Wasserbasierende Zweischicht-Beschichtungssysteme auf Urethanbasis, ihre Verwendung und mit ihnen beschichtete Substrate

Die Erfindung betrifft wasserbasierende Zweischicht-Beschichtungssysteme auf 5 Urethanbasis, Wasserbasislacke und Wasserklarlacke zur Herstellung dieser Zweischichtbeschichtungssysteme, ihre Verwendung und mit ihnen beschichtete Substrate.

In der Automobilserienlackierung gehören aus einem Basislack und einem Klarlack o bestehende Zweischicht-Beschichtungssysteme, die auch zusammen als Decklacke bezeichnet werden, zum Stand der Technik. Diese Beschichtungssysteme dienen dazu, die unter ihnen liegenden Schichten zu schützen und dem gesamten

Lackaufbau die gewünschten optischen Eigenschaften und die erforderliche

Wetterbeständigkeit zu verleihen. Basislacke enthalten farbgebende und/oder

5 effektgebende Pigmente. Klarlacke schützen den Basislack und vertiefen seine optische Wirkung. Decklacke können losem ittel haltig oder wässrig sein.

Wasserbasierende Zweischicht-Beschichtungssysteme auf Urethanbasis sind im Stand der Technik bekannt (BASF Handbuch Lackiertechnik, Vincentz Verlag, 2002, !0 S. 98 - 99). Sie können auf wässrigen Polyurethandispersionen und auf Polyacrylat- Polyurethan-Hybrid-Harzen basieren (Winnacker, Küchler, Chemische Technik - Prozesse und Produkte, Band 7 - Industrieprodukte, Wiley VCH, 2004, S. 662 - 669).

!5 Wässrige Polyurethandispersionen können dabei durch Emulgieren hydrophober Polyurethane in Wasser mit Hilfe externer Emulgatoren hergestellt werden. Möglich ist jedoch auch, Selbstdispergierbarkeit des Polyurethans durch den Einbau hydrophiler Gruppen zu ermöglichen. Die Wasserdispergierbarkeit kann dabei z.B. durch Carboxylatgruppen, die mit Aminen in anionische Gruppen überführt wurden so (anionische Polyurethan-Dispersionen) erzielt werden. Möglich ist auch, Wasserdispergierbarkeit durch Reaktion von tertiären Aminoalkoholen mit Präpolymeren, die noch freie Isocyanatfunktionen enthalten, und nachfolgende Neutralisation mit Säure zur erzielen (kationische Polyurethane). Eine weitere Alternative ist die Modifizierung von Präpolymeren mit freien Isocyanatfunktionen mit

wasserlöslichen langkettigen Polyethem (nichtionogene Polyurethane). Wässrige Dispersionen von Polyurethanen lassen sich nach verschiedenen Verfahren herstellen, die in Winnacker, Küchler, Chemische Technik - Prozesse und Produkte, Band 7 - Industrieprodukte, Wiley VCH, 2004 beschrieben werden. Bei diesen 5 handelt es sich u.a. um das Acetonverfahren, das Präpolymermischverfahren und das Schmelzdispersionsverfahren.

Ziel des Einsatzes von Polyacrylat-Polyurethan-Hybrid-Harzen ist es, die positiven Eigenschaften der beiden eingesetzten Polymerarten zu verbinden und die negativen o Eigenschaften zu minimieren. Sie werden vom Typ her unterschieden in Hybridsysteme, die durch reines Vermischen der verschiedenen Dispersionen erzeugt werden (Blends), in solche, bei denen zumindest zu einem gewissen Anteil eine chemische Verbindung zwischen den unterschiedlichen Polymerarten besteht, und in solche, in denen die unterschiedlichen Polymerklassen interpenetrierende

5 Netzwerke (IPN) ausbilden.

Wässrige Beschichtungssysteme auf Basis der genannten Polyurethan-Polyacrylat- Hybriddispersionen sind in der Lackindustrie bereits bekannt und stark verbreitet. üblicherweise werden die Polyurethan-Polyacrylat-Hybriddispersionen durch !0 Emulsionspolymerisation eines Vinylpolymerisats ("Polyacrylat") in einer wässrigen Polyurethandispersion hergestellt. Es ist jedoch auch möglich, die Polyurethan- Polyacrylat-Hybriddispersionen als Sekundärdispersionen herzustellen.

Unter dem Begriff "Sekundärdispersionen" werden solche wässrigen Dispersionen !5 verstanden, die zunächst im homogenen organischen Medium polymerisiert werden und danach unter Neutralisation im Allgemeinen ohne Zusatz externer Emulgatoren im wässrigen Medium umdispergiert werden.

WO-A 95/16004 beschreibt beispielsweise wasserverdünnbare Lackbindemittel auf io Basis von Oligourethan-Acrylat-Copolymerisaten. Dabei wird eine Monomermischung aus vinylisch ungesättigten Monomeren in einem mit Wasser verdünnbaren organischen Lösungsmittel und in Gegenwart eines wasserlöslichen Oligourethans mit einer Molekularmasse von 750 bis 1000 radikalisch polymerisiert. Diese Sekundärdispersion wird dann zur Formulierung von Einbrennlacken eingesetzt.

In der DE-A 40 10 176 werden oxidativ trocknende Lacke offenbart, wobei als Bindemittel ein Polymer eingesetzt wird, welches dadurch erhältlich ist, dass in einem organischen Lösemittel ethylenisch ungesättigte Monomere in Gegenwart eines 5 Polyurethanharzes, das polymerisierbare Doppelbindungen enthält, polymerisiert werden.

In der EP-A 657 483 werden wässrige Zweikomponenten-überzugsmassen, bestehend aus einer Polyisocyanat-Komponente und einer wässrigen Polyurethan- o Dispersion als Polyolkomponente beschrieben. Die Polyolkomponente wird dabei durch Neutralisation und Dispergierung von mit Säuregruppen hydrophilierten, laterale und/oder terminale Vinylgruppen enthaltenden, ungesättigten Polyurethan- Makromeren hergestellt. Anschliessend werden diese PUR-Makromere, gegebenenfalls nach Zugabe weiterer vinylischer Monomere, in wässriger Phase radikalisch

5 polymerisiert.

Schließlich offenbart die EP-A 742 239 Zweikomponenten-Beschichtungssysteme, basierend auf Polyisocyanat-Vernetzem und wässrigen hydroxyterminierten Polyurethanpräpolymer/Acryl-Hybriden. Diese Hybridpolymere werden erhalten,

!0 indem ein wasserdispergierbares NCO-funktionelles Urethan-Präpolymer mit mindestens einem hydroxyfunktionellen Acrylatmonomer und einem Alkanolamin zu einem hydroxyfunktionellen Urethan-Präpolymer/Monomer-Gemisch umgesetzt und in Wasser dispergiert wird. Dieser Dispersion wird dann ein radikalischer Initiator und ein Hydroxygruppen enthaltender Kettenverlängerer zugesetzt und anschließend

!5 werden durch Erwärmen der wässrigen Reaktionsmischung sowohl die radikalische Polymerisation der Acrylatmonomere als auch der Kettenverlängerungsschritt des Polyurethans durchgeführt und vervollständigt. Die so erhaltenen hydroxyfunktionellen Polyurethanpräpolymer/Acryl-Hybrid-Dispersionen können dann durch Einrühren hydrophilierter Polyisocyanate zu den gebrauchsfertigen Zwei- ιo komponenten-Beschichtungsmitteln formuliert werden. Nachteilig ist hier der Einsatz von bis zu 6 % Molekulargewichtsregler bezogen auf Acrylatmonomer (z.B. Thiole), die wichtige Lackeigenschaften wie Beständigkeitseigenschaften und Filmhärte negativ beeinflussen können.

Polyurethan-Polyacrylat-Hybrid-Sekundärdispersionen, die sich zur Herstellung von Zweikomponenten(2K)-Beschichtungsmitteln eignen, werden in der DE-A 103 08 103 offenbart. Die dort beschriebenen Polyurethan-Polyacrylat-Hybrid-Dispersionen werden hergestellt aus einem Polyurethan mit einem Molekulargewicht M _n von 1100 5 bis 10000 und einem oder mehreren vinylisch ungesättigten Monomeren, die in homogener, nichtwässriger Phase radikalisch polymerisiert werden, zumindest zum Teil neutralisiert werden und in wässriger Phase dispergiert werden. Sie eignen sich für verschiedene Einsatzgebiete.

o Diese Zweikomponenten-Beschichtungsmittel zeigen als Zweischicht-Beschichtungs- Systeme jedoch insbesondere auf Kunststoffsubstraten keine ausreichende Haftung: Auf Kunststoffsubstraten, die ohne Haftvermittler direkt mit dem Besen ichtungs- system als Wasserbasislack beschichtet werden, zeigt sich keine ausreichende Direkthaftung. Auch die Haftung der Beschichtungssysteme als Wasserbasislacke

5 auf mit Haftungsvermittlern beschichteten Kunststoffsubstraten genügt nicht den Anforderungen. Weiterhin quellen auf diesem System basierende Wasserbasislacke nach Aufbau mit einem wasserbasierenden Klarlack auf, wie sich u. a. nach einem 100-stündigen Tauchtest bei 40 ⁰ C zeigt. Außerdem zeigen sie bzw. ihre Wasserklarlacke nicht das auf Kunststoffsubstraten gewünschte kombinierte

!0 Eigenschaftsprofil einer hohen Flexibilität bei gleichzeitig guter Waschbürstenbeständigkeit und guter Chemikalienresistenz.

Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, einen Wasserklarlack zur Herstellung eines wasserbasierenden Zweischichtbeschichtungssystems auf Urethanbasis bereit-

!5 zustellen, der den üblichen an Beschichtungssysteme gestellten Anforderungen, insbesondere den Anforderungen an den Glanz (durch einen Glanzwert von größer als 85) und an die Haze-Bildung genügt. Außerdem soll ein Wasserklarlack zur Herstellung eines wasserbasierenden Zweischichtbeschichtungssystems auf Urethanbasis bereitgestellt werden, der auf Kunststoffen ein kombiniertes jo Eigenschaftsprofil mit hoher Flexibilität bei gleichzeitig guter Waschbürstenbeständigkeit und guter Chemikalienresistenz aufweist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wasserbasislack zur Herstellung eines wasserbasierenden Zweischichtbeschichtungssystems auf Urethanbasis

bereitzustellen, der auf allen Substraten, insbesondere Kunststoffsubstraten, eine gute Haftung mit oder ohne Haftvermittler zeigt. Weiterhin ist es eine bevorzugte Aufgabe der Erfindung, einen entsprechenden Wasserbasislack bereitzustellen, der nach dem Aufbau mit einem wasserbasierenden Klarlack nur gering anquillt.

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Weiterhin soll ein wasserbasierendes Zweischicht-Beschichtungssystem auf Urethanbasis bereitgestellt werden, das sowohl die an den Wasserklarlack als auch die an den Wasserbasislack gefüllten Anforderungen erfüllt. Auch soll das bereitgestellte Zweischichtbeschichtungssystem gut verarbeitbar sein, d.h. o insbesondere eine hohe Ringleitungsstabilität aufweisen.

Die Erfindung stellt einen Wasserklarlack zur Herstellung eines wasserbasierenden Zweischicht-Beschichtungssystems auf Urethanbasis bereit, der mindestens eine Polyacrylat-Sekundärdispersion mit einer Glasübergangstemperatur des Polyacrylats

5 T ₉ > 20 ⁰ C gemessen über Differential Scanning Calorimetry (DSC) und mindestens eine Polyacrylat-Polyurethan-Hybriddispersion mit einem Gewichtsverhältnis des Polyacrylatanteils der Sekundärdispersion zum Polyacrylat-Polyurethan-Anteil der Hybriddispersion von 1 :1 bis 4:1 , bevorzugt 2:1 bis 3:1 , besonders bevorzugt 2,25:1 bis 2,75:1 und als Härter mindestens ein aminosulfonsaures, niedrigviskoses

!0 Polyisocyanat umfasst.

Die erfindungsgemäßen Wasserklarlacke zeigen eine hohe Flexibilität bei gleichzeitig guter Waschbürstenbeständigkeit und guter Chemikalienresistenz. Weiterhin erfüllen die erfindungsgemäßem Wasserklarlacke zur Herstellung wasserbasierender !5 Zweischichtbeschichtungssysteme die Anforderungen an Glanz und niedrige Haze- Bildung.

Die Polyacrylat-Sekundärdispersion weist bevorzugt einen OH-Anteil von 2,5 bis 4,5 Gew.-% bezogen auf die Festkörperanteile auf. Weiter bevorzugt weist sie eine JO Glasübergangstemperatur des Polyacrylats von 20 bis 70 ⁰ C gemessen über DSC auf. Noch weiter bevorzugt weist die Polyacrylat-Sekundärdispersion eine Viskosität von ca. 200 bis ca. 2500 mPas bei 23°C gemessen nach DIN EN ISO 3219/A.3 auf. Bevorzugte Handelsprodukte sind Bayhydrol XP 2469, Bayhydrol A 145 und Bayhydrol XP 2470 der Bayer Material Science. Besonders bevorzugt ist Bayhydrol

XP 2470, das einen OH-Anteil von 3,9 Gew.-%, eine Viskosität von ca. 2000 mPas bei 23°C gemessen nach DIN EN ISO 3219/A.3 und eine Glasübergangstemperatur T ₉ von 50 ⁰ C (gemessen über DSC) aufweist.

5 Die Polyacrylat-Polyurethan-Hybriddispersion kann über eine Polyurethanvorstufe, die über Umsetzung mindestens eines Diisocyanats mit mindestens einem linearen Polyester und nachfolgende Blockierung der Präpolymere mit Diethanolamin herstellbar ist, hergestellt werden. Bevorzugt wird das Diisocyanat TMXDI eingesetzt. Der lineare Polyester basiert bevorzugt auf Dimerfettsäure und/oder Isophthalsäure o als Säurekomponente sowie Neopentylglykol und/oder Hexandiol als Alkoholkomponente. Diese Vorstufe kann dann zur Herstellung der Hybriddispersion in organischer Phase vorgelegt werden. In Gegenwart dieser Polyurethanvorstufe wird dann in einer Stufe oder in mehreren aufeinander folgenden Stufen (Meth)Acrylsäure und/oder (Meth)Acrylat mit vinylisch ungesättigten Verbindungen

5 polymerisiert. Im Falle einer mehrstufigen Polymerisation kann dabei die Reaktionsführung über eine stufenweise erfolgende Zugabe einzelner Verbindungen bzw. Verbindungsklassen und/oder eine stufenweise erfolgende Zugabe von Gemischen mindestens zweier Verbindungsklassen erfolgen. In einer bevorzugten mehrstufigen Reaktionsführung wird Styrol, Butylacrylat, Hydroxyethylacrylat und

!0 Cyclohexylmethacrylat polymerisiert und dabei in mindestens einer Stufe mit Acrylsäure umgesetzt. Nach erfolgter Polymerisation wird neutralisiert und das Prozeßlösemittel entfernt. Der Feststoffgehalt beträgt Gew.-35 %.

Das aminosulfonsaure, niedrigviskose Polyisocyanat kann ein Polyisocyanat auf !5 HMDI- oder IPDI-Basis sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem aminosulfonsauren Polyisocyanat um ein Polyisocyanat auf HMDI-Basis. Das aminosulfonsaure, niedrigviskose Polyisocyanat weist bevorzugt eine Viskosität zwischen 2000 und 8000 mPas bei 23°C gemessen nach DIN EN ISO 3219/A.3 Weiter bevorzugt weist es einen NCO-Gehalt von 17,0 - 25,0 Gew.-% auf. Noch weiter bevorzugt beträgt !0 seine NCO-Funktionalität F 2,5 bis 3,8. Entsprechende Handelsprodukte sind zum Beispiel Bayhydur XP 2487/1 und Bayhydur XP 2570 der Bayer Material Science. Besonders bevorzugt wird das als Bayhydur XP 2570 im Handel erhältliche aminosulfonsaure HMDI-Trimer mit einer Viskosität von 3500 mPas bei 23°C

gemessen nach DIN EN ISO 3219/A.3 einem NCO-Gehalt von 20,5 Gew.-% und einer NCO-Funktionalität F = 3,0 eingesetzt.

Der Klarlack des Zweischichtbeschichtungssystems kann weiterhin ein hydrophobes 5 niedrigviskoses Polyisocyanat als Härter aufweisen, das eine schnellere Aushärtung und Erniedrigung der Viskosität des Härters bewirkt. Zudem wid die Wasserempfindlichkeit der ausgehärteten Beschichtungen gesenkt. Bevorzugt weist dieses niedrigviskose Polyisocyanat eine Viskosität von kleiner als 1500 mPas gemessen bei 23°C nach nach DIN EN ISO 3219/A.3 auf. Bevorzugt werden zu o diesem Zweck HDI-Trimere eingesetzt. Beispiele für derartige hydrophobe Polyisocyanate sind Desmodur N 3600 und Desmodur XP 2410 der Bayer Material Science, die einen NCO-Gehalt von 23,0 bzw. 24,0 Gew.-%, eine Viskosität von 1200 bzw. 700 mPas bei 23°C gemessen nach DIN EN ISO 3219/A.3 eine NCO- Funktionalität F von 3,2 bzw. 3,1 und ein äquivalentgewicht von 180 bzw. 175 5 aufweisen. Besonders bevorzugt wird als hydrophobes niedrigviskoses Polyisocyanat Desmodur XP 2410 eingesetzt.

Der Klarlack des erfindungsgemäßen Zweischichtbeschichtungssystems kann neben den genannten Bestandteilen mindestens ein Additiv wie z.B. ein Netz- und !0 Dispergiermittel, einen Haftvermittler, einen Korrosionsinhibitor, ein Verlaufsmittel, einen Entschäumer, ein Biozid, ein Lichtschutzmittel, ein Wachs, Bariumsulfat mit einer Partikelgrößer kleiner 25 nm, ein Mattierungsmittel und/oder ein Verdickungsmittel aufweisen.

>5 Eine gute Haftung zwischen Klarlack und Wasserbasislack sowie eine gute Haftung zum Untergrund (direkt zum Kunststoffsubstrat oder zu einem mit einer kathodischen Tauchlackierung beschichteten Substrat) zeigen Wasserbasislacke zur Herstellung von wasserbasierenden Zweischicht-Beschichtungssystemen der vorgenannten Art, die mindestens eine Polyurethandispersion, mindestens eine Polyacrylat-

50 Polyurethan-Hybriddispersion der bereits beschriebenen Art und mindestens ein Melaminharz umfassen. Diese Wasserbasislacke quellen auch unter den erfindungsgemäß eingesetzten Klarlacken nur wenig bis nicht an und sind gut verarbeitbar. Insbesondere weisen sie die gewünschte Ringleitungsstabilität auf.

Das Gewichtsverhältnis des Polyurethanbindemittelanteils der mindestens einen Polyurethandispersion zum Polyacrylat-Polyurethan-Hybrid-Bindemittelanteil der mindestens einen Polyacrylat-Polyurethan-Hybriddispersion des Wasserbasislacks beträgt bevorzugt 3:1 bis 5,5:1, weiter bevorzugt 4:1 bis 4,5:1.

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Die in dem Wasserbasislack eingesetzte Polyurethandispersion ist aus UV-stabilen Di- oder Polyisocyanaten, Polyethern und/oder Polyestem mit Molmassen M _n zwischen 600 und 2000 und niedermolekularen Diolen und/oder Ethanolaminen herstellbar. Als niedermolekulare Diole und/oder Ethanolamine werden in diesem o Kontext Verbindungen mit einem Molmassenbereich von 62 bis 600 verstanden. Als Diisocyanate werden bevorzugt Hexamethylendiisocyanat, Tetramethylxylylen- diisocyanat, 1 ,3-lsocyanatomethylcyclohexan, Isophorondiisocyanat und Bis-(para- lsocyanatocyclohexyl)methan eingesetzt. Es können auch Gemische der genannten Verbindungen oder entsprechende Oligomere, wie z.B. Isocyanurate, Allophanate

5 und Uretdione, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist das als Handelsprodukt Desmodur W erhältliche monomere Bis-(para-lsocyanatocyclohexyl)methan, das eine Viskosität nach DIN EN ISO 3219/A.3 von ca. 30 mPas bei 25°C und einen NCO-Gehalt von 31 ,8 Gew.-% aufweist sowie Isophorondiisocyanat. Als Polyester werden bevorzugt Verbindungen auf Basis von Dimerfettsäure und/oder o Isophthalsäure als Säurekomponente und Hexandiol, Neopentylglykol und/oder Dimethylolpropionsäure als hydroxyfunktionelle Komponente eingesetzt. Die nachfolgende Kettenverlängerung des Präpolymers wird bevorzugt mit Trimethylolpropan durchgeführt. Die Polyurethandispersion kann nach Neutralisation, Dispergierung und Entfernung des Prozesslösemittels erhalten werden. Als Polyether

5 werden bevorzugt niedermolekulare Polyethylenglykole oder Polybutylenglykole mit Molekulargewichten von ca. 200 bis 1000 eingesetzt.

Die im Wasserbasislack eingesetzte mindestens eine Polyacrylat-Polyurethan- Hybriddispersion der bereits beschriebenen Art ist vorzugsweise identisch mit der im o Wasserklarlack eingesetzten.

Das Gewichtsverhältnis des Bindemittelanteils des im Wasserbasislack eingesetzten mindestens einen Melaminharzes zur Summe der Gewichtsanteile der mindestens einen Polyurethandispersion und der mindestens einen Polyacrylat-Polyurethan-

Hybriddispersion beträgt vorzugsweise zwischen 1 :2 und 1 :8, besonders bevorzugt 1 :3 bis 1 :4.

Als Melaminharz wird bevorzugt ein alkoxyalkyliertes Melaminharz wie das methoxy- 5 methylierte und butoxymethylierte im Handel erhältliche Cymel 1133 verwendet, um gute Wasserfestigkeiten, Flexibilitäten und Lagerstabilitäten zu erreichen.

Zweischichtbeschichtungssysteme, die über Kombination eines Wasserklarlacks der zuvor beschriebenen Art mit einem Wasserbasislack der zuvor beschriebenen Art o herstellbar sind, erfüllen die an den Wasserklarlack und den Wasserbasislack gestellten Anforderungen und sind gut verarbeitbar. Insbesondere weisen sie eine gute Ringleitungsstabilität auf.

Bestandteil der Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen

5 Zweischicht-Beschichtungssystems zur Beschichtung von Substraten sowie diese beschichteten Substrate selbst. Zur Beschichtung wird ein vorbehandeltes oder nicht vorbehandeltes Substrat mindestens einseitig mit dem Wasserbasislack beschichtet, getrocknet, mit dem Wasserklarlack beschichtet und wieder getrocknet. Die

Trocknung nach der Auftragung der ersten Schicht erfolgt bevorzugt nach einer

:o mehrminütigen Zwischentrocknung über eine Zeitdauer von 3 bis 15 Minuten bei

Temperaturen von 40 bis 100 ⁰ C. Der zweite Trocknungsschritt nach Applikation des

Wasserklarlacks erfolgt bevorzugt nach einem Ablüften über einen Zeitraum von 30

Minuten bis einer Stunde bei einer Temperatur von kleiner als 120 ⁰ C, bevorzugt 60 bis 100° über einen Zeitraum von 10 bis 30 Minuten. Bevorzugte Schichtdicken der

!5 einzelnen Schichten der getrockneten Zweischichtbeschichtung betragen ca. 10 bis

25 μm für die Wasserbasislackschicht und 30 bis 60 μm für die

Wasserklarlackschicht.

Bei den beschichteten Substraten kann es sich um SMC, PA/PPO, PU/RIM, PC-PBT, ιo GFK, PPO, PP/EPDM handeln. Bevorzugt werden die im Automobil- und Nutzfahrzeugbereich gängigen Substrate mit dem erfindungsgemäßen Zweischicht- Beschichtungssystem beschichtet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den beanspruchten beschichteten Substraten um Kunststoffsubstrate aus dem Automobil- und Nutzfahrzeugbereich.

Beispiele:

Erfindungsgemäße Polyurethandispersionen I für die Wasserbasislacke

Herstellung eines Polyesterpolyols A für die erfindungsgemäße 5 Polyurethandispersion I

In einem für Polykondensationreaktionen geeigneten Stahlreaktor wurden 4634 g Pripol 1012 (Dimerfettsäure der Fa Unichema), 2577 g 1 ,6-Hexandiol, 1372g Isophthalsäure und 110 g XyIoI als Schleppmittel eingewogen und auf 150 ⁰ C o aufgeheizt. Die Temperatur des Gemisches wurde so gesteigert (maximal 220 ⁰ C), dass die Kolonnenkopftemperatur 125°C nicht überstieg. Ab einer Säurezahl von 5 wurde auf Abdestillieren und auf eine Säurezahl von 3.5 gefahren. Anschließend wird der Polyester in Methylethylketon auf einen FK von 73% angelöst.

5 Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethandispersion I

1434 g der Polyesterharzlösung A wurden zusammen mit 384 g Methylethylketon, 85 g Dimethylolpropansäure, 14 g Neopentylglykol, und 392 g Isophorondiisocyanat bis zu einem konstanten Isocyanatgehalt erhitzt. Anschließend wurden bezogen auf eine Gehalt von 1.1% NCO 38 g Trimethylolpropan zugegeben. In einem

!0 Viskositätsbereich von 10 - 14 dPas (1 :1 gemessen in N-Methylpyrrolidon) wurde durch die Zugabe von 40 g n-Butanol eine weitere Reaktion unterbunden. Nach 60 min Rühren bei 82°C wurden 43 g Dimethylethanolamin zugegeben. Nach 30 min Rühren bei 82 ⁰ C wurden dann 170 g Butylglykol zugesetzt und weiter 30 min bei 82°C gerührt. Hiernach gab man 3550 g Wasser unter Rühren zu. Durch Destillieren

^» 5 bei ca. 70 ⁰ C unter Vakuum wurde das Methylethylketon bis zu einem Restgehalt von kleiner 0,5% entfernt. Abschließend wurde mit deionisiertem Wasser ein Festkörpergehalt (1 h 130 ⁰ C) von 27.% eingestellt. Der pH-Wert betrug 7.7. Das Material ist homogen und stippen- und fädenfrei.

50 Erfindungsgemäße Polyacrylat-Polyurethan-Hybridpolymer I für Klarlacke u. Wasserbasislacke

Herstellung eines Polyesterpolyols zur Herstellung einer Polyurethanharzlösung In einem für Polykondensationreaktionen geeigneten Stahlreaktor wurden 728,3 g Pripol 1012 (Dimerfettsäure der Fa Unichema), 239,2 g 1 ,6-Hexandiol, 294,4 g

Isophthalsäure und 204,8 g Neopentylglykol sowie 180 g XyIoI als Schleppmittel eingewogen und auf 150 ⁰ C aufgeheizt. Die Temperatur des Gemisches wurde so gesteigert (maximal 220 ⁰ C) ₁ dass die Kolonnenkopftemperatur 125°C nicht überstieg. Ab einer Säurezahl von 5 wurde auf Abdestillieren und auf eine Säurezahl von 3.5 5 gefahren. Anschließend wird der Polyester in Methylethylketon auf einen FK von 73% angelöst.

Herstellung einer Polyurethanharzlösung zur Herstellung des Polyacrylat- Polyurethan-Hybridpolymers

IO In einem für die Herstellung von Polyurethanharzen geeigneten Stahlreaktor mit Rückflusskühler wurden 2351 ,2 g der zuvor beschriebenen Polyesterharzlösung, 107,3 g Neopentylglykol, 692,5 g TMXDI und 01 ,75 g Dibutylzinndilaurat vorgelegt und auf 80 bis 90 ⁰ C erhitzt. Nach Erreichen eines konstanten NCO-Gehaltes wurden 47,7 g N,N-Diethanolamin zugegeben. Nach beendeter Reaktion wurde mit

5 Butylglykol auf einen Feststoffgehalt von 60% angelöst.

Herstellung des Polyacylat-Polyurethan-Hybridpolymers I

In einem für die Polymerisation geeigneten Stahlreaktor mit Rückflusskühler wurden

1355,6 g der zuvor beschriebenen organischen Polyurethanharzlösung und 759,8 g

!0 Butylglykol vorgelegt und auf ca. 110 ⁰ C aufgeheizt In diese Vorlage werden unter Beibehalt der Temperatur innerhalb von 5 h eine Mischung von 679,2 g Styrol, 1824,8 g Butylacrylat, 775 g Cyclohexylacrylat und 1225,4 g Hydroxyethylacrylat sowie eine Mischung aus 580 g Butylglykol und 495,4 g tert-Butyl peroxy -2- ethylhexanoat innerhalb von 5,5 h gleichmäßig zudosiert. Nach einer weiteren

!5 Stunde wurden gleichzeitig beginnend eine Mischung aus 363,6 g Butylacrylat, 135,6 g Styrol, 154,4 g Cyclohexylacrylat, 245,0 g Hydroxyethylacrylat und 299,8 g Acrylsäure in 1 h und eine Mischung aus 552 g Butylglykol und 107,8 g tert-butyl- peroxy-2-ethylhexanoat innerhalb von 1 ,5 Stunden gleichmäßig zudosiert. Nachdem keine signifikante Festkörpererhöhung mehr eintrat, wurde auf 120 ⁰ C aufgeheizt und so unter Vakuum so lange gestrippt, bis ein Restmonomerengehalt kleiner 0,3% und eine Viskosität (10 zu 6 in Butylglykol) von ca. 5 bis 5.8 dPas erreicht worden war. Nach Abkühlen auf ca. 90 ⁰ C wurden 224,8 g N,N-Diethylethanolamin zugegeben und mit deionisiertem Wasser verdünnt und ein Feststoffgehalt von 35% eingestellt. Der pH-Wert der Dispersion betrug 7,4.

Beispiel:

Zusammensetzungen:

2K-Wasserklarlack:

1. Komponente: Polyacrylat- Bayhydrol XP 2470 52,80 Gew.-Teile

Sekundärdispersion, 45 Gew.-%

Polyacrylat- 26,80 Gew.-Teile

Polyurethan- Hybridpolymer I 35Gew.-%

Wasser 10,00 Gew.-Teile

Butylglykol 1 ,66 Gew.-Teile

Polyester K-Flex 188 5,70 Gew.-Teile

Verschiedene 5.24 Gew.-Teile

Additive

102,20 Gew.-Teile

2. Komponente: Hydrophiliertes HDI- Bayhydur XP 2570 38,00 Gew.-Teile

Polyisocyanat

Aliphatisches HDI- Desmodur XP 2410 33,00 Gew.-Teile

Polyisocyanat

Butylglykolacetat 29.00 Gew.-Teile

100,00 Gew.-Teile Mischungsverhältnis Stammkomponente: Härter im eingesetzten Lack: 100:43 nach Gewicht

Wasserbasislack:

Wasser 38,59 Gew.-%

Polyurethandispersion I, 27 Gew.-% 30,30 Gew.-%

Polyacrylat-Polyurethan-Hybridpolymer I, 5,50 Gew.-% 35 Gew.-%

CymeM 133 Melaminharz 2,80 Gew.-%

Pigmentpastenanteil 8,80 Gew.-%

Weitere Bestandteile 14.01 Gew.-%

100,00 Gew.-%

Herstellung eines beschichteten Substrates:

Ein mit einer kathodischen Tauchlackierung (Cathoguard 500, BASF Coatings AG) und einem Füller (2840-20, Glasurit GmbH) vorbehandeltes metallisches Substrat wird pneumatisch mit dem Wasserbasislack beschichtet. Nach fünfminütigem Flash- 5 Off wird bei 80 ⁰ C 10 Minuten lang getrocknet. Die so erzielte Schichtdicke beträgt zwischen 12 und 20 μm.

Anschließend wird der Wasserklarlack pneumatisch aufgetragen. Nach vierzigminütigem Ablüften erfolgt eine zwanzigminütige Trocknung bei 80 ⁰ C. Die o erzielten Schichtdicken betragen 40 bis 50 μm.

Die so erhaltenen Beschichtungen weisen die folgenden charakteristischen Eigenschaften auf:

Optischer Eindruck:

Kocherfrei, Glanz 20° 92 E

Iw 1 ,9

SW 16

Distinction of Image 82

!0

Chemikalienbeständigkeit:

Mechanische Werte:

Haftungsprüfungen

AMTEC (DIN 55668, 10 Cyclen)

Testergebnisse für Zweischicht-Beschichtungssystem-beschichtete Plastiksubstrate

Feuchtig keits-/Bewitteru ngstests

Testergebnisse

Substrate SMC PU/RIM GFK SMC PU/RIM

Filmstärke Fabrikstandard 70-80 70-80 70-80 70-80 70-80 DIN VDA μm μm μm μm μm

Bewitteru ngstests

I Wassersprüh-Test (BASF Standard) - 360 h