisen.
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Es
besteht folglich weiter ein Bedarf, über pulverförmige wärmehärtbare Zusammensetzung zu verfügen, die
Beschichtungen mit schwachem Glanz, die nicht die Mängel der
Zusammensetzungen des Stands der Technik aufweisen, erzeugen können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat man überraschend
entdeckt, dass es unter Verwendung eines Gemischs eines amorphen
Polyesters mit Carboxylgruppen, der reich an Isophthalsäure ist,
mit einem semikristallinen Polyester mit Carboxylgruppen, der spezieller
aus einer gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure mit
linearer Kette und einem gesättigten
aliphatischen Diol mit linearer oder cyclischer Kette hergestellt
wird, und einem geeigneten Vernetzungsmittel als Bindemittel möglich ist,
pulverförmige
wärmehärtbare Zusammensetzungen
zu erhalten, die Beschichtungen mit schwachem Glanz vollkommen zuverlässig und
reproduzierbar erzeugen können,
die gute mechanische Eigenschaften und eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit
besitzen.
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Die
vorliegende Erfindung hat folglich pulverförmige wärmehärtbare Beschichtungszusammensetzungen
zum Gegenstand, die als Bindemittel ein Gemisch eines amorphen Polyesters,
eines semikristallinen Polyesters und eines Vernetzungsmittels umfassen,
die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Bindemittel umfasst
- (a) einen an Isophthalsäure reichen amorphen Polyester
mit Carboxylgruppen, hergestellt aus einem Säurebestandteil, der 55 bis
100 Mol-% Isophthalsäure,
0 bis 45 Mol-% wenigstens einer von Isophthalsäure verschiedenen Dicarbonsäure und
0 bis 10 Mol-% einer Polycarbonsäure
mit wenigstens 3 Carboxylgruppen umfasst, und einem Alkoholbestandteil,
der 60 bis 100 Mol-% Neopentylglykol, 0 bis 40 Mol-% wenigstens
einer von Neopentylglykol verschiedenen Dihydroxylverbindung und
0 bis 10 Mol-% einer Polyhydroxylverbindung mit wenigstens 3 Hydroxylgruppen
umfasst, wobei besagter amorpher Polyester eine Glasübergangstemperatur
(Tg) von wenigstens 50°C
und eine Säurezahl
von 15 bis 100 mg KOH/g hat,
- (b) einen semikristallinen Polyester mit Carboxylgruppen, hergestellt
entweder
(b1) aus einer gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure
mit linearer Kette mit 4 bis 16 Kohlenstoffatomen und einem gesättigten
aliphatischen Diol mit linearer Kette mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen
und gegebenenfalls einer Polycarbonsäure mit wenigstens 3 Carboxylgruppen
oder einem Polyol mit wenigstens 3 Hydroxylgruppen oder
(b2)
aus 40 bis 100 Mol-% einer gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure
mit linearer Kette, ausgewählt
unter 1,11-Undecandisäure,
1,12-Dodecandisäure,
1,13-Tridecandisäure,
1,15-Pentadecandisäure
und 1,16-Hexadecandisäure,
und 0 bis 60 Mol-% einer gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure
mit linearer Kette mit 4 bis 9 Kohlenstoffatomen, berechnet auf
die Gesamtheit der Dicarbonsäuren,
einem cycloaliphatischen Diol mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen und
gegebenenfalls einer Polycarbonsäure
mit wenigstens 3 Carboxylgruppen oder einem Polyol mit wenigstens
3 Hydroxylgruppen oder
(b3) aus 40 bis 100 Mol-% 1,14-Tetradecandisäure und
0 bis 60 Mol-% einer aliphatischen Dicarbonsäure mit linearer Kette mit
4 bis 9 Kohlenstoffatomen, berechnet auf die Gesamtheit der Dicarbonsäuren, Cyclohexandimethanol
und gegebenenfalls einer Polycarbonsäure mit wenigstens 3 Carboxylgruppen
oder einem Polyol mit wenigstens 3 Hydroxylgruppen, wobei besagte
semikristalline Polyester einen Schmelzpunkt (Tm) von wenigstens
40°C und
eine Säurezahl
von 5 bis 50 mg KOH/g haben, und
- (c) ein Vernetzungsmittel.
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Die
in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
verwendeten, an Isophthalsäure
reichen amorphen Polyester mit Carboxylgruppen sind Polyester mit
einem hohen Gehalt an Isophthalsäure,
die üblicherweise
in den Formulierungen von pulverförmigen Farben und Lacken für die Herstellung
von Beschichtungen, die ausgezeichnete Leistungen bei der Außenexposition
bieten, verwendet werden.
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Erfindungsgemäß muss der
Säurebestandteil
dieser an Isophthalsäure
reichen amorphen Polyester wenigstens 55 Mol-% Isophthalsäure enthalten
und er kann sogar vollständig
aus Isophthalsäure
bestehen (100 Mol-%).
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Der
Säurebestandteil
dieser amorphen Polyester kann außerdem bis zu 45 Mol-% einer
aromatischen, aliphatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure, die
von Isophthalsäure
verschieden ist, wie Terephthalsäure,
Phthalsäure,
Bernsteinsäure,
Glutarsäure,
Adipinsäure,
Pimelinsäure,
Korksäure,
Azelainsäure,
Sebacinsäure,
Fumarsäure,
Maleinsäure,
1,3- und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure
und die Gemische dieser Verbindungen, und bis zu 10 Mol-% einer
Polycarbonsäure
mit wenigstens 3 Carboxylgruppen, wie Trimellitsäure und Pyromellitsäure, enthalten.
Diese Säuren
können
in Form der freien Säure
oder gegebenenfalls in Form des Anhydrids oder auch in Form eines
Esters mit einem niedrigen aliphatischen Alkohol verwendet werden.
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Der
Alkoholbestandteil dieser amorphen Polyester muss wenigstens 60
Mol-% Neopentylglykol enthalten, er kann sogar vollständig aus
Neopentylglykol bestehen (100 Mol-%). Der Alkoholbestandteil dieser amorphen
Polyester kann außerdem
bis zu 40 Mol-% einer aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen
Dihydroxylverbindung, die von Neopentylglykol verschieden ist, wie
Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, 2-Methyl-1,3-propandiol,
2-Butyl-2-ethyl-1,3-propandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, hydriertes
Bisphenol A, Hydroxypivalinsäure-Neopentylglykolester
und die Gemische dieser Verbindungen, und bis zu 10 Mol-% einer
Polyhydroxylverbindung mit wenigstens 3 Hydroxylgruppen, wie Trimethylolpropan,
Di-trimethylolpropan, Pentaerythrit und ihre Gemische, enthalten.
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Die
an Isophthalsäure
reichen amorphen Polyester mit Carboxylgruppen, die erfindungsgemäß verwendet
werden können,
haben eine Säurezahl
von 15 bis 100 mg KOH pro Gramm, vorzugsweise 30 bis 70 mg KOH pro
Gramm und weisen eine Glasübergangstemperatur
(Tg) auf, die wenigstens 50°C
beträgt,
damit die Polyester bei der Temperatur der Zwischenlagerung (20
bis 50°C)
fest bleiben, und die vorzugsweise von 50 bis 80°C variiert. Das Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn)
dieser amorphen Polyester liegt zwischen 1.100 und 11.500 und vorzugsweise
zwischen 1.600 und 8.500. Die Viskosität in der Schmelze (gemessen
mit dem Kegel/Platte-Viskosimeter gemäß der Norm ASTM D 4287-88)
dieser amorphen Polyester kann von 100 bis 15.000 mPa·s bei
200°C variieren.
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Die
in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
verwendeten semikristallinen Polyester mit Carboxylgruppen sind
semikristalline Polyester mit einem speziellen chemischen Aufbau.
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Die
Polyester (b1) werden durch Polyveresterung einer gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure
mit linearer Kette mit 4 bis 16 Kohlenstoffatomen mit einem gesättigten
aliphatischen Diol mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen hergestellt. Vorzugsweise
sind diese Polyester linear, aber man kann auch verzweigte Polyester
verwenden, in die die Verzweigung durch eine Polycarbonsäure mit
wenigstens 3 Carboxylgruppen, wie Trimellitsäure oder Pyromellitsäure, oder
ein Polyol, wie Trimethylolpropan, Di-trimethylolpropan und Pentaerythrit, eingeführt wird,
wobei diese Verbindungen in einer Menge von 0 bis 10 Mol-% der Gesamtheit
der Monomere verwendet werden.
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Beispiele
für gesättigte aliphatischen
Dicarbonsäuren
mit linearer Kette, die verwendet werden können, sind Bernsteinsäure, Glutarsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und
1,12-Dodecandisäure.
Diese Säuren
können
im Gemisch verwendet werden, aber sie werden bevorzugt allein verwendet.
1,12-Dodecandisäure ist
bevorzugt. Beispiele für
gesättigte
aliphatische Diole mit linearer Kette, die verwendet werden können, sind
Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol,
1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol,
1,14-Tetradecandiol und 1,16-Hexadecandiol.
-
Diese
Diole können
im Gemisch verwendet werden, aber sie werden bevorzugt allein verwendet. 1,6-Hexandiol
wird bevorzugt verwendet.
-
Die
semikristallinen Polyester (b2) werden aus 40 bis 100 Mol-% einer
gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure
mit linearer Kette, die ausgewählt
ist unter 1,11-Undecandisäure,
1,12-Dodecandisäure,
1,13-Tridecandisäure,
1,15-Pentadecandisäure
und 1,16-Hexadecandisäure,
und 0 bis 60 Mol-% einer gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure
mit linearer Kette mit 4 bis 9 Kohlenstoffatomen, berechnet auf
die Gesamtheit dieser Dicarbonsäuren,
hergestellt. Es ist auch möglich,
40 bis 95 Mol-% der Säure
mit 10 bis 16 Kohlenstoffatomen und 5 bis 60 Mol-% der Säure mit
4 bis 9 Kohlenstoffatomen zu verwenden. Der Alkoholbestandteil dieser Polyester
ist ein cycloaliphatisches Diol mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen.
Vorzugsweise sind diese Polyester linear, aber man kann auch verzweigte
Polyester verwenden, in die die Verzweigung durch eine Polycarbonsäure mit
wenigstens 3 Carboxylgruppen, wie Trimellitsäure oder Pyromellitsäure, oder
ein Polyol, wie Trimethylolpropan, Di-trimethylolpropan und Pentaerythrit,
eingeführt
wird. Diese Verbindungen mit wenigstens 3 Funktionen werden in einer
Menge von 0 bis 10 Mol-% der Gesamtheit der Monomere, die in die
Zusammensetzung des Polyesters eingehen, verwendet.
-
Beispiele
für gesättigte aliphatische
Dicarbonsäuren
mit linearer Kette sind 1,10-Decandisäure, 1,11-Undecandisäure, 1,12-Dodecandisäure, 1,13-Tridecandisäure, 1,15-Pentadecandisäure und
1,16-Hexadecandisäure.
1,12-Dodecandisäure
wird bevorzugt verwendet, allein oder im Gemisch.
-
Beispiele
für gesättigte aliphatische
Dicarbonsäuren
mit linearer Kette mit 4 bis 9 Kohlenstoffatomen, die verwendet
werden können,
sind Bernsteinsäure,
Glutarsäure,
Pimelinsäure,
Korksäure,
Azelainsäure.
Diese Säuren
können
im Gemisch verwendet werden, aber sie werden bevorzugt allein verwendet.
Beispiele für cycloaliphatische
Diole mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen, die verwendet werden können, sind
1,4-Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, hydriertes Bisphenol
A, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cylobutandiol und 4,8-Bis(hydroxymethyl)tricyclo[5.2.1.02,6]-decan.
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Diese
Diole können
im Gemisch verwendet werden, aber sie werden vorzugsweise allein
verwendet. Vorzugsweise verwendet man 1,4-Cyclohexandiol oder Cyclohexandimethanol.
-
Die
semikristallinen Polyester mit Carboxylgruppen, die erfindungsgemäß verwendet
werden können, haben
eine Säurezahl
von 5 bis 50 mg KOH pro Gramm, vorzugsweise 5 bis 30 mg KOH pro
Gramm; vorzugsweise haben diese Polyester eine Hydroxylzahl, die
5 mg KOH pro Gramm nicht übersteigt.
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Diese
semikristallinen Polyester sind bei Raumtemperatur feste Produkte,
die durch einen Schmelzpunkt (Tm) zwischen 40 und 90°C gekennzeichnet
sind.
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Das
Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn)
dieser semikristallinen Polyester liegt zwischen 2.200 und 25.000
und vorzugsweise zwischen 2.800 und 11.220. Die Viskosität in der
Schmelze (gemessen mit dem Kegel/Platte-Viskosimeter gemäß der Norm
ASTM D 4287-88) dieser semikristallinen Polyester kann von 50 mPa·s bei
100°C bis
10.000 mPa·s
bei 150°C
variieren.
-
Man
hat überraschenderweise
festgestellt, dass nur die pulverförmigen wärmehärtbaren Zusammensetzungen,
die gleichzeitig einen an Isophthalsäure reichen amorphen Polyester
und einen speziellen semikristallinen Polyester, der durch Polyveresterung
einer gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure
mit linearer Kette mit einem gesättigten
aliphatischen Diol mit linearer oder cycloaliphatischer Kette, wie
zuvor im Detail beschrieben, hergestellt wird, enthalten, Beschichtungen
mit schwachem Glanz oder matte Beschichtungen liefern können, die
gute mechanische Eigenschaften und eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit
aufweisen. Es wurde nämlich
beobachtet, dass Pulver mit identischer Zusammensetzung, in denen
aber der an Isophthalsäure
reiche amorphe Polyester durch einen an Terephthalsäure reichen
amorphen Polyester vom Typ derjenigen, die in dem amerikanischen
Patent 5.373.084 beschrieben und verwendet werden, ersetzt ist, nach
Härten
eine Beschichtung ergeben, die einen sehr hohen Glanz aufweist (Vergleichsbeispiel
I). Desgleichen wurde beobachtet, dass Pulver mit identischer Zusammensetzung,
in denen aber der erfindungsgemäße spezielle
semikristalline Polyester durch einen nicht erfindungsgemäßen semikristallinen
Polyester vom Typ derjenigen, die in dem europäischen Patent 521.992 beschrieben
und verwendet werden und der im Wesentlichen auf Terephthalsäure und
1,6-Hexandiol basiert, ersetzt ist, nach Härten auch eine Beschichtung
liefern, die einen sehr hohen Glanz aufweist (Vergleichsbeispiele
II und III).
-
Die
erfindungsgemäßen, an
Isophthalsäure
reichen amorphen Polyester und die semikristallinen Polyester, die
verwendet werden, werden gemäß den herkömmlichen
Verfahren zur Synthese der Polyester hergestellt, indem man einen
Säureüberschuss,
bezogen auf den Alkohol, verwendet, um einen Polyester mit Carboxylgruppen
zu erhalten, der die gewünschte
Säurezahl
hat.
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Die
an Isophthalsäure
reichen amorphen Polyester mit Carboxylgruppen können gemäß Syntheseverfahren in einer
oder zwei Stufen hergestellt werden. In diesem letzteren Fall stellt
man in der ersten Stufe einen Polyester mit Hydroxylgruppen aus
einerseits Isophthalsäure
und gegebenenfalls einer oder mehreren weiteren, von Isophthalsäure verschiedenen
Polycarbonsäuren
(oder ihren funktionellen Derivaten) und andererseits einem Überschuss
an Neopentylglykol und gegebenenfalls einer oder mehreren weiteren
Di- und/oder Polyhydroxylverbindungen her und in der zweiten Stufe
verestert man den so erhaltenen Polyester mit Hydroxylgruppen mit
einer geeigneten Dicarbonsäure,
vorzugsweise Isophthalsäure,
um einen an Isophthalsäure reichen
amorphen Polyester mit Carboxylgruppen zu erhalten.
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Die
semikristallinen Polyester mit Carboxylgruppen werden im Allgemeinen
gemäß einem
Verfahren in einer Stufe aus einem geeigneten aliphatischen oder
cycloaliphatischen Diol und einem Überschuss der geeigneten aliphatischen
Dicarbonsäure
hergestellt, indem man in dem Fall, wo man einen verzweigten semikristallinen
Polyester erhalten möchte,
dem Reaktionsgemisch gegebenenfalls eine Polycarbonsäure oder
ein Polyol zusetzt.
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Man
führt im
Allgemeinen die Synthese dieser Polyester in einem herkömmlichen
Reaktor aus, der mit einem Rührer,
einer Zuleitung für
Inertgas (beispielsweise Stickstoff), einer Destillationskolonne,
die mit einem Kühler
verbunden ist, und einem Thermometer, das an einen Temperaturregler
angeschlossen ist, ausgestattet ist.
-
Die
Veresterungsbedingungen sind herkömmlich, nämlich dass man einen üblichen
Veresterungskatalysator verwenden kann, entweder ein Zinnderivat,
wie Dibutylzinn-dilaurat, Dibutylzinnoxid oder n-Butylzinn-trioctanoat,
oder ein Titanderivat, wie Tetrabutyltitanat, in einer Menge von
0,01 bis 1 Gew.-% der Reaktanten. Man kann dazu gegebenenfalls ein
Antioxidationsmittel vom Phenoltyp, wie Irganox 1010 (verkauft von
Ciba-Geigy), allein oder im Gemisch mit einem Stabilisator, wie
beispielsweise Tributylphosphit, in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%
der Reaktanten zusetzen.
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Die
Polyveresterung wird im Allgemeinen bei einer Temperatur, die man
allmählich
von etwa 130°C auf
etwa 180 bis 250°C
steigert, erst unter Normaldruck, dann unter vermindertem Druck
ausgeführt,
wobei man diese Temperatur bis zum Erhalt eines Polyesters, der
die gewünschte
Hydroxyl- und/oder Säurezahl
aufweist, beibehält.
Wenn man in zwei Stufen vorgeht, um die an Isophthalsäure reichen
amorphen Polyester herzustellen, lässt man das Reaktionsgemisch,
das den Polyester mit Hydroxylgruppen, der in der ersten Stufe bei
etwa 200°C
erhalten wird, enthält,
abkühlen,
man setzt die gewünschte
Menge an Dicarbonsäure
zu, man bringt die Temperatur auf 230–240°C und man behält diese
Temperatur zuerst unter Normaldruck, dann unter verrninderten Druck
bis zum Erhalt eines amorphen Polyesters mit Carboxylgruppen, der
die gewünschte
Säurezahl
hat, bei.
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Der
Veresterungsgrad wird durch Bestimmung der im Verlauf der Reaktion
gebildeten Wassermenge und der Eigenschaften des erhaltenen Polyesters,
beispielsweise die Säurezahl,
die Hydroxylzahl, das Molekulargewicht, die Glasübergangstemperatur (Tg), der
Schmelzpunkt (Tm) und die Viskosität in der Schmelze, verfolgt.
-
Am
Ende der Synthese, wenn der Polyester noch in geschmolzenem Zustand
ist, kann man dazu gegebenenfalls einen an sich bekannten Vernetzungskatalysator
in einer Menge von 0,01 bis 1,5% des Gewichts des Polyesters zusetzen.
Diese Katalysatoren können
vom Amintyp, wie 2-Phenylimidazolin, vom Phosphintyp, wie Triphenylphosphin,
oder Ammonium- oder Phosphoniumsalze, wie Tetrapropylammoniumchlorid,
Tetrabutylammoniumbromid, Benzyltriphenylphosphoniumchlorid oder
Ethyltriphenylphosphoniumbromid, sein. Dann nimmt man den Polyester
aus dem Reaktor heraus, man gießt
ihn zu einer dicken Schicht, man lässt ihn abkühlen und man zerkleinert ihn
zu Körnern
mit einer mittleren Größe, die
von einer mm-Fraktion
bis zu einigen mm geht.
-
Der
an Isophthalsäure
reiche amorphe Polyester mit Carboxylgruppen, der semikristalline
Polyester mit Carboxylgruppen und das Vernetzungsmittel bilden zusammen
das Basisbindemittel der erfindungsgemäßen pulverförmigen wärmehärtbaren Beschichtungszusammensetzungen.
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In
den erfindungsgemäßen pulverförmigen wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen stellt die Menge an an Isophthalsäure reichem
amorphen Polyester im Allgemeinen etwa +50 bis 87 Gew.-% und die
Menge an semikristallinem Polyester etwa 13 bis 40 Gew.-% dar, berechnet
in Bezug auf das Gesamtgewicht des amorphen Polyesters und semikristallinen
Polyesters. Es wurde jedoch beobachtet, dass der Glanz der erhaltenen
Beschichtungen, gemessen unter einem Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523, abnimmt, wenn die Menge an amorphem Polyester abnimmt
und die Menge an semikristallinem Polyester zunimmt. Deshalb stellt
in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
die Menge an an Isophthalsäure
reichem amorphem Polyester vorzugsweise 60 bis 82 Gew.-% und die
Menge an semikristallinem Polyester vorzugsweise 18 bis 40 Gew.-%
dar, berechnet in Bezug auf das Gesamtgewicht des amorphen Polyesters
und semikristallinen Polyesters.
-
Die
Vernetzungsmittel, die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet
werden können,
sind alle organischen Verbindungen mit funktionellen Gruppen, die
mit den Carboxylgruppen der Polyester reagieren können, um
die Vernetzung des Bindemittels zu bewirken. Typische Vernetzungsmittel
sind beispielsweise die Polyepoxidverbindungen und die β-Hydroxyalkylamide.
Besonders bevorzugte Vernetzungsmittel sind Diglycidylisocyanurat
(Araldite PT 810, verkauft von Ciba-Geigy), das 75/25-Gemisch von
Diglycidylterephthalat und Triglycidyltrimellitat (Araldite PT 910,
verkauft von Ciba-Geigy), die Acrylcopolymere mit Glycidylgruppen,
wie GMA 252, verkauft von ESTRON, und Bis(N,N-dihydroxyethyl)adipamid
(PRIMID XL 552, verkauft von EMS).
-
In
den erfindungsgemäßen pulverförmigen wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen ist das Mengenverhältnis zwischen
dem amorphen Polyester und semikristallinen Polyester mit Carboxylgruppen einerseits
und dem Vernetzungsmittel andererseits so, dass 0,5 bis 1,5 Äquivalente
Carboxylgruppen pro Äquivalent
funktionelle Gruppen (beispielsweise Epoxygruppen) in dem Vernetzungsmittel
vorliegen.
-
Man
verwendet das Vernetzungsmittel bevorzugt in einer Menge von etwa
4 bis 25 Gew.-%, berechnet in Bezug auf das Gesamtgewicht des Bindemittels.
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Die
erfindungsgemäßen pulverförmigen Beschichtungszusammensetzungen
enthalten folglich im Allgemeinen als Bindemittel (a) 45 bis 83
Gew.-% an Isophthalsäure
reichen amorphen Polyester, (b) 13 bis 30 Gew.-% semikristallinen
Polyester und (c) 4 bis 25 Gew.-% Vernetzungsmittel und bevorzugt
(a) 45 bis 78 Gew.-% an Isophthalsäure reichen amorphen Polyester,
(b) 18 bis 30 Gew.-% semikristallinen Polyester und (c) 4 bis 25
Gew.-% Vernetzungsmittel.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung der erfindungsgemäßen pulverförmigen wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen für
die Herstellung von pulverförmigen
Lacken und Farben, die Beschichtungen mit schwachem Glanz, vorzugsweise
matte Beschichtungen liefern, sowie auf die pulverförmigen Lacke
und Farben, die mittels dieser Zusammensetzungen erhalten werden.
-
Die
erfindungsgemäßen pulverförmigen Lacke
und Farben können
hergestellt werden, indem man den an Isophthalsäure reichen amorphen Polyester,
den semikristallinen Polyester und das Vernetzungsmittel mit den
verschiedenen, üblicherweise
für die
Herstellung von pulverförmigen
Lacken und Farben verwendeten Hilfssubstanzen homogen mischt.
-
Dieses
Homogenisieren wird beispielsweise ausgeführt, indem man zuerst bei Raumtemperatur
den amorphen Polyester, den semikristallinen Polyester, das Vernetzungsmittel
und die verschiedenen Hilfssubstanzen in einem Mischer, beispielsweise
einem Trommelmischer, trocken mischt und indem man dann das so erhaltene
Gemisch in einen Extruder, beispielsweise einen Einschneckenextruder
vom Typ Buss-Ko-Kneter oder einen Doppelschneckenextruder vom Typ
PRISM oder A.P.V., überführt, um
darin in geschmolzener Phase bei einer Temperatur, die im Bereich
von 80 bis 150°C
liegt, zu homogenisieren. Dann lässt
man das Extrudat abkühlen, man
zerkleinert es und man siebt es, um ein Pulver zu erhalten, dessen
Teilchengröße zwischen 10
und 150 Mikrometern liegt.
-
Wenn
man es wünscht,
können
der an Isophthalsäure
reiche amorphe Polyester und der semikristalline Polyester zuvor
in geschmolzenem Zustand in dem Synthesereaktor oder in einem Extruder,
wie ein Extruder BETOL BTS 40, gemischt werden, bevor sie für das trockene
Mischen bei Raumtemperatur in Form eines Gemischs zu den anderen
Bestandteilen der Zusammensetzung zugesetzt werden. Es ist jedoch
praktischer, die beiden Polyester getrennt zu den anderen Bestandteilen
der pulverförmigen
Zusammensetzung zuzusetzen.
-
Die
Hilfssubstanzen, die den pulverförmigen
wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen zugesetzt werden können, sind
beispielsweise Pigmente und Farbstoffe, wie Titandioxid, die Eisenoxide,
Zinkoxid usw., die Metallhydroxide, die Metallpulver, die Sulfide,
die Sulfate, die Carbonate, die Silikate, wie beispielsweise Ammoniumsilikat,
Ruß, Talk,
die Kaoline, die Baryte, Eisenblau, Bleiblau, organisches Rot, organisches
Braun usw., Mittel zur Regulierung der Fließfähigkeit, wie Resiflow PV5 (von
WORLEE), Modaflow (von MONSANTO) oder Acronal 4F (von BASF) und
Entlüftungsmittel,
wie Benzoin usw. Diese Hilfssubstanzen werden in üblichen
Mengen verwendet, wobei es sich versteht, dass man, wenn die erfindungsgemäßen wärmehärtbaren
Zusammensetzungen als Lacke verwendet werden, die Zugabe von trübenden Substanzen unterlässt. Man
kann auch Verbindungen, die ultraviolette Strahlen absorbieren,
wie Tinuvin 900 von Ciba-Geigy,
und Lichtstabilisatoren auf der Basis von Aminen mit sterischer
Hinderung, wie Tinuvin 144 von Ciba-Geigy, zusetzen.
-
Die
vorliegende Erfindung hat auch ein Verfahren zum Erhalt einer Beschichtung
mit schwachem Glanz auf einem Gegenstand, bei dem man auf besagten
Gegenstand eine erfindungsgemäße pulverförmige wärmehärtbare Beschichtungszusammensetzung,
wie oben beschrieben, aufbringt und man den so beschichteten Gegenstand
bei hoher Temperatur über
eine zum Erzielen der vollständigen
Vernetzung der Beschichtung ausreichende Dauer härtet, zum Gegenstand.
-
Die
pulverförmigen
wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen können
auf Gegenstände unterschiedlicher
Formen und Größen, insbesondere
auf Gegenstände
aus Glas, aus Keramik und aus Metall, wie Stahl und Aluminium, durch
an sich zur Abscheidung von Pulvern bekannte Verfahren aufgebracht
werden, das heißt
durch Aufbringen mit der Spritzpistole in einem elektrostatischen
Feld, worin das Pulver auf eine Spannung von 30 bis 100 kV durch
einen kontinuierlichen Strom mit hoher Spannung aufgeladen wird,
oder mit der triboelektrischen Spritzpistole, worin das Pulver sich
durch Reibung auflädt,
oder auch durch das gut bekannte Verfahren der Abscheidung im Fließbett.
-
Nachdem
sie auf den betreffenden Gegenstand aufgebracht wurden, werden die
abgeschiedenen Pulver im Ofen bei einer Temperatur zwischen 140
und 200°C über eine
Dauer, die 30 Minuten erreichen kann, gehärtet, um die Pulverteilchen
zum Schmelzen zu bringen und um einen homogenen Film zu bilden,
der sich vollkommen auf dem Substrat ausbreitet, und um schließlich die
Vernetzung und das vollständige
Härten
der Beschichtung zu erzielen.
-
Die
pulverförmigen
wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung
ermöglichen
den Erhalt von Beschichtungen, die einen schwachen Glanz aufweisen.
Der Glanz dieser Beschichtungen, gemessen unter einem Winkel von
60° gemäß der Norm
ASTM D 523, hat nämlich
immer einen Wert unter 50%.
-
Zudem
ist es, wie es bereits oben erklärt
wurde, möglich,
Beschichtungen mit verschiedenen Glanzniveaus in Abhängigkeit
von der Menge an amorphem Polyester und der Menge an semikristallinem
Polyester, die in diesen Zusammensetzungen verwendet werden, zu
erhalten.
-
Dank
der vorliegenden Erfindung kann man folglich nach Härten Beschichtungen
mit dem gewünschten
Glanzniveau erhalten, indem man einfach eine pulverförmige Zusammensetzung
wählt,
die die erforderlichen Anteile an amorphem Polyester und an semikristallinem
Polyester enthält.
-
Man
muss jedoch die Tatsache berücksichtigen,
dass die Art des Vernetzungsmittels ebenfalls wichtig für das Glanzniveau
der nach Härten
erhaltenen Beschichtungen ist (siehe folgendes Beispiel 11). Einige
vorbereitende Versuche ermöglichen
es, die Zusammensetzung, die sich zum Erhalt einer Beschichtung,
die das gewünschte
Glanzniveau aufweist, eignet, leicht zu bestimmen.
-
Wie
in den folgenden Beispielen detaillierter gezeigt wird, kann man
dank der vorliegenden Erfindung folglich pulverförmige Farben und Lacke herstellen,
die Beschichtungen liefern können,
die das durch die angestrebte Anwendung geforderte Glanzniveau aufweisen,
das heißt
seidenmatte oder seidenglänzende
Beschichtungen, deren Glanz, gemessen unter einem Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523, geringer als 50% ist, oder matte Beschichtungen, deren
Glanz, gemessen unter den gleichen Bedingungen, geringer als 35%
ist.
-
Außerdem können die
pulverförmigen
wärmehärtbaren
Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Erfindung Beschichtungen mit schwachem Glanz erzeugen, die eine
Gesamtheit weiterer vorteilhafter Eigenschaften aufweisen, unter
anderem ein glattes, gleichmäßiges, von
Oberflächenfehlern
und "Orangenhaut" freies Aussehen,
gute mechanische Eigenschaften und eine ausgezeichnete Beständigkeit
gegenüber
Witterung und UV-Strahlen. Der Erhalt einer seidenmatten oder matten
Oberfläche
ist folglich nicht von einer Beeinträchtigung der anderen Eigenschaften
der Beschichtungen begleitet, wie dies oft bei den pulverförmigen Zusammensetzungen
des Stands der Technik, die Beschichtungen mit schwachen Glanz erzeugen
können,
der Fall ist.
-
Schließlich liegt
ein weiterer wichtiger Vorteil der pulverförmigen wärmehärtbaren Beschichtungszusammensetzungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Vergleich zu den pulverförmigen Zusammensetzungen des
Stands der Technik in der Tatsache, dass ihre Eigenschaften nur
wenig oder nicht empfindlich gegenüber Veränderungen der Extrusionsbedingungen
sind und dass es diese Zusammensetzungen folglich ermöglichen,
kontinuierlich Beschichtungen mit schwachem Glanz, seidenmatte oder
matte Beschichtungen zu erzeugen, die fast den gleichen Grad an
Glanz oder Mattierung haben.
-
Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne sie einzuschränken. In
diesen Beispielen wurde die Bestimmung einiger charakteristischer
Werte gemäß den im
Folgenden beschriebenen Verfahren ausgeführt:
- – der Glanz:
er wird als Intensität
des reflektierten Lichts in Bezug auf die Intensität des einfallenden
Lichts unter einem Winkel von 60° in
Prozent ausgedrückt
und gemessen gemäß der Norm
ASTM D 523;
- – die
Schlagfestigkeit: sie wird mit einer Gardner-Apparatur gemäß der Norm
ASTM D 2794 gemessen. Kaltgewalzte Stahlplatten, die mit einer gehärteten Beschichtung
versehen sind, werden Schlägen
mit zunehmender Stärke
auf die beschichtete Seite (direkter Stoß) und auf die nicht beschichtete
Seite (inverser Stoß)
unterzogen. Der stärkste
Schlag, der keine Rissbildung der Beschichtung bewirkt, wird in
kg·cm
angegeben;
- – die
Stifthärte:
sie wird mit einer Härteversuchsapparatur
gemäß WOLFF
WILBRON (Norm ASTM D 3363) bestimmt; die angegebene Härte ist
diejenige des härtesten
Stifts, der keinen Ritz in der Beschichtung bewirkt, gemäß einem
Maßstab,
der von 6B (am weichsten) bis 6H (am härtesten) geht;
- – der
beschleunigte Alterungstest QUV: verchromte Aluminiumplatten, die
mit einer zu untersuchenden gehärteten
Beschichtung versehen sind, werden in eine Versuchsapparatur "QUV Panel" der Firma Q-Panel Co
(Cleveland – USA)
gebracht und mehreren Durchläufen
einer Exposition mit UV-Lampen und Feuchtigkeit bei verschiedenen
Temperaturen unterzogen. Unter den verschiedenen, in der Norm ASTM
G-53-88 beschriebenen Zyklen dieses Typs wurden die Beschichtungen
im vorliegenden Fall einem Zyklus von 8 Stunden Exposition mit einer
UVA-Fluoreszenzlampe
(Wellenlänge
340 nm und Intensität
0,77 W/m2/nm), die die schädlichen
Wirkungen des Sonnenlichts simuliert, bei 60°C und 4 Stunden Kondensation
von Wasserdampf mit ausgeschalteter Lampe bei 40°C unterzogen; man notiert die
Entwicklung des Glanzes, gemessen unter einem Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523. Nach 3.000 Stunden Exposition bei diesem Test wurden
die Erhaltung des Glanzes gemäß der Gleichung: und auch
die Veränderung
der Farbtönung
delta E, berechnet gemäß der Norm
ASTM D 2244, bestimmt;
- – die
Säurezahl
und die Hydroxylzahl wurden durch Titrieren gemäß den Normen DIN 53402 und
DIN 53240 bestimmt und in mg KOH pro Gramm Polyester ausgedrückt;
- – die
Glasübergangstemperatur
(Tg) und der Schmelzpunkt (Tm) wurden durch Differential-Scanningkalorimetrie
(DSC) mit einer Scangeschwindigkeit von 20°C pro Minute bestimmt;
- – das
Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn)
der Polyester wurde gemäß der Gleichung bestimmt, worin IA die Säurezahl,
ausgedrückt
in mg KOH pro Gramm Polyester ist;
- – die
Viskosität
in der Schmelze der Polyester, ausgedrückt in mPa·s, wurde mit dem Kegel/Platte-Viskosimeter
von ICI gemäß der Norm
ASTM D 4287-88 gemessen; sie wird auch "ICI-Viskosität" genannt und wurde bei den in den Beispielen
angegebenen Temperaturen gemessen.
-
Außer bei
gegenteiliger Angabe sind die in den Beispielen angegebenen Teile
Gewichtsteile.
-
Beispiel 1 – Synthese
von amorphen Polyestern.
-
- a) in einer Stufe.
In einen 10 Liter-4-Hals-Kolben,
der mit einem Rührer,
einer Stickstoffzuleitung, einer Destillationskolonne, die mit einem
wassergekühlten
Kühler
verbunden ist, und einem an einen Thermoregler angeschlossenen Thermometer
ausgestattet ist, gibt man ein Gemisch von 399,6 Teilen (3,84 mol)
Neopentylglykol und 22,2 Teilen (0,16 mol) Trimethylolpropan.
Man
erhitzt das Gemisch unter Rühren
und unter Stickstoff bis auf eine Temperatur von etwa 130°C und man
setzt dazu 722,9 Teile (4,35 mol) Isophthalsäure und 2,5 Teile n-Butylzinn-trioctanoat
als Veresterungskatalysator zu. Dann erhöht man allmählich die Temperatur des Reaktionsgemischs
auf 230°C.
Ab 180°C
beginnt Wasser aus dem Reaktor zu destillieren. Wenn die Destillation
des Wassers unter Atmosphärendruck
beendet ist, legt man allmählich
ein Vakuum von 50 mm Hg an. Die Temperatur des Reaktionsgemischs
wird 3 Stunden lang auf 230°C
unter einem Druck von 50 mm Hg gehalten.
Schließlich lässt man
den erhaltenen Polyester auf 180°C
abkühlen
und man nimmt ihn aus dem Reaktor. Der so erhaltene Polyester mit
Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 32
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 2
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 200°C): | 8000
mPa·s |
| Glasübergangstemperatur
(Tg): | 59°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 5423
(theoretisch) |
- b) in zwei Stufen.
- 1. Stufe
In einen wie oben unter a) beschriebenen Reaktor
gibt man ein Gemisch von 423,5 Teilen (4,07 mol) Neopentylglykol
und 22,2 Teilen (0,16 mol) Trimethylolpropan. Man erhitzt das Gemisch
unter Rühren
und unter Stickstoff bis auf eine Temperatur von etwa 130°C und man
setzt dazu 121,8 Teile (0,733 mol) Terephthalsäure, 487,1 Teile (2,93 mol)
Isophthalsäure
und 2,3 Teile n-Butylzinntrioctanoat als Veresterungskatalysator
zu.
Man setzt die Reaktion bei 220°C unter Atmosphärendruck
fort, bis etwa 95% der theoretischen Wassermenge destilliert sind.
Man erhält
einen transparenten Polyester mit Hydroxylgruppen, der die folgenden Merkmale
besitzt:
| Hydroxylzahl: | 59
mg KOH/g |
| Säurezahl: | 12
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 175°C): | 2200
mPa·s |
- 2. Stufe
Man lässt
den in der ersten Stufe erhaltenen Polyester auf 200°C abkühlen und
man setzt dazu 110,9 Teile (0,67 mol) Isophthalsäure zu. Dann wird das Gemisch allmählich auf
230°C erhitzt.
Man hält
das Gemisch bei dieser Temperatur 2 Stunden lang und wenn das Reaktionsgemisch
klar wird, legt man allmählich
ein Vakuum von 50 mm Hg an. Man setzt die Reaktion 3 Stunden lang
bei 230°C
und unter einem Druck von 50 mm Hg fort. Der so erhaltene Polyester
mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 31
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 3
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 200°C): | 6600
mPa·s |
| Glasübergangstemperatur
(Tg): | 57°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 5423
(theoretisch) |
- c) Gemäß der oben
unter b) beschriebenen Arbeitsweise in zwei Stufen stellt man noch
einen weiteren amorphen Polyester mit Carboxylgruppen, der reich
an Isophthalsäure
ist, her. In der ersten Stufe stellt man auf die gleiche Weise wie
oben unter b) einen Polyester mit Hydroxylgruppen aus 423,5 Teilen
(4,07 mol) Neopentylglykol, 304,5 Teilen (1,83 mol) Terephthalsäure, 304,5
Teilen (1,83 mol) Isophthalsäure
und 2,3 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat als Veresterungskatalysator
her. Die Reaktion wird bei 230°C
unter Atmosphärendruck
(an Stelle von 220°C)
ausgeführt.
Der
transparente Polyester mit Hydroxylgruppen besitzt die folgenden
Merkmale:
| Hydroxylzahl: | 57
mg KOH/g |
| Säurezahl: | 13
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 175°C): | 1200
mPa·s |
In der zweiten Stufe stellt man auf die gleiche
Weise wie oben unter b) einen Polyester mit Carboxylgruppen her;
man setzt 110,9 Teile (0,67 mol) Isophthalsäure wie oben unter b) zu.
Der
so erhaltene Polyester mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden
Merkmale: | Säurezahl: | 32
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 2,1
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 200°C): | 3000
mPa·s |
| Glasübergangstemperatur
(Tg): | 53°C |
| (DSC
mit 20°C/Minutte) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 3740
(theoretisch) |
- d) Zum Vergleich stellt man ebenfalls gemäß der oben unter b) beschriebenen
Arbeitsweise in zwei Stufen einen amorphen Polyester mit Carboxylgruppen,
der reich an Terephthalsäure
ist, her; er enthält
eine untergeordnete Menge Isophthalsäure (16,2 Mol-%) und eine überwiegende
Menge Terephthalsäure
(83,8 Mol-%).
In der ersten Stufe stellt man auf die gleiche
Weise wie oben unter b) einen Polyester mit Hydroxylgruppen aus
417,8 Teilen (4,02 mol) Neopentylglykol, 600,7 Teilen (3,62 mol)
Terephthalsäure
und 2,2 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat als Veresterungskatalysator
her. Die Reaktion wird bei 240°C
unter Atmosphärendruck (an
Stelle von 220°C)
ausgeführt.
Der
transparente Polyester mit Hydroxylgruppen besitzt die folgenden
Merkmale:
| Hydroxylzahl: | 61
mg KOH/g |
| Säurezahl: | 8
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 200°C): | 1200
mPa·s |
In der zweiten Stufe stellt man auf die gleiche
Weise wie oben unter b) einen Polyester mit Carboxylgruppen her,
aber man setzt 117,1 Teile (0,7 mol) Isophthalsäure (an Stelle von 110,9 Teilen)
zu; das Gemisch wird allmählich
auf 240°C
(an Stelle von 230°C)
erhitzt und es wird bei dieser Temperatur 3 Stunden lang gehalten.
Wenn das Reaktionsgemisch klar wird, legt man allmählich ein
Vakuum von 50 mm Hg an und man setzt die Reaktion 4 Stunden lang
bei 240°C
und unter einem Druck von 50 mm Hg fort.
Der so erhaltene Polyester
mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale: | Säurezahl: | 33
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 3
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 200°C): | 4700
mPa·s |
| Glasübergangstemperatur
(Tg): | 57°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 3740
(theoretisch) |
Man lässt
den erhaltenen Polyester auf 200°C
abkühlen
und man setzt dazu 1,3 Teile Ethyltriphenylphosphoniumbromid (Vernetzungskatalysator)
zu. Nach einer Stunde Rühren
des Gemischs nimmt man den Polyester aus dem Reaktor.
- e) Gemäß der oben
unter a) beschriebenen Arbeitsweise in einer Stufe stellt man einen
weiteren amorphen Polyester mit Carboxylgruppen, der reich an Isophthalsäure ist,
aus 424,9 Teilen Neopentylglykol, 722,2 Teilen Isophthalsäure und
2,3 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat als Veresterungskatalysator her.
Der
so erhaltene Polyester mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden
Merkmale:
| Säurezahl: | 31,5
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 200°C): | 2900
mPa·s |
| Glasübergangstemperatur
(Tg): | 52°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
-
Beispiel 2 – Synthese
von semikristallinen Polyestern.
-
- a) In einen wie in Beispiel 1 beschriebenen
Reaktor gibt man ein Gemisch von 739,9 Teilen (3,21 mol) 1,12-Dodecandisäure, 369,2
Teilen (3,12 mol) 1,6-Hexandiol und 2,5 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat
als Veresterungskatalysator.
Man erhitzt das Gemisch unter
Rühren
und unter Stickstoff bis auf eine Temperatur von etwa 140°C, eine Temperatur,
bei der das Wasser beginnt, aus dem Reaktor zu destillieren. Dann
erhöht
man die Temperatur des Reaktionsgemischs allmählich auf 225°C. Wenn die
Destillation des Wassers unter Atmosphärendruck beendet ist, setzt
man 1,0 Teile Tributylphosphit als Stabilisator und 1,0 Teile n-Butylzinn-trioctanoat
zu und man legt allmählich
ein Vakuum von 50 mm Hg an. Die Temperatur des Reaktionsgemischs
wird 3 Stunden lang auf 225 °C
unter einem Druck von 50 mm Hg gehalten.
Der so erhaltene semikristalline
Polyester mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 11,5
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 0,5
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 150 °C): | 7000
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 67°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 11220
(theoretisch) |
Man lässt
den erhaltenen Polyester auf 160°C
abkühlen
und man setzt dazu 10 Teile Tinuvin 144 (Lichtstabilisator) und
20 Teile Tinuvin 900 (UV-Absorber) zu.
Nach einer Stunde Rühren des
Gemischs nimmt man den Polyester aus dem Reaktor, man lässt ihn
auf Raumtemperatur abkühlen
und man erhält
ihn in Form eines weißen
festen Produkts.
- b) Gemäß der oben
unter a) beschriebenen Arbeitsweise stellt man einen weiteren semikristallinen
Polyester aus 750,7 Teilen (3,26 mol) 1,12-Dodecandisäure, 353,7
Teilen (2,99 mol) 1,6-Hexandiol und 2,5 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat
als Veresterungskatalysator her.
Der so erhaltene semikristalline
Polyester mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 29,5
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 0,6
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 100°C): | 2000
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 65°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 3740
(theoretisch) |
Man lässt
den erhaltenen Polyester auf 160°C
abkühlen
und man setzt dazu 10 Teile Tinuvin 144 und 20 Teile Tinuvin 900
zu. Nach einer Stunde Rühren
des Gemischs nimmt man den Polyester aus dem Reaktor, man lässt ihn
auf Raumtemperatur abkühlen
und man erhält
ihn in Form eines weißen
festen Produkts.
- c) Gemäß der oben
unter a) beschriebenen Arbeitsweise stellt man einen weiteren semikristallinen
Polyester aus 750,2 Teilen (3,25 mol) 1,12-Dodecandisäure, 351,2
Teilen (2,97 mol) 1,6-Hexandiol, 9,567 Teilen (0,07 mol) Trimethylolpropan
und 2,5 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat als Veresterungskatalysator
her.
Der so erhaltene semikristalline Polyester mit Carboxylgruppen
besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 21,3
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 0,9
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 100°C): | 4000
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 63°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 7012
(theoretisch) |
Man lässt
den erhaltenen Polyester auf 160°C
abkühlen
und man setzt dazu 10 Teile Tinuvin 144 und 20 Teile Tinuvin 900
zu. Nach einer Stunde Rühren
des Gemischs nimmt man den Polyester aus dem Reaktor, man lässt ihn
auf Raumtemperatur abkühlen
und man erhält
ihn in Form eines weißen
festen Produkts.
- d) Gemäß der oben
unter a) beschriebenen Arbeitsweise stellt man einen weiteren semikristallinen
Polyester aus 897,4 Teilen (3,90 mol) 1,12-Dodecandisäure, 236,4
Teilen (3,81 mol) Ethylenglykol und 2,5 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat
als Veresterungskatalysator her.
Der so erhaltene semikristalline
Polyester mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 8,0
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 2,5
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 150°C): | 7200
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 76°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 11220
(theoretisch) |
Man lässt
den erhaltenen Polyester auf 160°C
abkühlen
und man setzt dazu 10 Teile Tinuvin 144 und 20 Teile Tinuvin 900
zu. Nach einer Stunde Rühren
des Gemischs nimmt man den Polyester aus dem Reaktor, man lässt ihn
auf Raumtemperatur abkühlen
und man erhält
ihn in Form eines weißen
festen Produkts.
- e) Zum Vergleich stellt man auch einen nicht erfindungsgemäßen semikristallinen
Polyester mit Carboxylgruppen auf die folgende Weise her:
- 1. Stufe
In einen wie in Beispiel 1 beschriebenen Reaktor
gibt man 453,4 Teile (3,84 mol) 1,6-Hexandiol. Man erhitzt den Inhalt
des Reaktors bis auf 150°C,
um das Produkt zu schmelzen, und man setzt dazu 589,9 Teile (3,55 mol)
Terephthalsäure
und 2,3 Teile n-Butylzinn-trioctanoat als Veresterungskatalysator
zu.
Man setzt die Reaktion bei 235°C unter Atmosphärendruck
fort, bis etwa 95% der theoretischen Wassermenge destilliert sind.
Man erhält
einen Polyester mit Hydroxylgruppen, der die folgenden Merkmale
besitzt:
| Hydroxylzahl: | 40
mg KOH/g |
| Säurezahl: | 5
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 175°C): | 800
mPa·s |
- 2. Stufe
Man lässt
den in der ersten Stufe erhaltenen Polyester auf 200°C abkühlen und
man setzt dazu 91,7 Teile (0,55 mol) Isophthalsäure zu. Dann wird das Gemisch
allmählich
auf 235°C
erhitzt. Man hält
das Gemisch bei dieser Temperatur 2 Stunden lang, man setzt dazu
1,0 Teile Tributylphosphit als Stabilisator zu und man legt allmählich ein
Vakuum von 50 mm Hg an. Die Temperatur des Reaktionsgemischs wird
2 Stunden lang auf 235°C
unter einem Druck von 50 mm Hg gehalten.
Der so erhaltene semikristalline
Polyester mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 32
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 0,5
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 150°C): | 7200
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 130°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 3740
(theoretisch) |
Man lässt
den erhaltenen Polyester auf 160°C
abkühlen
und man setzt dazu 10 Teile Tinuvin 144 und 20 Teile Tinuvin 900
zu. Nach einer Stunde Rühren
des Gemischs nimmt man den Polyester aus dem Reaktor, man lässt ihn
auf Raumtemperatur abkühlen
und man erhält
ihn in Form eines weißen
festen Produkts.
- f) Zum Vergleich stellt man noch einen semikristallinen Polyester
auf die exakt gleiche Weise wie oben unter d) aus 458,24 Teilen
(3,88 mol) 1,6-Hexandiol und 589,2 Teilen (3,55 mol) Terephthalsäure (in
der ersten Stufe) und 91,4 Teilen (0,62 mol) Adipinsäure (in
der zweiten Stufe) her.
Der so erhaltene semikristalline Polyester
mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 34
mg KOH/g |
| Hydroxylzahl: | 3
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 200°C): | 700
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 129°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
| Zahlenmittel
des Molekulargewichts (Mn): | 3400
(theoretisch) |
Dieser semikristalline Polyester besitzt die gleichen
Merkmale wie der in Beispiel 1.a. des europäischen Patents 521.992 beschriebene
semikristalline Polyester.
Am Ende der Synthese lässt man
den erhaltenen Polyester abkühlen
und man setzt dazu 10 Teile Tinuvin 144 und 20 Teile Tinuvin 900
zu. Nach einer Stunde Rühren
des Gemischs nimmt man den Polyester aus dem Reaktor, man lässt ihn
auf Raumtemperatur abkühlen
und man erhält
ihn in Form eines weißen
festen Produkts.
- g) Gemäß der oben
unter a) beschriebenen Arbeitsweise stellt man einen weiteren semikristallinen
Polyester aus 757,8 Teilen 1,12-Dodecandisäure, 351,2 Teilen 1,4-Cyclohexandiol
und 2,5 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat als Veresterungskatalysator
her.
Der so erhaltene semikristalline Polyester mit Carboxylgruppen
besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 31,3
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 150°C): | 1500
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 65°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
- h) Gemäß der oben
unter a) beschriebenen Arbeitsweise stellt man einen weiteren semikristallinen
Polyester aus 700,1 Teilen 1,12-Dodecandisäure, 399,8 Teilen 1,4-Cyclohexandimethanol
und 2,5 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat als Veresterungskatalysator
her.
Der so erhaltene semikristalline Polyester mit Carboxylgruppen
besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 33,4
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 150°C): | 1500
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 47°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
- i) Gemäß der oben
unter a) beschriebenen Arbeitsweise stellt man einen weiteren semikristallinen
Polyester aus 709,4 Teilen 1,12-Dodecandisäure, 369,74 Teilen 1,4-Cyclohexandimethanol
und 2,5 Teilen n-Butylzinn-trioctanoat als Veresterungskatalysator
her.
Der so erhaltene semikristalline Polyester mit Carboxylgruppen
besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 33,0
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 150°C): | 3400
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 45°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
- j) Gemäß der oben
unter a) beschriebenen Arbeitsweise stellt man einen weiteren semikristallinen
Polyester aus 500,7 Teilen 1,12-Dodecandisäure, 166,9 Teilen Adipinsäure, 439,8
Teilen 1,4-Cyclohexandimethanol und 2,5 Teilen n-Butylzinntrioctanoat
als Veresterungskalalysator her.
Der so erhaltene semikristalline
Polyester mit Carboxylgruppen besitzt die folgenden Merkmale:
| Säurezahl: | 32,4
mg KOH/g |
| ICI-Viskosität (bei 150°C): | 1300
mPa·s |
| Schmelzpunkt
(Tm): | 45°C |
| (DSC
mit 20°C/Minute) | |
-
Beispiele 3 bis 15 und
Vergleichsbeispiele I, II und III – Herstellung von pulverförmigen wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen.
-
Man
stellt 16 pulverförmige
wärmehärtbare Zusammensetzungen
auf die folgende Weise her. Man mischt bei Raumtemperatur einen
amorphen Polyester mit Carboxylgruppen, der wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt
wurde, einen semikristallinen Polyester mit Carboxylgruppen, der
wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt wurde, ein Vernetzungsmittel
und verschiedene, üblicherweise
für die
Herstellung von pulverförmigen Farben
verwendete Hilfssubstanzen trocken. Die Art und die Mengen dieser
Produkte sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Das erhaltene
Gemisch wird in einem Doppelschneckenextruder (PRISM 16 mm L/D 15/1)
bei einer Extrusionstemperatur von 85°C homogenisiert. Das Extrudat
wird abgekühlt,
grob zerkleinert und in einer Mühle
RETSCH ZM 100 (Sieb mit 0,5 μm)
zerkleinert, dann gesiebt, um ein Pulver zu bilden, dessen Teilchengröße zwischen
10 und 100 Mikrometern liegt.
-
Um
die Eigenschaften der mit diesen Zusammensetzungen erhaltenen Beschichtungen
zu bestimmen, werden die erhaltenen Pulver durch Spritzen mit einer
elektrostatischen Spritzpistole Gema-Volstatic PCG 1 auf kaltgewalzten
Stahlplatten unter einer Spannung von 60 bis 100 kV abgeschieden,
um eine Filmdicke zwischen 50 und 70 Mikrometern zu erhalten.
-
Die
so beschichteten Platten werden dann in einen mit Luft belüfteten Ofen
gebracht, wo die abgeschiedenen Zusammensetzungen 15 Minuten bei
einer Temperatur von 200°C
gehärtet
werden.
-
Die
erhaltenen gehärteten
Beschichtungen weisen alle ein glattes, gleichmäßiges und von Fehlern, wie
Krater, Löcher
oder "Orangenhaut" freies Aussehen
auf.
-
Die
verschiedenen Zusammensetzungen und die Eigenschaften der erhaltenen
Beschichtungen sind in der folgenden Tabelle I beschrieben.
-
-
-
Man
sieht, dass nur die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, die
gleichzeitig einen an Isophthalsäure
reichen amorphen Polyester und einen semikristallinen Polyester,
der aus einer gesättigten
aliphatischen Dicarbonsäure
mit linearer Kette (1,12-Dodecandisäure) und einem gesättigten
aliphatischen Diol mit linearer Kette (1,6-Hexandiol oder Ethylenglykol)
oder einem cycloaliphatischen Diol (1,4-Cyclohexandiol oder 1,4-Cyclohexandimethanol)
hergestellt wird, enthalten, Beschichtungen ergeben, deren Glanz
geringer als 50% ist.
-
Die
Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels I, die einen an Terephthalsäure reichen
amorphen Polyester enthält,
ergibt eine Beschichtung, die sehr stark glänzt (Glanz von 81%).
-
Desgleichen
ergeben die Zusammensetzungen des Vergleichsbeispiels II und des
Beispiels III, die einen nicht erfindungsgemäßen semikristallinen Polyester,
der im Wesentlichen auf Terephthalsäure und 1,6-Hexandiol basiert
(wie in den Ausführungsbeispielen
des europäischen
Patents 521.992), enthalten, Beschichtungen, die sehr stark glänzen (Glanz
von 84–86%).
Außerdem
weisen die aus diesen Zusammensetzungen erhaltenen Beschichtungen
eine weniger gute Schlagfestigkeit und Biegsamkeit auf.
-
Man
sieht auch, dass, wenn in der Zusammensetzung eine Polyepoxidverbindung
als Vernetzungsmittel verwendet wird und die Menge an semikristallinem
Polyester zunimmt (15 bis 25 Gew.-%) und die Menge an amorphem Polyester
abnimmt (85 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyester),
der Glanz von 44% auf einen Glanz von 18% übergeht (vergleichen der Beispiele
10 und 3).
-
Man
kann folglich eine Beschichtung mit dem gewünschten Glanzniveau, entweder
eine matte Beschichtung (Beispiele 3 bis 9) oder eine seidenmatte
oder seidenglänzende
Beschichtung (Beispiele 10 und 11), herstellen, indem man nur die
pulverförmige
Zusammensetzung, diese dieses Glanzniveau liefert, passend auswählt.
-
Beispiele 16 und 17 und
Vergleichsbeispiele IV bis VI – Herstellung
von pulverförmigen
wärmehärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen.
-
In
diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen stellt man 5 pulverförmige wärmehärtbare Zusammensetzungen
gemäß der in
den vorhergehenden Beispielen 3 bis 15 beschriebenen Arbeitsweise
her, um dunkelbraune Farben zu erhalten und die Eigenschaften der
erhaltenen Beschichtungen zu untersuchen.
-
Die
verschiedenen Zusammensetzungen und die Eigenschaften der erhaltenen
Beschichtungen sind in der folgenden Tabelle II beschrieben.
-
Die
aus diesen Zusammensetzungen erhaltenen gehärteten Beschichtungen weisen
alle ein glattes, gleichmäßiges und
fehlerfreies Aussehen auf. Tabelle
II Beispiele
für dunkelbraune
Farben.
- (1) zum Vergleich
- (2) Triglycidylisocyanurat (Araldite PT 810 von Ciba-Geigy)
- (3) Bayferrox 130 (BAYER)
- (4) Bayferrox 3950 (BAYER)
- (5) FW 2 (DEGUSSA)
- (6) Resiflow PV5 (Worlée
Chemie)
-
Die
Tabelle II zeigt, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen (Beispiele
16 und 17) Beschichtungen mit schwachem Glanz ergeben, während die
nicht erfindungsgemäßen Zusammensetzungen (Vergleichsbeispiele
IV und V), die einen semikristallinen Polyester, der im Wesentlichen
auf Terephthalsäure und
1,6-Hexandiol basiert, enthalten, sehr stark glänzende Beschichtungen ergeben
(Glanz von 85 bis 90%).
-
Beispiel 18 – Witterungsbeständigkeit
der Beschichtungen.
-
In
diesem Beispiel wird das ausgezeichnete Verhalten gegenüber Witterung
der aus erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
erhaltenen Beschichtungen mit schwachem Glanz gezeigt.
-
Dazu
wurden die Beschichtungen, die mit den dunkelbraunen Farben, die
in den Beispielen 16 und 17 und den Vergleichsbeispielen IV, V und
VI (deren Zusammensetzungen in der Tabelle II angegeben sind) hergestellt
wurden, erhalten werden, auf ihre Witterungsbeständigkeit untersucht.
-
Die
zu untersuchenden pulverförmigen
Farben werden durch Spritzen mit einer elektrostatischen Spritzpistole
Gema-Volstatic PCG 1 auf verchromten Aluminiumplatten unter einer
Spannung von 60 bis 100 kV abgeschieden. Die Dicke der gebildeten
Abscheidung beträgt
50 bis 70 Mikrometer.
-
Man
unterzieht die nach einem Härten
von 15 Minuten bei 200°C
erhaltenen Beschichtungen dem beschleunigten Alterungstest (oben
beschriebener QUV-Test), um die UV-Strahlungs- und Feuchtigkeitsbeständigkeit
zu bestimmen. Es wurden die Veränderung
der Farbtönung
delta E gemäß der Norm
ASTM D 2244 und die Erhaltung des Glanzes, gemessen unter einem
Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523, nach 3.000 Stunden Exposition bestimmt.
-
Die
so erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle III wiedergegeben,
in der:
| die
erste Spalte | die
untersuchte Zusammensetzung angibt, |
| die
zweite Spalte | die Änderung
der Farbtönung
delta E, berechnet gemäß der Norm
ASTM D 2244 nach 3.000 Stunden Exposition, |
| die
dritte Spalte | die
Erhaltung des Glanzes, gemessen unter einem Winkel von 60° gemäß der Norm
ASTM D 523 nach 3.000 Stunden Exposition und ausgedrückt in Prozent seines
Anfangswertes zu Beginn des Versuchs. |
Tabelle
III Beschleunigte
Alterung der Beschichtungen.
-
Die
Ergebnisse der Tabelle III zeigen, dass die aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
erhaltenen Beschichtungen mit schwachem Glanz eine bemerkenswerte
Witterungsbeständigkeit
aufweisen (Beispiele 16 und 17).
-
Diese
Witterungsbeständigkeit
ist vergleichbar mit derjenigen, die mit den Zusammensetzungen auf der
Basis von an Isophthalsäure
reichen amorphen Polyestern, die im Handel erhältlich und für ihre ausgezeichnete
Leistung bei der Außenexposition
bekannt sind (Vergleichsbeispiel VI), erzielt wird. Die Gegenwart des
semikristallinen Polyesters auf der Basis von 1,12-Dodecandisäure und
1,6-Hexandiol in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen beeinträchtigt die
Witterungsbeständigkeit
der erhaltenen gehärteten
Beschichtungen kaum.
-
Man
sieht in der Tabelle III, dass dies bezüglich der Zusammensetzungen
des Stands der Technik, die einen semikristallinen Polyester vom
Typ derjenigen enthalten, die in den Ausführungsbeispielen des europäischen Patents
521.992 verwendet werden, die im Wesentlichen auf Terephthalsäure und
1,6-Hexandiol basieren, nicht so ist. Die mit diesen Zusammensetzungen
erhaltenen Beschichtungen werden nämlich durch die Exposition
mit UV-Lampen und Feuchtigkeit stark geschädigt; die Veränderung
der Farbtönung
delta E ist sehr beträchtlich
und der Glanz fällt
unter 50% seines Anfangswertes nach 3.000 Stunden Exposition (Vergleichsbeispiele
IV und V).