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Dokumentenidentifikation DE4426831A1 01.02.1996
Titel Strahlenhärtbare Mischung auf der Basis von Acrylat-Oligomeren
Anmelder Zeller + Gmelin GmbH & Co, 73054 Eislingen, DE
Erfinder Walter, Thomas, Dr., 73035 Göppingen, DE
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Wuesthoff & Wuesthoff, 81541 München
DE-Anmeldedatum 28.07.1994
DE-Aktenzeichen 4426831
Offenlegungstag 01.02.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.1996
IPC-Hauptklasse C08L 33/04
IPC-Nebenklasse C08K 3/00   C08L 33/14   C08L 63/10   C08L 67/07   C08L 75/16   C09D 7/12   
IPC additional class // (C08K 3/00,3:14,3:22,3:34)C08J 3/24,3/28,7/04,B05D 1/02,1/18,1/36,B41M 1/04,1/06,1/10,1/12  
Zusammenfassung Strahlenhärtbare Mischung auf der Basis von Acrylat-Oligomeren mit einem die Abriebfestigkeit modifizierenden Additiv, wobei mindestens 1 Gew.-% der Mischung eine Kombination aus mindestens zwei anorganischen Verbindungen, die als feine Teilchen vorliegen, ist, wobei diese Verbindungen aus der folgenden Aufzählung ausgewählt sind:
Korund,
Siliciumcarbid,
Quarz,
Wolframcarbid.
Die Mischungen zeichnen sich im gehärteten Zustand durch eine erhöhte Abriebfestigkeit aus.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine strahlenhärtbare Mischung auf der Basis von Acrylat-Oligomeren, die sich durch besondere Abriebfestigkeit im ausgehärteten Zustand auszeichnen. Insbesondere betrifft die Erfindung Beschichtungen, die mit solchen Mischungen auf festen Werkstoffen aufgebracht werden und durch Elektronenstrahlen gehärtet wurden.

Strahlenhärtbare Systeme, bei denen es sich insbesondere um strahlenhärtbare Lacke, Beschichtungen und Druckfarben handelt, sind im Stand der Technik allgemein bekannt. In der Regel handelt es sich hierbei um durch Strahlen (insbesondere UV-Licht oder Elektronenstrahlen) härtbare Acrylsäureester (wie z. B. Polyurethan-, Polyester-, Polyether- und Epoxyacrylate). Diese Acrylsäureester werden hier ganz allgemein als Acrylat-Oligomere bezeichnet.

Diese Acrylat-Oligomere werden auf feste Werkstoffe aufgebracht, um diese mit einem möglichst abriebfesten Überzug zu versehen. Im Stand der Technik sind Versuche unternommen worden, die Abriebfestigkeit von Acrylat-Oligomeren-Beschichtungen durch Zusatz bestimmter sogenannter Zähelastifizierer zu verbessern, siehe DE 42 13 999 A1. Diese Zähelastifizierer steigern die Abriebfestigkeit strahlengehärteter Beschichtungen angeblich im wesentlichen dadurch, daß eine separate Mikrophase gebildet wird. Ein gewisser Teil der Abriebfestigkeit soll aber auch durch die Härte der Zuschlagsstoffe bestimmt werden. Um aber eine den bisherigen bekannten Beschichtungen vergleichbare Abriebfestigkeit zu erhalten, schlägt die DE 42 13 999 A1 vor, relativ hohe Mengen, d. h. bis zu 50 Gew.-%, eines anorganischen Zuschlagsstoffes, wie beispielsweise Titandioxid und dergleichen, einzusetzen. Daneben werden auch natürlich vorkommende Gemische solcher Zuschlagsstoffe erwähnt. Diese Gemische haben sich in der Praxis jedoch nicht bewährt, da sie regelmäßig eine zu geringe Härte aufweisen.

Es wurde nun festgestellt, daß Mischungen auf der Basis von Acrylat-Oligomeren, wie sie in der DE 42 13 999 A1 beschrieben werden, noch nicht eine ausreichende Abriebfestigkeit gewährleisten. Daneben zeigte sich, daß bestimmte Zuschlagsstoffe zwar aufgrund ihrer Härte eine gestiegene Abriebfestigkeit erwarten ließen, die dann aber tatsächlich nicht eintrat. Außerdem ergibt die Verwendung von Titandioxid, Eisen-III-oxid, Calciumoxid oder Natriumoxid gefärbte oder getrübte Beschichtungen, die für transparente Lackierungen auf Untergründen, bei denen die Optik des Untergrundes zu sehen sein muß, z. B. bei Parkett, nicht geeignet sind.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Mischung bereitzustellen, die nach entsprechender Strahlenhärtung sowohl eine ausreichende Abriebfestigkeit als auch gegebenenfalls eine Transparenz der Beschichtung gewährleistet.

Die Erfindung besteht darin, einer strahlenhärtbaren Mischung auf der Basis von Acrylat-Oligomeren zur Gewährleistung der Abriebfestigkeit eine mindestens 1 Gew.-% der Mischung, vorzugsweise 2 Gew.-% ausmachende Kombination aus mindestens zwei anorganischen Verbindungen, die als feine Teilchen vorliegen, zuzugeben, wobei die Verbindungen aus der folgenden Aufzählung ausgewählt wird:

Korund,

Siliciumcarbid,

Quarz,

Wolframcarbid.

Die erfindungsgemäße Kombination besteht vorzugsweise aus Korund (Al&sub2;O&sub3;) und Siliciumcarbid. Daneben sind auch die weiteren Kombinationen geeignet: Korund/Quarz, Korund/Wolframcarbid, Siliciumcarbid/Quarz, Siliciumcarbid/Wolframcarbid, Quarz/Wolframcarbid, Korund/Siliciumcarbid/Quarz, Siliciumcarbid/Quarz/Wolframcarbid.

Die feinen Teilchen haben üblicherweise eine mittlere Teilgröße im Bereich von 1 bis 50 µm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 µm. Als Verbindungen im Sinne der Erfindung sind insbesondere aufzufassen (neben den vorstehend genannten): Synthetisches Siliciumdioxid, Basalt, Glasmehl, Glaskugeln oder Glasfasern etc.

Das Gewichtsverhältnis einer ersten Verbindung in der Kombination zu einer zweiten Verbindung beträgt vorzugsweise 1 : 1 bis 6 : 1. Besonders bevorzugt wird ein Gewichtsverhältnis von 3 : 1, insbesondere wenn es sich um die Kombination Korund/Siliciumcarbid handelt.

Die erfindungsgemäße Kombination wird in der Regel 1 bis 20 Gew.-% ausmachen, wobei geringere Konzentrationen von 5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtformulierung, besonders bevorzugt werden. Erfindungsgemäß kann die Menge der die Abriebfestigkeit verbessernden Zuschlagsstoffe deutlich verringert werden. Während beispielsweise die DE 42 12 999 Al noch einen Anteil von 15 Gew.-% für einen sog. mineralischen Zähelastifizierer als erforderlich erachtet, lassen sich mit der erfindungsgemäßen Kombination, insbesondere Korund/Siliciumcarbid, deutlich geringere Gesamtmengen an Zuschlagsstoff realisieren (mit 8 Gew.-% einer Korund/Siliciumcarbid-Mischung lassen sich höhere Abriebwerte erzielen als mit 15% der sog. Zähelastifizierer nach der DE 42 13 999 A1 (Sp. 4, Z. 32-38)). Bei der erfindungsgemäßen Mischung ist wegen der geringen Menge der Zuschlagsstoffe auch die Gefahr von Eintrübungen und Verfärbungen geringer.

Mit den erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren Mischungen können Substrate, d. h. Werkstoffe verschiedener Art, beschichtet werden, insbesondere Holz, Holzwerkstoffe, Kunststoffe, Papier und Karton. Die Mischungen können als Lacke in Form von Ein- und/oder Mehrschichtsystemen aufgebracht werden. Die erfindungsgemäßen Mischungen werden auf die jeweiligen Substrate per Walz-, Gieß-, Spritz- oder Tauchlackierung appliziert. Hierzu kommen auch Druckverfahren in Frage, die in der Druckindustrie allgemein bekannt sind, wie beispielsweise Tief-, Flexo-, Offset-, Buch- oder Siebdruck. Die aufgebrachten Beschichtungen lassen sich dann in üblicher Weise durch Strahlung härten, beispielsweise mittels UV-Licht oder Elektronenstrahlung.

Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Mischungen die im Stand der Technik allgemein bekannten Additive, Zusätze und Hilfsstoffe enthalten, wie z. B. Mattierungsmittel, Antiabsetzmittel, rheologische Zusätze, Wachse, Slip-Additive, Entschäumer, Entlüfter, Dispergierhilfsmittel, Benetzungsmittel, Haftverbesserer und dergleichen sowie gegebenenfalls organische oder anorganische farbgebende Pigmente oder lösliche Farbstoffe. Die Mischungen enthalten regelmäßig 50 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 90 Gew.-% strahlenhärtbare Komponenten, d. h. die sogenannten Acrylat-Oligomeren. Der Anteil der erfindungsgemäßen Kombination beträgt üblicherweise 1 bis 20 Gew.-%. Weitere Additive und Hilfsstoffe machen regelmäßig 0,5 bis 15 Gew.-% aus.

Die Einarbeitung der erfindungsgemäßen Kombination in eine Mischung erfolgt problemlos in an sich bekannter Weise mit Hilfe bekannter Rühr- oder/und Dispergieraggregate.

Beispiele

Es wurden verschiedene strahlenhärtbare Systeme abgemischt. Hiermit wurden MdF-Platten (MdF = mitteldichte Faserplatten) in Schichtstärken von 45 bis 70 µm beschichtet und anschließend mittels eines Elektronenstrahlers (170 KeV Beschleunigungsspannung, Dosisleistung = 40 KGy) gehärtet. Es zeigte sich hierbei, daß bei einer Kombination aus Korund und Siliciumcarbid eine besonders hohe Abriebfestigkeit erreicht werden konnte. Vergleichsweise zeigten Mischungen nach dem Stand der Technik (DE 42 13 999 A1) eine schlechtere Abriebfestigkeit. Der Korund hatte eine mittlere Korngröße von etwa 20 µm, die des Siliciumcarbids war etwa 30 µm.

Die Abriebfestigkeit wurde nach DIN 53 799, Teil 4.6 mittels Taber abraser (Schleifpapier mit 180er-Körnung, 500 g Belastung) gemessen. Die Abriebfestigkeit wird jeweils durch die Anzahl der Umdrehungen angegeben, die notwendig ist, um die Lackschicht bis zum Untergrund durchzureiben. Eine große Zahl zeigt hier also eine hohe Abriebfestigkeit an. Tabelle 1



Die erfindungsgemäßen Formulierungen A bis E zeigten eine allgemein erhöhte Abriebfestigkeit gegenüber den Vergleichsbeschichtungen. Beispielsweise zeigte Formulierung E in einer Schichtstärke von 60 µm eine Abriebfestigkeit von 12 400 Umdrehungen, während die Formulierung F 8500 Umdrehungen, G 8000 Umdrehungen und H ebenfalls 8000 Umdrehungen ergaben. Ein der DE 42 13 999 A1 entsprechendes Material weist entsprechend bei Schichtstärken zwischen 80 und 120 µm Abriebfestigkeiten von 5000 bis 6000 Umdrehungen auf. Zusätzlich erwies sich Formulierung H als praktisch nicht verwendbar, da die damit hergestellte Beschichtung infolge der hohen Anteile an Siliciumcarbid, das eine grünliche Eigenfärbung aufweist, bereits deutlich gefärbt war.

Die angegebenen erfindungsgemäßen Formulierungen sind in vielerlei Einsatzgebieten geeignet.

Formulierung A: Hochabriebfester, seidenmatter Gießlack für die Applikation auf Holz und Holzwerkstoffen.

Formulierungen B und E: Hochabriebfester, matter Walzlack für die Applikation auf Holz und Holzwerkstoffen.

Formulierung C: Hochabriebfester Lack für die Walzapplikation auf Polycarbonat und auf PVC, tiefziehfähig.

Formulierung D: Abriebfester, seidenmatter Lack für die Walzapplikation auf Papier und Karton.


Anspruch[de]
  1. 1. Strahlenhärtbare Mischung auf der Basis von Acrylat-Oligomeren mit einem die Abriebfestigkeit modifizierenden Additiv, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 1 Gew.-% der Mischung eine Kombination aus mindestens zwei anorganischen Verbindungen, die als feine Teilchen vorliegen, ist, wobei diese Verbindungen aus der folgenden Aufzählung ausgewählt sind:

    Korund,

    Siliciumcarbid,

    Quarz,

    Wolframcarbid.
  2. 2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis einer ersten Verbindung in der Kombination zu einer zweiten Verbindung 1 : 1 bis 6 : 1 ist.
  3. 3. Mischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der Kombination 3 : 1 ist.
  4. 4. Mischung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindung Korund und die zweite Verbindung Siliciumcarbid ist.
  5. 5. Mischung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination 1 bis 20 Gew.-% ausmacht.
  6. 6. Mischung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 1 bis 4 Gew.-% Siliciumbarbid und 6 bis 12 Gew.-% Korund enthält.
  7. 7. Mischung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße 1 bis 50 µm ist.
  8. 8. Beschichtung über einem festen Werkstoff mit einer strahlengehärteten Schicht, die eine Schichtdicke zwischen 10 und 800 µm aufweist und die durch Strahlenhärtung der Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erhältlich ist.
  9. 9. Beschichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlenhärtung Elektronenstrahlen eingesetzt werden.
  10. 10. Beschichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlengehärtete Schicht im wesentlichen transparent ist.






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