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Die Erfindung betrifft ein flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Beim Innenausbau von Räumen werden häufig Verkleidungen, Möbel oder dergleichen mit Holzoberflächen, insbesondere Holzfurnieren, eingesetzt. Die Holzoberflächen sollen zu einer Verbesserung der Optik der Oberfläche beitragen, wobei die Holzoberflächen, und insbesondere die Furniere, vor mechanischen Beanspruchungen geschützt werden müssen. Dieses kann im manchen Fällen durch eine Beschichtung auf dem Furnier erreicht werden. In bestimmten Fällen dient eine solche Beschichtung auch dazu, den Brandschutz zu verbessern.
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Beispielsweise müssen beim Einbau von Möbeln oder Verkleidungen in den Innenraum eines Flugzeuges luftrechtliche Anforderungen an das Brandverhalten erfüllt werden. Beispielsweisewird ein solches Bauteil bei einem Bunsenbrenner-Brandtest für 60 s einer Flamme mit einer Temperatur von 860° C ausgesetzt. Nach dem Entfernen der Beflammung muss das Bauteil binnen 15 s verlöschen. Die Strecke zwischen Angriffspunkt der Flamme und dem am weitesten von der Flamme entfernten verbrannten Punkt auf der Probenoberfläche darf nicht mehr als 150 mm betragen (FAA CS 25.853 (a)).
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Aus der offenkundigen Vorbenutzung sind glasklar lackierte Holzoberflächen, die mit Polyurethanlacken oder Polyesterlacken versehen sind, bekannt. Um die Brandeigenschaften des Substrates zu reduzieren, wird häufig zusätzlich eine flammhemmende Imprägnierung eingesetzt (wie z.B.
DE102010054341B3 und
DE102013202493A1 ). Zum einen ist bekannt, das Holz dafür direkt mit einer flammhemmenden Imprägnierung zu versehen. Nachteilig daran ist, dass eine solche Imprägnierung das Holz verfärben kann und unter Umständen als Weichmacher in einer anschließend aufgebrachten Klarlackschicht wirkt. Ferner kann die Haftung einer Lackschicht auf der imprägnierten Oberfläche beeinträchtigt werden. Aus offenkundiger Vorbenutzung ist weiter bekannt, Klarlack mit chemischen Brandschutzmitteln zu versehen. Auch hier ist von Nachteil, dass es zu Verfärbungen der Holzoberfläche kommen kann und die Flammschutzmittel in unerwünschter Weise als Weichmacher wirken können.
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Die brandhemmenden Eigenschaften der bekannten Lacksysteme reichen nicht immer aus um die Holzoberflächen ausreichend zu schützen. Imprägnierungen im Holz beeinträchtigen entweder direkt oder indirekt die Qualität der Oberflächen. Ein Beispiel für einen direkten negativen Einfluss ist die Bildung einer milchigen Oberfläche durch auskristallisierte Brandschutzsalze. Ein Beispiel für indirekten negativen Einfluss ist ein stark erhöhter Lackeinfall bzw. Lackalterung durch chemisch nicht gebundenes Flammschutzmittel im Substrat, welches langsam durch die darüber liegenden Lackschichten migriert und durch die Wechselwirkungen Substrat/Lackschicht die Alterung beschleunigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen zu schaffen, das bzw. die es ermöglichen, gute Oberflächeneigenschaften von glasklar lackierten Holzoberflächen des Substrates mit gutem Brandschutz zu verbinden. Insbesondere sollen die zuvor erläuterten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Holzsubstrat eine glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung mit einem Flammschutzmittel, enthaltend mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Phosphorverbindungen sowie eine darauf angeordnete Lackschicht vorhanden sind.
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Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.
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Bei einem Holzsubstrat handelt es sich beispielsweise um ein Möbelstück, eine Wandverkleidung oder dergleichen. Das Substrat kann aus Massivholz gefertigt sein oder vorzugsweise aus einem Holzfurnier auf einer Tragstruktur bestehen. Bei der Tragstruktur kann es sich um eine Spanplatte, eine Sandwichstruktur oder dergleichen handeln. Bei den verwendeten Hölzern kann es sich beispielsweise um Ahorn, Aningre, Eiche, Makassar, Palisander, Redwood und Wenge handeln.
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Die erfindungsgemäße Mischung wird als eine Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung bzw. Porenfüller auf das Substrat aufgebracht. Eine Beschichtung verbleibt im Wesentlichen auf der Oberfläche, während eine Imprägnierung ein vollständiges oder teilweises Eindringen in Zellwände, Poren und sonstige Zwischenräume des Substrats beinhaltet. Eine Füllgrundierung bzw. eine Porenfüller beinhaltet, dass die Poren des Holzes vollständig gefüllt bzw. geschlossen werden. Erfindungsgemäß kann es sich auch um eine Mischform aus Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung handeln. Die Eigenschaften der auf dem Substrat aufgebrachten Mischungen können beispielsweise durch unterschiedliche Verdünnungen verändert werden. In stark verdünnter Form fungiert die Mischung vorzugsweise als Flammschutzimprägnierung. In schwach verdünnter Form dient die Mischung vorzugsweise als Flammschutzfüllgrund.
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Unter dem Begriff einer „glasklaren“ Beschichtung, Imprägnierung, Füllgrundierung oder Schicht wird im Rahmen der Erfindung eine Beschichtung, Imprägnierung, Füllgrundierung oder Schicht verstanden, die durchsichtig und ungetrübt, also transparent im eigentlichen Sinne ist, so dass bei einer Betrachtung der darunterliegenden Substratoberfläche praktisch keine optische Veränderung bewirkt wird.
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Vorzugsweise umfasst die glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung mit Flammschutzmittel ferner mindestens einen Härter und/oder mindestens ein Bindemittel.
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Der Härter ist vorzugsweise ausgewählt aus Aminohärtern, Polyaminhärtern und Gemischen hiervon.
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Das Bindemittel ist vorzugsweise ausgewählt aus Epoxidharzen. Es handelt es sich vorzugsweise um ein glasklares Epoxidharz. Es können jedoch auch Epoxidharze verwendet werden, die erst nach Trocknung oder Aushärtung der Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung glasklar sind. Das Epoxidharz ist vorzugsweise ein Epoxidharz basierend auf Bisphenol A. Vorzugsweise ist das Epoxidharz ein ungefülltes Epoxidharz.
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Bei dem erfindungsgemäßen Flammschutzmittel handelt es sich vorzugsweise um ein glasklares Flammschutzmittel. Das Flammschutzmittel kann jedoch auch Phosphorverbindungen enthalten, die erst nach Trocknung oder Aushärtung der Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung glasklar sind.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Flammschutzmittel, enthaltend die Phosphorverbindung, um ein reaktives Flammschutzmittel. Bei einem reaktiven Flammschutzmittel werden zumindest eine, mehrere oder alle der in dem Flammschutzmittel verwendeten Verbindungen selbst ein Bestandteil des für die Beschichtungs-, Imprägnierungs- und/oder Füllgrundmaterials verwendeten Materials. Dieses kann insbesondere durch Polymerisation erfolgen. Bei additiven Flammschutzmitteln werden hingegen die brandhemmenden Verbindungen lediglich als Zusatzstoff eingearbeitet, ohne jedoch mit anderen Bestandteilen der Zusammensetzung chemisch zu reagieren.
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Bei den im Flammschutzmittel enthaltenen Phosphorverbindungen handelt es sich vorzugsweise um organischen Phosphorverbindungen. Bevorzugt ist das Flammschutzmittel halogenfrei.
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Das Flammschutzmittel enthalten die Phosphorverbindung weist vorzugsweise eine Epoxidfunktionalität auf. Vorzugsweise handelt es sich um ein Epoxid-äquivalentes Flammschutzmittel auf Phosphorbasis. Es kann zudem eine breite Epoxidkompatibilität aufweisen.
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Bei dem Flammschutzmittel handelt es sich vorzugsweise um ein flüssiges, niedrigviskoses Flammschutzmittel. Die Viskosität des Flammschutzmittel beträgt bevorzugt weniger als 150 Pa*s, bevorzugter weniger als 100 Pa*s, noch bevorzugter weniger als 50 Pa*s (gemessen bei 80°C, 20 s-1). Die Dichte des Flammschutzmittels beträgt bevorzugt 1,1 bis 1,3 g/3m, weiter bevorzugt 1,15 bis 1,25 g/3m, gemessen mittels Pyknometer bei einer Temperatur von 20°C.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Flammschutzmittel um ein flüssiges, halogenfreies, vorzugsweise niedrigviskoses, Flammschutzmittel auf Basis von organischen Phosphorverbindungen mit Epoxidfunktionalität. Es handelt sich um gut wirksame, gut verarbeitbare und im Brandfall nicht oder wenig toxische Flammschutzmittel. Ist das Flammschutzmittel niedrigviskos, kann es auch lösungsmittelfrei verarbeitet werden.
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Das Epoxid-Äquivalentgewicht des Flammschutzmittels beträgt bevorzugt höchstens 600 g/mol, bevorzugter höchstens 550 g/mol, noch bevorzugter höchstens 500 g/mol, gemessen nach DIN 16945:1989-03. Das Epoxid-Äquivalentgewicht ist eine Kennzahl für Verbindungen, die Epoxid-Gruppen enthalten. Das Epoxid-Äquivalentgewicht beschreibt diejenige Masse in Gramm, welche ein Mol Epoxidgruppen enthält.
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Ein Massenanteil des Flammschutzmittels in dem nicht ausgehärteten Harzmaterial enthaltend Flammschutzmittel und Bindemittel kann von 20 bis 99 Gew.-%, bevorzugter von 20 bis 50 Gew.- % betragen, bezogen auf die Gesamtmasse von Flammschutzmittel und Bindemittel in dem nicht ausgehärten Harzmaterial für die Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung. In einer alternativen Ausführungsform, in der vorzugsweise 100 Gew.-% des Flammschutzmittels vorhanden sind, wird das Flammschutzmittel ohne Trägerharz eingesetzt. Zur Härtung des Flammschutzmittels muss dann jedoch ein Härter beigefügt werden.
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Vorzugsweise weist das Flammschutzmittel oder eine Mischung, umfassend Bindemittel und Flammschutzmittel, zur Herstellung der auf dem Holzsubstrat vorhandenen Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung eine Viskosität von 5 bis 100 s, weiter vorzugsweise 5 bis 60 s, noch weiter vorzugsweise 5 bis 30 s, gemessen nach DIN EN ISO 2431 mit 4 mm DIN-Messbecher, aufweist. Wird das Flammschutzmittel oder die Mischung in stark verdünnter Form auf die Substratoberfläche aufgebracht, so fungiert sie vorzugsweise als Flammschutzimprägnierung. Die Viskosität beträgt dann vorzugsweise 5 bis 15 s, weiter vorzugsweise etwa 10 s. Wird das Flammschutzmittel oder die Mischung in schwach verdünnter Form auf die Substratoberfläche aufgebracht, so fungiert sie vorzugsweise als Flammschutzfüllgrund bzw. Porenfüller. Die Viskosität beträgt dann vorzugsweise 20 bis 30 s, weiter vorzugsweise etwa 25 s.
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Zur Herstellung der auf dem Holzsubstrat vorhandenen Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung wird vorzugsweise das Flammschutzmittel oder eine Mischung umfassen Flammschutzmittel und Bindemittel auf die Substratoberfläche aufgebrachte. Dem Flammschutzmittel oder einer Mischung aus Flammschutzmittel und Bindemittel kann zur Herstellung der auf dem Holzsubstrat vorhandenen Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung ein Verdünner, vorzugsweise ausgewählt aus Xylol, Aceton und Gemischen hiervon, zugegeben. Dieser Verdünner dient vorzugsweise der Einstellung der Viskosität.
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Auf dem imprägnierten, füllgrundierten und/oder beschichteten Substrat wird erfindungsgemäß eine Lackschicht angeordnet. Dieses bedeutet, dass die Lackschicht direkt auf das imprägnierte, füllgrundierte und/oder beschichtete Substrat aufgebracht werden kann oder zwischen dem imprägnierten, füllgrundierten und/oder beschichteten Substrat und der Lackschicht eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein können. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Lackschicht direkt auf das imprägnierte, füllgrundierte und/oder beschichtete Substrat aufgebracht.
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Bei der Lackschicht kann es sich um einen Decklack oder um einen Klarlack handeln. Bei einem Klarlack handelt es sich erfindungsgemäß, um einen transparenten Lack, der durchsichtig und ungetrübt ist, so dass bei einer Betrachtung der darunterliegenden Substratoberfläche keine optische Veränderung bewirkt wird. Vorzugsweise ist die Lackschicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethancoatings, Thioisocyanatcoatings, Polyestercoatings, Poly(meth)acrylatcoatings und Epoxidcoatings umfasst. Es handelt sich hierbei um Beschichtungen bzw. Coatings, die insbesondere zur Beschichtung von Holz und Holzfurnieroberflächen im Stand der Technik Verwendung finden. Die Lacke können beliebig gefüllt und eingefärbt sein oder aber transparente Lacksysteme sein. Erfindungsgemäß können dem Lack ein weiteres Flammschutzmittel zur Erhöhung der Gesamtflammfestigkeit und/oder Lösungsmittel zugesetzt werden.
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Bei Polyurethancoatings reagieren zur Aushärtung Polyisocyanate mit hydroxylhaltigen Verbindungen. Bei der Hydroxyl- 5 komponente kann es sich beispielsweise um Polyester, Polyether oder Acrylharze handeln. Polyestercoatings härten üblicherweise durch Polyaddition ungesättigter Verbindungen aus. Gleiches gilt für Poly(meth)acrylate. Geeignete Coatings sind beispielsweise beschrieben in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6. Auflage, Band 24, Seite 594 ff. (Paints and Coatings); sowie Band 39, Seite 515 ff. (Wood, surface treatment) speziell für Holzoberflächen. Die zitierte Offenbarung wird zum Gegenstand auch der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch das erfindungsgemäße flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat, Holzsubstrate bereitgestellt werden können, die glasklar lackierte Holzoberflächen von sehr guter Oberflächenqualität aufweisen, die zudem hohen Flammschutzanforderungen genügen. Der erfindungsgemäße Einsatz des Flammschutzmittels enthaltend Phosphorverbindungen, welche vorzugsweise in glasklarer Form verwendet werden, erlaubt die Herstellung von glasklar lackierten Holzoberflächen. Dieses bedeutet, dass die erhaltene Substratoberfläche glasklar ist und die Holzfarbe z.B. nicht durch das verwendete Flammschutzmittel oder durch andere Substanzen, wie Härter oder Bindemittel, eingetrübt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass die als Flammschutzmittel eingesetzten Phosphorverbindungen durch den Härter gehärtet oder das als Bindemittel verwendete Epoxidharz chemisch gebunden werden, so dass das Flammschutzmittel keine Wechselwirkung mit dem Holzsubstrat oder der darüber liegenden Lack- oder Zwischenschicht eingehen kann.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Holzsubstrats, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das folgende Schritte aufweist:
- a. Aufbringen eines aushärtbaren Flammschutzmittels oder einer Mischung aus einem Flammschutzmittels, enthaltend mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Phosphorverbindungen, und einem Bindemittel, ausgewählt aus Epoxidharzen, auf die Substratoberfläche, wobei auf der Substratoberfläche eine glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung bereitgestellt wird; und
- b. Anordnen einer Lackschicht auf der mit der Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung ausgerüsteten Substratoberfläche.
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Das Anordnen im Schritt b. bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die Lackschicht direkt auf das imprägnierte, füllgrundierte und/oder beschichtete Substrat aufgebracht werden kann oder zwischen dem imprägnierten, füllgrundierten und/oder beschichteten Substrat und der Lackschicht eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Lackschicht direkt auf die mit der Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung ausgerüstete Substratoberfläche aufgebracht.
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Vorzugsweise wird das aushärtbare Flammschutzmittel oder die Mischung, umfassend Bindemittel und Flammschutzmittel, aus Schritt a. aufgebracht durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Auftragen, Aufsprühen, druckloses Tauchen und Druckimprägnierung.
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Die auf diese Weise behandelten Hölzer können in Form von Furnieren oder als Massivholz eingesetzt werden. In der Luftfahrt werden die Hölzer in der Regel als Furnier eingesetzt und mit Leichtbauwerkstoffen (Sandwichmaterialien aus Decklagen aus GFK bzw. CFK und einem Kern aus Wabenmaterial oder anders geartet) kombiniert, um Gewicht einzusparen. Die Anwendung soll hierauf jedoch nicht beschränkt sein. Weitere denkbare Anwendungen sind die Möbelindustrie (Vollholz und Furnier), der Yacht- und Bootsbau (Möbel und Fußböden aus Vollholz oder furnierten Materialien), Schienenfahrzeuge und weitere.
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Die Erfindung wird nun anhand einiger vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahmen auf die beigefügte Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:
- 1: schematisch ein erfindungsgemäßes flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat (10), wobei auf dem Holzsubstrat (20) eine glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung (30) mit einem Flammschutzmittel, enthaltend mindestens eine Phosphorverbindung, und einem Bindemittel, ausgewählt aus Epoxidharzen, vorhanden ist sowie eine direkt darauf aufgebrachte Lackschicht (40).
- 2. schematische ein erfindungsgemäßes flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat (10), wobei zwischen der auf dem Holzsubstrat (20) vorhandenen glasklaren Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung (30) und der Lackschicht (40) eine Zwischenschicht (50) angeordnet ist.
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1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat (10), wobei auf dem Holzsubstrat (20) eine glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung (30) mit einem Flammschutzmittel, enthaltend mindestens eine Phosphorverbindung, und einem Bindemittel, ausgewählt aus Epoxidharzen, sowie eine direkt darauf aufgebrachte Lackschicht (40) vorhanden sind.
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Als Holzsubstrat kann ein Vollholz oder Furnier verwendet werden. Bei dem verwendeten Holz kann es sich z.B. um Ahorn, Aningre, Eiche, Makassar, Palisander, Redwood und Wenge handeln.
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Auf dem Holzsubstrat (20) kann eine glasklare Imprägnierung (30) mit einem Flammschutzmittel, ausgewählt aus einer Phosphorverbindung und einem Bindemittel, ausgewählt aus Epoxidharzen vorhanden sein.
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Als Imprägnierung kann beispielsweise eine Mischung aus 50 Gew.-% Epoxidharz mit einem Polyaminhärter und 50 Gew.-% eines Flammschutzmittels auf Basis von Phosphorverbindungen mit einer Epoxid-Äquivalenzgewicht von max. 550 g/mol und Xylol als Verdünner hergestellt werden. Die Viskosität einer solchen Imprägnierung beträgt 10 s. Die Imprägnierung kann durch Spritzapplikation auf das Holzsubstrat aufgebracht werden.
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Alternativ kann die als Imprägnierung aufgeführte Mischung mit einer höheren Viskosität von 25 s als Porenfüller eingesetzt werden. Der Porenfüller kann durch Spachteln und/oder Spritzen auf das Holzsubstrat aufgebracht werden.
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Als Lackschicht (40) können Klarlacke oder Decklacke zum Einsatz kommen. Alternativ ist es auch möglich, die oben als Porenfüller aufgeführte Mischung als Decklack zu verwenden, wobei anstelle von Xylol Aceton als Verdünner verwendet wird und das Fliess-/Streckverhalten der Mischung optimal auf die Verarbeitung als Decklack eingestellt werden muss. Auf diese Weise kann die Decklackschicht eine zusätzliche flammhemmende Wirkung aufweisen. Ein solcher Decklack kann aufgespritzt werden.
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2 zeigt schematische ein erfindungsgemäßes flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat (10), wobei zwischen der auf dem Holzsubstrat (20) vorhandenen glasklaren Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung (30) und der Lackschicht (40) eine optionale Zwischenschicht (50) angeordnet ist. Um höhere Schichtstärken zu erzeugen, können zum Beispiel lichthärtende Systeme als Zwischenschicht verwendet werden, wobei dem lichthärtenden System optional zusätzlich ein Flammschutzmittel beigefügt werden kann. Die Zwischenschicht kann durch Spritzapplikation aufgetragen und durch anschließendes Belichten ausgehärtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054341 B3 [0004]
- DE 102013202493 A1 [0004]
