DE69504335T2

DE69504335T2 - Metallblättchen enthaltende wässrige dispersionsfarbe für fahrzeuge

Info

Publication number: DE69504335T2
Application number: DE69504335T
Authority: DE
Inventors: Robert C. Broomall Pa 19008-2204 Briselli; James F. Berwyn Pa 19312-2500 Matthews
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2015-05-20
Also published as: KR970703399A; CA2188550A1; WO1995033010A1; JPH10500727A; DE69504335D1; MX9605849A; CN1149308A; CN1076374C; EP0760839B1; BR9507901A; EP0760839A1; KR100248528B1; US5466286A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung für eine auf Wasser basierende Farbdispersion von Metallflocken und ein Verfahren zur Herstellung derselbigen. Insbesondere betrifft sie Farben, die allein verwendet werden können oder häufiger in Kombination mit anderen Dispersionen als lufttrocknender oder ofen-trocknender Metallflockenüberzug mit niedrigem VOC- Gehalt. Es werden sowohl eine unmittelbare als auch eine Langzeitstabilität von Farbdispersionen von Metallflocken erzielt.
Es ist in dem Fachbereich wohlbekannt, daß verschiedene organische Phosphatsäureestermittel die Reaktion von Wasser und Aluminiumflocken verhindern oder verlangsamen, was andernfalls zur Bildung von möglicherweise explosivem Wasserstoffgas und dem Verlust erwünschter ästhetischer Effekte führen kann. Das US-Patent Nr. 4 350 535 beschreibt Zusammensetzungen aus Metallflockenpaste, die solche Mittel verwenden. Das US-Patent Nr. 4 565 716 und das US-Patent Nr. 4 717424 beschreiben auch solche Pasten- und Beschichtungsformulierungen. In all diesen Fällen besteht allerdings der Nachteil, daß die Stabilität des metallhaltigen Lacks davon abhängt, wie die Metallpaste oder -dispersion mit den anderen Lackkomponenten vermischt wird. Während es allgemein möglich ist, eine gute Aluminiumstabilität und gutes Aussehen zu erhalten, indem jede Komponente in ausreichendem Maße einzeln eingerührt wird, läßt sich ein derartiges Aussehen nicht so leicht erzielen, wenn Komponenten in einer Dose einfach kombiniert werden (ohne ein allmähliches oder inkrementelles Einmischen oder Einrühren der zweiten Komponente) und anschließend für kurze Zeit eine Verjüngung (Rejuvenation) (mechanisches Schütteln der Dose) angewandt wird. Das letztere Verjüngungsverfahren ist typisch für automatische Mischmaschinenenoperationen, die von Kraftfahrzeug-Reparaturlackierungs-Firmen insbesondere in den USA angewandt werden. Das Ergebnis eines solchen Verjüngungsverfahrens waren Aluminiumflocken, die instabil sind und in den flüssigen Träger nicht gut eingebracht werden. Das Produkt kann sogar erneut agglomerieren und ausflocken, eine schlechte Ästhetik aufweisen, oder die metallische Dispersion kann sich von dem Rest der Lackkomponenten abtrennen, was sichtbar als unerwünschtes Aufschwimmphänomen oder -charakteristik wahrzunehmen ist. Solche Mängel können jederzeit auftreten, und zwar unmittelbar nach der Verjüngung und bis zur Auftragung und Trocknung auf einem Substrat. Das Ausmaß eines solchen Problems hängt von solchen Faktoren wie dem Vorliegen von oberflächenaktiven Stoffen, der Lösungsmittelauftrennung zwischen der wäßrigen und der Teilchenphase, der Form und der Verteilung der metallischen Teilchen, der Oberflächenspannung, der Verdampfungsrate von Lösungsmitteln und der Temperatur des Lacks ab.
Die vorliegende Erfindung gibt dem Anwender die Möglichkeit, eine auf Wasser basierende Metallic-Farbdispersion zu formulieren, die selbst als Lack verwendet werden kann oder mit anderen (metallischen oder nichtmetallischen) pigmentierten oder nichtpigmentierten, auf Wasser basierenden Dispersionen kombiniert werden kann, um wäßrige Lacke durch Verjüngung oder Einmischen jeder Komponente einzeln zu bilden. Das Ergebnis ist ein Lack, der bei Aufsprühen auf ein Substrat ein stabiles und reproduzierbares Aussehen, handelsübliche Helligkeit, Metallic-Doppelton, angemessene Feuchtigkeits- und Wasserbeständigkeit und Verdünnbarkeit mit Wasser nach Bedarf verleiht, um die Farbstärke bzw. das Färbevermögen, die Viskosität und den Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen einzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine stabile auf Wasser basierende Farbdispersion von Metallflocken mit niedrigem VOC-Gehalt, die, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion, folgendes umfaßt:
(a) 2 bis 15% an Metallflocken;
(b) 5 bis 30% an polymerem Bindemittel;
(c) 0,1 bis 3,0% an aktivem Gewicht eines organisch modifizierten Phosphorsäureesters; und
(d) 55 bis 90% eines wäßrigen Trägers, welcher mindestens 50% an Wasser umfaßt;
wobei die Zusammensetzung hergestellt wird durch Zugeben einer wäßrigen Harzdispersion, welche, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Harzdispersion, 70 bis 95% an Wasser und 5 bis 30% polymeres Material umfaßt, zu einer auf Lösungsmittel basierenden Dispersion der Metallflocken, die den organisch modifizierten Phosphorsäureester enthält.
Der pH-Wert der Dispersion kann vorzugsweise auf 7,0-9,0 unter Verwendung von Ammoniak oder Amin eingestellt (erhöht) werden. Bis zu etwa 1 Gew.-% Feststoffbestandteile eines Harzdispersions-Verdickungsmittels können zugesetzt werden, um die Viskosität einzustellen und die Scherentzähungscharakteristiken zu erhöhen, was für die Anwendung bei Kraftfahrzeugen und Lastwagen erforderlich ist. Die Zusammensetzung kann allein (pur) als auf Wasser basierender Glanzmetallüberzug oder kombiniert (durch Verrühren oder Verjüngen) mit wäßrigen Bindemitteln und/oder Farbpigmentdispersionen und/oder anderen kompatiblen Harzen unter Bildung eines Metallic-Farbüberzugs von Kraftfahrzeugqualität verwendet werden. In jedem Fall kann der erhaltene Farbüberzug oder Basisüberzug anschließend auf ein grundiertes Stahl- oder Kunststoffsubstrat aufgetragen werden, wodurch farbige Metallic-Basisüberzüge mit ausgezeichneten und stabilen Eigenschaften, wie Haftvermögen, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Glanz und Doppeltonfarbe (Flop), die für Kraftfahrzeugaußenanwendungen erforderlich sind, erhalten werden. Dieser Basisüberzug kann unter einer Vielzahl von wäßrigen und nichtwäßrigen Klarlacken verwendet werden, um die gleichen stabilen Eigenschaften und auch eine gute Haltbarkeit und ein glanzartiges Aussehen vorzusehen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die auf Wasser basierende Farbdispersion oder -zusammensetzung von Metallflocken der vorliegenden Erfindung kann in zwei- oder dreistufigen Verfahren hergestellt werden. In der ersten Stufe werden die Metallflocken (typischerweise eine im Handel erhältliche Paste) in einem geeigneten kompatiblen organischen Lösungsmittel dispergiert, welches auch ein Passivierungsmittel enthält, um eine auf Lösungsmittel basierende Metallflockendispersion zu bilden. Das Niveau an Passivierungsmittel in der auf Lösungsmittel basierenden Dispersion beträgt geeigneterweise etwa 1 bis 30%, vorzugsweise 5 bis 20% des Gewichts an Metallflocken, und der Gesamtfeststoffgehalt der Dispersion beträgt etwa 5 bis 45 Gew.-%. Die Menge des Passivierungsmittels ist geeigneterweise so eingestellt, daß für eine Wasserstoffgasinhibierung durch eine ausreichende Menge des Passierungsmittels gesorgt wird, daß aber Wasserempfindlichkeitsprobleme mit dem Überzug, die durch eine übermäßige Menge des Passivierungsmittels hervorgerufen werden, vermieden werden. Neben Aluminium und seinen Legierungen sind andere Materialien, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, Zink, Bronze, Messing, Kupfer, Eisen, Magnesium und Legierungen von diesen sowie Mischungen der vorgenannten. Insbesondere gibt es eine ganze Reihe von Aluminiumpigmenten kommerzieller Güteklasse, die bei dieser Erfindung nützlich sind.
Typischerweise sind diese Metallic-Pigmente nicht aufschwimmende Flocken bzw. Flocken ohne Leafing-Verhalten, die als Pasten durch ein Mahlverfahren hergestellt werden, wobei Aluminium mit einem Gleitmittel kombiniert wird, bei dem es sich typischerweise um Oleinsäure und ein Pastiermittel wie Lackbenzine handelt. Während der anschließenden Behandlung des Materials kann Lösungsmittel entfernt werden, verschiedene Lösungsmittel oder Wasser können hinzugegeben werden, und es können Inhibierungsmittel und/oder Emulgiermittel hinzugegeben werden. Die letztendliche Aluminiumpastenzusammensetzung beträgt typischerweise 55-75% Aluminium, 22-44% Flüssigkeiten, 1-3% Oleinsäure und 0-5% Inhibierungsmittel und/oder Emulgiermittel. Diese Aluminiumpasten können entweder in Wasser dispergierbar oder nicht-dispergierbar sein. Solche Aluminiumflocken haben eine Größenverteilung, die üblicherweise im Schnitt im Bereich zwischen 8 und 32 um liegt, die aber auch in einem Bereich von etwa 3 bis 50 um angewandt werden können. Die Form und Größenverteilung der Flocken führt zu Unterschieden bei im Handel erhältlichen Aluminiumpasten, was die Brillanz, den Glanz, den Doppelton, die Glätte und Heiligkeit angeht. Diese Unterschiede können sehr wichtig sein und werden häufig bei der Farbgestaltung von Metallic-Farbüberzügen für Kraftfahrzeuge und Lastwagen genutzt. Beschreibungen von herkömmlichen Metallic-Pigmenten und Pasten sind in der Standard-Druckschrift PIGMENT HANDBOOK, Hrsg. Temple C. Patton (Wiley- Interscience-Veröffentlichung 1973), Seiten 785-835, zu finden.
Hinsichtlich des ersten Schritts der vorliegenden Erfindung, wie obenstehend erwähnt, ist das kompatible flüssige organische Lösungsmittel ein solches, das teilweise oder vollständig wassermischbar ist und Aceton, Methylethylketon, Diacetonalkohol, Methanol, Ethanol, Isopropanol, 1-Propanol, Isobutanol, n- Butanol, 2-Butanol, n-Pentanol, 2-Pentanol, 2-Methyl-1-butanol, Methylamylalkohol, 2-Methyl-1-pentanol, 2-Ethylhexanol, Ethylacetat, Propylacetat, Butylacetat, Isobutylacetat, PM-Acetat, Butylcellosolveacetat, Ethylcarbitol, Butylcellosolve, Methylpropanol, Propylpropanol, Butylpropanol, t-Butylpropanol, Wasser und jegliche Kombinationen solcher Flüssigkeiten einschließt, ohne auf diese beschränkt zu sein. Bevorzugte organische Lösungsmittel sind jene mit Verdampfungsraten des 0,2- bis 2,0-fachen der Rate von Butylacetat und welche mindestens 2% Wassermischbarkeit aufweisen. Bevorzugte Beispiele hierfür sind n-Butanol, Propanol, Isopropanol, Isobutanol und Butylcellosolve. Kombinationen von n-Butanol und n-Pentanol sind besonders bevorzugt.
Das Passivierungsmittel ist mindestens ein organischer Phosphorsäureester der folgenden allgemeinen Formel:
worin R für eine Alkylgruppe mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte Arylgruppe steht, die mindestens einen Alkylsubstituenten mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen enthält. Die Gruppe A steht für eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, m steht für eine ganze Zahl von 1 bis 20 und R¹ und R² stehen unabhängig für Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen oder R-(OA)m (worin R, A und m wie oben dargelegt sind). Das US-Patent Nr. 4 350 535 beschreibt in generischer Weise Ester, welche die obenstehend für die Verwendung bei der Erfindung beschriebenen Phosphatester einschließen. Diese Phosphatester sind im Handel von einer Vielzahl von Quellen, einschließlich Mona Chemicals (Patterson, N. J.) und Rhone Poulenc (Princeton, N. J.) erhältlich.
Wie bereits erwähnt, erfordert der erste Schritt der Erfindung das Vereinigen der Metallflocken, des organischen Lösungsmittels und eines Passivierungsmittels. In der Regel werden die Metallflocken der Mischung aus Lösungsmittel und Passivierungsmittel hinzugegeben, und das Mischen erfolgt durch ein luftgetriebenes Mischblatt mit nicht näher bezeichneter Konstruktion bzw. Design.
Manchmal ist ein Erhitzen der Mischung auf 90-160ºF hilfreich, um die Vermischbarkeit und Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.
Die erforderliche Mischzeit variiert, doch es werden üblicherweise mindestens 90 Minuten benötigt, um Aluminiumflocken hinreichend zu dispergieren. Es kann ein zusätzliches Mischen von mehreren Stunden durchgeführt werden, ohne daß sich die auf Aluminium basierende Ästhetik verschlechtert. Ein Hochschermischer, wie ein Cowles®-Schaufelmischer, sollte vermieden werden, um ein Verbiegen und Zerteilen der Flocken zu vermeiden. Bevor mit dem zweiten Schritt der Erfindung fortgefahren wird, ist es bevorzugt, wenn man die Metallflockendispersion bei Raumtemperatur für 8-12 Stunden oder mehr aus Gründen der Äquilibrierung und der Stabilität des Überzugs unvermischt läßt. Längere Wartezeiten sind zulässig, doch die Dispersion wird typischerweise anfangen, ein Absetzen der Metallflocken zu zeigen. Auf jeden Fall sollte die Dispersion unmittelbar vor Verwendung in Schritt 2 erneut gemischt werden.
Im zweiten Schritt wird die Metallflockendispersion mit wäßrigem Bindemittelharz oder -harzen und Wässer unter Bildung eines Farbtons kombiniert. Geeignete Harze schließen ein - sind aber nicht beschränkt auf - Polymere und Copolymere von Acryl-, Acrylurethan-, Polyesterurethan-, Polyetherurethan-, Polyamid-, Melamin-Formaldehyd- und Epoxychemien. Das Material wird durch Hinzugeben der einzelnen Bestandteile in einen Tank unter Mischen und Umrühren während mindestens 30 Minuten kombiniert. Üblicherweise werden einige Rheologie-Regulierungsmittel, Anti-Absetzmittel, Dispergiermitteln/ oberflächenaktiven Mitteln, Schaumreguliermittel, Bakteriozide oder andere Additive ebenfalls zugegeben, und zwar in der Regel, nachdem das 30- minütige Mischen beendet ist. Diese werden allgemein mit etwa 0-50%, bezogen auf die Flockenfeststoffbestandteile, verwendet. Ferner wird nach Bedarf typischerweise zusätzlich Wasser zugegeben, um das Mischen zu unterstützen.
Die Verwendung von Assoziationsverdickungsmitteln als Teil des Rheologiepakets ist für die Erreichung des Einbringens bzw. des Zusammenbringens der wäßrigen Metallflocken mit anderen kompatiblen, auf Wasser basierenden Komponenten bevorzugt. Es gibt mindestens zwei Typen an rheologischen Additiven. Der erste ist als Alkali-quellbarer (ASE-)Latex bekannt, und der zweite ist ein Assoziationsverdickungsmittellatex (AT). Bei einer Ausführungsform wird eine Kombination aus einem ASE und zwei Als verwendet. Zwei wirksame Assoziationsverdickungsmittel sind AcrysolTM TT-615 von Rohm & Haas (Philadelphia, PA) und DSX-1550TM-Verdickungsmittel von Henkel (Ambler, PA). Jedes wird typischerweise in einer Menge von etwa 1-15 Gew.- %, bezogen auf den Flockenfeststoffanteil, vorzugsweise 1-10% des Assoziationsverdickungsmittellatex und 5-15% des Alkali-quellbaren Verdickungsmittels zugegeben. Bei einer Ausführungsform werden ein ASE und zwei AT- Verdickungsmittel verwendet, die Acrylsol® ASE-60, Acrysol® TT-615 und DSX- 1550 umfassen. Bei dieser Ausführungsform werden drei Verdickungsmittel in einer bestimmten Reihenfolge während der Farbtonherstellung zugegeben, der pH-Wert wird erhöht, und anschließend wird die Viskosität auf einen konstanten Brookfield-Viskositätsbereich unter Verwendung nur von entionisiertem Wasser nach unten einreguliert.
Ammoniak oder Amin wird in geeigneter Weise zugesetzt, um den pH-Wert auf ein Niveau einzustellen, wo die Verdickungsmittelharze aktiviert werden, typischerweise im Bereich von 7 bis 9. Der VOC der erhaltenen Farbdispersion beträgt etwa 0,30 bis 0,42 kg/l (minus Wasser), was 2,5 bis 3,5 lb/Gallone (minus Wasser) entspricht. Die wäßrige Bindemittelharzzusammensetzung, die der auf Lösungsmittel basierenden Metallflockendispersion zugegeben wird, umfaßt geeigneterweise, bezogen auf das Gewicht des wäßrigen Bindemittelharzes, 5 bis 30%, vorzugsweise 10 bis 25% an polymerem Material und 70 bis 95%, vorzugsweise 75 bis 90% (gewichtsbezogen) an Wasser. Ein bevorzugtes Beispiel für ein wäßriges Bindemittelharz umfaßt einen Acrylpolymerlatex und ein Acrylpolymerhydrosol; siehe die gemeinsam erteilten US- Patente Nr. 5 166 254; 5 219 916; 5 221 584 und 5 266 406, die alle hierin durch den Bezug darauf eingeschlossen sind. Isopropanol oder Isopropanol in Kombination mit Isobutanol werden vorzugsweise bei der Hydrosolharzkochung für die Aluminium-Farbtonstabilität verwendet. Die Festigkeit der auf Wasser basierender Metallflockendispersion ist durch das Pigment-zu-Bindemittel- Gewichtsverhältnis gekennzeichnet, welches typischerweise 10/100 bis 50/100, aber in der Regel 20/100 bis 30/100 beträgt, wodurch nahezu alle Kraftfahrzeug-Metallic-Farben erreicht bzw. abgedeckt werden können.
Die erhaltene stabile auf Wasser basierende Metallflockendispersion mit niedrigem VOC-Gehalt (auch als eine Farbe bezeichnet) umfaßt, bezogen auf das Gewicht der Dispersion, 1 bis 15%, vorzugsweise 2 bis 10%, an Metallflocken, 5 bis 30%, vorzugsweise 10 bis 20%, an polymerem Bindemittel (d. h. Bindemittelharz); 0,1 bis 3,0%, vorzugsweise 0,2 bis 1,0% eines organisch modifizierten Phosphorsäureesters; und zwischen 55 und 95%, vorzugsweise 60 bis 80% eines wäßrigen Lösungsmittels, welches zwischen 50 und 90%, vorzugsweise 60 bis 75% Wasser umfaßt.
Diese auf Wasser basierende Metallflockenfarbe oder -dispersion kann als Basisüberzug allein oder kombiniert in jeder beliebigen Menge mit anderen kompatiblen Bindemitteln und Pigment(metallisch und/oder nichtmetallisch)- Dispersionen unter Bildung eines Farbüberzugs von Kraftfahrzeugqualität aufgetragen werden. Zur Herstellung von Kraftfahrzeug-Neulackierungs-Basisüberzügen beispielsweise werden die Farben gemäß der Erfindung in der Regel mit verschiedenen Nicht-Metallic-Farbtönen, Perlfarben und/oder Harzbindemitteln (ausgewogene Klarschichten) kombiniert. Zum Beispiel kann ein Endlack typischerweise eine Metallic-Farbe gemäß der vorliegenden Erfindung, eine ausgewogene (balanced) Klarschicht (welche der obenstehend beschriebenen wäßrigen Harzdispersion ähneln kann) und drei farbige Farbmassen oder Dispersionen, z. B. ein Schwarz, ein Weiß und ein Rot, um fassen. Eine Farbe kann allein oder als Lack, beispielsweise im Fall eines silberfarbigen Metallic-Lacks, verwendet werden.
Bei der Kombination mit anderen Komponenten kann diese zusammengerührt werden oder noch typischer in einen Behälter ohne jegliches Umrühren gegeben werden und anschließend mittels Schütteln von Hand oder unter Verwendung verschiedener Lackschüttler wie Red Devil®-, Gyro®- oder Cyclone®-Schüttler während etwa 1-5 Minuten verjüngt werden, um einen ausgezeichneten Einschluß von Aluminium in kompatible Bindemittel und pigmentierter Dispersion zu erzielen. Der Einschluß wird durch Beobachten und Messen von physikalischen oder chemischen Veränderungen des Lackes über einen bestimmten Zeitraum bewertet. Typischerweise beträgt der Zeitraum, welcher für etwaige Veränderungen von Interesse ist, 1 Tag bis 3 Monate. Die Bewertungen erfolgen typischerweise bei nassem Lack in der Dose oder nach dem Auftragen von Filmen auf ein Substrat. Diese Veränderungen schließen die Viskositätsbewegung, ein Driften des pH-Wertes, eine Farbveränderung, ein Aufschwimmen von Metallflocken, ein Verklumpen, ein Marmorieren oder ein Absetzen und den Aufbau eines Gasdrucks in einer verschlossenen Dose ein. Der Aufbau von Gas kann durch in der Industrie wohlbekannte volumetrische Verdrängungsmessungsverfahren gemessen werden, doch in der Praxis wird dieser üblicher durch eine Prüfung des Herausströmens einer teilweise belüfteten Dose oder Feststellung eines lauten Knalls oder Zischtons bewertet, welcher beim Öffnen einer versiegelten Dose auftritt. Nach der Auftragung des Lackes auf einigen Substraten, wie einem getrockneten füllenden Grundiermittel oder Glanzüberzug, liefert die Bewertung der Aussehenscharakteristiken, wie der "Head-on"-Glanz, des Doppeltons (Flop), Metallunregelmäßigkeit (Marmorieren) und Ebenheit Hinweise auf den Grad des Einschlusses der auf Wasser basierenden Metallflockendispersion. Schließlich liefern die Filmeigenschaften, wie Haftung an Substrat und Klarlacküberzügen, Feuchtigkeitskammerbeständigkeit und Glanzveränderungen in dem Farbüberzug weitere Hinweise auf die Qualität der Dispersion und des Metallic-Farbanstrichs. Dieses System, wie es beschrieben ist, gewährleistet einen sehr guten Einschluß von Metallflocken, ohne die Feuchtigkeitsbeständigkeit zu opfern, und besitzt eine gute Langzeitstabilität.
Die Auftragungsleistung kann variabel sein und hängt von zahlreichen Faktoren ab, wie der Auftragungsgerätschaft, den Kammerbedingungen, der Zahl der für eine Abdeckung erforderlichen Überzüge und den Sprühverfahren. Zwei Lackparameter, die ein Besprüher in gewissem Maße regulieren möchte, sind die Viskosität und der Gehalt des Lackes an nichtflüchtigen Bestandteilen. Diese zwei Parameter können die Versprühung des Lackes aus der Sprühpistole, die zur Auftragung der Farbe verwendet wird, beeinflussen. Somit wird eine verbesserte Versprühung häufig durch die Zugabe von Wasser zu dem Lack erhalten. Dieses Verfahren ist jedoch eingeschränkt aufgrund der größeren Tendenz zur Läuferbildung und der schlechteren Abdeckung und Übertragungseffizienz des Lackfilms. Die auf Wasser basierende Metallflockenfarbdispersion, die beschrieben ist, läßt sich leicht bei Bedarf mit Wasser verdünnen, um die Farbstärke zu verringern sowie die Viskosität und den Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen zu senken, ohne den VOC-Anteil zu verändern. Es ist kein Verlust der Metallästhetik bei der Wasserverdünnung festzustellen, und der Einschluß wird gut beibehalten.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung. Alle Teil- und Prozentangaben sind gewichtsbezogen, wenn nichts anderes angegeben ist. Alle hierin beschriebenen Molekulargewichte werden mittels Gel-Permeationschromatographie unter Verwendung eines Polystyrolstandards ermittelt.

BEISPIEL 1

Dieses Beispiel erläutert eine auf Wasser basierende Aluminiumdispersion, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde. In den nachfolgenden Beispielen wird diese auf Wasser basierende Aluminiumdispersion, um ihre physikalischen Farbeigenschaften zu bewerten, zur Herstellung Metallic-Basisüberzugszusammensetzungen verwendet, und es werden deren Charakteristiken in der Dose und Sprühcharakteristiken im Vergleich zu einer auf Lösungsmittel basierendem Aluminium und ihrer Basisüberzugszusammensetzung bewertet. Die letztendlichen Basisüberzugszusammensetzungen weisen eine sehr ähnliche Zusammensetzung auf. Die Basisüberzugszusammensetzungen werden zunächst durch Bilden einer Aluminiumdispersion und anschließendes Mischen der Aluminiumdispersion mit Acryllatexbindemittelkomponenten und Farbpigmentdispersionen hergestellt. Die Aluminiumdispersion selbst wird in zwei Schritten hergestellt, und zwar wird zunächst eine auf Lösungsmittel basierende Aluminiumdispersion gebildet, die anschließend mit auf Wasser basierenden Materialien kombiniert wird, um eine auf Wasser basierende Aluminiumdispersion herzustellen. Die folgenden Bestandteile wurden zur Herstellung der auf Lösungsmittel basierenden Aluminiumdispersion in Schritt 1 verwendet:
TEIL 1 Gew.-Teile
n-Butanol 439
n-Pentanol 1026
Polyoxyethylenstearyletherphosphat (gemischter Mono-/Diester) 147
TEIL 2
Aluminiumflockenpaste 1612
(60% Feststoffe in Lackbenzinen/Kohlenwasserstofflösungsmittel)
GESAMT 3224
Teil 1 wurde in eine nicht ausgekleidete metallische Gallonen-Dose gegeben und auf eine Temperatur von 110ºF unter Verwendung eines Heißwasserbades erhitzt. Das Material wurde unter Verwendung eines Luftmischers während des Erhitzungsverfahrens umgerührt. Nach 10 Minuten ist die Mischung eine völlig homogene Flüssigkeit. Die Erhitzungsquelle wird danach entfernt, und der Ansatz beginnt abzukühlen. Danach wird Teil 2 im Zeitraum von mehreren Minuten unter kräftigem Umrühren zugegeben. Die Rühren wird etwa 2 Stunden lang fortgesetzt, bis die Aluminiumflocken in die Lösungsmittel/- Phosphat-Mischung gut dispergiert sind. Dann wird das Rühren eingestellt, und das Material wird 12 Stunden lang im Ruhezustand gelagert. Die Dispersionsqualität wird durch Aufziehen der Dispersion auf Glas mit einem regelbaren Filmauftragegerät (0,003-Streichmesser) untersucht. Diese auf Lösungsmittel basierende Aluminiumdispersion wird im Vergleich zu der auf Wasser basierenden Aluminiumdispersion, die in Schritt 2 untenstehend hergestellt wird, bewertet. Die auf Wasser basierende Aluminiumdispersion verwendete die folgenden Bestandteile:
TEIL 1 Gew.-Teile
Acrylpolymerlatex 5661,8
Acrylpolymerhydrosol 1769,0
Entionisiertes Wasser 1243,5
TEIL 2
Aluminiumdispersion von Schritt 1 obenstehend 2350,8
TEIL 3
Assoziationsverdickungsmittel (Henkel DSX-1550) 30,3
Acrysol® ASE-60-Verdickungsmittel (Rohm & Haas) 173,0
Entionisiertes Wasser 3390,4
Wäßriges Ammoniumhydroxid, 3% aktiv 410,9
TEIL 4
Entionisiertes Wasser 1779,2
Acrysol®-Assoziationsverdickungsmittel TT-615 (Rohm & Haas) 59,0
Entschäumungsmittel (Balab® 3056A) 7,5
Entionisiertes Wasser 1875,2
GESAMT 18750,6
In der obenstehenden Liste an Bestandteilen besteht der Acrylpolymerlatex (36 % in entionisiertem Wasser) aus 26,4 Teilen Methylmethacrylat, 50 Teilen Ethylhexylacrylat, 2,5 Teilen Methylolmethacrylamid, 3 Teilen Hydroxyethylacrylat und 3 Teilen Methylacrylsäure. Das Acrylpolymerhydrosol (in entionisiertem Wasser, Isopropylalkohol und Isobutylalkohol) besteht aus 34 Teilen Methylmethacrylat, 52 Teilen Ethylhexylmethacrylat, 5 Teilen Methylolmethacrylamid, 3 Teilen Hydroxyethylacrylat, 3 Teilen Methylacrylsäure und 2 Teilen oberflächenaktivem Mittel. Teil-1-Bestandteile werden in einen ausgekleideten 5 Gallonen-Eimer gegeben und 15 Minuten lang gemischt. Teil 2 wird nach einem erneuten Mischen während 30 Minuten anschließend langsam unter Mischen zugegeben und 60 Minuten lang sich rasch vermischen gelassen. Danach wird Teil 3 jeweils ein Bestandteil nach dem anderen unter Mischen zugegeben und sich 30 Minuten lang vermischen gelassen. Schließlich wird Teil 4 jeweils ein Bestandteil nach dem anderen unter Mischen zugegeben und anschließend mindestens 30 Minuten lang sich vermischen gelassen. Die Viskosität wird auf 800-1500 cps (Brookfield 5 U/min bei 72ºF) einreguliert. Der pH-Wert beträgt 8,3-8,5 und das P/B-Verhältnis (Pigment zu Bindemittel-Verhältnis) beträgt 27/100.

BEISPIEL 2

Dieses Beispiel erläutert eine holzkohlengraue Metallic-Basisüberzugszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wurden die folgenden Bestandteile in einer ausgekleideten Quart-Dose kombiniert:

Basisüberzug 1

Komponente Gew.-Teile
Auf Wasser basierende Aluminiumdispersion, hergestellt in Beispiel 1, Schritt 2 132 Acryllatex/Acryl-Copolymer-Verdickungsbindemittel 433
Auf Wasser basierende tiefschwarze Dispersion 43
Auf Wasser basierende Perlweißglimmerdispersion 22
GESAMT 630
Das Mischverfahren wurde auf zwei Arten angewandt. Zuerst wurde jeder Bestandteil unter Mischen durch einen Luftmischer zugegeben. Als nächstes wurde jeder Bestandteil ohne Mischen hinzugegeben und anschließend 3 Minuten lang in eine Red Devil®-Verjüngungsvorrichtung gegeben.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Dieses Beispiel erläutert einen nicht der vorliegenden Erfindung entsprechenden holzkohlengrauen Metallic-Basisüberzug (Basisüberzug 2) als Vergleich mit dem Basisüberzug (Basisüberzug 1) von Beispiel 2 weiter oben. Die folgenden Bestandteile wurden in einer weiteren ausgekleideten Quart-Dose kombiniert:
Komponente Gew.-Teile
Auf Lösungsmittel basierende Aluminiumdispersion (Beispiel 1, Schritt 1 weiter oben) 17
Acryllatex/Acryl-Copolymer-Verdickungsbindemittel 548
Auf Wasser basierende tiefschwarze Dispersion 43
Auf Wasser basierende Perlweißglimmerdispersion 22
GESAMT 630
Das Mischverfahren wurde auf zwei Arten angewandt. Zuerst wurde jeder Bestandteil unter Mischen durch einen Luftmischer zugegeben. Als nächstes wurde jeder Bestandteil ohne Mischen hinzugegeben und anschließend 3 Minuten lang in eine Red Devil®-Verjüngungsvorrichtung gegeben.

BEISPIEL 4

Dieses Beispiel erläutert eine silberfarbige Metallic-Basisüberzugzusammensetzung (Basisüberzug 3) gemäß der vorliegenden Erfindung. Die folgenden Bestandteile wurden in einer ausgekleideten Quart-Dose kombiniert:
Komponente Gew.-Teile
Aluminiumdispersion (Schritt 2 aus Beispiel 1) 420
Acryllatex/Acryl-Copolymer-Verdickungsbindemittel 210
GESAMT 630
Die obenstehenden Basisüberzugzusammensetzungen sind auf eine Viskosität von 700-1200 cps (Brookfield 5 U/min. 72ºF) eingestellt. Der pH-Wert ist unter Verwendung von wäßrigem Ammoniak und/oder entionisiertem Wasser auf 8,4-8,6 eingestellt. Es wurden keine zusätzliche Additive diesen Basisüberzügen zugesetzt. Eine Fraktion von jedem Basisüberzug wird auf ein Regal auf die Seite und in einen erwärmten Stabilitätsofen gestellt, um die Stabilität hinsichtlich Zeit und Temperatur zu messen. Alle Basisüberzüge wurden bis zur vollständigen Abdeckung eines gehärteten handelsüblichen auf Lösungsmittel basierenden füllenden Zweikomponenten-Polyurethan-Grundiermittels, welches auf saubere Stahlplatten aufgetragen worden war, aufgetragen. Einige Platten mit Basisüberzug wurden danach mit einem handelsüblichen, auf Lösungsmittel basierendem Zweikomponenten-Polyurethan-Klarlackschicht klarschichtüberzogen, welcher während eines Zeitraums von 3 Wochen durch Lufttrocknen härten gelassen wird. Die typische Filmdicke dieser Überzüge ist wie folgt:
füllendes Grundiermittel 0,8-1,2 mil
Basisüberzug 0,3-0,8 mil
Klarlacküberzug 1,0-2,0 mil
Die Daten wurden sowohl für nasse als auch aufgetragene Lacke erhalten. Die Eigenschaften in der Dose (naß) sind in Tabelle 1 weiter unten aufgeführt. Die Filmeigenschaften sind in Tabelle 2 weiter unten aufgeführt. Die Ergebnisse zeigen klar, daß der Basisüberzug 1 viel besser ist als der Basisüberzug 2, was die Aufschwimmbeständigkeit angeht, und auch etwas besser, was die Feuchtigkeitsbeständidgkeit angeht. TABELLE 1 TABELLE 1 (Fortsetzung) TABELLE 2 Filmeigenschaften nach Ausgesetztsein einer Feuchtigkeitskammer
* HOB = "Head on"-Helligkeit
Haftung: ++ = sehr gute Haftung, auf Basis eines Gitter-Schraffur (grid-hatch)-Tests
Feuchtigkeitsbeständigkeit:
++ = kein Haftverlust, leichte mikrofeine Blasenbildg.
+ = kein Haftverlust, mäßige mikrofeine Blasenbildg.

BEISPIEL 5

Eine auf Wasser basierende Aluminiumdispersion gemäß der vorliegenden Erfindung wird in zwei Schritten wie folgt hergestellt. In Schritt 1 werden die folgenden Bestandteile verwendet:
TEIL 1
Ethylenglykolmonobutylether 80,0
n-Butanol 30,0
Ethylenglykolmonohexylether 20,0
Polyoxyethylenstearyletherphosphat (gemischter Mono-/Diester) 17,0
TEIL 2
Aluminiumflockenpaste (60% Feststoffe in Lackbenzinen und aromatischem Kohlenwasserstoff) 147,0
GESAMT 294,0
Teil 1 wurde in eine nicht ausgekleidete Pint-Metalldose gegeben und auf eine Temperatur von 130ºF unter Verwendung eines Heißwasserbades erhitzt. Das Material wird unter Verwendung eines Luftmischers während des Erhitzungsverfahrens umgerührt. Nach 15 Minuten ist die Mischung eine völlig homogene Flüssigkeit. Die Heizquelle wird entfernt, und der Ansatz kühlt auf 70ºF ab. Anschließend wird Teil 2 während 2 Minuten unter kräftigem Rühren hinzugegeben. Das Rühren wird 1,5 Stunden lang fortgesetzt. Anschließend wurde das Umrühren gestoppt, und die Dispersion wurde 36 Stunden lang in Ruhe stehen gelassen. In Schritt 2 wurden die folgenden Bestandteile verwendet:
TEIL 1 Gew.-Teile
Acrylpolymerlatex 127,0
Acrylpolymerlatex 207,0
Entionisiertes Wasser 56,0
TEIL 2
Aluminiumdispersion aus dem obenstehenden Schritt 127,0
TEIL 3
10% Acrysol ASE-60®-Verdickungsmittel (Rohm & Haas) in entionisiertem Wasser 94,0
Entionisiertes Wasser 152,0
Wäßriges Ammoniak (3% aktiv) 12,0
TEIL 4
Entschäumungsmittel (Balab® 3056A) 10,0
Acrysol ASE-60® (25%)-Verdickungsmittel 55,0
In entionisiertem Wasser
GESAMT 830,0
Der erste Acrylpolymerlatex war der gleiche wie in der in Beispiel 1 weiter oben verwendete. Der zweite Acrylpolymerlatex wird in 2 Schritten hergestellt und umfaßt 13% Methylmethacrylat, 2% Allylmethacrylat und 62% Butylacrylat als Kernmonomere und 3% Methacrylsäure, 5% Hexylethylacrylat und 15% Butylacrylat als Schalenmonomere. Teil-1-Bestandteile werden in eine ausgekleidete Quart-Dose gegeben und 15 Minuten lang vermischt. Teil 2 wird nach einem erneuten Mischen von 15 Minuten langsam unter Mischen zugegeben und 45 Minuten lang sich vermischen gelassen. Teil 3 wird jeweils ein Bestandteil nach dem anderen zugegeben und 30 Minuten lang gemischt. Schließlich wird Teil 4 zugegeben und 15 Minuten lang vermischt. Die letztendliche Viskosität beträgt 2540 cps (Brookfield #2,5 U/min) bei einem pH- Wert von 6,74.

BEISPIEL 6

Dieses Beispiel erläutert eine weitere holzkohlengraue Metallic-Basisüberzugzusammensetzung (Basisüberzug 4) gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wurden die folgenden Komponenten verwendet:
Komponente Gew.-Teile
Auf Wasser basierende Aluminiumdispersion, Stufe 2 von Beispiel 5 oben 100,0
Aluminiumfreier Lack, enthaltend: 530,0
Acryllatex/Melamin-Formaldehyd
Auf Wasser basierende Rußdispersion
Auf Wasser basierende blaue organische Dispersion
Auf Wasser basierende Perlglimmerdispersion
GESAMT 630,0
Die gut vermischte Aluminiumdispersion wird in eine ausgekleidete Quart- Metalldose gegeben. Der aluminiumfreie Lack wird der Dispersion ohne Mischen zugegeben. Die Quart-Dose wurde verschlossen und versiegelt und 2 Minuten lang auf einen Gyro®-Lackschüttler gestellt. Nach dem Entfernen aus dem Schüttler wird der Lack auf seine Eigenschaften getestet. Die Ergebnisse sind wie folgt:
Anfängliches Aufschwimmen nach dem Schütteln: nein
Aufschwimmen 24 Stunden nach dem Schütteln: nein
Brookfield Visk. (#2-Sp., 5 U/min) 2020 cps
nach 24 Stunden · 75ºF 2040 cps
nach 3 Monaten · 75ºF 1240 cps
Nach 1 Woche · 120ºF 1050 cps
Der versprühte Lack zeigte eine gute Aluminiumorientierung und keine Klecksbildung (spitting) oder kein Verklumpen unter einem kommerziellen Polyurethanklarlacküberzug. Die 96-Stunden-Feuchtigkeitshaftung war ausgezeichnet. Es kam zu keiner Delaminierung beim Einritzen von 100 Quadraten und Abziehen eines (Klebe)Bandes. Es kam zu keinem wesentlichen Aufbau von Gas, das sich in den versiegelten Dosen, die 3 Monate lang bei 75ºF oder 1 Woche lang bei 120ºF gelagert wurden, entwickelte.
Ein Fachmann auf dem Gebiet wird ohne Zweifel in der Lage sein, zahlreiche Variationen bei den beschriebenen Themen vorzunehmen, etwa eine unwesentliche Änderung der Mengen der Bestandteile gegenüber den aufgeführten, die Zugabe von unschädlichen oder ergänzenden Substanzen oder das Ersetzen der aufgeführten durch äquivalente Komponenten. Solche Variationen sollen innerhalb des erfindungsgemäßen Konzepts erfolgen, so wie in den folgenden Ansprüchen definiert.

Claims

1. Stabile auf Wasser basierende Farbzusammensetzung für die Verwendung auf Kraftfahrzeugsubstraten, welche bezogen auf das Gewicht der Farbzusammensetzung folgendes umfaßt:

(a) 2 bis 15% an Metallflocken;

(b) 5 bis 30% eines in Wasser dispergierbaren polymeren Bindemittels;

(c) 0,1 bis 3,0% an aktivem Gewicht eines organisch modifizierten Phosphorsäureesters; und

(d) 55 bis 90% eines wäßrigen Lösungsmittels, welches mindestens 50% an Wasser umfaßt, wobei der Rest C&sub2; bis C&sub8;-Alkohol umfaßt;

wobei die Zusammensetzung hergestellt wird, indem eine Harzdispersion, welche 70 bis 95% an Wasser und 5 bis 30% an polymerem Material umfaßt, zu einer auf Lösungsmittel basierenden Dispersion der Metallflocken in einem wassermischbaren Lösungsmittel, welches einen C&sub2; bis C&sub8;-Alkohol umfaßt und den organisch modifizierten Phosphorsäureester mit der Formel

enthält, gegeben wird, wobei R für eine Alkylgruppe mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte Arylgruppe, welche mindestens einen Arylsubstituenten enthält, mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen steht, wobei die Gruppe A für eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen steht, m für eine ganze Zahl von 1 bis 20 steht und R¹ und R² unabhängig für Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen oder R-(OA)m stehen, wobei R, A und m wie oben dargelegt sind, wobei die auf Lösungsmittel basierende Dispersion in der Lage ist, mittels eines Streichmessers als ein Film auf Glas aufgezogen zu werden; und

wobei die Zusammensetzungstabilität durch im wesentlichen nicht aufschwimmende Metallflocken belegt wird.

2. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Metallflocken aus Aluminium sind.

3. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein Acryllatexdispersions-Copolymer umfaßt.

4. Verfahren zur Herstellung einer stabilen auf Wasser basierenden Metallflocken enthaltenden Dispersionsfarbe mit einem geringen Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen, umfassend:

(a) das Mischen einer Metallflockenpaste, welche 55 bis 75 Gew.-% an Metallflocken enthält, in ein organisches Lösungsmittel, welches ein Passivierungsmittel enthält, um eine auf Lösungsmittel basierende Metallflockendispersion zu bilden, wobei das Niveau an Passivierungsmittel in dieser auf Lösungsmittel basierenden Dispersion ungefähr 1 bis 30% des Gewichts der Metallflocken beträgt und die gesamten Feststoffe der auf Lösungsmittel basierenden Metallflockendispersion ungefähr 5 bis 45 Gew.-% ausmachen, wobei die Metallflocken während mindestens 90 Minuten dispergiert werden und wobei vor der Durchführung des nachfolgenden Schritts (b) die auf Lösungsmittel basierende Metallflockendispersion bei Raumtemperatur während mindestens 8 bis 12 Stunden unvermischt verbleibt; und

(b) das Vermischen der in Schritt (a) hergestellten auf Lösungsmittel basierenden Metallflockendispersion mit einer Harzdispersion, welche bezogen auf das Gewicht der Harzdispersion 5 bis 30% an polymerem Material und 70 bis 95% an Wasser umfaßt;

wobei das Passivierungsmittel die folgende Formel besitzt:

wobei R für eine Alkylgruppe mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte Arylgruppe, welche mindestens einen Alkylsubstituenten enthält, mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen steht, und wobei die Gruppe A für eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen steht, m für eine ganze Zahl von 1 bis 20 steht und R¹ und R² unabhängig für Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen oder R-(OA)m stehen, wobei R, A und m wie oben dargelegt sind.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die auf Wasser basierende Metallflockendispersion mit mindestens einer anderen Pigmentdispersion vermischt wird, um eine Farbschichtzusammensetzung für die Anwendung auf ein Kraftfahrzeugsubstrat zu bilden.