Beschichtungsformulierung mit verbesserter Metallhaftung

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsformulierung mit verbesserter Metallhaftung.

Bautenfarben und -lacke verhindern den schnellen Verfall und halten Konstruktionen funktionsfähig. Für jedes Baumaterial, jeden Untergrund, jede Art der späteren Belastung bieten die Hersteller von Baufarben optimierte und abgestimmte, meist in Systemen zusammengefasste Beschichtungsstoffe.

Bei Stahl handelt es sich um einen Baustoff, der hochwertig und fast universell einsetzbar ist. Zudem macht er bestimmte Baukonstruktionen erst möglich. Weit spannende Brücken, Masten und chemische Anlagen werden aus unlegiertem bis niedrig legiertem Stahl errichtet. Stahl dieser Klasse weist eine problematische Eigenschaft auf: Bei gleichzeitiger Anwesenheit von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit korrodiert er. Dabei wandelt sich das durch den Verhüttungsprozess gewonnene energiereiche Eisenmetall wiederum in seine natürliche und energiearme Oxidform, den Rost. Das Stahlbauteil verliert allmählich an Substanz. Somit werden Standsicherheit oder Tragfähigkeit gefährdet.

Korrosionsschutzsysteme bestehen aus mehreren aufeinander abgestimmten Teilbeschichtungen, die zusammen eine Barriere gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit bilden. Auf die Grundbeschichtung, deren Bindemittel vornehmlich aus Alkyd- oder Epoxidharzen bestehen, folgt die Zwischenbeschichtung zur Verbesserung der Barrierefunktion. Die Deckbeschichtung sorgt zum einen für Weterbeständigkeit, zum anderen für die optische Qualität, also für Farbigkeit und Glanz. Alkydharze und hochwertige Polyurethan-Bindemittel auf Basis von Acrylharzen und aliphatischen Polyisocyanathärtern stellen heute die wichtigsten Bindemittel dar.

Ein Problem bei der Beschichtung von Baumaterialien stellt die Haftung der Korrosionsschutzsysteme auf den verschiedenen Materialien dar. Nur durch einen vollflächigen Materialverbund von Baumaterial und Beschichtung kann die Korrosionsinhibierung erfolgen. Zudem verspröden Schutzsysteme durch

Umwelteinflüsse und fallen dann durch geringste mechanische Beanspruchung ab. Damit kommt es zumeist zu kleinen Fehlstellen in der Beschichtung, in denen sehr schnell der korrosive Abbau des darunter liegenden Materials beginnt. Bei Objekten, deren Standsicherheit bzw. Tragkraft von entscheidender Bedeutung sind, muß daher ein Personal- und Kostenintensiver überwachungsprozeß etabliert werden. Mit regelmäßigen Kontrollgängen müssen beispielsweise Brückenbauten auf eventuelle Korrosionsschäden überprüft werden.

Oft wird die Beschichtung on-site während der Konstruktionsphase aufgetragen. Bevorzugt werden jedoch in-shop Auftragungen, da diese unter kontrollierten Bedingungen erfolgen können. Bei einer langsamen Trocknung ergibt sich aber eine unpraktikable Durchlaufzeit, denn die Bauteile können bis zur vollständigen Trocknung nicht bewegt werden.

Es bestand die Aufgabe, eine verbesserte Beschichtungsformulierung zur Verfügung zu stellen, die gute Haftungseigenschaften insbesondere auf Metalloberflächen aufweist.

Es bestand zudem die Aufgabe, ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe wurde gelöst, durch Beschichtungsformulierungen für Metalle enthaltend ein Harz-System mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Monomerkomponente, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine polymere Komponente mit einem Säure(meth)acrylat oder einpolymehsierbare mehrfach funktionalisierte Carbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe der Dicarbonsäuren enthalten sind.

überraschend wurde gefunden, dass die neue Beschichtungsformulierung hervorragende Haftungseigenschaften an metallischen Oberflächen, insbesondere an Stahl aufweist.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen können sowohl on-site, als auch in-shop eingesetzt werden.

Es wurde gefunden, dass die Beschichtungsformulierungen sehr schnell trocknen. Es werden Trocknungszeiten von ca. 1 Stunde erreicht. Durch die weitere Zugabe von Härtern kann die Trocknungs-/Härtungszeit weiter herabgesetzt werden. Somit kann die bevorzugte in-shop Anwendung in akzeptablen Durchlaufzeiten erfolgen.

Außerdem wurde gefunden, dass die schnell trocknenden/härtenden und gut haftenden Beschichtungsformulierungen auch für dicke Beschichtungsfilme, beispielsweise 1 -5 mm, hervorragend geeignet sind.

Als Vernetzer werden insbesondere mehrfunktionelle Methacrylate wie AIIyI- methacrylat, Ethylenglykcol-dimethacrylat, Diethylenglykol-dimethacrylat, Thethylenglykol-dimethacrylat, Tetraethylen-glykol-dimethacrylat, Polyethylenglykol- dimethacrylat, 1 ,3-Butandiol-dimethacrylat, 1 ,4-Butandiol-dimethacrylat, 1 ,6- Hexandiol-dimethacrylat, 1 ,12-Dodecandiol-dimethacrylat, Glycerol-dimethacrylat, Trimethylolpropan-trimethacrylat, eingesetzt.

Harzsysteme zur Beschichtung von Metalloberflächen sind bekannt.

Vorzugsweise enthält das Beschichtungsharz mindestens ein thermoplastisches Polymer kombiniert mit niedermolekularen Monomeren oder Oligomeren mit ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen, beispielsweise als alpha-beta ethylenisch ungesättigte Carboxylatestergruppen wie z.B. Methacrylat- oder Acrylatgruppen.

Die Schreibweise (Meth)acrylat bedeutet hier sowohl Methacrylat, wie z.B. Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat usw., als auch Acrylat, wie z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat usw., sowie Mischungen aus beiden.

Ein thermoplastisches Polymer ist vorzugsweise ein (Meth)acrylatharz, als Homopolymer, Copolymer und/oder Terpolymer. Eine Polymerkomponente kann besonders bevorzugt ein (Meth)acrylatpolymer sein. Dies kann über die Polymerisation von einem oder mehreren Methacrylat- oder Acrylatmonomeren dargestellt werden, vorzugsweise aus der Gruppe der Methyl(meth)acrylate, Ethyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, lsobutyl(meth)acrylat, t-Butyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat und/oder 2- Ethylhexyl(meth)acrylat. Coreagenzien können Styrol oder Vinyltoluole sein. Ein besonders bevorzugtes thermoplastisches Polymer ist ein Copolymer aus Butylmethacrylat und Methylmethacrylat.

Eine ethylenisch ungesättigte Monomerkomponente enthält mindestens eine Methacrylat- oder Acrylatfunktionalität.

Eine ethylenisch ungesättigte Monomerkomponente kann vorzugsweise ausgewählt werden aus der Gruppe Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n- Butyl(meth)acrylat, lsobutyl(meth)acrylat, t-Butyl(meth)acrylat, 2-

Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat und/oder 2- Ethylhexyl(meth)acrylat.

Eine andere Klasse der thermoplastischen Polymerharze beinhaltet Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere aus Vinylmonomeren wie beispielsweise Styrol, Vinyltoluol, Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylidenchlorid und/oder Vinylester Coreagenzien könne Diene sein, wie z.B. Butadien.

Die thermoplastischen Harze bilden 10-60 Gew.-% der Harzkomponente der Beschichtungsmischung.

Die polymere Komponente kann Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n- Butyl(meth)acrylat, lsobutyl(meth)acrylat, t-Butyl(meth)acrylat, 2- Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat und/oder 2- Ethylhexyl(meth)acrylat enthalten.

Eine polymere Komponente kann auch ein Reaktionsprodukt aus einem oder mehreren Dienen mit mindestens einem Styrol, Vinyltoluol, Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylidenchlorid und/oder Vinylester sein.

Mindestens eine der flüssigen Monomerkomponenten enthält Methacrylatfunktionalitäten, besonders bevorzugt Methacrylsäureester. Gegebenenfalls kann auch eine Acrylatfunktionalität enthalten sein, bevorzugt Acrylsäureester.

Außerdem ist eine Monomerkomponente monofunktionell, damit das Reaktionsprodukt mit einem organischen Peroxid thermoplastisch ist, schmilzt und fließt bis zur Reaktionstemperatur der Zusatzstoffe.

Beispielsweise wird eine ethylenisch ungesättigte Monomerkomponente ausgewählt aus der Gruppe der Methyl(meth)acrylate, Ethyl(meth)acrylate, n-Butyl(meth)acrylate, lsobutyl(meth)acrylate, tert-Butyl(meth)acrylate, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2- Hydroxypropyl(meth)acrylat und/oder 2-Ethylhexyl(meth)acrylate und deren Mischungen. Methylmethacrylat und 2-Ethylhexylacrylat sind besonders bevorzugt.

Die flüssige Monomerkomponente bildet 30-60 Gew.-% der Harzkomponente der Beschichtungsmischung.

Die Harzkomponente bildet 10-60 Gew.-%, besonders bevorzugt 25-50 Gew.-% der Beschichtungsmischung.

Es werden Initiatoren eingesetzt, um die flüssige Beschichtungsformulierung auszuhärten. Es werden AZO-lnitiatoren oder organische Peroxide verwendet. Bevorzugt werden als Initiatoren Dialkylperoxide, Ketoperoxide, Peroxyester, Diacylperoxide, Hydroperoxide und/oder Peroxiketale verwendet. Der Initiator wird in Mengen von 0,5 bis 5%, besonders bevorzugt 1 -4% zur gesamten Harzzusammensetzung eingesetzt.

Bei der Verwendung von Dibenzolperoxid als Initiator wird vorzugsweise ein tertiäres Amin zugegeben, um die Aushärtung zu beschleunigen. Bevorzugte tertiäre Amine sind N,N-Dimethylaniline und N,N-Dialkyl-p-toluidine.

Der Anteil der tertiären Amine an der gesamten Harzmischung liegt bei 0,1-4%, bevorzugt bei 0,25-3%.

Bevorzugte Azo-Initiatoren sind 2,2-Azobis(amidinopropan)dihydrochlohd, 2,2- Azobis(2-methylbutyronitril), 2,2-Azobis(2-methylpropannithl), 2,2-Azobis(2,4- dimethylpentanitril) und deren Mischungen.

Eine wesentliche Verbesserung der Haftungseigenschaften der Beschichtung auf Metalloberflächen wird durch die Zugabe von Säure(meth)acrylaten oder einpolymerisierbaren mehrfach funktionalisierten Carbonsäuren erreicht. Die Säure(meth)acrylate werden vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe der Dicarbonsäuren, besonders bevorzugt wird ß-CEA verwendet. Die einpolymerisierbaren mehrfach funktionalisierten Carbonsäuren werden besonders bevorzugt aus der Gruppe der Itaconsäuren, Fumarsäuren, Maleinsäuren ausgewählt. Beta-CEA ist das Michael-Produkt der Acrylsäure und ist immer eine Mischung aus:

beta-Carboxyethylacrylat mit n= 1 -20

Die Säure(meth)acrylate bzw. einpolymerisierbaren mehrfach funktionalisierten Carbonsäuren sind bevorzugt Bestandteil der polymeren Komponente des Harzes.

Diese Säure(meth)acrylate bewirken zusätzlich eine gute Dispergierwirkung auf die verwendeten Farbbestandteile.

Gelöst wurde die Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Herstellung von Beschichtungsformulierungen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine ethylenisch ungesättigte Monomerkomponente und mindestens eine polymere Komponente mit einem Säure(meth)acrylat aus der Gruppe der Dicarbonsäuren oder einpolymehsierbaren mehrfach funktionalisierten Carbonsäuren und die üblichen Hilfs- und Zusatzstoffe mittels freier radikalischer Polymerisation polymehsiert werden.

Thixotrope Additive können zur Verbesserung der Rheologie zugegeben werden, um dicke Beschichtungen in einem Auftragungsschritt zu ermöglichen. Sie werden in Mengen von 0-2%, bevorzugt 0,05-1 %, bezogen auf die Gesamtmenge der Beschichtung zugegeben.

Ebenso können Benetzungs- oder Dispersionsadditive zugegeben werden.

Vor der Auftragung der Beschichtung auf die metallische Oberfläche wird das organische Peroxid zugegeben. Damit wird die radikalische Reaktion gestartet, bei der die flüssige Beschichtung aushärtet. üblicherweise beträgt die Aushärtungszeit 30 Minuten. Dies kann durch die Menge an Initiator und Beschleuniger variiert werden.

Die Beschichtungsformulierung kann mittels Sprühtechnik, Pinsel, Rolle, Spatel oder Tauchverfahren aufgebracht werden. Alternativ kann auch ein Mehrkomponenten- Sprühsystem verwendet werden.

Die Metalloberfläche wird üblicherweise vor dem Auftragen der Beschichtung gereinigt, um Verarbeitungsrückstände u.a. zu entfernen. Teilweise werden auch Primer aufgetragen.

Ebenso kann ein Decklack aufgetragen werden, beispielsweise für exponierte Metalloberflächen.