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Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein strahlenhärtbares Lacksystem auf (Meth)Acrylatbasis, umfassend eine Lackkomponente auf (Meth)Acrylatbasis; ein fluoriertes Monomer, Oligomer oder Polymer als Additiv; ein Siloxan-Monomor, Oligomer oder Polymer als Additiv; und Lösungsmittel und/oder Reaktivverdünner. In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer strahlengehärteten (Meth)Acrylatlackbeschichtung zur Ausbildung einer Oberfläche auf einen Artikel bereitgestellt. Schließlich werden entsprechend beschichtete Artikel sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren Lacksystems beschrieben.
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Stand der Technik
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Auf optischen Oberflächen bilden Staub, Schmutz und andere Verunreinigungen, die sich durch die Umgebung ergeben, auf diesen Oberflächen unerwünschte Verschmutzungen aus, die entfernt werden müssen. Auch das Vorhandensein von Fluiden, wie Regentropfen oder Kondensate durch Feuchtigkeit, wie Nebel, verschlechtern die Eigenschaften dieser optischen Oberflächen z. B. im Fahrzeugbereich, wo u. a. Scheinwerfer oder Sensoren der immer weiter fortschreitenden Automatisierung optische Oberflächen benötigen.
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Insbesondere bei solchen, die zumindest teilweise transparent sind, sind solche Verschmutzungen an der äußeren Oberfläche ein Problem. Verschmutzte Frontscheinwerfer werden als Sicherheitsrisiko durch die Versicherer und die Industrie angesehen und entsprechende Gegenmaßnahmen sind notwendig. Für Scheinwerfer aber auch Sensoren und Kameras, wie sie z. B. in Fahrzeugen verbaut sind, ist die Sichtbarkeit allerdings wesentlich. Entsprechend wird versucht, diese Oberflächen mithilfe von Reinigungssystemen verschmutzungsarm bzw. verschmutzungsfrei zu halten. Allerdings ergibt sich daraus, dass weitere Bauteile z. B. in das Fahrzeug aufgenommen werden müssen, die sowohl zusätzliches Gewicht darstellen, als auch Platz beanspruchen. Dies widerspricht den Anforderungen z. B. in der Automobilindustrie, die CO2 Emission zu reduzieren. Solche mechanischen Reinigungssystems sind außerdem nicht immer wirkungsvoll, insbesondere bei kleinen Oberflächen und bei nicht planaren Oberflächen, insbesondere solche mit Hinterschneidungen. Alternativ zu diesen mechanischen Reinigungssystemen gibt es verschiedene Beschichtungen auf dem Markt, die ein Anhaften des Schmutzes und anderer Umwelteinflüsse an die Oberfläche verringern sollen, um einerseits die Anhaftung zu reduzieren und andererseits bei Anhaftung deren Entfernung zu verbessern. Verschiedene Antibeschlagbeschichtungen wurden vorgeschlagen, z. B. Beschichtungen, die sehr oleophob sind und auf die sich Ablagerungen nicht permanent anheften. Weiterhin gibt es Beschichtungen, die ein Zerkratzen von transparenten Oberflächen, z. B. bei Fahrzeugen, aber auch Mobiltelefonen, Fernsehgeräten und anderen technischen Geräten, verringern sollen, z. B. dass Fingerabdrücke weniger sichtbar sind, Staub sich weniger anlagert oder einfacher entfernbar sind.
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Allerdings ist ein Problem der heute auf dem Markt befindlichen Lösungen meist, dass sie nach relativ kurzer Zeit nach Aussetzen einer Bewitterung oder ähnlichen Einflüssen ihre Eigenschaften verlieren und daher insbesondere für Einsätze im Außenbereich nicht geeignet sind.
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Gerade in der Automobilindustrie ist ein Einsatz dieser Bauteile oder Artikel mit Kontakt zum Außenbereich aber zwingend, so dass auf dem Markt befindliche Beschichtungen und Beschichtungssysteme, meist auf Lackbasis, nicht zur Beschichtung von optischen Oberflächen geeignet sind. Gerade die Automobilindustrie fordert aber Lösungen, die sicherstellen, dass diese optischen Oberflächen über einen langen Zeitraum schmutzfrei bleiben und darüber hinaus eine verbesserte Beständigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit, aufweist. Dies gilt insbesondere auch für die optischen Oberflächen von Sensoren und Kameras, da ein autonomes Fahren von Fahrzeugen, solche Sensoren und Kameras erfordern.
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Es ist bekannt Oberflächeneigenschaften von Substraten mithilfe von Kunststoffbeschichtungen gezielt zu verändern. Diese Kunststoffbeschichtungen werden auch als Lacke oder Filme bezeichnet. Die im Folgenden auch als Polymerlacke bzw. Einfachlacke bezeichneten Beschichtungen sind häufig nach dem Auftrag gehärtete Beschichtungen, die unter anderem Epoxide, Polyurethane, Polyacrylate, gemischte Systeme, wie Isocyanat gehärtete Hydroxyacrylate, Polycarbonate und dergleichen enthalten können. Die Härtung erfolgt meist thermisch oder durch Strahlung. Diese Polymerlacke sollen einerseits die Verschmutzung verringern, andererseits die Kratzbeständigkeit dieser Oberflächen verbessern. Die Oberflächen einschließlich optischen Oberflächen sollen dabei kratzfeste Beschichtungen auf z. B. relativ weichen Kunststoffen, wie PolymethylMeth(Acrylat), UV-Schutzbeschichtungen und Antischlagbeschichtungen (beispielsweise für Instrumentenabdeckungen, optische Oberflächen bei Fahrzeugsensoren und Fahrzeugscheinwerfern und anderen Artikeln) mit zumindest teilweise transparenten Oberflächen erlauben.
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Es besteht daher Bedarf, schmutzabweisende und kratzfeste Beschichtungen für optische Oberflächen, z. B. für Scheinwerfer und Sensoren, mit langer Haltbarkeit bereitzustellen. Solche beschichteten Oberflächen werden insbesondere in der Automobilindustrie gefordert. Diese Oberflächen sollen dabei eine Verminderung des Anschmutzverhaltens, verbesserte Reinigbarkeit, insbesondere aber eine Langzeitbeständigkeit im Außenbereich bei guter Transparenz aufzeigen. Die gute Transparenz erfordert insbesondere auch eine hohe Kratzbeständigkeit.
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Bisherige Lösungen mit Hartbeschichtungen, die eine gute Kratzbeständigkeit aufweisen, erfüllen nicht die Anforderungen in Bezug auf das Anschmutzverhalten.
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Es besteht daher ein Bedürfnis nach Lacksystemen, die insbesondere für optische Oberflächen geeignet sind, um diese mit verbesserter Kratzbeständigkeit und geringem Anschmutzverhalten und somit insgesamt einer verbesserter Reinigbarkeit zu versehen, wobei gleichzeitig eine Langzeitbeständigkeit dieser Beschichtung, insbesondere gegenüber einer Außenbewitterung, gegeben ist.
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Substrate mit Antischlagbeschichtungen und entsprechende Herstellungsverfahren sowie Bauteile sind im Stand der Technik beschrieben. So beschreibt die
DE 10 2013 004 925 B4 entsprechende Verfahren und Bauteile, bei denen ein Lacksystem mit Polymerlack als Grundkomponente und Antibeschlagadditiv bereitgestellt wird.
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Kratzfeste und flexible UV-Harze mit Hart- und Weichfasen sind im Stand der Technik beschrieben, so werden z. B. entsprechende Lacksysteme zur UV-Lackierung im Automobilbereich zur Erhöhung der Kratzfestigkeit von Polycarbonat-Streuscheiben in Scheinwerfern genutzt. Gerade bei Scheinwerfern ist die Beständigkeit gegen Kratzer ein wichtiger Aspekt, Beschädigungen und damit optische Beeinträchtigungen, z. B. bei Reinigung der Fahrzeuge in Waschstraßen, spielen eine wichtige Rolle.
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Die
EP 2 650 337 A1 beschreibt flexible UV-härtbare Beschichtungszusammensetzungen mit einer multifunktionalen Acrylatmonomer-Komponente und einer aminoorganofunktionalen Silan-Komponente, organischen Lösungsmittel-Komponenten, einer Säure, einer kolloidalen Silica-Komponente und multifunktionalen Urethanacrylatoligomer-Komponente. Diese Beschichtungen erfüllen aber nicht die notwendigen Anforderungen an die Anschmutzbarkeit der Oberflächen.
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Beschreibung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von geeigneten, strahlenhärtbaren Lacksystemen, die schmutzabweisend und kratzbeständig als Beschichtungen für zumindest teilweise transparente Oberflächen, insbesondere im Außenbereich, geeignet sind.
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Dieses wird erfindungsgemäß mit einem strahlenhärtbaren Lacksystem nach Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung von einer Beschichtung auf einem Artikel gemäß Anspruch 12 gelöst sowie mit Artikeln nach Anspruch 18 umfassend das erfindungsgemäße strahlengehärtete Lacksystem. Die neue Verwendung dieses erfindungsgemäßen Lacksystems zur Beschichtung von Artikeln, insbesondere wenigstens teilweise optisch transparenten Artikeln, ist in Anspruch 21 beschrieben.
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An die Beschichtung werden dabei hohe Anforderungen in Bezug auf Langlebigkeit und Anschmutzverhalten gestellt, sie soll eine verbesserte Reinigbarkeit und Langzeitbeständigkeit gegenüber Außenbewitterung bei insbesondere transparenten Oberflächen aufweisen.
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Dieses wird erfindungsgemäß mit einem strahlenhärtbaren Lacksystem auf (Meth)Acrylatbasis, umfassend:
- - eine Lackkomponente auf (Meth)Acrylatbasis;
- - ein fluoriertes Monomer, Oligomer oder Polymer als Additiv;
- - ein Siloxan-Monomer, Oligomer oder Polymer als Additiv; und
- - Lösungsmittel und/oder Reaktivverdünner
erzielt.
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Es zeigte sich, dass das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem auf (Meth)Acrylatbasis eine Verminderung des Anschmutzverhaltens mit gleichzeitig verbesserter Reinigbarkeit ermöglicht. Darüber hinaus erlaubt dieses Lacksystem eine langzeitbeständige, kratzfeste aber auch biegbare und rissunempfindliche, dauerhafte Beschichtung für Oberflächen, insbesondere zumindest teilweise optisch transparente Oberflächen bereitzustellen.
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Das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem auf (Meth)Acrylatbasis ist dabei in einer Ausführungsform eines, wobei die Lackkomponente auf (Meth)Acrylatbasis eine ist auf Polyurethan-(Meth)Acrylatbasis. Das Lacksystem ist somit ein strahlenhärtbares Lacksystem auf Polyurethan-(Meth)Acrylatbasis.
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In einer Ausführungsform ist dabei das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem auf (Meth)Acrylatbasis eines, wobei die Lackkomponente eine ist mit einem ersten Anteil mit hochfunktionalisierter (Meth)Acrylatbasis, insbesondere hochfunktionalisierter Polyurethan-(Meth)Acrylatbasis. Ein solches hochfunktionalisiertes (Meth)Acrylat, insbesondere ein Polyurethan-(Meth)Acrylat weist eine Funktionalität von 6 - 10 auf.
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Unter dem Ausdruck „Funktionalität“ wird vorliegend die Zahl der Bindungen verstanden, die ein Monomer bzw. dessen Wiederholeinheit in einem Polymer zu anderen Monomeren eingeht. Im Falle eines hochfunktionalisierten P-Acrylats als Oligomer, wie das hier verwendete Ebecryl, weist das Oligomer als Einheit eine entsprechende Funktionalität auf.
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Eine zweite Komponente ist eine Lackkomponente auf (Meth)Acrylatbasis, insbesondere Polyurethan-(Meth)Acrylatbasis, insbesondere Polyurethan-(Meth)Acrylatbasis mit geringer Funktionalität, die eine Funktionalität von 1 - 5 aufweist.
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Beispielhafte Verbindungen hiervon sind: aliphatische, hochfunktionale und niederfunktionale Urethan(Meth)acrylate, z. B. Ebecryl von Allnex.
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Ziel der Entwicklung des erfindungsgemäßen, strahlenhärtbaren Lacksystems ist die Bereitstellung von Beschichtungen, die eine Verbesserung der Reinigung erlauben, z. B. durch Senken der Oberflächenenergie, wie es durch Beschichten solcher Oberflächen erreicht wird. Insbesondere für Kunststoffoberflächen wie solchen aus Polycarbonat, PMMA (Polymethyl(meth)acrylat), SMMA (Styrol-Methyl(meth)acrylat) oder Polyester als Oberflächen, insbesondere zumindest teilweise optisch transparente Oberflächen.
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Im Gegensatz zu den Beschichtungen aus dem Stand der Technik, die meist nicht länger als 6 Monate unter realen Umweltbedingungen ihre Antiverschmutzungseigenschaften aufzeigen, erlaubt das erfindungsgemäße, strahlenhärtbare Lacksystem die Ausbildung von Beschichtungen, die sowohl ein vermindertes Anschmutzverhalten als auch eine hohe Kratzbeständigkeit über einen längeren Zeitraum von mindestens einem Jahr erlauben.
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Durch Kombination von fluoriertem Monomer, Oligomer oder Polymer als Additiv mit einem Additiv auf Siloxan-Monomer-, Oligomer- oder Polymer-Basis mit der Lackkomponente auf (Meth)acrylatbasis, insbesondere auf Polyurethan-(Meth)Acrylatbasis ist es möglich, diese Beständigkeit gegenüber sowohl Anschmutzverhalten als auch Kratzfestigkeit und insbesondere Biegsamkeit bei gleichzeitiger Verringerung des Rissverhaltens zu erzielen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das fluorierte Monomer, Oligomer oder Polymer Additiv eines, das ein fluoriertes Polyurethan-(Meth)Acrylat Oligomer ist. Diese Oligomere erlauben eine besonders gute Anbindung an die weiteren Komponenten des erfindungsgemäßen, strahlenhärtbaren Lacksystems, insbesondere, da die Lackkomponente eine ist auf Methacrylatbasis, insbesondere Polyurethan(Meth)Acrylatbasis. Dieses fluorierte Monomer, Oligomer oder Polymer Additiv verbessert die Hydrophobie und Oligophobie der mit dem strahlenhärtbaren Lacksystem erhältlichen Beschichtung und erlaubt somit eine Verminderung des Anschmutzverhaltens.
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Überraschend zeigte sich nun, dass eine Kombination hiervon mit Siloxan-Monomer, -Oligomer oder -Polymer als Additiv neben der Verminderung des Anschmutzverhaltens, hervorgerufen durch das fluorbasierte Additiv, auch eine Verbesserung der Langzeitbeständigkeit, nämlich der Kratzbeständigkeit und Rissunempfindlichkeit bereitstellt. In einer Ausführungsform sind die Silikon-basierten Additive, d. h. die Siloxan-Monomer, - Oligomer oder -Polymer-Additive Oligomere, insbesondere Oligomere auf (Meth)Acrylatbasis, wie Oligomere von Siloxan-Polyurethan-(Meth)Acrylat.
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Geeignete Silikon-basierte Additive erlauben eine Co-Polymerisation mit der Lackkomponente und dem fluorbasierten Additiv.
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Es wird dabei davon ausgegangen, dass bei Aushärten bzw. Auspolymerisieren, das strahlenhärtbare Lacksystem gemäß der vorliegenden Erfindung in der Beschichtung selbst verschiedene Bereiche ausbildet. So wird davon ausgegangen, dass der oberste Bereich dieser Beschichtung, die Außenoberfläche, insbesondere einen höheren Anteil des fluorbasierten Additivs aufweist, während in dem darunter liegenden Bereich die Siloxan (Silikon)-basierten Additive in Kombination mit der Lackkomponente vorliegen.
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Das in dem erfindungsgemäßen, strahlenhärtbaren Lacksystem vorliegende Lösungsmittel und/oder der Reaktivverdünner sind in einer Ausführungsform mindestens ein Lösungsmittel einer Mischung von zwei Alkoholen, insbesondere eine Kombination von Methoxy-Propanol und Ethanol. Andere geeignete Lösungsmittel auf Alkoholbasis sind beispielsweise Propanol oder Ethylenglykolbutylether.
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Das erfindungsgemäße Lacksystem kann weiterhin ein Lösungsmittel eines Esters, wie Ethylacetat aufweisen. Solche Ester, wie Ethylacetat, erlauben eine bessere Verbindung der Beschichtung mit der zu beschichtenden Oberfläche des Artikels.
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Unter dem Ausdruck „Reaktivverdünner“ werden vorliegend Komponente oder Stoffe verstanden, die die Viskosität eines Lackes für die Verarbeitung herabsetzen und bei der anschließenden Härtung des Lackes durch Copolymerisation Teil des Lackes werden. Geeignete Reaktivverdünner schließen 1,6-Hexandiodiacrylat oder Trimethylolpropantriacrylat ein.
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Neben den genannten Komponenten kann das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem weitere übliche Inhaltsstoffe aufweisen, wie UV-Absorber und UV-Stabilisator. Geeignete Komponenten schließen auch UV-Stabilisatoren wie HALS ein. Geeignete UV-Absorber sind bekannte UV-Absorber, wie z. B. Hostavin von Clariant.
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Das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem weist weiterhin in einer Ausführungsform entsprechende Fotoinitiatoren auf, die nach Anregung durch UV-Licht die Aushärtung des Lacksystems initiieren. Geeignete Fotoinitiatoren schließen beispielsweise 1-Hydroxycyclohexylphenylketon ein.
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In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem auf (Meth)Acrylatbasis eines, wobei der Anteil an Lackkomponente auf (Meth)Acrylatbasis bei 15 bis 30 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge des Lacksystems liegt und/oder die Menge an Lösungsmitteln und/oder Reaktionsverdünner bei 50 bis 80 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge des Lacksystems liegt.
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In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem auf Methacrylatbasis dabei:
- - 15 Gew.% bis 30 Gew.% einer Mischung eines hochfunktionalisierten Polyurethan(Meth)Acrylharzes und eines geringfunktionalisierten Polyurethan(Meth)Acrylharzes;
- - 50 Gew.% bis 80Gew.% Lösungsmittel umfassend Mischungen aus Alkoholen und Estern, bevorzugt umfassend Ethylacetat, Methoxypropanol und Ethanol, sowie Reaktivverdünner;
- - 1 Gew.% bis 5 Gew.% eines UV-Absorbers;
- - 0,1 Gew.% bis 5 Gew.% eines UV-Stabilisators;
- - 0,5 Gew.% bis 5 Gew.% eines Fotoinitiators;
- - 0,01 Gew.% bis 5 Gew.% eines fluorierten Monomer, Oligomer oder Polymer als Additivs;
- - 0,01 Gew.% bis 5 Gew.% eines Siloxan- Monomer, Oligomer oder Polymer als Additivs;
- - 0 Gew.% bis 10 Gew.% eines Haftvermittlers.
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In einer Ausführungsform ist es dabei bevorzugt, dass das fluorierte Monomer-Oligomer oder Polymer als Additiv in einer Menge zwischen 0,01 Gew.% bis 5 Gew.%, wie 0,05 bis 3 Gew.% z. B. 0,07 bis 2 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge des Lacksystems vorliegt.
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Das Siloxan-Additiv, insbesondere in Form des Siloxan-Monomer, -Oligomer oder -Polymer auf (Meth)Acrylatbasis, wie Polyurethan-(Meth)Acrylatbasis, liegt in einem Bereich von 0,01 Gew.% bis 5 Gew.%, wie 0,1 bis 4 Gew.%, z. B. 0,25 Gew.% bis 3 Gew.% bezogen auf die Gesamtmenge des Lacksystems vor. In einer Ausführungsform liegt dabei das Verhältnis von Siloxan-Additiv zu fluoriertem Additiv in einem Bereich von 1:2 bis 3:1 bezogen auf Gewichtsprozent.
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UV-Absorber, UV-Stabilisator und Fotoinitiator, wenn vorhanden, werden in üblichen Mengen eingesetzt, dem Fachmann sind diese entsprechenden Mengen bekannt.
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In einer Ausführungsform ist das Lösungsmittel eines aus einem Gemisch aus Methoxypropanol, Ethanol und Ethylacetat, dabei sind die Anteile von Methoxypropanol größer als die Anteile des Ethanols, die Anteile des Ethanols sind größer als die Anteile des Ethylacetats.
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Z. B. sind die Anteile Methoxypropanol zu Ethanol in einem Bereich von 1,1:1 bis 5:1 und die Anteile von Ethanol zu Ethylacetat in einem Bereich von 1,1:1 bis 5:1.
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Das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem kann zusätzlich einen Haftvermittler beinhalten. Solche Haftvermittler schließen Aminosilane ein.
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Lacksysteme mit höheren Lösungsmittelanteilen erlauben ein Fluten und den Erhalt von Beschichtungen geringerer Dicke.
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In einer Ausführungsform kann das Lacksystem weiterhin Nanopartikel aufweisen.
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In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer bevorzugt biegbaren und bevorzugt rissunempfindlichen strahlengehärteten (Meth)Acrylatlackbeschichtung zur dauerhaften Ausbildung einer Oberfläche dar, insbesondere einer verschmutzungsabweisenden und kratzbeständigen Oberfläche, mit bevorzugt Chemikalien- und UV-beständigen Eigenschaften, auf einem Artikel, umfassend:
- - Vermischen der Komponenten des strahlenhärtbaren Lacksystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
- - Aufbringen dieses Lacksystems bei einer Temperatur von 10°C bis 30°C auf den Artikel;
- - Erwärmen des beschichteten Artikels zum Abdampfen des Lösungsmittels ohne UV-Einstrahlung, insbesondere unter UV-Schutz, insbesondere ein Erwärmen auf 25°C bis 60°C;
- - Strahlenvernetzen des Lacksystems auf dem Artikel durch UV-Härtung.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Bereitstellung von dauerhaften Beschichtungen als Oberfläche eines Artikels mit hervorragenden Eigenschaften in Bezug auf Kratzbeständigkeit aber auch Anschmutzverhalten. Darüber hinaus erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von biegbaren und rissunempfindlichen Beschichtungen zur dauerhaften Ausbildung dieser Beschichtung als Oberfläche. Bevorzugt ist diese Oberfläche eine, die Chemikalien- und/oder UV-beständige Eigenschaften aufweist.
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Diese Beschichtungen können zumindest teilweise, wie vollständig auf mindestens einer Oberfläche des Artikels ausgebildet sein.
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Dabei wird in einem ersten Schritt das erfindungsgemäße strahlenhärtbare Lacksystem durch Vermischen der Komponenten bereitgestellt. Das Vermischen erfolgt dabei gemäß bekannter Verfahren. Bevorzugt erfolgt das Vermischen unter UV-Schutz.
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Eine spezifische Reihenfolge der Vermischung der Einzelkomponenten ist nicht notwendig.
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Diese Mischung wird dann auf den zu beschichtenden Artikel aufgebracht. Das Aufbringen kann dabei ganz oder teilweise auf den Artikel oder das Substrat erfolgen. Das Aufbringen erfolgt dabei bei einer Temperatur von bevorzugt 10° C bis 30° C. Das Aufbringen erfolgt gemäß bekannter Verfahren. Diese Beschichtungsverfahren schließen ein Aufbringen des Lacksystems auf den Artikel durch Fluten, Sprühen, Tauchen, Schleudern, Rakeln oder Rolle-zu-Rolle. Je nach zu beschichtenden Artikeln wird ein Beschichtungsverfahren ausgewählt. Das Beschichten erfolgt dabei bevorzugt derart, dass keine UV-Einstrahlung, insbesondere unter UV-Schutz, das strahlenhärtbare Lacksystem auf den Artikel aufgebracht wird.
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In einem sich anschließenden Schritt wird das Lösungsmittel abgedampft. Dieses Abdampfen beinhaltet üblicherweise ein Erwärmen des beschichteten Artikels. Dieses Erwärmen ist eine Erhöhung der Temperatur während des Schritts des Aufbringens des erfindungsgemäßen strahlenhärtbaren Lacksystems und einem Abdampfschritt mit einem Erwärmen. Die Erwärmung ist insbesondere eine auf 25° C bis 60° C. Das Erwärmen kann in einer Ausführungsform langsam erfolgen, z.B. mit einer Temperaturänderung von maximal 3°C pro Minute, wie maximal 2°C pro Minute.
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Das heißt, ein Abdampfen oder Ablüften des Lösungsmittels kann bereits zum Aufbringen des Lacksystems stattfinden und z.B. bei einer ersten Temperatur, wie der Umgebungstemperatur während des Aufbringens für mindestens 2 min stattfinden, z.B. für maximal 24 Stunden, und anschließend bei Erwärmen, wie beschrieben.
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Während des Verdampfens des Lösungsmittels bildet sich die Beschichtung auf dem Artikel bzw. dem Substrat aus. Insbesondere ist diese Schicht eine funktionelle Polymerschicht mit mehreren Bereichen. In einem obersten Bereich, der die Oberfläche der Beschichtung nach außen ausbildet, finden sich insbesondere die fluorierten Additive zusammen mit der Lackkomponente auf (Meth)Acrylatbasis, inbesondere PU-(Meth)Acrylatbasis. Hieran anschließend ist ein Bereich, der insbesondere die Kratzbeständigkeit der Beschichtung vermittelt. In diesem Bereich sind gegenüber den anderen Bereichen die Siloxan-Monomer, Oligomer- oder Polymer Additive angereichert zusammen mit der Lackkomponente auf (Meth)Acrylatbasis, insbesondere PU-(Meth)Acrylatbasis.
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Während des Beschichtungsprozesses mit dem Abdampfen des Lösungsmittels bildet sich weiterhin bevorzugt eine Durchdringungsschicht, die auch als IPL-Schicht (intrapenetretion layer) bezeichnet wird. Diese Durchdringungsschicht ist eine Schicht, die in den zu beschichtenden Artikel eindringt, so dass ein Mischbereich der Komponenten des Beschichtungssystems und dem zu beschichtenden Artikel erfolgt. Dadurch wird eine bessere Anhaftung erreicht. Die Ausbildung der IPL wird z. B. durch entsprechende Lösungsmittel gefördert, wie Ethylacetat. Das Ethylacetat erlaubt z. B. die Oberfläche des Artikels bzw. Substrates anzuätzen, so dass das Lacksystem mit dem Substrat die IPL-Schicht ausbilden kann. Gleiche Effekte sind mit Reaktivverdünnern oder auch bei entsprechenden Bedingungen während des Härtungsprozesses möglich.
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In einer Ausführungsform ist dabei diese Durchdringungsschicht zwischen Beschichtung und dem zu beschichtenden Artikel 0,5 µm bis 3 µm dick, wie z. B. 1 µm. Die Beschichtung selbst ist in einer Ausführungsform dabei eine mit einer Schichtdicke von 5 bis 25 µm, wie 10 bis 15 µm. In einer Ausführungsform ist die Schichtdicke 10 bis 12 µm. Diese Schichtdicke schließt die Dicke der Durchdringungsschicht ein.
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Das Abdampfen bzw. Ablüften der Lösungsmittel erfolgt z. B. in einer Erwärmungseinrichtung, wie einem Ofen.
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Das Erwärmen zum Abdampfen des Lösungsmittels erfolgt dabei in einer Ausführungsform für mindestens 2 min, wie für mindestens 3 min. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Erwärmen für maximal 8 min, wie maximal 5 min. Insbesondere erfolgt das Erwärmen in einem Bereich von 2 bis 5 min. Dadurch wird die Durchdringungsschicht zwischen Beschichtung und zu beschichtendem Artikel bzw. Substrat besonders gut ausgebildet.
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Bei einer zu hohen Ablüfttemperatur kann eine Haze auftreten, z. B. bei einer Ablüfttemperatur von 80° C oder höher. Nach dem Abdampfen wird der beschichtete Artikel bzw. das beschichtete Substrat durch UV-Einstrahlung strahlenvernetzt. Diese UV-Einstrahlung, auch als UV-Härtung bezeichnet, erfolgt in einer Ausführungsform derart, dass der Energieeintrag mindestens 2000 mJ/cm2 aufweist, wie mindestens 3000 mJ/cm2 z. B. mindestens 4000 mJ/cm2, insbesondere mindestens 5000 mJ/cm2. Der Energieeintrag wird so gewählt, dass eine möglichst vollständige UV-Härtung erfolgt, um die Kratzbeständigkeit zu garantieren. Ein zu hoher Energieeintrag kann allerdings zu einer erhöhten Sprödigkeit des Lacksystems führen.
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Die UV-Härtung kann sich unmittelbar an dem Erwärmen zum Abdampfen des Lösungsmittels anschließen, so dass der beschichtete Artikel noch im erwärmten Zustand ist, das Strahlenvernetzen kann auch bei Raumtemperatur nach Abkühlen des beschichteten Artikels, z. B. während des Transportes von dem Ort der Erwärmung zum Ort des Strahlenvernetzens erfolgen.
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Die UV-Härtung kann z. B. mittels UV-Strahler, wie einer Quecksilberlampe erfolgen.
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Die so erfindungsgemäß erhaltene Beschichtung des Substrates zeichnet sich durch hohe Kratzbeständigkeit aus. Darüber hinaus ist das Anschmutzverhalten vermindert und die Beschichtung ist klar und transparent. Hierdurch wird eine verbesserte pixel- und effektfreie Beschichtung erreicht, die eine hervorragende Langzeitbeständigkeit aufweist.
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Das Substrat bzw. der Artikel selbst kann in einer Ausführungsform vorbehandelt sein, z. B. wird der Artikel bzw. das Substrat durch ionisierte Druckluft oder durch Plasmabehandlung vorbehandelt. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche des Artikelsmit geeigneten Fluiden, wie Alkoholen, z.B. Isopropanol gereinigt werden.
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In einem weiteren Aspekt wird ein erfindungsgemäß erhältlicher beschichteter Artikel bereitgestellt. Dieser zumindest teilweise beschichtete Artikel, Synonym im Folgenden auch als beschichtetes Substrat bezeichnet, erhältlich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, zeichnet sich durch schmutzabweisende und kratzfeste Beschichtung aus. Darüber hinaus weist sie eine gute Hydrolysebeständigkeit auf und ist bevorzugt weiterhin chemikalienbeständig und UV-beständig.
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Die erfindungsgemäß beschichteten Artikel und Substrate sind darüber hinaus dauerhaft beschichtet und beständig gegenüber Außenwitterung. Sie zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass sie bevorzugt eine hervorragende Biegbarkeit und Rissunempfindlichkeit aufweisen.
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Eine solche Biegbarkeit und Rissunempfindlichkeit ist insbesondere wichtig bei Artikeln, die während des Einbaues oder während der Benutzung unter Spannung stehen oder verbogen werden. Dies gilt insbesondere für Scheinwerfer oder Sensorabdeckungen wie auch für Leuchten. Hier ist die Biegbarkeit bei gleichzeitiger Rissunempfindlichkeit wesentlich, um eine hohe Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und Außenwitterung zu gewährleisten.
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In einem Aspekt ist der beschichtete Artikel einer, der im IR- und VIS-Spektrum zumindest teilweise optisch transparent ausgebildet ist. Insbesondere bei transparenten Abdeckungen von Scheinwerfern oder Sensoren ist die Beständigkeit und Biegbarkeit bei Rissunempfindlichkeit relevant.
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In einer Ausführungsform ist dabei der beschichtete Artikel eine optische Linse, ein Abdeckglas, Brillengläser, Prismen, eine Scheibe, ein Kunststoffartikel, insbesondere ein Scheinwerfer, eine Leuchte oder ein Sensor, Leuchtenteile, Kraftfahrzeugteile, oder Messgeräte sein.
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In einer Ausführungsform ist der beschichtete Artikel bzw. das beschichtete Substrat eines auf einem Kunststoffartikel bzw. Kunststoffsubstrat. Dieser Kunststoffartikel bzw. dieses Kunststoffsubstrat ist ausgebildet aus Polycarbonat, PMMA (Polymethylmethacrylat), SMMA (Styrolmethylmethacrylat), Polyester oder Mischungen hiervon. Insbesondere ist die beschichtete Oberfläche optisch transparent, insbesondere im IR- und VIS-Spektrum.
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In einer Ausführungsform handelt es sich um einen Scheinwerfer, insbesondere im Automobilbereich, in einer anderen Ausführungsform handelt es sich um Sensoren, insbesondere solche, die im Außenbereich eingesetzt werden. Diese Sensoren beinhalten optische Sensoren einschließlich Kameras.
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Schließlich stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung des bevorzugt biegbaren und bevorzugt rissunempfindlichen, strahlenhärtbaren Lacksystems gemäß der vorliegenden Erfindung zur Beschichtung wenigstens teilweise optisch transparenter Artikel aus Glas und/oder Kunststoff bereit. Diese Artikel bzw. Substrate sind insbesondere Scheinwerfer und Sensoren.
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Die erfindungsgemäße Verwendung eignet sich insbesondere als Beschichtung, die sowohl im Außenbereich als auch im Innenbereich eingesetzt wird.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.
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Lackzusammensetzung:
- Erfindungsgemäße Rezeptur
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Als Referenzbeschichtung wird ein UV härtender Hard Coat verwendet (UVHC 3000 K von Momentive).
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Bestimmung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften:
- Gemäß einer Norm aus dem Automobilbereich, TL211, wurden die Parameter bestimmt. Als weitere Prüfkriterien wurden die TL52437 für Scheinwerfer im Außenbereich sowie TL226 angewandt. Die Reinigungsfähigkeit über das Anhaftungsverfahren und die Reinigungsfähigkeit und Chemikalienbeständigkeit wurden mittels TL211 bestimmt. Die Witterungsbeständigkeit wurde nach PV1200 gemäß der TL 211 mit 20 Zyklen geprüft.
- In der folgenden Tabelle sind die genannten Normen, Kriterien und Spezifikationen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung genannt.
| Bestandteil | Hersteller/Vertrieb | Masse [g] |
| Ebecryl 8602 | Allnex | 16,5 |
| Ebecryl 4513 | Allnex | 5,5 |
| Methoxy-Propanol | CG Chemikalien | 43,11 |
| Ethanol | CG Chemikalien | 14,37 |
| Ethylacetat | Merck | 2,87 |
| 1,6-Hexandioldiacrylat | TCI | 6,6 |
| Hostavin | Clariant | 1,2 |
| HS 508 | Krahn Chemie | 0,4 |
| 1-Hydroxycyclohexyl Phenyl Keton | TCI | 2 |
| SFA 480 | Shin A&TC/Polygon | 0,074 |
| SUO S600NM | Shin A&TC/Polygon | 0,223 |
| Norm | Kriterium | Spezifikation |
| TL211 Tab.2 No.1 | Optik | Klare Schicht, visuelle Untersuchung |
| TL211 Tab.2 No.2 | Adhäsion, DIN EN ISO 2409 | Gitterschnitt-Test ≤ 1 |
| TL211 Tab.2 No.3 | Konstantes Kondensationsklima, DIN EN ISO 6270-2, 240h | Keine Ablösung, Adhäsion bei Gitterschnitt Test ≤ 1, keine Veränderung der Optik |
| TL211 Tab.2 No.4 | Klimazyklen, PV 1200, 20 Zyklen | keine Veränderung der Optik |
| TL211 Tab.2 No.5 | Temperaturveränderung 240h 90°C, 30 min RT, 24h - 40°C, 30 min RT | keine Veränderung der Optik |
| TL211 Tab.2 No.8 | Chemische Resistenz gegenüber Treibstoff, Isopropylalkohol., Schwefelsäure, Salzsäure, Wasser, Pancreatin, Baumharz, Transportschutzfolie | keine Veränderung der Optik |
| Oberflächenenergie (gemäß OWRK Verfahren) | Kontaktwinkelmessung gegen Wasser und Hexadekan | Kontaktwinkel Wasser >100°, Kontaktwinkel Hexadekan >50° |
| Reinigbarkeit (siehe unten) | Entfernen des Permanenmarkers Maxx 224 M red | Rückstandsfreies abwischen mit Baumwolltuch |
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Ein Vergleich erfolgte mit dem genannten kommerziellen Produkt UHVHC 3000K von Momentive.
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Reinigungsfähigkeit
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Die Reinigungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gegenüber dem o.g. kommerziellen Produkt ist in der 1 gezeigt.
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Hierzu wurde der Test wie folgt durchgeführt: Mittels Permanent Marker wird auf ein beschichtetes Substrat ein Strich ca 2 cm lang aufgetragen. Dieser wird 1 min bei RT getrocknet. Anschließend Reinigung des Substrates durch einmaliges Abwischen des Substrates mit einem Tuch.
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1: Testergebnisse des Reinigungsversuches mit UVHC 3000 K vor (a) und nach der Reinigung (d), nach Klimawechseltest (PV 1200, 20 Zyklen) (g), erfindungsgemäße Lackzusammensetzung vor (b) und nach der Reinigung (e), nach Klimawechseltest (PV 1200, 20 Zyklen) (h); erfindungsgemäße Zusammensetzung vor (c) und nach der Reinigung (f).
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Zur weiteren Validierung wurden die folgenden Tests durchgeführt:
Tabelle 2 Tests zur Validierung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
| Norm | Kriterium | Spezifikation |
| Schmutzanhaftung I | Entfernen von Baumharz | Rückstandsfrei |
| Schmutzanhaftung II | Entfernen des Standardschmutzes ECE R45 | Rückstandsfrei |
| TL 226 Tab. 3 No.3 | Kratzbeständigkeit | Keine Kratzer oder Erosion |
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Kratzbeständigkeit:
- In der 2 wird die Kratzbeständigkeit als Mikroskopaufnahme nach Klimatisierung mit 20 Zyklen nach PV1200 gezeigt. 2a zeigt die Kratzbeständigkeit der kommerziell erhältlichen Vergleichsbeschichtung, die 2b zeigt die Kratzbeständigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtung. In 2a ist eine Riffelbildung in der Kratzspur zu erkennen, während in 2b lediglich eine leichte Eindruckspur zu sehen ist.
- In der DIN EN ISO 1518 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Kratzbeständigkeit mit konstanter Last beschrieben. Dabei wird der Widerstand gegen das Eindringen einer Prüfspritze bestimmt. Das Verfahren kann alternativ als „Ja/Nein“-Prüfung mit nur einer festgelegten Last oder mit dem Ziel der Bestimmung einer Mindestlast, unter der die Prüfspitze die Beschichtung bis zum Substrat durchdringt, durchgeführt werden.
- In der 3 ist die Verschmutzung und Reinigungsfähigkeit gegenüber Harzen gezeigt. Die 3a, 3c und 3e zeigen die Entfernbarkeit bei kommerziellem Produkt während mit dem erfindungsgemäßen Produkt unter gleichen Bedingungen eine bessere Entfernung der Verschmutzung möglich ist, siehe 3b, 3d und 3f. Das Baumharz besteht aus einer 1:1 Mischung von Kolophonium und Pinienöl und wurde nach Auftragen für 4 h bei 80 °C getrocknet. Anschließend wurde zuerst trocken (3c, 3d) und dann mit Wasser abgewischt (3e, 3f).
- Schließlich wird in der 4 das Entfernern von einer getrockneten Schmutzsuspension ECE R45 dargestellt. 4a und 4b zeigen die Verschmutzung (4a) nach Trocknen und nach Reinigung bei dem kommerziellen Produkt (4b), die 4c und 4d zeigen die Ergebnisse mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung nach Auftragen (4c) und nach Trocknen und Reinigen mittels komprimierter Luft (4d).
- Deutlich sind die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Lacksystems zu erkennen. Dieses zeichnet sich durch ein vermindertes Anschutzverhalten und einer verbesserten Reinigbarkeit aus. Darüber hinaus besitzt es eine bessere Langzeitbeständigkeit bei Außenbewitterung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013004925 B4 [0010]
- EP 2650337 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 2409 [0075]
- DIN EN ISO 6270-2 [0075]
- DIN EN ISO 1518 [0081]
