DE102010022219A1

DE102010022219A1 - Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung mit reversibler Farbtonänderung für die UV-Licht absorbierende Ausrüstung von Substraten

Info

Publication number: DE102010022219A1
Application number: DE102010022219A
Authority: DE
Inventors: Peter Graf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-11-24
Also published as: WO2011144354A1; EP2571944A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung mit reversibler Farbtonänderung für die UV-Licht absorbierende Ausrüstung von Substraten auf Basis eines polymeren Lackes. Dabei wird zunächst ein Lösungsmittel (A, B) mit einem Bindemittel (C) auf Acrylatbasis versetzt. Anschließend wird der Lösung (A, B, C) ein photochromer Farbstoff (H) hinzugegeben. Der solchermaßen hergestellte Lack wird auf das Substrat aufgetragen und härtet aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung mit reversibler Farbtonänderung für die UV-Licht absorbierende Ausrüstung von Substraten.
Solche Beschichtungszusammensetzungen mit reversibler Farbtonänderung werden beispielsweise eingesetzt, um in der Regel transparente Flächen wie Fenster, Verglasungen, Kunststoffflächen, Folien, Brillengläser etc. zielgenau bei UV-Bestrahlung zu verdunkeln. Zu diesem Zweck schlägt der Stand der Technik nach der DE 10 2005 042 002 A1 eine entsprechend aufgebaute multifunktionale Schicht vor, die unter dem Strich einen erheblichen Beitrag zum Ausbau der Sicherheit darstellt. Das gilt insbesondere für den Fall, dass transparente Sonnenblenden mit einer entsprechend ausgelegten Beschichtungszusammensetzung ausgerüstet werden. Durch die Fähigkeit zur reversiblen Farbtonänderung ist die Beschichtungszusammensetzung in der Lage, eine uneingeschränkte Sicht sowohl bei Tag als auch bei Nacht zu ermöglichen. Lediglich im Falle von Sonneneinstrahlung und dem in diesem Zusammenhang zusätzlich vorhandenen UV-Licht findet die gewünschte Verdunklung statt.
Darüber hinaus ist eine Beschichtung durch die WO 03/018696 A1 bekannt geworden, welche UV-Licht absorbiert. Die fragliche Beschichtung wird zur Ausrüstung von Flaschen für die Bevorratung von Getränken (Bier) eingesetzt. Als UV-sensibler Zusatz fungieren in diesem Fall anorganische Oxidmaterialien, die aus der Gruppe enthaltend Zinkoxide, Titandioxide usw. ausgewählt werden.
Die bisherigen Beschichtungszusammensetzungen und zugehörige Verfahren können nicht rundweg zufriedenstellen. Einerseits sind spezielle vorbereitende Maßnahmen erforderlich, um das zu beschichtende Substrat für den Auftrag der Beschichtungszusammensetzung zu ertüchtigen. Andererseits sind die beschichteten Substrate oftmals von ihren mechanischen Eigenschaften her enttäuschend. Das gilt besonders dann, wenn das beschichtete Substrat beispielsweise in einem nachgeordneten Bearbeitungsschritt verformt werden soll. Denn derartige Vorgehensweisen führen oftmals dazu, dass die aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung abplatzt, Risse aufweist oder sonst wie Beschädigungen erfährt. – Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung und eine auf diese Weise auf ein Substrat aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung zur Verfügung zu stellen, mit dessen (deren) Hilfe die UV-Licht absorbierende Ausrüstung des betreffenden Substrates einfach, dauerhaft und kostengünstig gelingt und zugleich die Möglichkeit einer nachträglichen Bearbeitung des beschichteten Substrates eröffnet wird.
Zu Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung mit reversibler Farbtonänderung für die UV-Licht absorbierende Ausrüstung von Substraten auf Basis eines polymeren Lacks durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

– ein Lösungsmittel (A, B) wird mit einem Bindemittel (C) auf Acrylatbasis versetzt;
– der Lösung (A, B, C) wird ein photochromer Farbstoff (H) hinzugegeben;
– der solchermaßen hergestellte Lack wird auf das Substrat aufgetragen und härtet aus.

Bei dem im ersten Verfahrensschritt hergestellten Lösungsmittel (A, B) handelt es sich im Regelfall um ein organisches Lösungsmittel (A, B) auf Alkoholbasis. Hierbei kann es sich um Alkanole handeln, also eine von Alkanen abgeleitete Stoffgruppe. Außerdem empfiehlt die Erfindung bei dem Lösungsmittel (A, B) den Rückgriff auf eine Lösungsmittelmischung aus unterschiedlichen Alkoholen. In diesem Zusammenhang haben sich ein erstes Lösungsmittel (A) auf Acetonbasis und ein zweites Lösungsmittel (B) auf Basis eines mehrwertigen Alkanols als besonders günstig erwiesen. Das erste Lösungsmittel (A) auf Acetonbasis sorgt insbesondere für die Auflösung des anschließend eingebrachten Bindemittels (C). Dagegen stellt das zweite Lösungsmittel (B) auf Basis eines mehrwertigen Alkanols primär sicher, dass der der Lösung (A, B, C) zugegebene photochrome Farbstoff (H) eine Lösung erfährt. Außerdem wird mit Hilfe des mehrwertigen Alkanols eine besonders stabile Dispersion des meistens in pulvriger Form zugegebenen photochromen Farbstoffs (H) in der Lösung zur Verfügung gestellt.
Dabei ist selbstverständlich und insgesamt zu berücksichtigen, dass beide genannten Lösungsmittel (A, B) miteinander mischbar sind. Außerdem verfügen mehrwertige Alkanole (zweites Lösungsmittel B) regelmäßig über einen hygroskopischen Charakter, so dass etwaiges in der Lösung (A, B, C) befindliches Wasser gebunden wird und die Herstellung des polymeren Lacks nicht oder praktisch nicht beeinflusst.
Im Detail kann es sich bei dem ersten alkoholischen Lösungsmittel (A) auf Acetonbasis vorteilhaft um Diacetonalkohol (DAA) handeln. Als zweites Lösungsmittel (B) auf Basis des mehrwertigen Alkanols empfiehlt sich der Rückgriff auf 1,2-Propandiol. Beide genannten Lösungsmittel (A, B) lassen sich problemlos miteinander mischen und sorgen einerseits für eine einwandfreie Auflösung des in die Mischung eingebrachten Bindemittels (C) auf Acrylatbasis und andererseits dafür, dass der nachfolgend hinzugegebene photochrome Farbstoff (H) ebenfalls einwandfrei gelöst wird bzw. eine insgesamt stabile Dispersion des photochromen Farbstoffes (H) in der Lösung erfolgt.
Bei dem Bindemittel (C) handelt es sich um ein solches auf Acrylatbasis. Dieses mag als pulverförmige Substanz der zuvor im Detail beschriebenen Lösung bzw. dem Lösungsmittel (A, B) zugegeben werden. Um an dieser Stelle die Lösung des pulverförmigen Bindemittels (C) in dem Lösungsmittel bzw. der Mischung aus den beiden beschriebenen Lösungsmitteln (A, B) zu beschleunigen, empfiehlt es sich, das Lösungsmittel (A, B) mit dem eingebrachten pulverförmigen Bindemittel (C) zu durchmischen, beispielsweise indem das Lösungsmittel (A, B) mit dem Bindemittel (C) in einem Rührbehälter verarbeitet wird. Dabei hat sich eine so genannte Zahnscheibe als Rührkörper besonders günstig erwiesen. Außerdem empfiehlt es sich, das Lösungsmittel (A, B) bzw. die Lösungsmittelmischung zu erwärmen.
Da es sich bei den beiden zuvor im Detail beschriebenen Lösungsmitteln (A, B) um solche mit einem Siedepunkt im Bereich von ca. 150°C bis 200°C handelt, wird die Erwärmung auf Werte von deutlich unter 100°C beschränkt. Außerdem empfiehlt sich eine Erwärmung im Wasserdampf, die besonders schonend erfolgt und lokale Überhitzungen vermeidet. D. h., vor oder während der Zugabe des Bindemittels (C) auf Acrylatbasis wird das Lösungsmittel (A, B) bzw. die Lösungsmittelmischung erwärmt. Die Erwärmung findet im Allgemeinen im Wasserbad statt. Dabei werden üblicherweise Temperaturen von deutlich unter 100°C eingestellt, meistens sogar solche unterhalb von 80°C. Tatsächlich hat sich eine Temperatur von ca. 60°C für das Wasserbad und folglich das Lösungsmittel (A, B) als besonders günstig und für die gewünschte Lösung des Bindemittels (C) und anschließend des photochromen Farbstoffes (H) als völlig ausreichend erwiesen.
Die Erfindung empfiehlt als Bindemittel (C) auf Acrylatbasis einen pulverförmigen Klebstoff, beispielsweise Methacrylatklebstoff bzw. ein Bindemittel auf Methacrylatbasis. Dieses Bindemittel (C) sorgt beim anschließenden Aushärten des hergestellten Lacks auf dem Substrat primär für die gewünschte Polymerisation.
Zusätzlich können der Lösung (A, B, C) bzw. dem Lösungsmittel (A, B) mit dem eingebrachten Bindemittel (C) auf Acrylatbasis noch ein oder mehrere Additive (D, E, F, G) zugegeben werden, die allerdings nicht obligatorisch sind. Im Detail empfiehlt sich der Zusatz eines Additives (D), welches die Oberflächespannung der hergestellten Lösung (A, B, C) und folglich auch des daraus hergestellten Lacks verringert. Bei diesem Additiv (D) mag es sich um ein anorganisches Polymer auf Siliziumbasis respektive ein Silikon handeln. Die Reduzierung der Oberflächenspannung der Lösung (A, B, C) wird mit Hilfe des betreffenden Additives (D) rein physikalisch vorgenommen. Die beschriebene Reduzierung der Oberflächenspannung ist insofern von Bedeutung, als der solchermaßen hergestellte polymere Lack auf unterschiedliche Substrate aufgebracht werden kann. Durch Reduzierung der Oberflächenspannung mit Hilfe des beschriebenen Additves (D) gelingt ein besonders flächendeckender Auftrag des Lacks auf das betreffende Substrat und wird etwaigen Neigungen des Lacks zur ”Inselbildung” bzw. Kohäsion entgegengewirkt. Im Detail haben sich in diesem Zusammenhang Siloxane als geeignete Additive (D) herausgestellt.
Meistens kommt ein Polydimethylsiloxan zum Einsatz, welches auch durch Polyether modifiziert sein kann. Das genannte Siloxan ist insofern für den gewünschten Zweck besonders geeignet, weil es farblos, durchsichtig und chemisch inert sowie ungiftig ist. Folglich wird der hergestellte polymere Lack durch das fragliche Additiv (D) lediglich positiv hinsichtlich seiner Benetzungsfähigkeit beim Auftrag auf das gewünschte Substrat ausgerüstet, ohne etwaige negative Auswirkungen befürchten zu müssen. Außerdem verhindert das beschriebene Additiv (D) zur Verringerung der Oberflächenspannung etwaige Schaumbildung beim Umrühren der Lösung (A, B, C) respektive beim Einrühren des Bindemittels (C) und/oder des photochromen Farbstoffes (H).
Als weiteres Additiv (E) kann ein Dispergiermittel zum Einsatz kommen, welches der Lösung vorteilhaft vor Zugabe des photochromen Farbstoffes (H) zugesetzt wird. Bei diesem Additiv (E) bzw. Dispergiermittel handelt es sich um ein solches auf Basis eines Polyacrylates. Im Detail wird als betreffendes Additiv (E) ein silikonmodifziertes Polyacrylat eingesetzt. Hierbei handelt es sich um spezielle Kunststoffe, nämlich polymere Ester der Acrylsäure sowie von Acrylsäurederivaten mit Alkoholen. Diese werden im Rahmen der Erfindung als Dispergiermittel verwendet, sorgen also bei der Herstellung der gewünschten Lösung dafür, dass es zur optimalen Durchmischung der einzelnen eigentlich nicht mischbaren Phasen respektive Substanzen kommt respektive die einzelnen Phasen stabilisiert werden. Konkret sorgt das Additiv (E) bzw. das primär als Dispergiermittel eingesetzte Additiv (E) auf Basis von insbesondere Polyacrylaten dafür, dass die im Anschluss in die Lösung (A, B, C) eingebrachten Partikel des photochromen Farbstoffes (H) in die Flüssigkeit einwandfrei eingearbeitet werden bzw. hierin eine stabile Aufschwemmung erfahren. Dadurch ist eine gleichmäßige Verteilung der Partikel bzw. Pigmente des anschließend eingebrachten photochromen Farbstoffes (H) in der Lösung gewährleistet.
Außerdem sorgt das als Dispergiermittel wirkende und zuvor beschriebene Additiv (E) zusätzlich noch dafür, dass ergänzend zu dem die Oberflächenspannung verringernden Additiv (D) die Untergrundbenetzung auf dem Substrat verbessert wird. Des Weiteren stellt das als Dispergiermittel wirkende Additiv (E) sicher, dass der auf das Substrat aufgebrachte polymere Lack über eine hervorragende Oberflächengüte und -glätte verfügt. Dadurch wird insgesamt auch seine Wetterbeständigkeit und Wasserbeständigkeit verbessert und kann beispielsweise eine hiermit ausgerüstete Folie problemlos von einem Untergrund, beispielsweise einer Glasscheibe entfernt werden. Die Ablöseeigenschaften einer mit dem erfindungsgemäßen Lack beschichteten Folie von der betreffenden Glasscheibe werden also positiv beeinflusst, weil durch das beschriebene Additiv (E), welches als Dispergiermittel wirkt, eine besonders glatte und porenfreie Oberfläche der aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung mit hohem Glanz zur Verfügung gestellt wird.
Als weiteres Additiv (F) für die Lösung (A, B, C) empfiehlt die Erfindung den optionalen Zusatz eines so genannten Lichtstabilisators (F). Ein solcher Lichtstabilisator dient im Wesentlichen dazu, den hergestellten Lack hinsichtlich seiner Lichtempfindlichkeit zu stabilisieren und auch für eine dauerhafte Ertüchtigung gegenüber Witterungseinflüssen zu sorgen. Hier haben sich Additive (F) auf Acrylbasis, beispielsweise Acrylharze oder auch Polyurethane als besonders günstig erwiesen. Allgemein sorgen die betreffenden Kunstharze dafür, dass die Beschichtung nach ihrer Aushärtung dauerhaft haltbar und fest ist und bleibt. Außerdem wird eine gute Optik, ein guter Glanz und eine hohe Witterungsbeständigkeit beobachtet.
In diesem Zusammenhang können Ein- und Zweikomponenten-Polyurethane zum Einsatz kommen. Die Acrylate bzw. Acrylharze können photoinitiiert härtend ausgelegt sein, bei welchen die radikalische Polymerisation also durch UV- oder sichtbares Licht erfolgt. Auch thermisch härtende Acrylharze sind denkbar und können eingesetzt werden.
Bei dem photochromen und in die Lösung eingebauten Farbstoff (H) handelt es sich um einen solchen, der auf Bestrahlung mit UV-Licht mit einer reversiblen Farbtonänderung reagiert. Das UV-Licht liegt überwiegend als Bestandteil des Sonnenlichtes vor, kann aber auch im Rahmen von so genanntem Schwarzlicht für die beschriebene reversible Farbtonänderung sorgen. Tatsächlich verändert das auf den photochromen Farbstoff auftreffende UV-Licht die chemische Struktur des betreffenden Farbstoffes und damit sein Absorptionsverhalten.
Im Regelfall wird der photochrome Farbstoff (H) als Pulver oder auch Kunststoffgranulat der Lösung (A, B, C) hinzugegeben. Um an dieser Stelle eine gewünschte homogene Mischung und Aufschwemmung der Pigmente in der Lösung zu ermöglichen, erfolgt die Zugabe des photochromen Farbstoffes (H) unter gleichzeitigem Rühren der betreffenden Lösung (A, B, C). Außerdem findet sich in der Lösung vorteilhafterweise das als Dispergiermittel wirkende Additiv (E), welches auf Basis eines insbesondere silikonmodifizierten Polyacrylates hergestellt wird und für eine gleichmäßige Verteilung der einzelnen Pigmente in der Lösung sorgt.
Die fraglichen photochromen Farbstoffe (H) sind in verschiedenen Farbtönen erhältlich, so dass sich die Farbe der solchermaßen produzierten Beschichtungszusammensetzung bzw. des polymeren Lacks individuell einstellen lässt. Man beobachtet den Effekt der Photochromie sowohl bei anorganischen als auch organischen Verbindungen. Dieser äußert sich in einer durch sichtbares oder ultraviolettes Licht hervorgerufenen reversiblen Umwandlung des entsprechenden Stoffes in einen anderen, der sich von der Ausgangsverbindung durch seine Farbe (sein Absorptionsspektrum) unterscheidet. Die so genannte Rückreaktion wird durch Licht anderer Wellenlänge oder durch Wärme ausgelöst. Sie kann spontan erfolgen. Das ist seit langem bekannt, wozu beispielsweise auf "Römpp, Chemielexikon, Stuttgart/New York, 1991, Band 4, Seite 3403 verwiesen sei.
Im Rahmen der DE 196 43 773 A1 wird die Verwendung von UV-sensitiven photochromen Spirooxazin-Verbindungen beschrieben. Solche Verbindungen können auch im Rahmen der Erfindung als photochrome Farbstoffe Anwendung finden. Bei organischen photochromen Farbstoffen ist es bekannt, dass diese mit der Zeit ermüden und insbesondere durch Oxidation zerstört werden. In diesem Zusammenhang kennt man die so genannte Zyklenzahl als wichtige Kenngröße, mit deren Hilfe photochrome Farbstoffe (H) oder auch hieraus hergestellte Verbindungen charakterisiert werden. So gibt beispielsweise der Z₅₀-Wert an, nach wie vielen Färbungs-/Entfärbungszyklen der anfängliche Absorptionswert auf die Hälfte zurückgegangen ist.
Es hat sich nun herausgestellt, dass der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte polymere Lack die Stabilität solcher photochromen Farbstoffe (H) oder allgemein photochromer Materialien deutlich verbessert, auch solcher auf organischer Basis. Tatsächlich werden selbst nach zwei Jahren intensiver und wechselnder Bestrahlung mit UV-Licht keine wesentlichen Änderungen des Absorptionsverhaltens beobachtet. Es kann also de facto kein Z₅₀-Wert angegeben werden bzw. dieser liegt sehr hoch und dürfte mehrere 10 000 Zyklen betragen.
Dabei ist es ergänzend von besonderer Bedeutung, dass der Lösung (A, B, C) zusätzlich ein UV-Absorber (G) als weiteres Additiv (G) hinzugefügt wird, welcher einerseits verhindert, dass die im fertigen Lack vorhandenen photochromen Farbstoffe (H) nicht durch Licht und insbesondere UV-Licht zersetzt werden und andererseits genügend UV-Licht durchlässt, um mit Hilfe des eingebetteten photochromen Farbstoffes (H) für die gewünschte reversible Farbtonänderung sorgen zu können. Der optional der Lösung zugefügte UV-Absorber (G) sorgt also für eine Stabilisierung der Lösung respektive des hergestellten Lacks. Als UV-Absorber (G) kommen so genannte Lichtschutzfiltersubstanzen zum Einsatz. Bei den im Rahmen der Erfindung eingesetzten UV-Absorbern (G) handelt es sich im Allgemeinen um solche auf Triazinbasis. Tatsächlich handelt es sich bei Triazinen um eine Stoffklasse chemischer Verbindungen, deren Grundstruktur ein aromatischer Heterozyklus ist. Im Regelfall kommt eine 1,3,5-Triazin-Verbindung zum Einsatz, bei welcher der Heterozyklus bzw. Sechsring aus jeweils drei abwechselnd angeordneten Kohlenstoff- und Stickstoffatomen besteht.
Die Fähigkeit solcher Triazinverbindungen auf ultraviolette Strahlungen reagieren zu können, ist seit langem bekannt, wozu nur beispielhaft auf die DE 1 184 761 verwiesen sei. Hierin wird die Verwendung von Triazinverbindungen zum Schützen höher molekularer organischer Stoffe gegen ultraviolette Strahlung beschrieben. Im Detail empfiehlt die Erfindung den Einsatz eines speziellen UV-Absorbers bzw. einer speziellen 1,3,5-Triazinverbindung. Tatsächlich kann beispielsweise ein flüssiger oder pulverförmiger Hydroxyphenyl-Triazin (HPT) UV-Absorber eingesetzt werden. Dieser verfügt über eine hohe Stabilität, eine ausgeprägte Umweltbeständigkeit und eignet sich besonders in Verbindung mit dem Einsatz der zuvor beschriebenen photochromen Farbstoffe (H).
Ausführungsbeispiel
Zunächst wird ein Lösungsmittel (A, B) als Lösungsmittelmischung aus Diacetonalkohol und 1,2-Propandiol hergestellt. Dabei werden ca. 40 Gew.-% des Lösungsmittels (A) bzw. des Diacetonalkohols mit ca. 44 Gew.-% des Lösungsmittels (B) bzw. 1,2-Propandiol im Beispielfall gemischt. Die Lösungsmittelmischung wird in einem Wasserbad auf ca. 60°C erwärmt. Anschließend wird ein Bindemittel (C), im konkreten Beispielfall Methylmethacrylat, zugegeben, und zwar in einer Menge von ca. 11 Gew.-%. Dies geschieht unter ständigem Rühren der solchermaßen hergestellten Lösung (A, B, C) mit einem Rührkörper. Bei dem Rührkörper mag es sich um eine Zahnscheibe handeln. Diese verfügt im Beispielfall über einen Durchmesser von 70 mm und rotiert bei ca. 4000 bis 5000 Umdrehungen/min. Der Rührvorgang wird für etwa eine Stunde ausgeführt.
Nach dem Abkühlen der Lösung (A, B, C) werden verschiedene Additive hinzugefügt, und zwar das Additiv (D) zur Verringerung der Oberflächenspannung, konkret Polydimethylsiloxan zu 0,3 Gew.-%. Außerdem wird ein weiteres Additiv (E) als Dispergiermittel der Lösung unter Rühren hinzugefügt. Hierbei handelt es sich um Polyacrylat in einer Menge von ca. 3 Gew.-%.
Der solchermaßen hergestellten Lösung wird unter weiterem Rühren der angesprochene Lichtstabilisator (F) hinzugefügt. Konkret handelt es sich hierbei um Acrylharz in einer Menge von ca. 0,5 Gew.-%. Schlussendlich wird der Lösung der UV-Absorber (G) unter weiterem Rühren zugemischt, und zwar in einer Menge von ca. 1 Gew.-%. Dabei kommt als UV-Absorber (G) Hydroxyphenyl-Triacin in flüssiger Form zum Einsatz.
Die solchermaßen hergestellte Lösung (A, B, C, D, E, F, G) ist unter ständigem Rühren nach ca. 1 Stunde fertig. Das heißt, der Lack benötigt eine Herstellungszeit in dem angegebenen Rahmen von ca. 1 Stunde. Abschließend wird der photochrome Farbstoff (H) der Lösung respektive dem Lack hinzugegeben. Hierbei kann es sich um einen solchen handeln, wie er in der zuvor bereits in Bezug genommenen DE 196 43 773 A1 beschrieben worden ist. Seine Menge beträgt 0,2 Gew.-%. Der photochrome Farbstoff (H) wird unter erneutem bzw. fortgeführtem Rühren der Lösung (A, B, C, D, E, F, G) hinzugegeben. Der Rührvorgang wird dann noch für ca. 8 bis 12 Stunden fortgeführt. Danach ist der erfindungsgemäße Lack bzw. die Beschichtungszusammensetzung fertig und kann gelagert oder unmittelbar auf das gewünschte Substrat aufgetragen werden.
Anwendungsbeispiel:
Der solchermaßen hergestellte und mit dem photochromen Farbstoff (H) ausgerüstete polymere Acryllack wird anschließend auf ein zugehöriges Substrat aufgetragen und härtet aus. Das Auftragen des Lacks unter Einschluss des photochromen Farbstoffes (H) bzw. entsprechend wirkender Pigmente kann unter Rückgriff auf übliche Beschichtungsmethoden erfolgen. Beispielsweise lässt sich der Lack aufrollen, aufspritzen, fluten, aufstreichen etc. Durch den Zusatz des die Oberflächenspannung verringernden Additives (D) ist in der Regel eine Vorbehandlung der Substratoberfläche nicht erforderlich, weil sich der fragliche Lack flächendeckend auf die Oberfläche auflegt und hierauf verteilt. Gleichwohl kann natürlich die zu behandelnde Oberfläche aufgeraut werden, insbesondere dann, wenn herkömmliche Kunststoffoberflächen beschichtet werden sollen. Tatsächlich lassen sich Kunststoffoberflächen auf Polycarbonatbasis (PC) ebenso wie solche auf Basis von PMMA (Polymethylmethacrylat) problemlos beschichten. Sofern erforderlich, können die Kunststoffoberflächen durch eine Koronaentladung oder andere physikalische Methoden aufgeraut werden.
Außerdem lässt sich die erfindungsgemäß aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung bzw. der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Lack durch einen weiteren Lackauftrag veredeln. Denkbar ist es, einen zusätzlichen Kratzfestlack, Antibeschlaglack etc. aufzubringen, um eine stabile Oberfläche gegen äußere Einflüsse zur Verfügung zu stellen.
In jedem Fall wird ein besonders schnelles Schaltverhalten des eingebetteten photochromen Farbstoffes (H) beobachtet. Der Vorgang des Transmissionswechsels ist reversibel, das heißt die Beschichtungszusammensetzung verfügt über eine reversible Farbtonänderung. Bei fehlender UV-Bestrahlung ist die Beschichtungszusammensetzung transparent und weist einen Transmissionsgrad von ca. 88% auf. Sobald der Lack mit UV-Licht bestrahlt wird, sinkt der Transmissionsgrad auf Werte von weniger als 30% innerhalb von Sekunden und auf unter 30% nach einer Minute. Nach 15 Minuten werden Transmissionsgrade von weniger als 20% beobachtet. Je nach dem, in welchem Spektralbereich der photochrome Farbstoff (H) reagiert, kann das gewünschte Absorptionsspektrum für die reversible Farbtonänderung eingestellt werden. Meistens wird man die Zugabe der photochromen Farbstoffe (H) so wählen, dass eine geeignete Absorption im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 750 nm liegt. Das heißt, sobald UV-Licht auf den erfindungsgemäßen Lack trifft, wird seine Transmission im fraglichen und relevanten Spektralbereich zwischen 400 nm und 750 nm von ursprünglich nahezu 90% auf weniger als 30% innerhalb von Sekunden verringert. Dadurch reagiert ein entsprechend beschichtetes Substrat unmittelbar auf Sonneneinstrahlung mit der gewünschten Transmissionsänderung und Verfärbung. Sobald die UV-Bestrahlung wegfällt wird der ursprüngliche Transmissionsgrad von ca. 80% und mehr in wenigen Sekunden (wieder) erreicht.
Bei dem Substrat kann es sich um grundsätzlich jedwedes transparente Material handeln. Dabei ist nicht nur die Beschichtung von Kunststoffen denkbar, wie sie bereits zuvor beschrieben wurde. Auch Kunststofffolien oder sogar Glasscheiben können entsprechend beschichtet werden. Außerdem hat sich herausgestellt, dass selbst nachträgliche Bearbeitungen möglich sind. Das gilt beispielsweise für die Beschichtung von Polycarbonat oder auch PMMA, auf welche der fragliche Lack ohne Vorbehandlung aufgetragen werden kann. Außerdem ist ohne eine zusätzliche Lackschicht die erforderliche Haftung und Kratzfestigkeit gegeben. Das gilt selbst dann, wenn das auf diese Weise beschichtete Kunststoffteil einen anschließenden Verformungsvorgang oder eine Umformung im Rahmen beispielsweise eines Tiefziehvorganges erfährt. Dieser Umstand lässt sich auf eine besonders geglückte Anpassung des erfindungsgemäßen Lacks an das Wärmedehnungsverhalten bzw. das Dehnungsverhalten des solchermaßen beschichteten Kunststoffes zurückführen.
Messergebnisse:
Durchgeführte Versuche haben gezeigt, dass die Schaltgeschwindigkeit der in den erfindungsgemäßen Lack eingebetteten photochromen Farbstoffe (H) im Sinne von transparent/opak oder durchsichtig nahezu undurchlässig nicht gegenüber der Schaltgeschwindigkeit der Pigmente in unbehandeltem Zustand abweicht.
Tatsächlich wurde der erfindungsgemäße Lack als Beschichtungszusammensetzung in einer Schichtdicke von ca. 50 μm bis 100 μm auf Polycarbonat als Substrat bzw. Trägermaterial aufgebracht. Vor Beginn der UV-Bestrahlung betrug die Transmission ca. 88%. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur (ca. 23°C) durchgeführt. Das Anregungslicht für die anschließende UV-Strahlung trifft mit einer Leistung von ca. 30 W/dm² auf die solchermaßen gestaltete Probe auf.
Beginnend mit einem Transmissionsgrad von ca. 88% werden nach 1 min Bestrahlung mit dem zuvor erwähnten Anregungslicht der Wellenlänge 280 nm Transmissionsgrade von ca. 25% beobachtet. Nach 15 min Belichtung fällt die Transmission auf ca. 18%. In weiteren Messungen konnte festgestellt werden, dass sich die Schaltstabilität selbst nach einem Zeitraum von 2 Jahren nicht geändert hat und auch das Absorptionsverhalten wie zuvor beschrieben im Wesentlichen konstant geblieben ist.
Da der erfindungsgemäße Lack mit üblichen Beschichtungstechniken auf das Substrat aufgebracht werden kann, lassen sich praktisch sämtliche Geometrien einer zu beschichtenden Fläche beherrschen. Dadurch können völlig neue Anwendungsfälle für einen Sonnenschutz oder UV-Schutz erschlossen werden.
Das Aushärten des auf das Substrat aufgebrachten Lacks geschieht entweder durch eine so genannte Lufttrocknung über eine Dauer von beispielsweise 24 Std. oder auch durch eine Ofentrocknung. Grundsätzlich kann auch mit einer Infrarotstrahlenheizung gearbeitet werden, mit deren Hilfe der Lack bei einer Temperatur von ca. 150°C schon innerhalb einer Minute oder weniger aushärtet.
Die zur Lackherstellung bzw. Realisierung der Beschichtungszusammensetzung eingesetzten Grundmaterialien sind insgesamt weder umweltschädlich noch toxisch, so dass eine besondere Umweltverträglichkeit gegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005042002 A1 [0002]
WO 03/018696 A1 [0003]
DE 19643773 A1 [0022, 0029]
DE 1184761 [0025]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Römpp, Chemielexikon, Stuttgart/New York, 1991, Band 4, Seite 3403 [0021]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung mit reversibler Farbtonänderung für die UV-Licht absorbierende Ausrüstung von Substraten auf Basis eines polymeren Lacks mit folgenden Verfahrensschritten: 1.1) ein Lösungsmittel (A, B) wird mit einem Bindemittel (C) auf Acrylatbasis versetzt; 1.2) der Lösung (A, B, C) wird ein photochromer Farbstoff (H) hinzugegeben; 1.3) der solchermaßen hergestellte Lack wird auf das Substrat aufgetragen und härtet aus.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel (A, B) ein solches auf Alkoholbasis eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Lösungsmittel (A, B) um eine Lösungsmittelmischung aus unterschiedlichen Alkoholen, beispielsweise Diacetonalkohol und 1,2-Propandiol, handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel (C) auf Acrylatbasis ein pulverförmiger Klebstoff, beispielsweise Methylmethacrylat-Klebstoff, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösung (A, B, C) vor Zugabe des photochromen Farbstoffes (H) zumindest ein Additiv (D, E, F, G) hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv (D) die Oberflächenspannung der Lösung (A, B, C) und folglich auch des daraus hergestellten Lacks verringert.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv (D) zur Verringerung der Oberflächenspannung ein anorganisches Polymer auf Siliciumbasis eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Additiv (E) als Dispergiermittel der Lösung (A, B, C) vor Zugabe des photochromen Farbstoffes (H) zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösung (A, B, C) ein Lichtstabilisator (F) als weiteres Additiv (F) hinzugefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein UV-Absorber (G) als Additiv (G) hinzugefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lösung wie folgt zusammensetzt: 15.1) Ca. 70 Gew.-% bis 90 Gew.-% des Lösungsmittels (A, B); 15.2) ca. 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% des Bindemittels (C) und 15.3) ca. 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% des photochromen Farbstoffes (H).