Uretdiongruppenhaltige Polyurethanzusammensetzungen. welche bei niedriger Temperatur härtbar sind und (teil-lkristalline Harze enthalten
Die Erfindung betrifft uretdiongruppenhaltige Polyuremanzusarrimensetzungen, welche bei niedriger Temperatur härtbar sind und (teil-)kristalline Harze enthalten, insbesondere für Polyurethan-Pulverlack- und Klebstoflzusan-miensetzungen, welche bei niedriger Temperatur härtbar sind, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung.
Bei Raumtemperatur feste, extern oder intern blockierte Polyisocyanate stellen wertvolle Nernetzer für thermisch vernetzbare Polyurethan PUR)-Pulverlack- und Klebstofl-zusammensetzungen dar.
So beschreibt z. B. die DE-OS 27 35497 PUR-Pulverlacke mit hervorragender Witterungs- und Wärmestabilität Die Vernetzer, deren Hersteilung in der DE-OS 27 12 931 beschrieben wird, bestehen aus mit ε-Caprolactam blockiertem, Isocyanuratgruppen enthaltendem Isophorondiisocyana Es sind auch urethan-, biuret- oder harnstoffgruppenhaltige Polyisocyanate bekannt, deren Isocyanatgruppen ebenfalls blockiert sind.
Der Nachteil dieser extern blockierten Systeme besteht in der Abspaltung des Blockierungsmittels während der mermischen Vemetzungsreaktion. Da das Blockierungsmittel somit in die Umwelt emittieren kann, müssen aus ökologischen und arbeitshygienischen Gründen besondere Vorkehrungen zur Reinigung der Abluft und Wiedergewinnung des Blockierungsmittels getroffen werden. Zudem weisen die Vernetzer eine geringe Reaktivität auf. Es sind Härtungstemperaturen oberhalb von 170 °C erforderlich.
Die DE-OS 30 30 539 und DE-OS 3030 572 beschreiben Verfahren zur Herstellung von uretdiongruppenhaltigen Polyadditionsverbindungen, deren terminale Isocyanatgruppen mit Monoalkoholen oder Monoa inen irreversibel blockiert sind. Nachteilig sind insbesondere die Ketten abbrechenden Bestandteile der Vernetzer, die zu geringen Netzwerkdichten der PUR- Pulverlackbeschichtungen und damit zu mäßigen Lösemittelbeständigkeiten führen.
Hyάtoxylgrappenterminierte, uretdiongruppenhaltige Polyadditionsverbindungen sind
Gegenstand der EP 669 353. Sie weisen aufgrund ihrer Funktionalität von zwei eine verbesserte Resistenz gegenüber Lösemitteln auf. Den Pidverlackzusammensetzungen auf Basis dieser uretdiongruppenhaltigen Polyisocyanate ist gemeinsam, dass sie bei der Härtungsreaktion keine flüchtigen Verbindungen emittieren. Allerdings liegen die Einbrenntemperaturen mit mindestens 180 °C auf hohem Niveau.
Der Einsatz von Arnidinen als Katalysatoren in PUR-Pulverlackzusammensetzungen wird in der EP 803 524 beschrieben. Diese Katalysatoren führen zwar zu einer Erniedrigung der Aushärtungstemperatur, zeigen aber eine beträchtliche Vergilbung, die im Beschichtungsbereich allgemein unerwünscht ist. Ursache dieser Vergilbung sind vermuthch die reaktiven Stickstoffatome in den Amidinen. Diese können sich mit Luftsauerstoff zu N-Oxiden umsetzen, die für die Verfärbung verantwortlich sind. In der EP 803 524 werden auch andere Katalysatoren erwähnt, die bislang für diesen Zweck verwendet wurden, ohne aber eine besondere Wirkung auf die Aushärtetemperatur zu zeigen. Dazu gehören die aus der Polyurethan-Chemie bekannten metallorganischen Katalysatoren, wie z. B. Dibutylzinndilaurat (DBTL), oder aber tertiäre Amine, wie z. B. l,4-Diazäbicylco[2.2.2]octan (DABCO).
In der WO 00/34355 werden Katalysatoren auf der Basis von Metallacetylacetonaten, z. B. Zinkacetylacetonat, beansprucht. Solche Katalysatoren sind tatsächlich in der Lage, die Aushärtungstemperatur von uretdiongruppenhaltigen Polyurethan-Pulverlackzusammensetzungen zu erniedrigen, zeigen als Reaktionsprodukte aber hauptsächlich Allophanate M. Gedan-Smolka, F. Lehmann, D. Lehmann „New catalysts for the low temperature curing of uretdione powder coatings" International Waterborne, High solids and Powder Coatings Symposium, New Orleans, 21. - 23.02.2001). Allophanate sind die Umsetzungsprodukte aus einem Mol Alkohol und zwei Mol Isocyanat, während sich in der herkömmlichen Urethanchemie ein Mol Alkohol mit einem Mol Isocyanat umsetzt. Durch die unerwünschte Allophanatbildung werden also technisch wie ökonomisch wertvolle Isocyanatgruppen vernichtet.
Bestimmte Katalysatoren beschleunigen die Rückspaltung von Uretdiongruppen so stark, so dass sich bei Verwendung uretdiongruppenhalriger Härter die Aushärtetemperatur von Pulverlack- bzw. Klebstoffzusammensetzungen beträchtlich erniedrigen lässt. Aufgrund der
niedrigen Aushärtungstemperatur liegt eine hohe Schmelzviskosität vor. Dies führt zu Verlaufsproblemen und Oberflächenstörungen der Pulverlackfilme. Der hohe Glasübergangspunkt von herkönimlichen PUR-Pulverlackrohstoffen kann bei unzureichender Vernetzung zu spröden Lacken fuhren.
Aufgäbe der vorliegenden Erfindung war es daher, hochreaktive uretdiongruppenhaltige Polyuremanzusammensetzungen zu finden, die sich bereits bei sehr niedrigen Temperaturen aushärten lassen und sich insbesondere zur Herstellung von Kunststoffen sowie von hochglänzenden oder matten, licht- und wetterstäbilen Pulverlackbeschichtungen und Klebstoffen eignen.
Überraschend wurde gefunden, dass in Niedrigtemperatur härtenden uretdionhaltigen Systemen der Einsatz von (teil-)kristallinen Harzen sowohl den Verlauf der Pulverlacke verbessert als auch die Flexibihtät der Pulverlacke und Klebstoffe entscheidend erhöht.
Herkömmliche uretdionhaltige Lack- bzw. Klebstofrziisammensetεungen lassen sich unter normalen Bedingungen DBTL-Katalyse) erst ab 180 °C aushärten. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen bei Niedrigtemperatur härtenden Polyuremanzusammensetzungen kann bei 100 bis 160 °C Aushärtungstemperatur nicht nur Energie und Aushärtungszeit gespart werden, sondern es lassen sich auch viele temperatursensible Substrate beschichten bzw. verkleben, die bei 180 °C unerwünschte Vergilbungs-, Zersetzungs- und/oder Versprödungserscheinungen zeigen würden. Neben Metall, Glas, Holz, Leder, Kunststoffen und MDF-Platten sind auc bestimmte Aluniiniumuntergründe prädestiniert. Bei letzteren führt eine zu hohe Temperaturbelastung mitunter zu einer unerwünschten Änderung der KristaHsIxiύ tμr.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind hochreaktive uretdiongruppenhaltige Polyuremarizusammensetzungen mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 40 °C, im WesentHchen enthaltend
A) mindestens einen uretdiongruppenhaltigen Härter, basierend auf aromatischen, aliphatischen, (cyclo)aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Polyisocyanaten und hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen mit einem freien NCO-Gehalt von kleiner
5 Gew.-% und einem Uretdiongehalt von 1 bis 18 Gew.-%; und B) rnindestens einen Katalysator 1. der Formel [XRJR2R3R4]+ [R5COO]-, mit X gleich N oder P, wobei R1 bis R4 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste, jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten R1 bis R4 verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeuten und jeder Rest R1 bis R4 zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann, und R5 ein Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylrest, linear oder verzweigt, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Säure-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann, 2. der Formel pj-R1R2R3R4]+ [R5]", mit X gleich N oder P, wobei R1 bis R4 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste, jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten R1 bis R4 verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellen und jeder Rest R1 bis R4 zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino- , Ester-, Keto-, Thio-, Säure-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann, und R5 entweder OH oder F bedeutet, 3. der Formel M (OR1)» (OR2)m (OR3)0 (OR (OR5)q (OR6)r, wobei M ein Metall in beliebiger positiver Oxidationsstufe und identisch mit der Summe n-Hn+o+p+q+r ist, m, o, p, q, r ganze Zahlen von 0 bis 6 darstellen und für die Summe n-Hm+o+p+q-Hr = 1 bis 6 gilt, die Reste R1 bis R6 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten und die Reste jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die
Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können und zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Säure-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen können, wobei diese Katalysatoren aus den Gruppen 1 bis 3 einzeln oder in Mischungen enthalten sind und ggf. mit einer inerten Hülle umgeben und damit verkapselt sein können; und
C) mindestens ein (teil-)kristallines hydroxylgruppenhaltiges Polymer mit einer OH-Zahl zwischen 10 und 500 mg KOH/Gramm mit einem Gewichtsanteil, bezogen auf die Gesamtformulierung, von 1 bis 95 %;
D) gegebenenfalls mindestens eine gegenüber Säuregruppen reaktive Verbindung mit einem Gewichtsanteil, bezogen auf die Gesamtformulierung, von 0,1 bis 10 %;
E) gegebenenfalls mindestens eine Säure in monomerer oder polymerer Form in einem Gewichtsanteil, bezogen auf die Gesamtformulierung, von 0,1 bis 10 %; F) gegebenenfalls mindestens ein amorphes hydroxylgruppenhaltiges oder amingruppenhaltiges Polymer mit einer OH-Zahl zwischen 20 und 500 mg KOH/Gramm bzw. einem vergleichbaren Ammgehalt, mit einem Gewichtsanteil, bezogen auf die Gesamtformulierung, von 1 bis 95 %;
G) gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe und oder weitere Katalysatoren mit einem Gewichtsanteil, bezogen auf die Gesamtformulierung, von 0,01 bis 55 %;
wobei der Anteil des Katalysators unter B) 0,001 bis 5 Gew.-% an der Gesamtformulierung beträgt.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der Polyurethanzusammensetzung.
Gegenstand der Erfindung sind auch Pulverlacke und die Verwendung der erfindungsgemäßen Polyurethanzxisarnmensetzungen zur Herstellung von Lackbeschichtungen auf Metall-, Kunststoff-, Glas-, Holz-, oder Ledersubstraten oder sonstigen hitzeresistenten Untergründen.
Gegenstand der Erfindung sind auch Klebstofrzusammensetzungen und die Verwendung der
erfindungsgemäßen Polyurethanzusammensetzungen zur Herstellung von Verklebungen von Metall-, Kunststoff-, Glas-, Holz-, oder Ledersubstraten oder sonstigen hitzeresistenten Untergründen. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind Met^lbescbichtungszusammensetzungen, insbesondere für Automobilkarossen, Motor- und Fahrräder, Gebäudeteile und Haushaltsgeräte, Holzbesc chti gszusammensetzungen, Glasbesc chtimgszusammensetzungen, Leder- bescMchtungszusammensetzungen und KunststofmescMchttmgszusammensetzungen.
Uretdiongruppen enthaltende Polyisocyanate sind wohlbekannt und werden beispielsweise in US 4476 054, US 4912210, US 4929 724 sowie EP 0417 603 beschrieben. Einen umfassenden Überblick über industriell relevante Verfahren zur Dimerisierung von Isocyanaten zu Uretdionen liefert das J. Prakt. Chem. 336 (1994) 185-200. Im Allgemeinen erfolgt die Urnsetzung von Isocyanaten zu Uretdionen in Gegenwart löslicher Dimerisierungskatalysatoren, wie z. B. Dialkylannnopyridinen, Trialkylphosphinen, Phosphorigsäure-triamiden oder Lmdidazolen. Die Reaktion - optional in Lösemitteln, bevorzugt aber in Abwesenheit von Lösemitteln durchgeführt - wird bei Erreichen eines gewünschten Umsatzes durch Zusatz von Katalysatorgiften abgestoppt. Überschüssiges monomeres Isocyanat wird im Anschluss durch Kurzwegverdampfung abgetrennt. Ist der Katalysator flüchtig genug, kann das Reaktionsgemisch im Zuge der Monomerabtrennung vom Katalysator befreit werden. Auf den Zusatz von Katalysatorgiften kann in diesem Fall verzichtet werden. Grundsätzlich ist zur Herstellung von Uretdiongruppen enthaltenden Polyisocyanaten eine breite Palette von Isocyanaten geeignet. Erfindungsgemäß werden Isophorondiisocyanat (IPDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI), 2-Methylpentandiisocyanat (MPDI), 2,2,4- Trimethy examethylendiisocyana1/2,4,4-Triιnethylhexamethylenffisocy (TMDI),
Norbornandüsocyanat (NBD1), Methylendiphenyldiisocyanat (MDI), Toluidindiisocyanat (TDD und Tetramemyixylylendiisocyanat (TMXDI) bevorzugt verwendet. Ganz besonders bevorzugt werden IPDI und HDI.
Die Umsetzung dieser Uretdiongruppen tragenden Polyisocyanate zu Uretdiongruppen aufweisenden Härtern A) beinhaltet die Reaktion der freien NGO-Gruppen mit hydroxylgruppenhaltigen Monomeren oder Polymeren, wie z. B. Polyestern, Polythioethern,
Polyethern, Polycaprolactamen, Polyepoxiden, Polyesteramiden, Polyurethanen oder niedermolekularen Di-, Tri- und/oder Tetraalkoholen als Kettenverlängerer und gegebenenfalls Monoaminen und/oder Monoalkoholen als Kettenäbbrecher und wurde schon häufig beschrieben (EP 669 353, EP 669 354, DE 30 30 572, EP 639 598 oder EP 803 524). Bevorzugte Uretdiongruppen aufweisende Härter A) haben einen freien NCO-Gehalt von weniger als 5 Gew.-% und einen Gehalt an Uretdiongruppen von 1 bis 18 Gew.-% (berechnet als C2N2O2, Molekulargewicht 84). Bevorzugt werden Polyester und monomere Dialkohole. Außer den Uretdiongruppen können die Härter auch Isocyanurat-, Biuret-, Allophanat-, Urethan- und/oder Harnstoff-Strukturen aufweisen
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung mindestens eines Katalysators
1. der Formel [XRJR2R3R4]+ [R5COO]", mit X gleich N oder P, wobei R1 bis R4 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste, jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten R^is R4 verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeuten und jeder Rest R1 bis R4 zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann, und R5 ein Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylrest, linear oder verzweigt, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Säure-, Urethan- , Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann,
2. der Formel [XRJR2R3R4]+ [R5]-, mit X gleich N oder P, wobei R1 bis R4 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste, jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten RJbis R4 verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellen und jeder Rest R1 - R4 zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Amino-, Ester-, Keto-, Thio-, Säure-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann, und R5 entweder OH oder F bedeutet,
3. der Formel M (OR1^ (OR2)m (OR3)0 (OR4)p (OR5)q (OR6)r , wobei M ein Metall in behebiger positiver Oxidationsstufe und identisch mit der Summe n-Hn+o+p+q+r ist, m, o, p, q, r ganze Zahlen von 0 bis 6 darstellen und für die Summe n-Hm+o+p+q-Hr =• 1 bis 6 gilt, die Reste R1 bis R6 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste, mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten und die Reste jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können und zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol- , Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Säure-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen können,
in festen Polyurelhanzusammensetzungen der oben beschriebenen Art. .
Die erfindungswesentiichen Katalysatoren B) genügen 1. der Formel [XR1R2R3R4]+ [R5COO]", mit X gleich N oder P, wobei R1 bis R4 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste, jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten ^is R4 verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeuten und jeder Rest R1 bis R4 zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann, und R5 ein Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylrest, linear oder verzweigt, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Säure-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann, oder
2. der Formel [XRJR2R3R4]+ [R5]', mit X gleich N oder P, wobei R1 bis R4 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste, jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten R1 bis R4 verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können, mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellen und jeder Rest R1 bis R4 zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Säure-,
Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen kann, und R5 entweder OH oder F bedeutet, oder 3. der Formel M (OR1),, (OR2)m (OR3)0 (OR4^ (OR5)q (OR6)r, wobei M ein Metall in behebiger positiver Oxidationsstufe und identisch mit der Summe n-hm+o+p+q+r ist, m, o, p, q, r ganze Zahlen von 0 bis 6 darstellen und für die Summe n+m+o+p+q-hr = 1 bis 6 gilt, die Reste R1 bis R6 gleichzeitig oder unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Alkoxyalkylreste, mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten und die Reste jeweils linear oder verzweigt, unverbrückt oder mit anderen Resten verbrückt, unter Ausbildung von Cyclen, Bicyclen oder Tricyclen und die Verbrückungsatome neben Kohlenstoff auch Heteroatome sein können und zusätzlich noch eine oder mehrere Alkohol-, Arnino-, Ester-, Keto-, Thio-, Säure-, Urethan-, Harnstoff-, Allophanatgruppen, Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Halogenatome aufweisen können.
Beispiele für solche Katalysatoren unter 1. sind Teframethylammoniumformiat, Teframemylammoniumacetat, Teframemylammonium-propionat, Tetramemylammoniumbutyrat, Tetramethylammoniumbenzoat, Tetiaethylammoniumformiat, Tetraethylammomumacetat, Tettaethylammoniumpropionat, Tetiaethylammoniumbutyrat, Tetraethylammoniumbenzoat, Tefrapropylammoniurnformiat, Tetrapropylammoniumacetat, Tefrapropylammoniumpropionat, Tefrapropylammoniumbutyrat, Tefrapropylarnmomumbenzoat Tefrabutylammoniumformiat, Telrabutylammoniumacetat, Teträbutylammoniumpropionat, Tettabutylanamoniumbutyrat, Teteabutylammoniumbenzoat, Tetrabutylphosphoniumacetat, Tetrabutylphosphoniumformiat, Ethyltriphenyl-phosphoniumacetat, Tetrabutylphosphoniumbenzotriazolat,
Tetraphenylphosphoniumphenolat und Trihexyltetradecylphosphoniumdecanoat.
Beispiele für solche Katalysatoren unter 2. sind Memy burylanimoniumhydroxid, Methyltriethylammomumhydroxid, TeframethylammoniunΛ^ydroxid, Tetraethylammo- niumhydroxid, Tetrapropylammoniumhydroxid, Tetrabulylammoniumhydroxid, Tetra- penlylammoniumhydroxid, Tetrahexylammoniumhydroxid, Tettaoctylammoruumhydroxid, Tefradecylammoniumhydroxid, Tetiadecyltrmexylammom'umhydroxiά, Tetraoctadecyl- ammoniumhydroxid, Benzyltiimethylammomumhydroxid, Benzyltrie ylan-moniumhydroxid, Trimethylphenylammomumhydroxid, Triemylmemylarrimoniumhydroxid, Trimethylvinyl- ammoniumhydroxid, Teframethylammoniumfiuorid, Tettaethylammoniumfluorid, Teträbutyl-
ammoniumfluorid, Tetiaoctylarnmoniumfluorid, Berizyltrimethylammoniumfluorid,
Tettabutylphosphoniυmhydroxid und Tettabutylphosphorriumfluorid.
Beispiele für solche Katalysatoren unter 3. sind LitMumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Rubidiumhydroxid, Cäsiumhydroxid, Beriiliu hydroxid, Magnesiumhydroxid, Calziumhydroxid, Strontiumhydroxid, Bariumhydroxid, AlvimMumhydroxid, ZirMiydroxid, LitMummethanolat, Natriummethanolat, KaHummethanolat, Magnesiummethanolat, Calziumethanolat, Bariumethanolat, Lithiumethanolat, Natriumethanolat, Kaliumethanolat, Magnesiumethanolat, Calziumethanolat, Bariumethanolat, Lithiumpropylalkoholat, Natriumpropylalkoholat, Kaliumpropylalkoholat, Magnesiumpropylalkoholat,
Calziumpropylalkoholat, Bariumpropylalkoholat, LitMumisopropylalkoholat,
Natriumisopropylalkoholat, Kahumisopropylalkoholat, Magnesiumisopropylalkoholat, Calziumisopropylalkoholat, Bariumisopropylalkoholat, Lithium- 1 -butylalkoholat, Natrium- 1- butylalkoholat, Kalium- 1 -butylalkoholat, Magnesium- 1 -butylalkoholat, Calzium-1- butylalkoholat, Barium- 1 -butylalkoholat, Lithium-2-butylalkoholat, Natrium-2-burylalkoholat, Kalium-2-burylalkoholat, Magnesium-2-butylalkoholat, Calzium-2-butylalkoholat, Barium-2- butylalkoholat, Lithiumisobutylalkoholat, Natiiumisobutylalkoholat, Kahumisobutylalkoholat, Magnesiumisobutylalkoholat, Calziumisobutylalkoholat, Bariurnisόbutylalkoholat, Litbium-tert.- butylalkoholat, Natrium-tert. -butylalkoholat, Kalium-tert.-butylalkoholat, Magnesium-tert.- butylalkoholat, Calzium-tert. -butylalkoholat, Barium-tert.-butylalkoholat, Lithiumphenolat, Natriumphenolat, Kaliumphenolat, Magnesiumphenolat, Calziumphenolat und Bariumphenolat.
Selbstverständlich können auch Mischungen solcher Katalysatoren verwendet werden. Die Katalysatoren sind in einer Menge von 0,001 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtformulierung, in der Polyurethanzusammensetzung enthalten. Die Katalysatoren können Kristallwasser enthalten, wobei dieses bei der Berechnung der eingesetzten Katalysatorenmenge nicht berücksichtigt wird, d. h. die Wassermenge wird herausgerechnet. Besonders bevorzugt werden Tettaemylammoniumbenzoat und Tettabutylammoniu hydroxyd eingesetzt.
Eine erfindungsgemäße Variante schließt die polymere Anbindung solcher Katalysatoren B) an die Härter A) oder hydroxylgruppenhaltige Polymere C) oder F) mit ein. So können z. B. freie
Alkohol-, Thio- oder Aminogruppen der Ammoniumsaize mit Säure-, Isocyanat-, oder Glycidylgruppen der Pulverlackhärter A) oder hydroxylgruppenhaltige Polymere C) oder F) umgesetzt werden, um die Katalysatoren B) in den polymeren Verbund zu integrieren. Diese Katalysatoren können außerdem mit einer Hülle umgeben sein und damit verkapselt.
Bei den hydroxylgrappenhaltigen (teil-)kristallinen Polymeren C) werden bevorzugt Polyester, Polyether, Polyacrylate, Polyurethane und/oder Polycarbonate mit einer OH-Zahl von 10 bis 500 (in mg KOH/Gramm) eingesetzt. Besonders bevorzugt werden hydroxylgruppenhaltige Polyester mit einer OH-Zahl von 15 bis 150 und einem mittleren Molekulargewicht von 500 bis 6000 g/mol. Selbstverständlich können auch Mischungen solcher Polymere eingesetzt werden. Der Gew.-Anteil dieser (teil-)kristallinen Komponente C) an der Gesamtformulierung A-G kann zwischen 1 und 95 Gew.-% betragen, bevorzugt werden 2 bis 50 Gew.-%.
(Teü-)Kristalline hydroxylgruppenhaltige Polyester werden hergestellt durch Polykondensation. Dazu wird eine Säurekomponente, bestehend aus 80 bis 100 Molprozent einer gesättigten linearen ahphatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure mit 4 bis 14 Kohlenstoffatomen und 0 bis 20 Molprozent einer anderen ahphatischen oder cycloaliphatischen oder aromatischen Di- oder Polycarbonsäure, mit einer Alkoholkomponente, bestehend aus 80 bis 100 Molprozent eines linearen ahphatischen Diols mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen und 0 bis 20 % eines anderen ahphatischen oder cycloaliphatischen Di- oder Polyols mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen, umgesetzt. Die so hergestellten (teil-)kristallinen hyάroxylgruppenhaltigen Polyester haben eine OH-Zahl von 15 bis 150 mg KOH/g, eine Säurezahl <5 mg KOH g und einen Schmelzpunkt von 40 bis 130 °C.
Für die Herstellung von (teil-)kristallinen Polyestern bevorzugte Carbonsäuren sind Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure, Tetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure, Hexahydroterephthalsäure, Endomethylen- tetrahydrophthalsäure, Glutarsäure bzw. - soweit zugänglich - deren Anhydride. Besonders gut geeignet ist Dodecandisäure.
Als Polyole sind die folgenden Diole Ethylenglykol, Propandiol-(l,2) und -(1,3), 2,2-
Dimethylρropandiol-(l,3), Butandiol-(l,4), Pentandiol-(l,5), Hexandiol-(l,6), 2- Methylρentandiol-(l ,5), 2,2,4-Trimethylhexandiol-(l ,6), 2,4,4-Trimethylhexandiol-(l ,6), Heρtandiol-(l,7), Decandiol-(1,10), Dodecandiol-(l,12), Octadecen-9,10-diol-(l,12), Octadecandiol-(l,18), 2,4-Dimethyl-2-ρroρylheρtandiol-(l,3), Butendiol-(l,4), Butindiol-(l,4), Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, trans- und eis- 1,4- Cyclohexandimethanol, die Triole Glycerin, Hexantriol-( 1,2,6), 1,1,1-Trimethylolpropan und 1,1,1-TrimethyIolethan und das Tetraol Pentaerythrit, geeignet.
Beachtet werden muss in diesem Zusammenhang, dass die Aktivität der Katalysatoren unter B) in Anwesenheit von Säuren deutlich abnimmt. Zu den herkömmlichen Reaktionspartnern der uretdionhaltiger Lack- bzw. Klebstoffhärter gehören hydroxylgruppenhaltige Polyester.
Aufgrand der Herstellungsweise von Polyestern tragen diese mitunter in geringem Umfang noch
Säuregruppen. In Gegenwart von solchen Säuregruppen tragenden Polyestern bietet es sich an, die erwähnten Katalysatoren entweder im Überschuss, bezogen auf die Säuregruppen, zu verwenden, oder aber reaktive Verbindungen zuzusetzen, die in der Lage sind, Säuregruppen abzufangen. Sowohl monofunktionelle als auch mehrfach&nktionelle Verbindungen können hierzu eingesetzt werden.
Reaktive säureabfangende Verbindungen D) sind in der Lackchemie allgemein bekannt. So setzen sich beispielsweise Epoxyverbindungen, Carbodümide, Hydroxy-u^kylamide oder
2-Oxazoline, aber auch anorganische Salze, wie Hydroxide, Hydrogencarbonate oder
Carbonate, mit Säuregruppen bei erhöhten Temperaturen um. In Frage kommen dabei z. B.
Triglycidyletherisocyanurat (TGIC), EPLKOTE® 828 (Diglycidylether auf Basis Bisphenol A,
Schell), Versaticsäureglycidylester, Emylhexylglycidylether, Bu ylglycidylether, Polypox R 16 (Pentaerythrittetraglycidylether, UPPC AG) sowie andere Polypoxrypen mit freien
Epoxygruppen, Vestagon EP HA 320, (Hydroxyall-ylamid, Degussa AG), aber auch
Phenylenbisoxazolin, 2-Methyl-2-oxazolin, 2-Hydroxyemyl-2-oxazolin, 2-Hydroxypropyl-2- oxazolin, 5-Hydroxypenryl-2-oxazolin, Bariumhydroxid, Natriumcarbonat und
Calziumcarbonat. Selbstverständlich kommen auch Mischungen solcher Substanzen in Frage. Diese reaktive Verbindungen können in Gewichtsanteilen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtformulierung A) bisG) eingesetzt werden.
Säuren, die unter E) genannt werden, sind alle Stoffe, fest oder flüssig, organisch oder anorganisch, monomer oder polymer, die die Eigenschaften einer Brönstedt- oder einer Lewissäure besitzen. Als Beispiele seien genannt: Schwefelsäure, Essigsäure, Benzoesäurfr,..- Malonsäure, Terephthalsäure, aber auch Copolyester oder Copolyamide mit einer Säurezahl von mindestens 20. Sie sind in einem Gewichtsanteil, bezogen auf die Gesamtformulierung, von 0,1 bis 10 %, enthalten.
Bei den hydroxylgruppenhaltigen amorphen Polymeren F) werden bevorzugt Polyester, Polyether, Polyacrylate, Polyurethane und/oder Polycarbonate mit einer OH-Zahl von 20 bis 500 (in mg KOH/Gramm eingesetzt. Besonders bevorzugt werden hydroxylgruppenhaltige Polyester mit einer OH-Zahl von 20 bis 150, einem mittleren Molekulargewicht von 500 bis 6 000 g/mol. Selbstverständlich können auch Mischungen solcher Polymere eingesetzt werden. Solche amorphen Polymere können in einem Gewichtsanteil von 1 bis 95 %, bezogen auf die Gesamtformulierung eingesetzt werden.
Für die Polyurethanziisammensetzung können die in der Lack- bzw. Klebstofftechnologie üblichen Zusatzstoffe G) wie Verlaufsmittel, z. B. Polysilicone oder Acrylate, Lichtschutzmittel z. B. sterisch gehinderte Amine, oder andere Hilfsmittel, wie sie z. B. in EP 669 353 beschrieben wurden, in einer Gesamtmenge von 0,05 bis 5 Gew.-% zugesetzt werden. Füllstoffe und Pigmente, wie z. B. Titandioxid, können in einer Menge bis zu 50 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung zugesetzt werden.
Optional können zusätzliche Katalysatoren, wie sie in der Polyurethanchemie bereits bekannt sind, enthalten sein. Es handelt sich hierbei hauptsächlich um metallorganischen Katalysatoren, wie z. B. Dibul lzinndilaurat, oder aber tertiäre Amine, wie z. B. l,4-Diazabicylco[2,2,2,]octan, in Mengen von 0,001 bis 1 Gew.-%.
Die Homogenisierung aller Bestandteile zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethanzusammensetzung kann in geeigneten Aggregaten, wie z. B. beheizbaren Rührkesseln, Knetern, oder auch Extrudern, erfolgen, wobei Temperaturobergrenzen von 120 bis 130 °C nicht überschritten werden sollten. Die gut vermischte Masse wird durch geeignete Auftragung, z. B. Walzen, Sprühen, auf das Substrat aufgebracht. Das Auftragen von
sprühfertigen Pulvern auf geeignete Substrate kann nach den bekannten Verfahren, wie z. B. durch elektrostatisches Pulversprühen, Wirbelsintern, oder elektrostatisches Wirbelsintern, erfolgen. Nach dem Auftrag werden die beschichteten -Werkstücke zur Aushärtung 4 bis 60 Minuten auf eine Temperatur von 60 bis 220 °C, vorzugsweise 6 bis 30 Minuten bei 80 bis 160 °C erhitzt.
Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Beispiele:
Schmp.: Schmelzpunkt; T
G: Glasübergangspunkt; Polyureth-mzusammensetzungen [Pulverlack] (Angaben in Gew.-%):
A) Unpigmentierte Systeme
B) Pigmentierte Systeme
"nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel
Zusätzlich wurden in jeder der pigmentierten Formulierungen 30,0 Gew.-% KRONOS 2160, 1,0 Gew.-% RESIFLOW PV 88 und 2 Gew.-% Araldit PT 912 eingesetzt.
Allgemeine Herstellungsvorschrift für die Pulverlacke: Die zerkleinerten Einsatzstoffe - Pulverlackhärter, Katalysatoren, Verlaufsmittel - werden in einem Kollergang innig vermischt und anschließend im Extruder bis maximal 130 °C homogenisiert. Nach dem Erkalten wird das Extradat gebrochen und mit einer Stiftsmühle auf eine Korngröße < 100 μm gemahlen. Das so hergestellte Pulver wird mit einer elektrostatischen Pulverspritzanlage bei 60 KV auf entfettete Eisenbleche appliziert und in einem Umluftttockenschrank 30 Minuten bei 150 °C eingebrannt. (Schichtdicke 70 bis 80 μm)
*nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel
Erichsentiefung nach DIN 53 156 Kugelschlag nach ASTM D 2794-93 Smoothness: 10 optimal, 1 minimal