DE69633390T2

DE69633390T2 - Wässriges überzugsmittel

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Publication number: DE69633390T2
Application number: DE69633390T
Authority: DE
Inventors: E. Alger LAURA
Original assignee: A-LINE PRODUCTS CORP DETROIT; LINE PRODUCTS CORP A
Current assignee: A-LINE PRODUCTS CORP DETROIT; LINE PRODUCTS CORP A
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: EP0836629A1; US5880190A; WO1996040819A1; US5756566A; DE69633390D1; AU6100596A; BR9608486A; EP0836629A4; MX9709611A; CA2219878A1; EP0836629B1; CA2219878C

Description

Diese Erfindung betrifft Beschichtungszusammensetzungen und -systeme und insbesondere wässrige Beschichtungszusammensetzungen oder Beschichtungszusammensetzungen auf Wasserbasis, sowie Verfahren zur Herstellung und Verwendung dieser Beschichtungszusammensetzungen.
Die Beschichtung unbehandelter Polyolefin-enthaltender Substrate, wie z. B. von Polypropylensubstraten, ist im Allgemeinen schwierig, da Beschichtungen auf dieser Art von Substrat schlecht haften.
In einem Versuch zur Lösung dieses Problems wurden polyolefinische und andere entsprechende Kunststoffsubstrate oder synthetische Substrate typischerweise mit Beschichtungssystemen beschichtet, bei denen eine organische Lösungsmittelbasis verwendet wurde. Während die Verwendung organischer Lösungsmittel offenbar in gewissem Maß unterstützend wirkt, führt der Gehalt an organischen Verbindungen häufig dazu, dass die Beschichtungszusammensetzung oder das Beschichtungssystem im Hinblick auf eine Anzahl von Aspekten nachteilig ist. Beispielsweise sind die meisten organischen Lösungsmittel von Erdölprodukten abgeleitet und folglich im Allgemeinen teuer und nur schwer erhältlich. Ferner können organische Lösungsmittel, wie z. B. die gebräuchlich verwendeten aromatischen organischen Lösungsmittel potenzielle Umweltverschmutzungsprobleme erzeugen, falls nicht geeignete teure Rückgewinnungs- oder Entsorgungsverfahren eingesetzt werden.
Andere häufig eingesetzte Beschichtungen umfassen Chrom-enthaltende Beschichtungen. Wie die Systeme auf Erdöl-Basis sind auch die Chrom-enthaltenden Beschichtungen im Hinblick auf Umweltgesichtspunkte potenziell nachteilig, falls nicht geeignete teure Rückgewinnungs- oder Entsorgungsverfahren eingesetzt werden.
Im Stand der Technik wurden Haftvermittlerbeschichtungen auf Wasserbasis vorgeschlagen, bei denen zusätzlich wesentliche Mengen aromatischer organischer Lösungsmittel eingesetzt werden. Beispielsweise wurden solche Zusammensetzungen von Herstellern oder Vertriebsunternehmen wie z. B. Eastman Chemical Corp. beschrieben. Entsprechend hat Emco Chemical Corporation einen Haftvermittler für Polypropylen beschrieben, der als Grundbestandteile 25 Gew.-% eines chlorierten Polyolefins mit einem Chlorgehalt von 30% (25% in Xylol), 24,925% Toluol, 0,025% sulfoniertes Rizinusöl, 0,050% Natriumlaurylsulfat und 50,000% entionisiertes Wasser (als letzten Bestandteil) umfasst.
Das US-Patent 4,954,573 beschreibt eine chlorierte Polyolefinzusammensetzung zur Verwendung als Haftvermittler oder Beschichtung oder verschiedene Substrattypen wie z. B. Polyolefine.
Die Verwendung chlorierter Polyolefinmaterialien als Haftvermittler für Polyolefinsubstrate wurde ebenfalls vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 4,303,697 die Haftbehandlung eines polyolefinischen Substrats mit einem chlorierten Polymermaterial, wie z. B. chloriertem Polypropylen, das Carbonsäureanhydridgruppen enthält, und das Aussetzen des haftbehandelten Substrats gegenüber UV-Strahlung.
Das US-Patent 4,070,421 beschreibt chlorierte polyolefinische Zusammensetzungen, die als Haftvermittler zur Haftverbesserung von Dekor- oder Schutzbeschichtungen für Polyolefine geeignet sind.
Das US-Patent 3,579,485 beschreibt chlorierte Carboxylgruppen-enthaltende Poly-α-olefine, die Haftvermittlerbeschichtungen auf unbehandelten Poly-α-olefinsubstraten bilden und aromatische Lösungsmittel als bevorzugtes Lösungsmittel aufweisen.
Die folgenden US-Patente betreffen in einer allgemeineren Weise Beschichtungszusammensetzungen für Substrate, einschließlich Beschichtungszusammensetzungen für Polyolefinsubstrate:
4,710,408; 4,567,106; 4,417,022; 4,343,925; 4,317,894; 4,314,918; 4,263,411; 4,246,319; 4,124,039; 4,144,363; 4,046,587; 4,028,329; 3,849,148; 3,317,330; 3,218,189; und 2,998,324.
Die US 5,427,856 beschreibt eine Beschichtungszusammensetzung auf Wasserbasis, die ein halogeniertes Harz, ein Polyol, ein oberflächenaktives Mittel und ein Amin umfasst.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtungszusammensetzung auf Wasserbasis, die eine verminderte Konzentration an flüchtigen organischen Verbindungen ("VOC's") oder Lösungsmitteln (wie z. B. aromatischen organischen Lösungsmitteln) enthält oder im Wesentlichen frei von diesen ist, zur Beschichtung von Substraten wie z. B. Polyolefin-enthaltenden Substraten bereitzustellen.
In den Zusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise (a) ein Harz, (b) Ethylenglykol, (c) ein oberflächenaktives Mittel, (d) ein aliphatisches Amin und (e) Wasser eingesetzt. In einer anderen Ausführungsform wird in den Zusammensetzungen und dem Verfahren vorzugsweise ein Verdickungsmittel, ein Füllstoff oder beides verwendet.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich, wobei
1 veranschaulicht, wie Proben, die gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, getestet werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst wässrige Beschichtungszusammensetzungen oder -systeme oder Beschichtungszusammensetzungen oder Systeme auf Wasserbasis, die zum Beschichten von Polyolefin-enthaltenden Substraten geeignet sind. Die Zusammensetzungen sind auch zum Beschichten anderer problematischer metallischer und synthetischer Substrate geeignet, d. h. Substrate, die nur schwer mit einer guten Haftung zu beschichten sind. Die vorliegende Erfindung stellt eine wässrige Beschichtungszusammensetzung bereit, die

(a) bis zu 40% eines Polyols,
(b) 0,5% bis 40% eines Harzes, das aus halogenierten Polyolefin-Harzmaterialien, halogenierten Vinylharzen, Epihydrinharzen, halogenierten Epoxyharzen und Gemischen davon ausgewählt ist,
(c) 0,05 bis 15% eines oberflächenaktiven Mittels,
(d) ein Amin,
(e) eine Dispersion aus gepfropftem Acryl/Polyurethan, und
(f) 30 bis 95% Wasser umfasst, wobei der Gesamtgehalt an flüchtigen Verbindungen

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Zusammensetzungen oder Systeme ferner zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten ein Verdickungsmittel, einen Füllstoff oder beides.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfassen die Zusammensetzungen oder Systeme eine Rußdispersion.
Die Zusammensetzungen können verwendet werden, um polyolefinische Substrate effizient zu beschichten, während wesentlich verminderte Konzentrationen an flüchtigen organischen Lösungsmitteln oder flüchtigen organischen Komponenten (VOC's) eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Systeme sehr niedrige Konzentrationen an oder sind im Wesentlichen frei von flüchtigen organischen Lösungsmitteln, insbesondere aromatischen Lösungsmitteln, wie z. B. Benzol, Xylol, Toluol oder entsprechenden Materialien oder Komponenten. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Systeme sind im Wesentlichen frei von flüchtigen organischen Komponenten oder Materialien, insbesondere von aromatischen organischen Lösungsmitteln wie z. B. Benzol, Toluol, Xylol und dergleichen.
Die von den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren bereitgestellten Beschichtungen können dekorativ, schützend oder als Basis oder Vorbehandlung für einen weiteren folgenden Beschichtungs- oder Behandlungsschritt wirken. Sie können auch eingesetzt werden, um zwei oder mehr dieser Funktionen auszuüben.
Sie können mit einem beliebigen zweckmäßigen Verfahren aufgebracht oder abgeschieden werden, wie z. B. durch Sprüh-, Tauch-, Walzenbeschichten, elektrostatisches Abscheiden oder dergleichen.
Während die Polyole, die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren eingesetzt werden, auch andere Funktionen haben können (ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen), werden die Polyole unter anderem in erster Linie als Koaleszenzmittel verwendet. Die Polyole, die in den erfindungsgemäßen Verfahren und Zusammensetzungen eingesetzt werden, sind vorzugsweise destillierbare Polyole. Folglich sind zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren mehrere unterschiedliche Klassen von Polyolen geeignet.
Bei den Polyolen kann es sich um ein beliebiges geeignetes Polyol handeln, das eine beliebige geeignete Kettenlänge oder -OH-Funktionalität aufweist. Die bevorzugten Polyole zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind Polyole des Glykoltyps und Alkylenpoyole (z. B. Ethylenpolyole) sind noch mehr bevorzugt. Insbesondere umfassen bevorzugte Polyole des Glykoltyps Alkylenglykole, wie z. B. Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol und Hexylenglykol sowie andere Glykole wie z. B. 1,3-Butylenglykol und Ethoxytriglykol. Es können auch Gemische von zwei oder mehr dieser Materialien verwendet werden. Die am meisten bevorzugten Glykole sind Alkylenglykole. Ethylenglykol ist eines der am meisten bevorzugten Glykole.
Vorzugsweise ist das Polyol im Allgemeinen flüchtig und weist eine Hydroxylfunktionalität von mindestens 2 und vorzugsweise von etwa 2 bis 6 Hydroxygruppen pro Mol des Polyols auf. Ferner weist das Polyol vorzugsweise ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 50 bis etwa 500, mehr bevorzugt von etwa 62 bis etwa 500, noch mehr bevorzugt von etwa 62 bis etwa 425 und insbesondere von etwa 62 bis etwa 250 auf.
In den fertiggestellten Beschichtungszusammensetzungen oder -systemen und in den Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das ausgewählte Polyol vorzugsweise in einer Konzentration zwischen etwa 3% bis etwa 40%, bezogen auf das Gewicht der fertiggestellten Zusammensetzung, eingesetzt. In einer mehr bevorzugten Ausführungsform liegt das Polyol in einer Menge von etwa 3% bis etwa 20% und insbesondere in einer Menge von etwa 3% bis etwa 10% vor. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Polyol etwa 4,9% des Gesamtgewichts der bzw. des fertiggestellten Zusammensetzung oder Systems.
Die Auswahl des Harzes zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren ist extrem wichtig. Während dem Fachmann klar ist, dass dessen Auswahl von vielen Faktoren abhängen wird, wie z. B. der Art der schließlich zu beschichtenden Oberfläche (oder einer entsprechenden Anwendung), den Verarbeitungsbedingungen, den anderen ausgewählten Komponenten (d. h. dem Glykol, dem Amin, dem oberflächenaktiven Mittel, usw.), von Umweltgesichtspunkten, den Kosten und dergleichen, betrifft die folgende Diskussion die gegenwärtig bevorzugten Materialien.
Die Harze, die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren geeignet sind, umfassen halogenierte polyolefinische Harzmaterialien, sowie andere im Stand der Technik bekannte halogenierte Materialien und Harze, wie z. B. PVC und entsprechende Materialien, und Homo-, Co- oder Terpolymere solcher Materialien. Es sollte jedoch beachtet werden, dass unter bestimmten Umständen halogenfreie Harze allein (als Homopolymere) oder als Co- oder Terpolymere zusammen mit halogenierten Materialien verwendet werden können. Es können auch Kautschuke verwendet werden.
Wie bereits erwähnt sind eine Klasse bevorzugter Harze halogenierte polyolefinische Materialien. Die halogenierten polyolefinischen Materialien, die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren bevorzugt sind, sind chlorierte polyolefinische Materialien. Die chlorierten polyolefinischen Harzmaterialien, die zur Verwendung in den vorliegenden Beschichtungszusammensetzungen und -verfahren ausgewählt werden, sollten vorzugsweise einen Chlorgehalt von etwa 10 bis etwa 40 Gew.-%, mehr bevorzugt von etwa 10 bis etwa 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von etwa 18 bis etwa 22 Gew.-% und insbesondere von etwa 19 bis etwa 21 Gew.-% aufweisen. In einer gegenwärtig besonders bevorzugten Ausführungsform sollte der Chlorgehalt eines Harzes etwa 19,9 Gew.-% des Materials umfassen.
Das chlorierte Harz, z. B. das chlorierte Polyolefin, kann zur Verwendung in den Zusammensetzungen oder Systemen in einer beliebigen geeigneten Form bereitgestellt werden, wobei Pulverformen oder pelletierte Formen die bevorzugten Formen sind und eine Pulverform die am meisten bevorzugte Form ist.
Das chlorierte Polyolefin kann mit bekannten Verfahren hergestellt werden, wie z. B. den Verfahren, die in den US-Patenten 4,070,421 und 4,954,573 beschrieben sind. Zur Verwendung in den vorliegenden Zusammensetzungen und Verfahren können die chlorierten Polyolefinmaterialien aus käuflichen Materialien ausgewählt werden, wie z. B. denjenigen, die von Eastman Chemical Company, Kingsport, Tennessee, unter dem Handelsnamen CPO-343-1 (100%) geliefert werden. Andere käufliche Materialien, die unter bestimmten Bedingungen verwendet werden können, umfassen PM 12075-OO und 12075-OF, die auch von Eastman Chemical Company, Kingsport, Tennessee, geliefert werden, und CP-26P, CP-30P und CP-32P, bei denen es sich um Produkte von Toyo Kasei Kogyo Co. Ltd., Osaka, Japan, handelt.
Gemäß dem US-Patent 4,070,421 können die Harze der vorliegenden Erfindung mit anderen Harzen des Kohlenwasserstoff-Typs gemischt werden, vgl. die Spalte 2, Zeilen 15 bis 38 des '421-Patents.
Vorzugsweise weisen die chlorierten Polyolefine und anderen bevorzugten chlorierten Harze der vorliegenden Zusammensetzungen und Verfahren einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 65,5°C (150°F) bis etwa 176,7°C (350°F), mehr bevorzugt von etwa 65,5°C (150°F) bis etwa 121,1°C (250°F) und noch mehr bevorzugt von etwa 82,2°C (180°F) bis etwa 98,9°C (210°F) auf. Darüber hinaus weisen die chlorierten Polyolefine oder andere bevorzugte chlorierte Harze zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren durchschnittliche Molekulargewichte im Bereich von etwa 10000 bis etwa 40000, mehr bevorzugt von etwa 10000 bis etwa 30000, noch mehr bevorzugt von etwa 15000 bis etwa 30000 und insbesondere von etwa 22000 bis etwa 29000 auf. Die chlorierten Polyolefine und anderen bevorzugten chlorierten Harze, die in den erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungan und -verfahren verwendet werden, bilden vorzugsweise etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% (und gegebenenfalls bis etwa 40 Gew.-%), mehr bevorzugt etwa 2 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% und noch mehr bevorzugt etwa 2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden diese in einer Konzentration von etwa 4,3% und in einer anderen Ausführungsform in einer Konzentration von etwa 10% eingesetzt.
Eine weitere Gruppe geeigneter Harze umfasst, wie es vorstehend angegeben worden ist, verschiedene Polyvinylharze, vorzugsweise chlorierte Polyvinylharze oder PVC's. Solche Materialien umfassen auch PVC-artige Materialien. Beispiele für diese Materialien umfassen Polyvinylalkohol-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlorid- und Polyvinylchlorid-Vinylacetat oder -Maleinsäureanhydridharze. Es können Homo-, Co- und Terpolymermaterialien, die aus solchen Materialien hergestellt sind, verwendet werden. Es können auch Gemische dieser Materialien verwendet werden.
Andere entsprechende geeignete Materialien umfassen Harze, die aus Polyepichlorhydrinen hergestellt sind, bromierte Epoxymaterialien, alle Kautschuke und dergleichen. Diese Materialien können als Homopolymere, Copolymere und Terpolymere verwendet werden. Auch hier können Gemische solcher Materialien verwendet werden.
Bezüglich der vorstehend beschriebenen Polyolefinmaterialien ist es bevorzugt, dass das fertige Harzmaterial, das in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren eingesetzt wird, chloriert ist und allgemeine physikalische Eigenschaften aufweist, die denjenigen von olefinischen Materialien entsprechen. Beispielsweise ist ein durchschnittliches Molekulargewicht im Bereich von etwa 10000 bis etwa 30000 bevorzugt. Entsprechend ist es ganz besonders bevorzugt, dass mindestens ein Teil des fertigen Harzmaterials chloriert ist und einen Chlorgehalt von etwa 10 bis etwa 30% aufweist. Diese Materialien werden in den Verfahren in einer entsprechenden Weise und in den Zusammensetzungen in entsprechenden Konzentrationen eingesetzt.
Die bevorzugten erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren umfassen ferner oberflächenaktive Mittel, wie z. B. Tenside. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, dient das oberflächenaktive Mittel in den vorliegenden Zusammensetzungen in erster Linie als Emulgator. Das oberflächenaktive Mittel kann jedoch auch, ohne darauf beschränkt zu sein, als Mittel zum Benetzen der Oberfläche eines Materials dienen, das mit den vorliegenden Beschichtungszusammensetzungen beschichtet ist.
Die oberflächenaktiven Mittel, die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren geeignet sind, umfassen sowohl hochmolekulare (durchschnittli ches Molekulargewicht von 500 oder mehr) als auch niedermolekulare (durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als 500) nichtionische, amphotere, kationische und anionische Materialien. Es können auch polymere oberflächenaktive Mittel eingesetzt werden.
Beispiele für nichtionische Materialien umfassen z. B. organische Materialien, die Gruppen mit unterschiedlicher Polarität aufweisen, wobei ein Teil des Moleküls hydrophil und der andere Teil des Moleküls hydrophob ist. Beispiele für solche Materialien umfassen Polyethylenpolyole, Polyvinylalkohl, Polyether, Polyester und Polyhalogenide. Vorzugsweise ist das ausgewählte nichtionische oberflächenaktive Mittel oder ein anderes oberflächenaktives Mittel ein Tensid und liegt in einer Menge von etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-%, mehr bevorzugt von etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% und insbesondere in einer Konzentration von etwa 0,5 bis etwa 7,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vor.
Eine ganz besonders bevorzugte Klasse nichtionischer oberflächenaktiver Mittel oder Tenside umfasst diejenigen, die zur Reihe der Nonylphenoxypolyethoxyethanol-Tenside gehören. Insbesondere enthalten diese ganz besonders bevorzugten oberflächenaktiven Mittel vorzugsweise etwa 5 bis etwa 25, mehr bevorzugt etwa 7 bis etwa 15 und insbesondere etwa 7 bis etwa 10 Ethylenoxidgruppen pro Mol des oberflächenaktiven Mittels. Folglich umfassen käufliche oberflächenaktive Mittel, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Triton N-101^TM, das von Rohm and Haas hergestellt wird, sowie andere käufliche Materialien wie Triton X-100, GAF CO-630 und Makon 10, die von Stepan Chemical, Voeppe, Frankreich hergestellt werden.
Alternative bevorzugte oberflächenaktive Mittel umfassen Fluortensidmaterialien wie z. B. FC-129, 430, die von Minnesota Mining and Manufacturing hergestellt werden.
Beispiele für anionische oberflächenaktive Mittel umfassen Materialien wie z. B. diejenigen, die eine direkt an eine hydrophobe Gruppe gebundene Carboxylatgruppe enthalten, oder, alternativ, bei denen eine Zwischenproduktfunktionalität wie z. B. ein Ester, Amid, Sulfonamid oder dergleichen vorliegt. Andere geeignete Materialien umfassen anionische Mittel, die von Schwefel- oder Sulfonsäuren abgeleitet sind, bei denen die hydrophoben Gruppen aus aliphatischen oder aromatischen Gruppen mit unterschiedlicher Polarität abgeleitet sind, wie z. B. Halogenide, Hydroxylgruppen, Ether- und/oder Estergruppen. Ein bevorzugtes anionisches Material ist ein Material wie z. B. Natriumlaurylsulfat.
Beispiele für kationische oberflächenaktive Mittel sind solche, die von Aminogruppen abgeleitet sind (einschließlich primäre, sekundäre und/oder tertiäre Aminsalze), bei denen der hydrophile Charakter durch Gruppen mit unterschiedlicher Polarität erreicht wird. Weitere Beispiele sind Materialien wie z. B. quartäre Ammoniumverbindungen, Guanidin- und Thiuroniumsalze.
Beispiele für polymere oberflächenaktive Mittel umfassen diejenigen, die von ICI Americas unter den Handelsbezeichnungen Hypermer P52 und Hypermer P53 hergestellt werden.
Dem Fachmann ist klar, dass viele verschiedene derartige oberflächenaktive Mittel verfügbar sind. Diese sind zweckmäßig nach Klassen geordnet in "McCutcheon's Emulsifier's & Detergents", North American Edition, 1982, Seiten 322–327 angegeben. Sie werden in einer den vorstehend diskutierten bevorzugten nichtionischen Materialien entsprechenden Weise und in entsprechenden Konzentrationen eingesetzt.
Die bevorzugten Amine zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren umfassen primäre, sekundäre und tertiäre aliphatische Amine. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform weist das aliphatische Amin eine Aminfunktionalität zwischen 1 und 3 auf und enthält gegebenenfalls auch andere Sauerstoff-enthaltende funktionelle Gruppen. Bevorzugte Amine umfassen primäre, sekundäre und tertiäre Alkylamine, Alkyldiamine, Alkinolamine, Dialkinolamine und Poly(oxyalkylen)diamine. Eine ganz besonders bevorzugte Gruppe von Aminen enthält ferner Amine, die eine oder mehrere Hydroxy- oder Alkoxygruppen (Ethergruppen) enthalten und ein durchschnittliches Molekulargewicht im Bereich von etwa 50 bis etwa 7000 aufweisen.
Eine ganz besonders bevorzugte Gruppe von Aminen umfasst primäre, sekundäre und tertiäre aliphatische Amine mit einer Funktionalität von 1 bis 3, die allgemein durch die allgemeinen Formeln
dargestellt werden können, wobei R₁ bis R₇ unabhängig aus H oder geradkettigen oder verzweigten Alkyl-, Hydroxyalkyl- oder Alkoxyalkylgruppen mit etwa 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind. R₁ bis R₇ können zusätzlich eine substituierte Alkylgruppe umfassen, d. h. eine Alkylgruppe, bei der eines oder mehrere der Kohlenstoffatome in dem Rest durch eine andere Funktionalität ersetzt oder substituiert worden ist, wie z. B. einen Amin-, Ether-, Hydroxy- oder Mercaptorest, wie z. B. Tris-(3-aminopropyl)amin.
Eine weitere Gruppe ganz besonders bevorzugter Amine innerhalb der vorstehend genannten Klassen sind diejenigen primären, sekundären oder tertiären aliphatischen Amine der vorstehenden Formeln, bei denen R₁ bis R₇ spezifisch mit einer oder mehreren Hydroxylfunktionalität(en) (-OH-Funktionalitäten) substituiert ist bzw. sind.
Eine weitere Gruppe bevorzugter Amine kann durch die Formeln R₈( -NH₂)_n oder
dargestellt werden, worin n den Wert 1 oder 2 hat und R₈, R₉, R₁₀ und R₁₁ unabhängig aus geradkettigen oder verzweigten Alkyl-, Hydroxyalkyl- oder Alkoxyalkylgruppen mit etwa 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind. Diese Ketten können auch mit einer anderen Funktionalität substituiert sein, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Eine weitere Gruppe (oder Untergruppe der vorstehend genannten Gruppe), die Amine umfasst, die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind primäre, sekundäre und tertiäre aliphatische Amine mit einer Aminfunktionalität von etwa 1 bis 3, die auch eine oder mehrere Ether- oder Alkoxybindungen enthalten. Solche Materialien werden manchmal als Poly(oxyalkylen)diamine bezeichnet. Ethoxylierte oder propoxylierte Materialien sind ganz besonders bevorzugt. Beispielsweise umfasst eine geeignete Art solcher Materialien diejenigen, die von Texaco Co. hergestellt und unter dem Handelsnamen oder der Bezeichnung "Jeffamines" vertrieben werden. Solche geeigneten Materialien sind typischerweise Poly(oxyethylen)- oder Poly(oxypropylen)amin- oder -diaminmaterialien mit Molekulargewichten von etwa 400 bis etwa 2000. Diese Materialien tragen typischerweise die Jeffamine-Bezeichnung und weisen eine "Reihen"-Bezeichnung von "A", "M", "D", "ED" und "DU" auf. Viele dieser Materialien haben sich als geeignet erwiesen.
Beispiele für Amine, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, umfassen 2-Amino-1-butanol, 4-Amino-1-butanol, 2-Aminoethanthiol, 2-Aminoheptan, 2-Amino- 1-hexanol, 6-Amino-1-hexanol, Allylamin, 2-Amino-3-methyl-1-butanol, 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol, 2-Amino-2-methyl-1-propanol; 2-Amino-1-pentanol, 5-Amino-1-pentanol, 3-Amino-1-propanol, Amylamin, Butylamin, N,N'-Bis(2-aminoethyl)-1,3-propandiamin, N,N'-Bis(3-aminopropyl)-1,3-propandiamin, 1,3-Bis(dimethylamino)-2-propanol, 1-[N,N-Bis(2-hydroxyethyl)amino]-2-propanol, N,N'-Bis(2-hydroxyethyl)ethylendiamin, Decylamin, 1,4-Diaminobutan, 1,10-Diaminodecan, 1,12-Diaminododecan, 1,7-Diaminoheptan, 1,3-Diamino-2-hydroxypropan, 3,3'-Diamino-N-methyldipropylamin, 1,2-Diamino-2-methylpropan, 1,9-diaminononan, 1,8-Diaminooctan, 1,5-Diaminopentan, 1,2-Diaminopropan, 1,3-Diaminopropan, Dibutylamin, 3-(Dibutylamino)propylamin, Diethanolamindiethylamin, 5-Diethylamino-2-pentanol, 3-(Diethylamino)-1,2-propandiol, 1-Diethylamino-2-propanol, 3-Diethylamino-1-propanol, 3-Diethylaminopropylamin, Diethylentriamin, N,N-Diethylethanolamin, N,N-Diethylethylendiamin, N,N-Diethylmethylamin, N,N'-Diethyl-1,3-propandiamin, Diisobutylamin, Diisopropanolamin, Diisopropylamin, 2-(Diisopropylamino)ethanol, 3-Diisopropylamino-1,2-propandiol, N,N-Diisopropylethylamin, 1-Dimethylamino-2-propanol, 3-Dimethylamino-1-propanol, 3-Dimethylaminopropylamin, 1,3-Dimethylbutylamin, 3,3-Dimethylbutylamin, N,N-Dimethylethanolamin, N,N-Dimethylethylamin, N,N-Dimethylethylendiamin, N,N-Dimethyl-N'-ethylethylendiamin, N,N'-Dimethyl-1,6-hexandiamin, 2,5-Dimethyl-2,5-hexandiamin, 1,5-Dimethylhexylamin, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiamin, (±)-1,2-Dimethylpropylamin, Dipropylamin, Dodecylamin, Ethanolamin, 3-Ethoxypropylamin, Ethylamin, 2-(Ethylamino)ethanol, N-Ethylbutylamin, 2-Ethylbutylamin, N-Ethyldiethanolamin, Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, 1,6-Hexandiamin, Hexylamin, Isoamylamin, Isopropylamin, N-Isopropylethylendiamin, N'-Isopropyl-2-methyl-1,2-propandiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,4-butandiamin, N,N,N',N'-Tetramethyldiaminomethan, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,6-hexandiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,3-propandiamin, N,N-2,2-Tetramethyl-1,3-propandiamin, Tributylamin, Tridecylamin, Triethanolamin, Triethylamin, Triisooctylamin, Triisopropanolamin, Trimethylamin, Methylamin, 2-(Methylamino)ethanol, N-Methylbutylamin, 1-Methylbutylamin, 2-Methylbutylamin, N-Methyldiethanolamin, N-Methylethylendiamin, N-Methyl-1,3-propandiamin, Nonylamin, Octylamin, tert-Octylamin, Propylamin, 2-(Propylamino)ethanol, 1-Tetradecylamin und Tris(3-aminopropyl)amin. Es können auch Gemische solcher Materialien eingesetzt werden.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, liegt das Amin (insbesondere ein aminosubstituiertes Alkanol) vor, um die Emulgierung der Beschichtungszusammensetzung weiter zu vereinfachen.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Amin ein aminosubstituiertes Alkanol und mehr bevorzugt 2-Amino-2-methyl-1-propanol, wie z. B. AMP-95. Alternativ kann das aminosubstituierte Alkanol mit einem Bestandteil substituiert sein, der aus der Gruppe bestehend aus Triethylamin, Triethanolamin, Diethanolamin, Dimethylethanolamin, Dimethylaminoethanol oder 2-Dimethylamino-2-methyl-1-propanol und Gemischen davon ausgewählt ist.
Käufliche aminosubstituierte Alkanole, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen unter anderem AMP-95^TM und DMAM P-80^TM, die beide von Angus Chemical hergestellt werden.
Besonders bevorzugte Materialien umfassen 2-Amino-2-methyl-1-propanol, Ethanolamin, Dibutylamin, Dimethylethanolamin, N-Ethyldiethanolamin und Tris-(3-aminopropyl)amin.
Besonders bevorzugte Poly(oxyalkylen)diamine umfassen Jeffamine M600, D230, D400, D200, ED600, ED900, ED2001, ED4000, ED6000, DU700, T3000 und dergleichen.
Vorzugsweise liegt das Amin, wie z. B. ein aminosubstituiertes Alkanol, in einer Menge von etwa 0,01% bis etwa 10%, mehr bevorzugt von etwa 0,05% bis etwa 5% und noch mehr bevorzugt von etwa 0,05% bis etwa 3%, bezogen auf das Gesamtgewicht der bzw. des fertiggestellten Beschichtungszusammensetzung bzw. -systems, vor.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen und -systeme umfassen ferner Wasser. Wasser liegt vorzugsweise in einer Menge von etwa 30 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-%, mehr bevorzugt von etwa 50 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von etwa 75 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% und insbesondere von etwa 90 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, vor. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Wassermenge variiert werden kann, um die Beschichtungseigenschaften zu erreichen, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich sind. Wenn beispielsweise eine Beschichtung mit einer höheren Viskosität bevorzugt ist, kann die Wassermenge verringert werden. Die Wassermenge kann auch sehr stark verringert werden, um ein Konzentrat herzustellen, das später verdünnt wird.
Vorzugsweise liegt der pH-Wert der bzw. des fertiggestellten Beschichtungszusammensetzung oder Systems der bevorzugten Ausführungsformen hier im Bereich von 7 bis 10,5 und mehr bevorzugt im Bereich von etwa 7,5 bis etwa 9,0.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind im Wesentlichen frei von aromatischen organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Benzol, oder von substituierten Benzolmaterialien wie z. B. Xylol, Toluol und dergleichen. Mit "im Wesentlichen frei von aromatischen organischen Lösungsmitteln" ist hier gemeint, dass das Lösungsmittel in einer Menge von weniger als etwa 5 Gew.-%, mehr bevorzugt von weniger als etwa 2,5 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von weniger als etwa 1 Gew.-%, bezogen auf die fertiggestellte Beschichtungszusammensetzung, vorliegt. Es sollte beachtet werden, dass dieser Ausdruck nicht für die erforderlichen Komponenten der Erfindung gilt, wie z. B. das halogenierte Polyolefin, das Glykol, usw., die hier beschrieben sind.
Es sollte beachtet werden, dass alle vorstehend angegebenen Materialien und Bereiche für die bevorzugten Zusammensetzungen gelten. Die schließlich eingesetzte Konzentration einer beliebigen Komponente kann gemäß vielen Faktoren wie z. B. der Art, dem Zweck oder der Funktion der gewünschten Beschichtung, dem Beschichtungsgewicht, den zu beschichtenden Substraten, der Form des zu beschichtenden Gegenstands, der Vorbereitung der zu beschichtenden Oberfläche und vielen anderen Faktoren abhängen, die dem Fachmann bekannt und klar sind. Beispielsweise kann es bevorzugt sein, ein Konzentrat herzustellen, das nach dem Versand oder unmittelbar vor dem Gebrauch mit Wasser verdünnt wird. Demgemäß sollte beachtet werden, dass die vorstehend angegebenen Bereiche für die bzw. das Endgebrauchszusammensetzung bzw. -system gelten und ein Konzentrat vor dem Verdünnen eine höhere Konzentration der Grundkomponenten aufweisen würde.
Ferner sollte auch beachtet werden, dass zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen oder eines Konzentrats davon eine beliebige Abfolge von Verarbeitungsschritten eingesetzt werden kann, wobei das folgende Verfahren bevorzugt ist. Die Abfolge der Schritte kann jedoch unter bestimmten Umständen variiert werden. Der Begriff "Ausgangsmaterialverhältnis" bezieht sich hier auf das Verhältnis der Bestandteilsmengen, die vor jeglichem Mischschritt gemessen worden sind, d. h. während alle Materialien noch in dem ursprünglichen Ausgangsmaterialzustand vorliegen.
Eine gegenwärtig bevorzugte Zusammensetzung kann durch Mischen einer vorgegebenen Menge des Polyols, bei dem es sich vorzugsweise um ein Glykol und mehr bevorzugt um Ethylenglykol handelt, mit einer vorgegebenen Menge des oberflächenaktiven Mittels mit herkömmlichen Mitteln hergestellt werden. Vorzugsweise beträgt das Ausgangsmaterialverhältnis des Glykols zu dem oberflächenaktiven Mittel bis zu 8 : 1 und mehr bevorzugt etwa 1 : 1, 1 : 2 oder weniger, bezogen auf das Gewicht. Das Gemisch aus dem Glykol und dem oberflächenaktiven Mittel wird dann unter Rühren auf eine erste vorgegebene Temperatur, vor zugsweise im Bereich von etwa 150°F bis etwa 275°F und mehr bevorzugt im Bereich von 210°F bis etwa 250°F erhitzt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Temperatur etwas höher als der Schmelzpunkt des in der Beschichtungszusammensetzung verwendeten chlorierten Polyolefins.
Wenn das vorstehend beschriebene Gemisch die vorgegebene gewünschte Temperatur erreicht hat, wird die Temperatur relativ konstant gehalten und das Harz, bei dem es sich vorzugsweise um ein chloriertes Polyolefin handelt, wird dem Gemisch, gegebenenfalls unter Stickstoff, zugesetzt. Vorzugsweise beträgt das Ausgangsmaterialverhältnis des chlorierten Polyolefins zu dem Ethylenglykol etwa 11 : 1,5 bis etwa 1 : 3 und mehr bevorzugt etwa 1 : 1,63.
Dem resultierenden Gemisch wird eine vorgegebene Menge des Amins zugesetzt, bei dem es sich vorzugsweise um ein aminosubstituiertes Alkanol handelt. Vorzugsweise beträgt das Ausgangsmaterialverhältnis des chlorierten Polyolefins zu dem aminosubstituierten Alkanol etwa 25 : 1 bis etwa 40 : 1.
Die Komponenten werden etwa 3 bis etwa 5 min in einem verschlossenen Mischtank oder alternativ in einem Rückflusskühler gemischt.
Das chlorierte Polyolefin wird mit dem Gemisch aus Glykol und oberflächenaktiven Mittel für einen Zeitraum gemischt, der ausreichend ist, so dass das chlorierte Polyolefin schmelzen kann. Die Temperatur des Gemischs wird vorzugsweise mindestens etwa 10 min bei einer Temperatur von etwa 35°F über dem Schmelzpunkt des chlorierten Polyolefins gehalten. Folglich sollte die Temperatur vorzugsweise bei etwa 205°F bis etwa 250°F und mehr bevorzugt bei etwa 210°F bis etwa 240°F gehalten werden, und zwar abhängig von dem Schmelzpunkt des chlorierten Polyolefins. Das Gemisch bildet dann eine geschmolzene Masse. An diesen Punkt wird vorgewärmtes Wasser zugesetzt, wobei eine Emulsion gebildet wird.
Das Wasser wird der Zusammensetzung in drei getrennten Schritten zugesetzt. Der erste Schritt umfasst vorzugsweise das Zugeben von heißem Wasser, d. h. Wasser mit einer Temperatur von 125°F bis 160°F, in einem Ausgangsmaterialverhältnis des chlorierten Polyolefins zu Wasser von etwa 2,5 : 1 bis etwa 4,5 : 1 und mehr bevorzugt von etwa 3,4 : 1. Die Zusammensetzung wird gerührt. Wenn das heiße Wasser in der geschmolzenen Masse absorbiert worden ist, wird eine zusätzliche Menge heißes Wasser unter fortgesetztem Rühren zugesetzt. Vorzugsweise erfolgt die zweite Zugabe des heißen Wassers in einem Ausgangsmaterialverhältnis des chlorierten Polyolefins zu Wasser von etwa 2,5 : 1,0 bis etwa 4,5 : 1,0 und mehr bevorzugt von etwa 3,4 : 1. An diesem Punkt findet vorzugsweise eine Inversion statt.
Während der Wasserzugaben wird die Temperatur des Materialgemischs vorzugsweise bei etwa 20°F über dem Schmelzpunkt des chlorierten Polyolefins gehalten. Folglich wird die Temperatur abhängig vom Schmelzpunkt des chlorierten Polyolefins bei etwa 165°F bis etwa 210°F und mehr bevorzugt im Bereich von etwa 195°F bis etwa 210°F gehalten. Dem resultierenden Gemisch wird, nachdem die zweite Menge an Wasser von der geschmolzenen Masse absorbiert worden ist, eine dritte Menge an Wasser unter verstärktem Rühren zugesetzt. Vorzugsweise ist die Menge der dritten Wasserzugabe ausreichend, so dass ein Ausgangsmaterialverhältnis des chlorierten Polyolefins zu Wasser von etwa 1 : 33 bis etwa 1 : 40 und mehr bevorzugt von etwa 1 : 30 bis etwa 1 : 35 vorliegt. Die Wassermenge führt vorzugsweise zu einer Endviskosität bei Raumtemperatur im Bereich von etwa 25 bis etwa 50 cps. Die Viskosität kann durch Ändern der zugesetzten Wassermenge oder durch Zugeben einer geeigneten Menge eines Verdickungsmittels zu dem resultierenden Material eingestellt werden. Dem resultierenden Material kann auch eine geeignete Menge eines Füllstoffs zugesetzt werden. Ferner weist das resultierende Gemisch einen Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen von weniger als etwa 5% und vorzugsweise von etwa 3,5% auf. Das resultierende Gemisch ist ferner vorzugsweise im Wesentlichen frei von flüchtigen organischen Lösungsmitteln oder Komponenten. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen weniger als etwa 0,5%.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können auch das In-Kontakt-Bringen einer vorbereiteten (d. h. gereinigten und getrockneten) Oberfläche auf Olefinbasis, wie z. B. der Oberfläche eines thermoplastischen polyolefinischen Substrats (z. B. Polypropylen) mit einer vorstehend beschriebenen Zusammensetzung umfassen.
Die vorstehend beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren sind zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung auf Wasserbasis geeignet, die zum Beschichten verschiedener Substrate geeignet ist. Unter anderem sind die Zusammensetzungen zum Beschichten von Kunststoffen, Holz, Keramik, Metall, Wandplatten und dergleichen geeignet. Besonders geeignete Anwendungen umfassen das Aufbringen der vorliegenden Beschichtungszusammensetzungen auf ein Kunststoffsubstrat wie z. B. ein polyolefinisches Substrat, einschließlich Polypropylensubstrate und thermoplastische Olefinsubstrate. Die vorliegenden Zusammensetzungen auf Wasserbasis sind besonders gut als Haftvermittlerzusammenset zungen geeignet, da sie gut an bisher als problematisch erachteten Substraten wie z. B. polyolefinischen Substraten, einschließlich Polypropylen, haften.
Nach einer geeigneten Vorbereitung einer Substratoberfläche können die Zusammensetzungen auf eine Substratoberfläche in einer beliebigen geeigneten Weise aufgebracht werden, einschließlich unter anderem durch Sprüh-, Tauch-, Bürst-, Walzen- und Flutbeschichtungsverfahren.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass in die vorliegenden Zusammensetzungen ein oder mehrere herkömmliche(r) Zusatz bzw. Zusätze eingebracht werden kann bzw. können. Beispielsweise ist es möglich, ein Pigment für Farbgebungszwecke zuzusetzen. Darüber hinaus können, wie es vorstehend erwähnt worden ist, Verdickungsmittel wie z. B. ein funktionelles Polyacrylat, das als Alcoqum L-31^TM käuflich ist und von Alco Chemical hergestellt wird, in geeigneten Anteilen zugesetzt werden, um die Viskosität und die Fließfähigkeit des Materials zu steuern. Der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann ein Füllstoff in geeigneten Anteilen zugesetzt werden und es kann sich um ein beliebiges herkömmliches Füllstoffmaterial für Kunststoffmaterialien handeln, einschließlich unter anderem um Calciumcarbonat, Silikate oder dergleichen.
Es ist auch möglich, Materialien wie z. B. Ruß und leitfähige Pigmente zuzusetzen, um die resultierende Zusammensetzung für elektrostatische Beschichtungsaufbringungstechniken leitfähig zu machen. Wenn den vorstehend beschriebenen Beschichtungszusammensetzungen oder -systemen ein Ruß-enthaltender Zusatz zugesetzt wird, ist es bevorzugt, dass ein Zusatzgemisch aus Ruß, Glykol, oberflächenaktivem Mittel und Wasser mit hoher Geschwindigkeit gemischt, mit einer Vorrichtung wie z. B. einer Sandmühle dispergiert wird und dann den vorstehend beschriebenen Beschichtungszusammensetzungen zugesetzt wird.
Mehr bevorzugt umfasst das Zusatzgemisch etwa 20 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% Ruß, wie z. B. käuflichen Cabot XC-72R^TM, etwa 15 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% Ethylenglykol, etwa 1 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-% eines Nonylphenoxypolyethoxyethanol-Tensids und etwa 50 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-% Wasser. Nach dem Mischen und Mahlen wird der Zusatz der Beschichtungszusammensetzung in einem Verhältnis von etwa 9,5 Teilen des Zusatzes zu 100 Teilen der Emulsion zugesetzt.
Alternative bevorzugte Ausführungsform
Mit Rußdispersion
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen und -systeme ferner eine Rußdispersion. Die Rußdispersion umfasst (1) eine erste Rußkonzentratzusammensetzung, die eine erste Haftvermittlerzusammensetzung und Ruß umfasst, im Gemisch mit (2) einer zweiten Haftvermittlerzusammensetzung, die ein wässriges Gemisch aus einem oberflächenaktiven Mittel, einem Amin und einem Harz, vorzugsweise einem chlorierten Polyolefinharz, umfasst.
Bei der Rußdispersion der ersten bevorzugten Ausführungsform werden die folgenden Komponenten als erste Haftvermittlerzusammensetzung verwendet, angegeben in Gewichtsteilen (auf einer Trockenbasis für Feststoffe-enthaltende Materialien):
Um die gewünschte erste Rußkonzentratzusammensetzung zu erhalten, werden etwa 12 bis etwa 25 Teile, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 22 Teile und mehr bevorzugt etwa 19,25 Teile Ruß etwa 40 bis etwa 75 Teilen, vorzugsweise etwa 55 bis etwa 65 Teilen und mehr bevorzugt etwa 61,5 Teilen der ersten Haftvermittlerzusammensetzung zugesetzt. Es werden Einstellungen vorgenommen, wie z. B. durch die Zugabe geeigneter Mengen an Harz, oberflächenaktivem Mittel oder beidem, um die erste Rußkonzentratzusammensetzung herzustellen. Vorzugsweise umfasst die erste Rußkonzentratzusammensetzung nach den Einstellungen etwa 40 bis etwa 75 Teile, vorzugsweise etwa 55 bis etwa 65 Teile und mehr bevorzugt etwa 61,5 Teile der erste Haftvermittlerzusammensetzung, etwa 12 bis etwa 25 Teile, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 22 Teile und mehr bevorzugt etwa 19,25 Teile Ruß und etwa 15 bis etwa 25 Teile, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 22 Teile und mehr bevorzugt etwa 19,25 Teile eines Gemischs aus oberflächenaktivem Mittel-Wasser (etwa 20% oberflächenaktives Mittel in Wasser) und weist einen Gesamtfeststoffgehalt von etwa 12 bis etwa 45 Teile, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 40 Teile und mehr bevorzugt etwa 37,74 Teile, bezogen auf das Gewicht, auf. Die Feststoffe umfassen etwa 12 bis etwa 25 Teile, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 22 Teile und mehr bevorzugt etwa 19,25 Teile Ruß, etwa 10 bis etwa 25 Teile und mehr bevorzugt etwa 14,64 Teile des Harzes und etwa 1 bis etwa 6 Teile und mehr bevorzugt etwa 3,85 Teile des Tensids. Zusätzlich wird in die erste Rußkonzentratzusammensetzung eine geeignete Menge (z. B. etwa 0,1 Gewichtsteile) eines geeigneten Schaumdämpfers, wie z. B. Iso-propylalkohol, eingebracht.
Die erste Rußkonzentratzusammensetzung wird mit einer zweiten Haftvermittlerzusammensetzung gemischt, welche die erste Haftvermittlerzusammensetzung (oder eine im Wesentlichen damit identische Zusammensetzung), die vorzugsweise in der nachstehend angegebenen Menge weiter mit Wasser verdünnt worden ist, und weitere Zusätze enthält, die eingesetzt werden, um eine fertiggestellte Rußdispersion zu erhalten. In einem bevorzugten Aspekt umfasst die fertiggestellte Rußdispersion, angegeben in Gewichtsteilen (auf einer Trockenbasis für Feststoffe-enthaltende Materialien):
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die fertiggestellte Rußdispersion auch ein Verdickungsmittel und Ammoniumhydroxid in den folgenden relativen Mengen, angegeben in Gewichtsteilen (auf einer Trockenbasis für Feststoffe-enthaltende Materialien):
Beispiele für geeignete oberflächenaktive Mittel, Amine, Harze und andere Zusätze, die in der ersten Haftvermittlerzusammensetzung und somit auch in der ersten Rußkonzentratzusammensetzung und in der zweiten Haftvermittlerzusammensetzung eingesetzt werden, wurden an anderer Stelle detailliert diskutiert. In einer gegenwärtig ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das oberflächenaktive Mittel Triton N-101^TM. Alternativ kann es sich um ein oberflächenaktives Mittel handeln, das von Texaco unter der Bezeichnung N-85 oder N-35.1 erhältlich ist. Ein bevorzugtes Amin ist Dimethylaminoethanol oder Dimethylethanolamin (DMEA). Ein bevorzugtes Harz ist ein chloriertes Polyolefinharz wie z. B. CPO-343-1, das von Eastman Chemical Company, Kingsport, Tennessee, geliefert wird. Ein ganz besonders bevorzugter Ruß ist von Cabot Corporation, Special Blacks Division, unter der Bezeichnung Vulcan XC72R erhältlich. Natürlich können auch andere geeignete Materialtypen oder -quellen gemäß den hier angegebenen Lehren eingesetzt werden.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform, die eine Rußdispersion umfasst, wird die Rußdispersion durch Mischen der ersten Haftvermittlerzusammensetzung und Ruß, Mahlen der ersten Haftvermittlerzusammensetzung und des Rußes mit einer Kugelmühle, so dass eine erste Rußkonzentratzusammensetzung erhalten wird, und Mischen des gemahlenen Materials der ersten Rußkonzentratzusammensetzung mit der zweiten Haftvermittlerzusammensetzung hergestellt. Vorzugsweise beginnt das Mahlen der ersten Rußkonzentratzusammensetzung bei einer Temperatur von etwa 20 bis etwa 30°C und mehr bevorzugt bei etwa 29°C, und die Temperatur erhöht sich während des Mahlens auf etwa 35 bis etwa 50°C und mehr bevorzugt auf etwa 40°C oder höher. Das Gemisch wird mit einer geeigneten Mühle (z. B. einer Horizontalkugelmühle, die z. B. von Chicago Boiler Co. (CB Mills Division) unter dem Produktnamen Dyno-Mill erhältlich ist) für einen Zeitraum kugelgemahlen, der ausreichend ist, so dass ein Mahlen des Rußes derart erreicht wird, dass etwa 95% des Rußes durch einen 10 μm-Filter (absolut) hindurchtreten.
Es wird festgestellt, dass während dieses Mahlschritts in der Mühle ein relativ schneller Temperaturanstieg stattfindet, und zwar potenziell bis auf einen hohen Wert von etwa 60°C. Die Mühle wird gegebenenfalls durch Umwälzen von Kerosin durch einen Mantel, der mindestens einen Teil der Mühle umgibt, gekühlt.
Vorzugsweise wird der Ruß in der Mühle für einen Zeitraum gemahlen, der ausreichend ist, um die gewünschte Teilchengröße zu erhalten, ohne irgendwelche anderen vorteilhaften Eigenschaften des Materials (wie z. B. dessen Leitfähigkeit) dafür zu opfern. In einer Ausführungsform werden für das Mahlen nicht mehr als zwei Durchgänge eingesetzt.
Während der gesamten Schritte wird die Viskosität der ersten Rußkonzentratzusammensetzung überwacht und durch die Zugabe geeigneter Mengen an Wasser (um eine geringere Viskosität zu erhalten) oder durch die Zugabe eines Verdickungsmittels (um eine höhere Viskosität zu erhalten) eingestellt, um ein Viskositätsniveau von etwa 13 s (#3 Zahn) aufrechtzuerhalten. Der pH-Wert des Gemischs wird ebenfalls überwacht und gesteuert, so dass er bei etwa pH 7 bis etwa 10 und mehr bevorzugt bei etwa pH 9,0 gehalten wird. Der pH-Wert kann durch die Zugabe von ausreichenden Mengen eines Amins (oder sogar von Ammoniumhydroxid oder dergleichen), um das Gemisch basischer zu machen, oder von Ruß, um das Gemisch saurer zu machen, gesteuert werden.
Gegebenenfalls können zur Steuerung des Schäumens geeignete Mengen eines Schaumdämpfers zugesetzt werden. Isopropylalkohol ist ein Beispiel eines solchen Typs von Mittel. Der Schaumdämpfer wird in einer Menge von etwa 0,1 Gewichtsteilen, bezogen auf die erste Rußkonzentratzusammensetzung, zugesetzt.
Nachdem die erste Rußkonzentratzusammensetzung für die gewünschte Zeit gemahlen worden ist (beispielsweise wird für eine Probe mit einem Gesamtgewicht von etwa 150 Pfund eine Mahlzeit von etwa 8 min eingesetzt), wird sie mit der zweiten Haftvermittlerzusammensetzung der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform gemischt. Dieser letztgenannte Mischschritt findet vorzugsweise in einem geeigneten Mischbehälter (z. B. einem geeigneten Edelstahl- oder Polypropylenbehälter) bei einer beliebigen geeigneten Temperatur und für einen Zeitraum statt, der ausreichend ist, so dass ein im Wesentlichen homogenes Gemisch sichergestellt ist. Beispielsweise wird für ein Gemisch von etwa 3500 Pfund eine Ausgangstemperatur von etwa 25°C und eine Zeit von etwa 60 min eingesetzt. Die Mischzeit wird natürlich gemäß Faktoren wie z. B. der Temperatur, der Volumina der Materialien und dergleichen variieren. Während dieses letztgenannten Mischschritts wird auch Wasser in ausreichenden Mengen zugesetzt, um die schließlich gewünschte Konzentration der Materialien in der resultierenden Haftvermittlerzusammensetzung zu erhalten.
Die resultierende bevorzugte Rußdispersion der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird mit den anderen Komponenten der vorliegenden Zusammensetzungen und Systeme durch Zugeben des Rußes zu der Zusammensetzung und langsames Mischen für etwa 10 bis 15 min bei Umgebungstemperatur gemischt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dann Ammoniumhydroxid zugesetzt, um den pH-Wert der Zusammensetzung zu steuern, und es wird auch ein Verdickungsmittel wie z. B. L-31 zugesetzt, das von Alco Chemical geliefert wird.
Die bevorzugte Haftvermittlerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, die Ruß umfasst, kann unter Verwendung herkömmlicher Aufbringungs- und Trocknungstechniken wie z. B. unter anderem den hier beschriebenen Aufbringungs- und Trocknungstechniken auf ein Substrat aufgebracht und getrocknet werden. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird die fertiggestellte Haftvermittlerzusammensetzung auf eine Oberfläche eines thermoplastischen Olefingegenstands (TPO-Gegenstand) aufgebracht. Zum Beschichten eines typischen TPO-Substrats (bei dem es sich um frisches Material oder sogar um ein gemahlenes gebrauchtes Material handeln kann) wird eine Haftvermittlerdicke von etwa 0,2 bis etwa 0,4 mil eingesetzt. Es können auch kleinere oder größere Dicken eingesetzt werden. Das resultierende beschichtete TPO-Substrat wird dann weiter beschichtet.
In einem besonders bevorzugten Aspekt der vorliegenden Ausführungsform wird die Oberfläche des mit der resultierenden Haftvermittlerzusammensetzung beschichteten TPO-Gegenstands weiter mit einer zweiten Materialschicht (z. B. einer Deckbeschichtung) beschichtet und dann bei einer geeigneten Temperatur für einen geeigneten Zeitraum getrocknet (z. B. bei etwa 160°F bis etwa 185°F für etwa 30 min für eine Zweikomponenten-Polyurethan-Deckbeschichtungsdicke von etwa 1,5 mil). Die zweite Materialschicht umfasst vorzugsweise ein Polyurethan, wie z. B. unter anderem ein Zweikomponenten-Polyurethanan-strichmittelsystem. Die resultierenden beschichteten Substrate weisen eine hervorragende Anstrichmitteloberfläche und hervorragende Hafteigenschaften auf, einschließlich einer hervorragenden Oberflächenglätte, eines hervorragenden Glanzes, einer hervorragenden Haftung, Wetterbeständigkeit (z. B. gegen Feuchtigkeit) und hervorragender Wärmezykluseigenschaften.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass beim Formen von Gegenständen aus typischen TPO-Materialien die Oberfläche des Formgegenstands im vergleich zu der im Wesentlichen amorphen Natur des Materials in Richtung der zentralen Abschnitte des Gegenstands eine Grenzschicht mit einer im Wesentlichen hohen Kristallinität aufweist. Es wird angenommen, dass die relativ hohe Kristallinität die Haftung einer Beschichtung hemmt, die auf eine Oberfläche des Formgegenstands aufgebracht wird, wenn ein Schritt der Beseitigung der Grenzschicht durch Erhitzen bei hoher Temperatur (z. B. bei etwa 200°F bis etwa 250°F für mindestens zwei Minuten) nicht durchgeführt wird. Es wird angenommen, dass die gegenwärtig bevorzugte Haftvermittlerzusammensetzung mit den Oberflächeneigenschaften der vorstehend genannten kristallinen Grenzflächenschicht in Wechselwirkung tritt und diese modifiziert, ohne dass ein separater Schritt des Erhitzens bei hoher Temperatur erforderlich ist, und somit die Erzeugung eines Oberflächenfinishs mit hoher Qualität und hervorragender Haftung der Primerzusammensetzung an dem Formgegenstand selbst unter Verwendung herkömmlicher Trocknungsschritte (z. B. unter anderem von Trocknungsschritten, die eine Temperatur von etwa 185°F nicht übersteigen) möglich ist.
Polyurethan/Acryl-Dispersion
Die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen und -systeme umfassen ferner eine Dispersion von gepfropftem Polyurethan/Acryl. Bei der Polyurethan/Acryl-Dispersion wird vorzugsweise eine niedrige Konzentration an Colösungsmittel eingesetzt und die Dispersion wird durch einen nachträglichen Zusatz extern vernetzt. Ein Beispiel für eine bevorzugte Polyurethan/Acryl-Dispersion der vorliegenden Erfindung ist UPACO WL-305XL, die von Worthen Industries, Inc., Nashua, NH, geliefert wird. UPACO WL-305XL enthält etwa 50 Feststoffe, weist einen VOC von etwa 3%, ein aliphatisches Polyurethan/Acryl-Colösungsmittel und einen pH-Wert von etwa 7,5 bis etwa 8,0 auf.
Die Polyurethan/Acryl-Dispersion der vorliegenden Erfindung liegt vorzugsweise in einer Menge von etwa 10 bis etwa 45%, mehr bevorzugt von etwa 12 bis etwa 40%, noch mehr bevorzugt von etwa 14 bis etwa 20% und insbesondere von etwa 14,7%, bezogen auf das Gesamtgewicht der fertiggestellten Zusammensetzung oder des fertiggestellten Systems, vor.
Die Polyurethan/Acryl-Dispersion wird mit den anderen Komponenten und Systemen der vorliegenden Erfindung durch Zugeben der Polyurethan/Acryl-Dispersion zu der Zusammensetzung und Mischen bei Umgebungstemperatur für etwa 10 bis 15 min gemischt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird bzw. werden ein oder mehrere geeignete Zusätze wie z. B. Ammoniumhydroxid zugesetzt, um den pH-Wert der Zusammensetzung zu steuern. Es kann auch ein Verdickungsmittel wie z. B. ein Verdickungsmittel auf Urethanbasis oder Acrylbasis und insbesondere Alcoqum L-31^TM, das von Alco Chemical, Chattanooga, Tennessee, geliefert wird, zugesetzt werden.
Anwendungen
Aufgrund der unerwarteten Hafteigenschaften, die aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung resultieren, ist die Zusammensetzung insbesondere in vielen Haft- bzw. Klebeanwendungen attraktiv. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung als Haftvermittler zur Verstärkung der Haftung an zahlreichen Arten von Materialien an anderen ähnlichen oder unähnlichen Materialien verwendet werden, um mehrschichtige Gegenstände zu bilden. Eine bevorzugte Kombination von Materialien umfasst das Kleben eines Materials, das aus Acrylmaterialien, Kautschuken, Urethanen, Epoxymaterialien, Vinylmaterialien oder Gemischen davon ausgewählt ist, an ein Substrat unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. Eine besonders attraktive Kombination von Materialien zur Herstellung mehrschichtiger Gegenstände umfasst ein thermoplastisches Polyolefin (TPO), das an eine andere Schicht von TPO oder an ein Material geklebt wird, das ein Acrylmaterial, einen Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Polyurethan, ein Epoxy, einen Nitril-Butadienkautschuk, ein Polyvinylbutyral und Gemische davon enthält. Ferner ist die Zusammensetzung zum Kleben von Materialien geeignet, die Pigmente enthalten.
Im Allgemeinen wird die erfindungsgemäße Zusammensetzung zur Herstellung der vorstehend genannten Gegenstände auf jedes der zu verbindenden Materialien in einer gewünsch ten Dicke beschichtet oder aufgebracht. Die Materialien werden dann gekoppelt. Die resultierenden Gegenstände werden bei einer geeigneten Temperatur, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 70°C bis etwa 80°C, für einen Zeitraum erwärmt, der ausreichend ist, um die erfindungsgemäße Zusammensetzung zu trocknen (z. B. etwa 1 Stunde oder länger).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Herstellung von mehrschichtigen Gegenständen unter Verwendung herkömmlicher Verfahren ein Latex (oder eine Emulsion) hergestellt, der als Grundmaterial ein Material aufweist, das ein Acrylmaterial, einen Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Polyurethan, ein Epoxy, einen Nitril-Butadienkautschuk, einen Naturkautschuk, ein Polyvinylbutyral oder Gemische davon enthält. Ein Substrat wird mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beschichtet. Der Latex wird dann auf das beschichtete Substrat aufgebracht und der gesamte Gegenstand wird so behandelt, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
In einer anderen Ausführungsform werden die vorstehend beschriebenen Materialien, d. h. der Latex und die erfindungsgemäße Zusammensetzung, vor dem Beschichten des Substrats in geeigneten Verhältnissen miteinander gemischt. Das Gemisch wird dann auf das Substrat aufgebracht und kann gemäß den vorstehend beschriebenen Schritten verarbeitet werden.
In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform werden zwei oder mehr thermoplastische Polyolefinsubstrate unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung als Haftmittel miteinander verbunden, und zwar entweder allein oder in einer Kombination mit anderen herkömmlichen Haftmitteln (z. B. einem Polyurethanhaftmittel).
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann als Haftvermittler für verschiedene Haftmittelsysteme verwendet werden. Wenn die erfindungsgemäße Zusammensetzung mit bekannten Haftmitteln verwendet wird, weisen die resultierenden Materialien verglichen mit der Verwendung solcher Haftmittel selbst verbesserte Hafteigenschaften auf. Im Allgemeinen werden für diesen Aspekt der Erfindung Gegenstände, auf die ein Haftmittel aufgebracht werden soll, zuerst mit einer „Haftvermittler"-Schicht aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beschichtet. Das Haftmittel wird dann auf die Haftvermittlerschicht aufgebracht und kann an andere Gegenstände geklebt werden. Das Haftmittel wird gehärtet und die Primerschicht wird getrocknet. Es ist auch möglich, das Haftmittel mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zu mischen und dann das resultierende Gemisch auf einen zu verbindenden Gegenstand aufzubringen. Bevorzugte Haftmittelsysteme zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung umfassen diejenigen, die aus der Gruppe bestehend aus Ac rylmaterialien, Epoxymaterialien, Polyurethanen, Silikonen und Gemischen davon ausgewählt sind.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, die eine Rußdispersion umfassen, sind als Haftvermittler für thermoplastische Polyolefinoberflächen besonders gut geeignet. In einer solchen Ausführungsform ist die Rußdispersion besonders geeignet, überlegene Haftergebnisse zwischen mit einem Haftvermittler beschichteten Oberflächen eines Gegenstands und einer Deckbeschichtung oder einer Anstrichmittelbeschichtung (mehr bevorzugt einer Beschichtung aus einem Zweikomponenten-Polyurethananstrichmittelsystem), die auf der mit dem Haftvermittler beschichteten Oberfläche vorliegt, zu erhalten. Besonders bevorzugte Zweikomponenten-Polyurethananstrichmittelsysteme sind von vielen Lieferanten erhältlich, unter anderem einschließlich von PPG Industries Automotive Products (DMT-DBU ist bevorzugt), Morton International Inc. Bee Chemical (2KB-2KC ist bevorzugt) und Akzo Coatings Inc.
Die Beschichtungen und Systeme der vorliegenden Erfindung, welche die Polyurethan/Acryl-Dispersion enthalten, sind als wetterbeständige Haftvermittler besonders geeignet.
In einer anderen Anwendung ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung als solche als Haftmittel zum Kleben eines Substrats an einen Schaum, wie z. B. einen Polyurethanschaum (starr, flexibel oder beides) geeignet. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Zusammensetzung auf ein Substrat aufgebracht und bevor die Zusammensetzung trocken ist, wird ein Polyurethan mit bekannten Verfahren über die erfindungsgemäße Zusammensetzung geschäumt.
Substrate, die in den vorstehenden Anwendungen geeignet sind, umfassen nicht nur Substrate aus einem im Wesentlichen homogenen Material, sondern auch Blends oder Gemische von Materialien, ein verstärktes Material (d. h. Verbundmaterialien) oder dergleichen. Ein Beispiel eines besonders attraktiven verstärkten Materials ist ein thermoplastisches Polyolefinsubstrat, das mit Fiberglas verstärkt ist. Beispielsweise ist unter anderem „glasgefülltes Polypropylen" geeignet, wie z. B. dasjenige, das typischerweise in Plattenform von Exxon Corporation unter der Handelsbezeichnung TAFFEN geliefert wird, oder AZDEL, das von AZDEL, INC. geliefert wird.
Es sollte auch beachtet werden, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in Beschichtungsformulierungen wie z. B. Anstrichmitteln und Tinten bzw. Druckfarben eingebracht werden können, um ein Material bereitzustellen, das für ein gleichzeitiges Aufbringen eines Haftvermittlers und Beschichten einer Substratoberfläche geeignet ist.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die beschriebene Erfindung.
Referenzbeispiel I
Ethylenglykol wird in einer Menge von 110 g mit 17 g eines oberflächenaktiven Mittels wie z. B. Triton N-101^TM gemischt. Das Gemisch wird unter Rühren auf 210°F erwärmt. Wenn das Produkt 210°F erreicht hat, werden 67,5 g eines chlorierten polyolefinischen Harzes, wie z. B. CPO-343-1 (100%) zugemischt, bis das chlorierte Polyolefin schmilzt und dispergiert ist. Die Temperatur wird etwa 10 min bei etwa 210°F gehalten. Dann werden 2,1 g eines Amins, wie z. B. 2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP 95^TM) zugesetzt. Das Gemisch wird für 3 bis 5 min gemischt, wobei die Temperatur auf 240 bis 250°F steigt. Ein Vorrat von heißem Wasser wird auf etwa 140°F erhitzt und während der mehrfachen Wasserzugaben bei etwa 140°F gehalten. Dem Gemisch werden langsam 20 g heißes Wasser zugesetzt. Wenn das heiße Wasser in der. geschmolzenen Masse absorbiert worden ist, wird das Rühren verstärkt. Nach der Absorption des heißen Wassers werden der geschmolzenen Masse 20 zusätzliche Gramm des heißen Wassers von dem Vorrat von heißem Wasser langsam zugesetzt. Die Temperatur wird bei etwa 200 bis 210°F gehalten. Das Rühren wird verstärkt und dem Gemisch werden 1970 g heißes Wasser von dem Vorrat von heißem Wasser zugesetzt.
Die Beschichtungen werden dann bezüglich der Haftung durch Besprühen einer Polypropylenplatte mit der vorstehend genannten Emulsion und Trocknen der Beschichtung für etwa 10 bis etwa 15 min bei einer Temperatur von etwa 160°F bis etwa 165°F und sogar bei einer hohen Temperatur von etwa 175°F getestet. Die beschichtete Oberfläche des Substrats kann mit einer geeigneten Deckbeschichtung beschichtet und etwa 15 min bei 160°F gehärtet und dann gekühlt werden. Im Wesentlichen entsprechende Ergebnisse werden auch unter Verwendung längerer Zeiten und höherer Temperaturen erhalten (z. B. etwa 1 Stunde bei etwa 250°F). Die beschichtete Oberfläche wird dann mit einer scharfen Klinge mit einem Kreuzschnitt versehen und mit einem druckempfindlichen Klebeband (3M 610 oder einem äquivalenten Produkt) durch festes Drücken des Bands auf den mit einem Kreuzschnitt versehenen Bereich und dann schnelles Entfernen des Bands getestet. Nach dem Entfernen des Bands wird eine Haftung der Beschichtung an dem Substrat von etwa 95% bis 100% festgestellt. Zufrieden stellende Testergebnisse werden auch unter Verwendung alternativer Testverfahren des Typs erhalten, die das Testverfahren GM 9502P, das in einer Veröffentlichung von General Motors mit dem Titel „Engineering Materials and Processes, Procedures Manual", Juli 1988, beschrieben ist, und das Testverfahren ASTM D3359 umfassen.
Im Wesentlichen entsprechende Ergebnisse können durch eine Variation des Vorstehenden entsprechend der Lehren der vorliegenden Offenbarung erhalten werden. Beispielsweise kann das AMP 95^TM vollständig oder teilweise durch eine andere Form oder Marke von 2-Amino-2-methyl-1-propanol, Ethanolamin, Dibutylamin, N-Ethyldiethanolamin, Tris-(3-aminopropyl)amin, Dimethylethanolamin, Triethylamin, Diethanolamin, Dimethylaminoethanol, 2-Dimethylamino-2-methyl-1-propanol, DMAM P-80^TM, Jeffamine^TM M600, D230, D400, D2000, ED600, ED900, ED2001, ED4000, ED6000, DV7000 oder T3000 ersetzt werden. Es können auch Gemische eingesetzt werden. Entsprechend können der Zusammensetzung in geeigneten Anteilen Verdickungsmittel, Füllstoffe oder beides zugesetzt werden, wobei im Wesentlichen entsprechende Ergebnisse erhalten werden.
Ferner können die Konzentrationen der verschiedenen Komponenten variiert werden. Beispielsweise kann die Konzentration des oberflächenaktiven Mittels und/oder des Glykols um 50% vermindert werden.
Nachstehend sind zwei bevorzugte Zusammensetzungen angegeben, die gemäß den vorstehenden Anweisungen hergestellt werden können: 25 Pfund Ethylenglykol, 25 Pfund Triton N-101^TM, 100 Pfund CPO-343-1, 6,22 Pfund AMP 95^TM und 350 Pfund Wasser, sowie 12,5 Pfund Ethylenglykol, 25 Pfund Triton N-101^TM, 100 Pfund CPO-343-1, 6,22 Pfund AMP 95^TM und 370 Pfund Wasser
Referenzbeispiel II
Ein Polyol wie z. B. Ethylenglykol, ein oberflächenaktives Mittel, ein Amin und ein Harz werden z. B. in einem Reaktor mit zwei Rührerwellen oder in einem herkömmlichen Hochgeschwindigkeitsmischer gemischt und auf etwa 20°F über den Schmelzpunkt des Harzes erhitzt, z. B. auf etwa 245°F bis etwa 250°F. Wenn das Gemisch etwa 240°F erreicht hat, wird das Mischen gestoppt und das Gemisch wird untersucht, um eine homogene Schmelze sicherzustellen, wobei z. B. die Klarheit und die Dehnung zu einem feinen geschmolzenen Faden festgestellt werden sollten. Ein Vorrat von heißem Wasser wird vorzugsweise auf etwa 165°F bis etwa 195°F erhitzt und während der mehrfachen Wasserzugaben bei dieser Temperatur gehalten. Das heiße Wasser wird dem Gemisch langsam zugesetzt. Wenn das heiße Wasser in dem Gemisch absorbiert worden ist, wird das Rühren verstärkt. Wenn das Gemisch dünnflüssig wird, ist das Verfahren abgeschlossen.
Es sollte beachtet werden, dass das Harz in einer bevorzugten Ausführungsform vor der Verwendung bezüglich dessen Vermögen, dispergiert und emulgiert zu werden, getestet wird. Dem Fachmann ist klar, dass dieser Test in einem kleinen Maßstab durchgeführt werden kann, wie z. B. im Labor in einem Glasbehälter.
Referenzbeispiel III
Es werden mehrschichtige Gegenstände gebildet, die eine Schicht aus Latex und eine thermoplastische Olefinschicht (TPO-Schicht) oder ein entsprechendes Substrat umfassen. Der Latex wird auf ein TPO-Substrat aufgebracht. Es werden mehrere Proben unter Verwendung verschiedener Basismaterialien für den Latex hergestellt. Einige der TPO-Substrate werden jedoch bis zu einer Dicke von 0,1 mil beschichtet, wobei eine Zwischenschicht zwischen dem Latex und dem Substrat (d. h. eine Haftvermittlerschicht), welche die Zusammensetzung von Beispiel 1 aufweist, und die ferner ein Verdickungsmittel enthält, vorliegt. Einige Proben werden nicht mit der „Haftvermittler"-Schicht beschichtet. Die Gegenstände werden für etwa 1 Stunde bei etwa 80°C erwärmt und dann etwa 24 Stunden bei Raumtemperatur altern gelassen. Die Gegenstände werden dann bezüglich der Haftung des Latex getestet.

Zum Testen der Gegenstände werden zwei Testverfahren eingesetzt (X-Schnitt-Bandhaftungstest und 180°-Ablösefestigkeitstest – ASTM D903-49). Für den X-Schnitt-Bandhaftungstest werden unter Verwendung einer scharfen Rasierklinge zwei sich diagonal schneidende Linien mit einer Länge von etwa 5 cm in die Latexschicht geschnitten. Ein Abdeckband der Marke Permacel 703 wird fest auf die geschnittene Oberfläche geklebt. Das Band (oder dessen Äquivalent) wird dann schnell durch Zurückziehen des Bands auf sich selbst bei einem beliebigen Winkel nahe an etwa 180° abgezogen. Der „X-Schnitt"-Bereich wird visuell untersucht und die Haftung der Latexschicht wird mit den folgenden Standards bewertet:

Bezeichnung	Feststellung
5A	Kein Ablösen oder Entfernen von Latex
4A	Spuren eines Ablösens oder einer Entfernung von Latex entlang der Einschnitte
3A	Ausgezackte Entfernung von Latex entlang der Einschnitte bis zu 1,6 mm auf jeder Seite

2A	Ausgezackte Entfernung von Latex entlang der Einschnitte bis zu 3,2 mm auf jeder Seite
1A	Entfernung von Latex vom größten Teil der Fläche des „X" unter dem Band
0A	Entfernung von Latex über den Bereich des „X" hinaus

Für die Tests, die gemäß dem 180°-Ablösefestigkeitstest durchgeführt worden sind, werden die Testproben vor dem Testen anstelle des Erwärmens bei etwa 80°C für etwa 1 Stunde und Altern bei etwa Raumtemperatur für etwa 24 Stunden über Nacht (z. B. für mindestens etwa 12 Stunden) bei etwa 70°C erwärmt.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle I zusammengefasst.
Tabelle I^*
Die Acrylmaterialien RES 2301 und RES 1019 werden von Unico Chemical Division geliefert. A 1052 wird von ICI Chemical Corp. geliefert.
Referenzbeispiel IV
Eine Emulsion (in diesem Beispiel als „Haftvermittler" bezeichnet), welche die Beschichtungszusammensetzung von Referenzbeispiel III aufweist, wird hergestellt und mit den Latexmaterialien von Beispiel III vor dem Aufbringen auf ein Substrat gemischt. Die Emulsion wird dem Latex in einer Menge von etwa 20 Gew.-% (auf der Basis von 100% Feststoffen sowohl des Latex als auch der Emulsion) zugesetzt. Ein thermoplastisches Polyolefinsubstrat wird mit dem resultierenden Gemisch bis zu einer Dicke von etwa 1 mil beschichtet. Die getrockneten und gehärteten Proben werden getestet und die Ergebnisse sind in der Tabelle II zusammengefasst.
Tabelle II
Referenzbeispiel V
Zwei Gegenstände werden für jedes Haftmittelsystem dieses Beispiels hergestellt. Die Gegenstände weisen eine Schicht aus Haftmittel und ein thermoplastisches Polyolefinsubstrat auf. Bei einem der Gegenstände ist für jedes Haftmittelsystem eine „Haftvermittler"-Schicht mit einer Dicke bis zu etwa 1 mil und der Beschichtungszusammensetzung von Referenzbeispiel III zwischen dem Haftmittel und dem Substrat angeordnet. Bei dem anderen Gegenstand liegt das Haftmittel ohne „Haftvermittler"-Schicht direkt auf dem Substrat vor. Es werden die folgenden vier Haftmittelsysteme eingesetzt:

(1) Ein Haftmittel auf Acrylbasis (wie z. B. das Haftmittel, das von Boston S. P. A. unter der Handelsbezeichnung Gemini Adhesive geliefert wird);
(2) ein Haftmittel auf Epoxybasis (das durch Mischen von D. E. R. 332 Epoxy des Bisphenoltyps, das von Dow Chemical Co. geliefert wird, und Ancamine, ein aliphatisches Amin- Härtungsmittel, das von Pacific Anchor Co. geliefert wird, in einem Äquivalentverhältnis von etwa 1/1 formuliert wird),
(3) ein Haftmittel auf Polyurethanbasis (das durch eine Reaktion unter Verwendung eines aliphatischen Polyisocyanats (z. B. Desmodur N-100, das von Mobay Chemical geliefert wird) als Ausgangsmaterial, das mit einem aromatischen Diamin (z. B. Ethacure 300, das von Ethyl Corp. geliefert wird) in einem Äquivalentverhältnis von etwa 1/1 gemischt wird, formuliert wird),
(4) ein Haftmittel auf Silikonbasis, wie z. B. ein Raumtemperatur-härtbares Einkomponenten-RTV-Silikonkautschuk-Haftabdichtungsmittel (von GE geliefert).

Die Haftmittel werden gehärtet und die Testproben werden bei etwa Raumtemperatur für etwa 24 Stunden gehärtet. Die Proben werden dann bezüglich der Überlappungsscherfestigkeit gemäß dem Testverfahren ASTM D 1002 getestet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 3
Referenzbeispiel VI
Die Zusammensetzung von Referenzbeispiel III wird als Haftmittel zum Kleben von Polyurethanschäumen (sowohl starre als auch flexible Schäume) an ein verstärktes thermoplastisches Polyolefinsubstrat wie z. B. ein thermoplastisches Polyolefinsubstrat verwendet, das mit Fiberglas verstärkt ist.
Ein flexibler Schaum (z. B. mit einer Dichte von etwa 4,0 Pfund/Fuß³) wird durch Umsetzen geeigneter Mengen von Isocyanat #80 (von BASF geliefert), Pluracol 380 (von BASF), Wasser, eines Katalysators wie z. B. des von Union Carbide unter der Handelsbezeichnung Niax C-174 gelieferten Katalysators, des von Air Products unter der Handelsbezeichnung Dabco 33LV gelieferten Katalysators, von Diethanolamin und eines Silikontensids wie z. B. DC-190 (von Air Products geliefert) hergestellt.
Ein starrer Schaum (z. B. mit einer Dichte, die geringer ist als diejenige des flexiblen Schaums) wird durch Umsetzen geeigneter Mengen eines aromatischen Polyisocyanats wie z. B. PAPI-27 (von Dow Chemical geliefert), Pluracol (824 (von BASF geliefert), Wasser, Dibutylzinndilaurat, wie z. B. T-12 (von Air Products geliefert), Dabco 33LV und eines Silikontensids wie z. B. DC-193 (von Air Products geliefert) hergestellt.
Sowohl der flexible als auch der starre Schaum werden (unter Verwendung herkömmlicher Verfahren) auf die verstärkten thermoplastischen Polyolefinsubstrate geschäumt. Die resultierenden Schaumschichten weisen eine Dicke von etwa 0,5 Zoll auf. Eine Probe jedes Schaumtyps weist jedoch eine „Haftvermittler"-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 mil und der Beschichtungszusammensetzung von Referenzbeispiel III auf, die zwischen dem Schaum und dem thermoplastischen Polyolefinsubstrat vorliegt.
Gegenstände, die den starren Schaum enthalten, werden bezüglich der Überlappungsscherfestigkeit mit einem Verfahren wie dem Testverfahren ASTM D1002 getestet, wie es im Teil (a) von 1 gezeigt ist. Gegenstände, die den flexiblen Schaum umfassen, werden bezüglich der 180°-Ablösefestigkeit mit einem Verfahren wie dem Testverfahren ASTM D903-49 getestet, wie es im Teil (b) von 1 gezeigt ist. In der 1 ist der Schaum allgemein mit dem Bezugszeichen 10 und das Substrat mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Die 1 veranschaulicht, wie die Proben getestet werden, und zwar dadurch, dass die Resultate der Kräfte gezeigt werden, die zum Testen der Proben ausgeübt werden.
Tabelle 4
Referenzbeispiel VII
Zwei Arten von Polypropylenplatten (eine mit Pigment und eine ohne Pigment), die jeweils Abmessungen von etwa 1 Zoll × etwa 6 Zoll × etwa 0,04 Zoll aufweisen, werden mit einer Haftvermittlerschicht mit einer Dicke von bis zu etwa 1 mil und der Beschichtungszusammensetzung von Referenzbeispiel III beschichtet und dann etwa 30 min bei etwa 75°C erwärmt. Die Polypropylenplatten werden dann unter Verwendung des Polyurethanhaftmittels von Beispiel V zusammengeklebt. Das Haftmittel wird durch Erwärmen bei etwa 70°C für etwa 30 min gehärtet. Die Proben werden dann etwa 24 Stunden bei etwa Raumtemperatur altern gelassen und bezüglich der Überlappungsscherfestigkeit mit einem Verfahren wie dem Testverfahren ASTM D1002 getestet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 zusammengefasst.
Tabelle 5
Beispiel VIII
17 g eines Tensids, wie z. B. Triton N-101^TM, werden unter Rühren auf 210°F erhitzt. Wenn das Produkt 210°F erreicht hat, werden 67,5 g eines chlorierten polyolefinischen Harzes, wie z. B. CPO-343-1 (100%) zugemischt, bis das chlorierte Polyolefin schmilzt und dispergiert ist. Die Temperatur wird etwa 10 min bei etwa 210°F gehalten. Dann werden 2,1 g eines Amins, wie z. B. 2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP 95^TM) zugesetzt. Das Gemisch wird für 3 bis 5 min gemischt, wobei die Temperatur auf 240 bis 250°F steigt. Ein Vorrat von heißem Wasser wird auf etwa 140°F erhitzt und während der mehrfachen Wasserzugaben bei etwa 140°F gehalten. Dem Gemisch werden langsam 20 g des heißen Wassers zugesetzt. Wenn das heiße Wasser in der geschmolzenen Masse absorbiert worden ist, wird das Rühren verstärkt. Nach der Absorption des heißen Wassers werden der geschmolzenen Masse 20 zusätzliche Gramm des heißen Wassers von dem Vorrat von heißem Wasser langsam zugesetzt. Die Temperatur wird bei etwa 200 bis 210°F gehalten. Das Rühren wird verstärkt und dem Gemisch werden 1970 g heißes Wasser von dem Vorrat von heißem Wasser zugesetzt.
Die folgende Zusammensetzung ist eine bevorzugte erfindungsgemäße Zusammensetzung, die gemäß den vorstehenden Vorschriften hergestellt werden kann: 25 Pfund Triton N-101^TM, 100 Pfund CPO-343-1, 6,22 Pfund AMP 95^TM und 874,5 Pfund Wasser.
Eine vorstehend beschriebene Polyurethan/Acryl-Dispersion, wie z. B. UPACO WL-305XL wird dem vorstehend beschriebenen Gemisch (nachdem das Gemisch gekühlt worden ist) zugesetzt und etwa 10 bis 15 min gemischt. Dann wird zur Steuerung des pH-Werts Ammoniumhydroxid zugesetzt und es wird ein Verdickungsmittel wie z. B. L-31 zugesetzt. Das Gemisch wird dann etwa 20 min gemischt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird, wenn z. B. eine sehr gut leitfähige Beschichtung gewünscht ist, die vorstehend beschriebene Rußdispersion vor der Zugabe des Ammoniumhydroxids und des Verdickungsmittels zugesetzt. Das Gemisch wird bei Umgebungstemperatur langsam etwa 10 bis 15 min gemischt. Dann werden Ammoniumhydroxid und das Verdickungsmittel in der vorstehend beschriebenen Weise zugesetzt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform, die eine Rußdispersion enthält, ist das Gewicht der vorstehend genannten Komponenten auf der Basis des Gesamtnassgewichts der Zusammensetzung wie folgt:

Gemisch (vorstehend beschrieben): 67,12%

Polyurethan/Acryl-Dispersion: 16,55%

Rußdispersion (vorstehend beschrieben): 14,48%

Ammoniumhydroxid: 0,12%

Verdickungsmittel: 1,73%
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform, die keine Rußdispersion enthält, sind die Gewichtsprozentanteile der vorstehend genannten Komponenten auf der Basis des Gesamtnassgewichts der Zusammensetzung wie folgt:

Gemisch (vorstehend beschrieben): 78,48%

Polyurethan/Acryl-Dispersion (vorstehend beschrieben): 19,35%

Ammoniumhydroxid: 0,14%

Verdickungsmittel: 2,03%
Im Wesentlichen entsprechende Ergebnisse können durch eine Variation des Vorstehenden entsprechend der Lehren der vorliegenden Offenbarung erhalten werden. Beispielsweise kann, wie es im Referenzbeispiel I beschrieben ist, ein geeignetes Polyol wie z. B. Ethylenglykol gemäß den Schritten von Beispiel 1 zugesetzt werden. Ferner kann das AMP 95^TM vollständig oder teilweise durch eine andere Form oder Marke von 2-Amino-2-methyl-1-propanol, Ethanolamin, Dibutylamin, N-Ethyldiethanolamin, Tris-(3-aminopropyl)amin, Dimethylethanolamin, Triethylamin, Diethanolamin, Dimethylaminoethanol, 2-Dimethylamino-2-methyl-1-propanol, DMAM P-84^TM, Jeffamine^TM M600, D230, D400, D2000, ED600, ED900, ED2001, ED4000, ED6000, DV7000 oder T3000 ersetzt werden. Es können auch Gemische eingesetzt werden. Entsprechend können der Zusammensetzung in geeigneten Anteilen Verdickungsmittel, Füllstoffe oder beides zugesetzt werden, wobei im Wesentlichen entsprechende Ergebnisse erhalten werden.
Ferner können die Konzentrationen der verschiedenen Komponenten variiert werden. Beispielsweise kann die Konzentration des oberflächenaktiven Mittels um 50% vermindert werden.

Claims

Eine wässrige Beschichtungszusammensetzung, die (a) bis zu 40% eines Polyols, (b) 0,5% bis 40% eines Harzes, das aus halogenierten Polyolefin-Harzmaterialien, halogenierten Vinylharzen, Epihydrinharzen, halogenierten Epoxyharzen und Gemischen davon ausgewählt ist, (c) 0,05 bis 15% eines oberflächenaktiven Mittels, (d) ein Amin, (e) eine Dispersion aus gepfropftem Acryl/Polyurethan, und (f) 30 bis 95% Wasser umfasst, wobei der Gesamtgehalt an flüchtigen Verbindungen in der Zusammensetzung weniger als 5 Gew.-% beträgt und die Zusammensetzung im Wesentlichen frei von aromatischen organischen Lösungsmitteln ist.
Wässrige Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, die 3 bis 40% Polyol umfasst.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das oberflächenaktive Mittel ein alkoxyliertes nichtionisches oberflächenaktives Mittel ist.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das oberflächenaktive Mittel ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel ist, das pro Mol des oberflächenaktiven Mittels 5 bis 25 Ethylenoxidgruppen aufweist.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 4, bei der das oberflächenaktive Mittel ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel ist, das pro Mol des oberflächenaktiven Mittels 7 bis 10 Ethylenoxidgruppen aufweist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Harz auf einem chlorierten Polyolefinharz basiert.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Amin Triethylamin ist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Amin Diethylamin ist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Amin aus der Gruppe bestehend aus 2-Amino-2-methyl-1-propanol, Triethylamin, Triethanolamin, Diethanolamin, Dimethylethanolamin, Dimethylaminoethanol, 2-Dimethylamino-2-methyl-1-propanol und Gemischen davon ausgewählt ist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner Ruß umfasst.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner Ammoniumhydroxid umfasst.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner ein Verdickungsmittel umfasst.