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Die vorliegende Erfindung betrifft
Beschichtungsmittel zur Herstellung von umformbaren Kratzfestbeschichtungen
mit schmutzabweisender Wirkung, mit diesen Beschichtungsmitteln
beschichtete Formkörper mit
einer kratzfesten, umformbaren und schmutzabweisenden Beschichtung
sowie Verfahren zur Herstellung der beschichteten Formkörper.
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Naturgemäß erreichen thermoplastisch
verformbare Kunststoffe nicht die Kratzfestigkeit vieler Metalle oder
Mineralgläser.
Besonders nachteilig macht sich die Anfälligkeit gegenüber Kratzern
bei transparenten Kunststoffen bemerkbar, da die betreffenden Gegenstände sehr
schnell unansehnlich werden.
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Kratzfestbeschichtungen für Kunststoffe
sind an sich bekannt. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 195 07 174 UV-härtende,
kratzfeste Überzüge für Kunststoffe,
die eine besonders hohe UV-Stabilität aufweisen. Diese Beschichtungen
zeigen bereits ein gutes Eigenschaftsspektrum. Allerdings werden
Kunststoff-Formkörper,
auch kratzfest beschichtete, vor allem in Form von Platten im Bau-Außenbereich,
wie z.B. bei Lärmschutzwänden oder
als Verglasungen von Fassaden, von Bushaltestellen, von Werbeflächen, Litfass-Säulen, sogenannten "mobiler urban" eingesetzt, wo sie
sowohl natürlicher
Verschmutzung als auch durch Vandalismus bedingte Verunreinigungen,
wie z.B. der Graffiti-Beschmierungen ausgesetzt sind. Die Reinigung
solcher Oberflächen
ist sehr aufwendig, da häufig
die Oberfläche
hierdurch angegriffen wird.
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Zur Lösung dieser Probleme werden
den Beschichtungsmitteln häufig
fluorhaltige Acrylate zugesetzt. Derartige Beschichtungsmittel sind
beispielsweise in
DE 43 19 199 beschrieben.
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Nachteilig an bekannten Beschichtungsmitteln
ist jedoch, dass das hieraus erzeugte Beschichtungen auf Kunststoffkörpern beim
thermischen Umformen Risse bilden, wobei die Beschichtung auf dem
umgeformten Körper
milchig trüb
und unansehnlich wird.
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Ein nachträgliches Umformen der mit einer
hydro- und oleophoben Schicht versehenen Platten ist jedoch aus
vielerlei Gründen
wünschenswert.
So sind insbesondere die Transportkosten von planaren Platten aufgrund
der besseren Stapelbarkeit geringer als die von umgeformten Körpern.
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Des weiteren ist zu bedenken, dass
die Herstellung von beschichteten Platten und deren Verwendung, beispielsweise
als Konstruktionsteil durch unterschiedliche Firmen erfolgt. Dementsprechend
können
beschichtete umformbare Konstruktionsteile für viel breitere Abnehmnerkreise
angefertigt werden als speziell für einen Kunden hergestellte,
vorgeformte Platten.
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Des weiteren können viele besonders günstige Beschichtungsverfahren
nicht oder nur schwer bei umgeformten Teilen, wie beispielsweise
Rollen- oder Walzenverfahren
ausgeführt
werden.
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In Anbetracht des hierin angegebenen
und diskutierten Standes der Technik war es mithin Aufgabe der vorliegenden
Erfindung Beschichtungsmittel anzugeben, die zur Herstellung von
umformbaren Kratzfestbeschichtungen mit schmutzabweisender Wirkung
dienen können.
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Darüber hinaus war es mithin Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, Beschichtungsmittel zur Herstellung
von Kratzfestbeschichtungen zur Verfügung zu stellen, die eine besonders
hohe Haftung auf Kunststoffsubstraten aufweisen. Diese Eigenschaft
sollte durch thermisches Umformen nicht beeinträchtigt werden.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
bestand darin, dass Kunststoffkörper
mit einer erfindungsgemäßen Kratzfestbeschichtung
eine hohe Haltbarkeit, insbesondere eine hohe Beständigkeit
gegen UV-Bestrahlung oder Verwitterung aufweisen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung bestand darin Beschichtungsmittel mit Antigraffiti-Wirkung
zur Verfügung
zustellen, die die Eigenschaften des Substrats nicht ungünstig verändern.
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So sollen die zur Herstellung von
Graffiti verwendeten Spraylacke durch eine erfindungsgemäße Antigraffitiausrüstung nicht
mehr oder nur sehr schwach auf dem Kunststoffkörper haften, wobei besprühte Substrate
leicht zu reinigen sein sollten, so dass z.B. Wasser, Lappen, Tensid,
Hochdruckreiniger, milde Lösemittel ("Easy-to-clean") genügen.
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Des weiteren lag der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, kratzfeste, schmutzabweisende Formkörper zur
Verfügung
zu stellen, die besonders einfach hergestellt werden können. So
sollten zur Herstellung der Formkörper insbesondere Substrate
verwendet werden können,
die durch Extrusion, Spritzguss sowie durch Gussverfahren erhältlich sind.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung bestand darin, kratzfeste, umformbare, schmutzabweisende
Formkörper
anzugeben, die hervorragende mechanische Eigenschaften zeigen. Diese
Eigenschaft ist insbesondere für
Anwendungen wichtig, bei denen der Kunststoffkörper eine hohe Stabilität gegen
Schlageinwirkung aufweisen soll.
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Darüber hinaus sollten die Formkörper besonders
gute optische Eigenschaften aufweisen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung bestand darin, kratzfeste, umfombare, schmutzabweisende
Formkörper
bereit zu stellen, die auf einfache Weise in größerer Form den Anforderungen
angepasst werden können.
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Gelöst werden diese Aufgaben sowie
weitere, die zwar nicht wörtlich
genannt werden, sich aber aus den hierin diskutierten Zusammenhängen wie
selbstverständlich
ableiten lassen oder sich aus diesen zwangsläufig ergeben, durch die in
Anspruch 1 beschriebenen Beschichtungsmittel. Zweckmäßige Abwandlungen
der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel
werden in den auf Anspruch 1 rückbezogenen
Unteransprüchen
unter Schutz gestellt.
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Hinsichtlich der Formkörper liefern
die Ansprüche
12 – 21
eine Lösung
der zugrunde liegenden Aufgaben.
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Dadurch, dass ein Beschichtungsmittel
- A) 1 bis 30 Gew.-% eines Präpolymerisats erhältlich durch
radikalische Polymerisation einer Mischung umfassend
A1) 1
bis 10 Gew.-Teile mindestens einer Schwefelverbindung enthaltend
mindestens 3 Thiolgruppen und
A2) 90 bis 99 Gew.-Teile Alkyl(meth)acrylate,
- B) 0,2 bis 10 Gew.-% mindestens eines Fluoralkyl(meth)acrylats
mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen im Alkoholrest, der 6 bis 61 Fluoratome
umfasst,
- C) 20 bis 80 Gew.-% mehrfunktioneller (Meth)acrylate,
- D) 0,01 bis 10 Gew.-% mindestens eines Initiators,
- E) 2 bis 75 Gew.-% mindestens eines Verdünners und
- F) 0 bis 40 Gew.-% übliche
Additive
umfasst, gelingt es überraschend kratzfeste, schmutzabweisende
Formkörper
zur Verfügung
zu stellen; die thermisch umgeformt werden können, ohne dass eine Trübung auftritt.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
werden u.a. insbesondere folgende Vorteile erzielt:
- – Die
mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln
erhaltenen kratzfesten Beschichtungen weisen eine besonders hohe
Haftung auf den Kunststoffsubstraten auf, wobei diese Eigenschaft
auch durch Bewitterung nicht beeinträchtigt wird.
- – Die
beschichteten Formkörper
zeigen eine hohe Beständigkeit
gegen UV-Bestrahlung.
- – Die
erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel
sowie hieraus erhältliche
beschichtete Formkörper
können kostengünstig hergestellt
werden.
- – Des
weiteren zeigen erfindungsgemäß beschichtete
Kunststoffkörper
eine besonders geringe Oberflächenenergie.
Hierdurch können
die vorliegenden Formkörper
besonders leicht gereinigt werden.
- – Kratzfeste
Formkörper
der vorliegenden Erfindung können
leicht auf bestimmte Erfordernisse angepasst werden. Insbesondere
kann die Größe und Form
des Kunststoffkörpers
in weiten Bereichen variiert werden, ohne dass hierdurch die Umformbarkeit
beeinträchtigt
wird. Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung auch Formkörper mit
hervorragenden optischen Eigenschaften zur Verfügung.
- – Die
kratzfesten, umformbaren, schmutzabweisenden Formkörper der
vorliegenden Erfindung weisen gute mechanische Eigenschaften auf.
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Komponente
A
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Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel zur
Herstellung von umformbaren Kratzfestbeschichtungen mit schmutzabweisender
Wirkung umfassen 1–30
Gew.-%, vorzugsweise 2–25
Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Beschichtungsmittels, eines
Präpolymerisats,
erhältlich
durch radikalische Polymerisation einer Mischung umfassend
- A1) 1–10
Gewichtsteile, vorzugsweise 2–6
Gewichtsteile mindestens einer Schwefelverbindung enthaltend mindestens
drei Thiolgruppen und
- A2) 90–99
Gewichtsteile, vorzugsweise 94–98
Gewichtsteile Alkyl(meth)acrylate.
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Schwefelverbindungen mit mehr als
zwei Thiolgruppen im Molekül
sind z.B. aus
US 4 521 567 bekannt.
Zur Ausführung
der Erfindung werden Schwefelverbindungen mit mindestens drei, vorzugsweise
vier Thiolgruppen im Molekül
verwendet. Vorzugsweise enthalten die Schwefelregler mindestens
3, vorzugsweise mindestens 6 Kohlenstoffatome im Molekül, jedoch
nicht über
40. Vorteilhaft ist die Anwesenheit eines oder vorzugsweise mehrerer α-Mercaptocarbonsäureester-Gruppen
im Molekül,
vorzugsweise ausgehend von Polyolen, wie Glycerin oder Pentaerythrit.
Geeignete Schwefelregler mit mehr als drei Thiolgruppen sind z.B. 1,2,6-Hexantriol-trithioglycolat,
Trimethylolethan-trithioglycolat, Pentaerythritol- tetrakis-(2-mercaptoacetat), Trimethylolethan-tri-(3-mercaptopropionat),
Pentaerythritol-tetrakis-(3-mercaptopropionat), Trimethylolpropan trithioglycolat,
Trimethylolpropan-tri-(3-mercaptopropionat), Tetrakis-(3-mercaptopropionat)-Pentaerytritol, 1,1,1-Propanetriyl-tris-(mercaptoacetat),
1,1,1-Propanetriyl-tris-(3-mercaptopropionat), Dipentaerythritol-hexa-(3-mercatopropionat).
Gut geeignet ist insbesondere das Pentaerythritol- tetrakis-(2-mercaptoacetat)
(Pentaerythrit-tetrathioglycolat).
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Die erfindungsgemäß zur Herstellung des Präpolymerisats
einsetzbaren Acryl(meth)acrylate sind an sich bekannt, wobei der
Ausdruck (Meth)acrylat für
Acrylate, Methacrylate sowie für
Mischungen aus beiden steht. Die Alkyl(meth)acrylate weisen vorzugsweise
1–20,
insbesondere 1–8
Kohlenstoffatome auf.
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Beispiele für die C1-
bis C8-Alkylester der Acrylsäure bzw.
der Methacrylsäure
sind Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat,
n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, n-Hexylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat,
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Propylmethacrylat und Butylmethacrylat.
Bevorzugte Monomere sind Methylmethacrylat und n-Butylacrylat.
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Zur Herstellung des Präpolymerisats
werden vorzugsweise Mischungen von Alkyl(meth)acrylaten verwendet,
die mindestens 10 Gew.-% Methyl(meth)acrylat und/oder Ethylacrylat
und mindestens 2 Gew.-% Alkyl(meth)acrylate mit 3–8 Kohlenstoffatomen
umfassen. Bevorzugt werden z.B. Methylmethacrylat-Anteile von 50–99 Gew.-%,
Butylmethacrylatanteile von 5 bis 40 Gew.-% und Acrylatanteile von
2 bis 50 Gew.-%.
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Bei der Herstellung der verdickenden
Polymeren können
die Verhältnisse
von Regler zu Monomeren variiert werden.
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Die Polymerisation von Reglern und
Monomeren kann in an sich bekannter Weise als Substanz-, Suspensions-
oder Perl-, Lösungs-
oder Emulsionspolymerisation mit Hilfe von Radikalstartern durchgeführt werden.
Beispielweise kann aus
DE
33 29 765 C2 /
US 4 521
567 ein geeignetes Verfahren zur Perlpolymerisation (Polymerisationsschritt
Stufe A) entnommen bzw. abgeleitet werden.
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Als Radikalstarter kommen z.B. peroxidische
oder Azoverbindungen in Frage (
US-PS 2 471 959 ). Genannt seien z.B. organische
Peroxide wie Dibenzoylperoxid, Laurylperoxid oder Perester wie tert.-Butly-per-2-ethylhexanoat, ferner
Azoverbindungen wie Azobisisobutyronitril.
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Die erhaltenen Verdicker-Polymere
können
je nach Polymerisationsverfahren und Regleranteil Molekulargewichte
von ca. 2000 bis 50.000 aufweisen. Das Molekulargewicht kann insbesondere über Viskosimetrie
ermittelt werden, wobei das Präpolymerisat
A) vorzugsweise eine Viskositätszahl
gemäß DIN ISO
1628-6 im Bereich von 8 bis 15 ml/g, insbesondere 9 bis 13 ml/g
und besonders bevorzugt 10 bis 12 ml/g gemessen in CHCl3 bei
20°C aufweist.
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Komponente
B
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Die Beschichtungsmittel der vorliegenden
Erfindung enthalten als wesentlichen Bestandteil 0,2–10 Gew.-%,
vorzugsweise 0,3–5,0
Gew.-% und ganz
besonders bevorzugt 0,5–2
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Beschichtungsmittels,
Fluoralkyl(meth)acrylate mit 3–30
vorzugsweise 8 bis 25 und besonders bevorzugt 10 bis 20 Kohlenstoffatome
im Alkoholrest, der 6–61,
vorzugsweise 7 bis 51 und besonders bevorzugt 9 bis 41 Fluoratome
umfasst. Der Alkoholrest des Fluoralkyl(meth)acrylats kann neben
den Fluoratomen weitere Substituenten umfassen. Hierzu gehören insbesondere
Estergruppen, Amidgruppen, Amingruppen, Nitrogruppen und Halogenatome,
wobei dieser Alkoholrest sowohl linear als auch verzweigt sein kann.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung, wird eine Fluoralkyl(meth)acrylat gemäß der Formel
I eingesetzt
worin der Rest R
1 ein
Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe und der Rest R
2 einen
fluorierten Alkylrest der Formel C
aH
bF
c darstellt, worin
a eine ganze Zahl im Bereich 3 bis 30, insbesondere 8 bis 25 und
besonders bevorzugt 10 bis 20, b eine ganze Zahl im Bereich 0 bis
4 und c eine ganze Zahl im Bereich 6 bis 61, bevorzugt 9 bis 41,
mit c = 2a + 1 – b
bedeuten.
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Gemäß einem besonders bevorzugten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fluoralkyl(meth)acrylat
gemäß der Formel
II eingesetzt
worin der Rest R
1 ein
Wasserstoffatom oder einen Methylrest und n eine ganze Zahl im Bereich
von 2 bis 10, vorzugsweise 3 bis 8, besonders bevorzugt 3 bis 5
bedeutet.
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Zu den Fluoralkyl(meth)acrylate,
die gemäß Komponente
B) in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln
enthalten sind, gehören
unter anderem
2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylacrylat,
2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylmethacrylat,
Nonadecafluorisodecylmethacrylat,
2,2,3,3,4,4,4-Heptafluorbutylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,6-Nonafluorhexylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,6-Nonafluorhexylmethacrylat,
2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7-Tridecafluorheptylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-Tridecafluoroctylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-Tridecafluoroctylmethacrylat,
2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-Heptadecafluornonylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-Heptadecafluordecylacrylat
2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11-Eicosafluorundecylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12-Eicosafluordodecylacrylat
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,
10,11,11,12,12,12-Heneicosafluordodecylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,
10,11,11,12,12,12-Heneicosafluordodecylmethacrylat
4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,15,15,
15-Tetracosafluor-2-hydroxy-14(trif1uormethyl)pentadecylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,14-Pentacosafluortetradecylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,14-Pentacosafluortetradecylmethacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,,15,15,16,16,16-Nonacosafluorhexadecylacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,,15,15,16,16,16-Nonacosafluorhexadecylmethacrylat,
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,
13,14,14,15,15,16,16,17,17,18,18,19,19,20,20,20-Heptatriacontafluoreicosylacrylat.
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Die Fluoralkyl(meth)acrylate sind
bekannte Verbindungen, wobei die Fluoralkyl(meth)acrylate einzeln oder
als Mischung eingesetzt werden können.
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Komponente
C
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Zur Herstellung einer kratzfesten
Beschichtung werden erfindungsgemäß vernetzende Monomere dem
Beschichtungsmittel zugefügt.
Diese besitzen mindestens zwei polymerisationsfähige Einheiten z.B. Vinylgruppen
pro Molekül
(vgl. Brandrup-Immergut-Polymerhandbook).
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Diese werden erfindungsgemäß in Mengen
von 20–80
Gew.-%, vorzugsweise 50–70
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung,
eingesetzt.
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Genannt seien die Diester und höheren Ester
der Acryl- bzw. Methacrylsäure
von mehrwertigen Alkoholen wie Glykol, Glycerin, Trimethylolethan,
Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Diglycerin, Dimethylolpropan, Ditrimethylolethan,
Dipentaerythrit, Trimethylhexandiol-1,6, Cyclohexandiol-1,4.
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Beispiele für derartige vernetzende Monomere
sind u.a. Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Propylenglykoldiacrylat,
Propylenglykoldimethacrylat, 1,3-Butandioldiacrylat, 1,3-Butandioldimethacrylat,
Neopentylglykoldiacrylat, Neopentylglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldiacrylat,
Diethylenglykoldimethacrylat, 4-Thio-heptanol-2,6-diacrylat, 4-Thio-heptanol-2,6-dimethacrylat,
Tetraethylenglykoldiacrylat, Tetraethylenglykoldimethacrylat, Pentandioldiacrylat,
Pentandioldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Hexandioldimethacrylat,
Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Ditrimethylolpropantetraacrylat,
Ditrimethylolpropantetramethacrylat, Dipentaerythrithexaacrylat
und Dipentaerythrithexamethacrylat, Pentaerythrittriacrylat und
Pentaerythrittetraacrylat.
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Die mehrfunktionellen Acrylate bzw.
Methacrylate können
ebenso auch Oligomere oder Polymere sein, die ggf. noch weitere
funktionelle Gruppen enthalten. Genannt seien insbesondere Urethandi-
bzw. -triacrylate oder entsprechende Esteracrylate.
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Komponente
D
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Zur Polymerisation bzw. Härtung des
erfindungsgemäßen Beschichtungsmittels
werden bekannte Initiatoren eingesetzt, die der Beschichtungszusammensetzung
in einer Menge von 0,01–10
Gew.-%, vorzugsweise 1–3
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung,
zugegeben werden.
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Zu den bevorzugten Initiatoren gehören unter
anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren, wie
AIBN und 1,1-Azobiscyclohexancarbonitril, sowie Peroxyverbindungen,
wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, Dilaurylperoxyd,
tert.-Butylper-2-ethylhexanoat,
Ketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, Dibenzoylperoxid,
tert.-Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat,
2,5-Bis(2-ethylhexanoyl-peroxy)-2,5-dimethylhexan, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat,
tert.-Butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoat,
Dicumylperoxid, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan,
Cumylhydroperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Bis(4-tert.-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat,
Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen miteinander
sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen mit nicht genannten
Verbindungen, die ebenfalls Radikale bilden können.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung werden zur Härtung Photoinitiatoren, wie
z.B. UV-Initiatoren eingesetzt. Es handelt sich um Verbindungen,
die unter Einstrahlung von sichtbarem oder UV-Licht Radikale abspalten und so die
Polymerisation des Beschichtungsmittels initiieren. Gebräuchliche
UV-Initiatoren sind gemäß der
DE-OS 29 28 512 z.B. Benzoin,
2-Methylbenzoin, Benzoin-methyl-, -ethyl oder -butylether, Acetoin,
Benzil, Benzil-dimethylketal oder Benzophenon. Derartige UV-Initiatoren
sind beispielsweise kommerziell von Ciba AG unter den Handelsbezeichnungen
®Darocur
1116,
®Irgacure
184,
®Irgacure
907 und von BASF AG unter dem Markennamen
®Lucirin
TPO erhältlich.
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Beispiele für Photoinitiatoren, die im
kurzwelligen sichtbaren Bereich des Lichts absorbieren sind ®Lucirin
TPO und ®Lucirin
TPO-L der Firma BASF, Ludwigshafen.
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Komponente
E
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Als Verdünner können sowohl organische Lösungsmittel
und/oder monofunktionelle Reaktivverdünner verwendet werden. Im allgemeinen
enthalten die Beschichtungsmittel 2 bis 75, vorzugsweise 6 bis 50
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Beschichtungsmittels,
Verdünner,
die auch als Mischung eingesetzt werden können.
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Mit Hilfe der Verdünner kann
eine Viskosität
des Beschichtungsmittels im Bereich von ca. 10 bis ca. 250 mPa·s eingestellt
wird. Für
Beschichtungsmittel, die für
Flut- oder Tauchbeschichtungen vorgesehen sind, sind eher niedrige
Viskositäten
von etwa 1–20
mPa·s
gebräuchlich.
Bei diesen Lacken können
vor allem organische Lösungsmittel
in Konzentrationen bis zu 75 Gew.-% eingesetzt werden. Für Rakelbeschichtungen
oder Walzenauftragsbeschichtungen liegen die geeignete Viskositäten im Bereich
von 20 bis 250 mPa·s.
Die angegebenen Werte sind lediglich als Richtwerte zu verstehen
und beziehen sich auf die Messung der Viskosität bei 20 °C mit einem Rotationsviscosimeter
gemäß DIN 53
019.
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Bei Lacken für Walzenauftragsverfahren werden
bevorzugt monofunktionelle Reaktivverdünner eingesetzt. Übliche Konzentrationen
liegen zwischen 5 und 25 Gew.-%. Alternativ oder in Kombination
können
jedoch auch organische Lösungsmittel
als Verdünner
verwendet werden.
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Die monofunktionellen Reaktiwerdünner tragen
zu guten Verlaufseigenschaften des Lackes und damit zu einer guten
Verarbeitbarkeit bei. Die monofunktionellen Reaktiwerdünner besitzen eine
radikalisch polymerisierbare Gruppe, in der Regel eine Vinyl-Funktion.
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Hierzu gehören unter anderem 1-Alkene,
wie Hexen-1, Hepten-1;
verzweigte Alkene, wie beispielsweise
Vinylcyclohexan, 3,3-Dimethyl-1-propen,
3-Methyl-1-diisobutylen, 4-Methylpenten-1;
Acrylnitril; Vinylester,
wie Vinylacetat;
Styrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten
in der Seitenkette, wie z. B. α-Methylstyrol
und α-Ethylstyrol,
substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten am Ring, wie
Vinyltoluol und p-Methylstyrol, halogenierte Styrole, wie beispielsweise
Monochlorstyrole, Dichlorstyrole, Tribromstyrole und Tetrabromstyrole;
Heterocyclische
Vinylverbindungen, wie 2-Vinylpyridin, 3-Vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin,
3-Ethyl-4-vinylpyridin, 2,3-Dimethyl-5-vinylpyridin, Vinylpyrimidin,
Vinylpiperidin, 9-Vinylcarbazol, 3-Vinylcarbazol, 4-Vinylcarbazol,
1-Vinylimidazol, 2-Methyl-1-vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, 2-Vinylpyrrolidon,
N-Vinylpyrrolidin, 3-Vinylpyrrolidin, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylbutyrolactam,
Vinyloxolan, Vinylfuran, Vinylthiophen, Vinylthiolan, Vinylthiazole
und hydrierte Vinylthiazole, Vinyloxazole und hydrierte Vinyloxazole;
Vinyl-
und Isoprenylether;
Maleinsäurederivate,
wie beispielsweise Maleinsäureanhydrid,
Methylmaleinsäureanhydrid,
Maleinimid und Methylmaleinimid;
und(Meth)acrylate, wobei (Meth)acrylate
besonders bevorzugt sind. Der Ausdruck (Meth)acrylate umfasst Methacrylate
und Acrylate sowie Mischungen aus beiden.
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Diese Monomere sind weithin bekannt.
Zu diesen gehören
unter anderem (Meth)acrylate, die sich von gesättigten Alkoholen ableiten,
wie beispielsweise Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat,
n-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat
und 2-Ethylhexyl(meth)acrylat;
(Meth)acrylate, die sich von
ungesättigten
Alkoholen ableiten, wie z. B. Oleyl(meth)acrylat, 2-Propinyl(meth)acrylat,
Allyl(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat;
Aryl(meth)acrylate,
wie Benzyl(meth)acrylat oder Phenyl(meth)acrylat, wobei die Arylreste
jeweils unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können;
Cycloalkyl(meth)acrylate,
wie 3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat, Bornyl(meth)acrylat;
Hydroxylalkyl(meth)acrylate,
wie 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 3,4-Dihydroxybutyl(meth)acrylat,
2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat;
Glycoldi(meth)acrylate,
wie 1,4-Butandioldi(meth)acrylat, (Meth)acrylate von Etheralkoholen,
wie Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, Vinyloxyethoxyethyl(meth)acrylat;
Amide
und Nitrile der (Meth)acrylsäure,
wie N-(3-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid, N-(Diethylphosphono)(meth)acrylamid,
1-Methacryloylamido-2-methyl-2-propanol;
schwefelhaltige Methacrylate,
wie Ethylsulfinylethyl(meth)acrylat, 4-Thiocyanatobutyl(meth)acrylat,
Ethylsulfonylethyl(meth)acrylat, Thiocyanatomethyl(meth)acrylat,
Methylsulfinylmethyl(meth)acrylat und Bis((meth)acryloyloxyethyl)sulfid.
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Besonders bevorzugte monofunktionelle
Reaktiwerdünner
sind z.B. Butylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat , 2-Hydroxyethylmethacrylat,
Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat
oder 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat, Methylmethacrylat, tert-Butylmethacrylat,
Isobornylmethacrylat.
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In
EP
0 035 272 werden gebräuchliche
organische Lösungsmittel
für Beschichtungsmittel
für Kratzfestlacke
beschrieben, die als Verdünner
verwendet werden können.
Geeignet sind z.B. Alkohole wie Ethanol, Isopropanol, n-Propanol,
Isobutylalkohol und n-Butylalkohol, Methoxypropanol, Methoxyethanol.
Ebenso können
aromatische Lösungsmittel
wie z.B Benzol, Toluol oder Xylol verwendet werden. Ketone wie z.B
Aceton oder Methylethylketon sind geeignet. Ebenso können Etherverbindungen
wie Diethylether oder Esterverbindungen wie z.B. Ethylacetat, n-Butylacetat
oder Ethylpropionat verwendet werden. Die Verbindungen können allein
oder in Kombination eingesetzt werden.
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Komponente
F
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Unter üblichen Additiven sollen für Beschichtungsmittel
gebräuchliche
Zusätze
für Kratzfestbeschichtungen
verstanden werden, die optional in Mengen von 0–40 Gew.-%, insbesondere 0
bis 20 Gew.-% enthalten sein können.
Die Verwendung dieser Additive wird als nicht kritisch für die Erfindung
angesehen.
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Hier sind z.B. oberflächenaktive
Substanzen zu nennen, mit deren Hilfe die Oberflächenspannung der Beschichtungsformulierung
reguliert und gute Auftragseigenschaften erreicht werden können. Hierfür können gemäß der
EP 0 035 272 z.B. Silikone,
wie verschiedene Polymethylsiloxane-Typen in Konzentrationen von 0,0001
bis 2 Gew.-% verwendet werden.
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Ein weiteres, sehr gebräuchliches
Additiv sind UV-Absorber, die in Konzentrationen von z.B. 0,2 bis
20 Gew.-%, vorzugsweise von 2 bis 8 Gew.-% enthalten sein können. UV-Absorber
können
z.B. aus der Gruppe der Hydroxybenzotriazole, Triazine und Hydroxybenzophenone
ausgewählt
werden (siehe z.B.
EP 247 480 ).
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Das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel ist
zur Erzeugung kratzfester, witterungsbeständiger Beschichtungen auf Kunststoffsubstraten
vorgesehen. Hierzu gehören
insbesondere Polycarbonate, Polystyrole, Polyester, beispielsweise
Polyethylenterephthalat (PET), die auch mit Glykol modifiziert sein
können,
und Polybutylenterephthalat (PBT), cycloolefinische Copolymere (COC),
Acrylnitride/Butadien/Styrol-Copolymere und/oder
Poly(meth)acrylate.
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Bevorzugt sind hierbei Polycarbonate,
cycloolefinische Polymere und Poly(meth)acrylate, wobei Poly(meth)acrylate
besonders bevorzugt sind.
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Polycarbonate sind in der Fachwelt
bekannt. Polycarbonate können
formal als Polyester aus Kohlensäure
und aliphatischen oder aromatischen Dihydroxy-Verbindungen betrachtet
werden. Sie sind leicht zugänglich
durch Umsetzung von Diglykolen oder Bisphenolen mit Phosgen bzw.
Kohlensäurediestern
in Polykondensations- bzw. Umesterungsreaktionen.
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Hierbei sind Polycarbonate bevorzugt,
die sich von Bisphenolen ableiten. Zu diesen Bisphenolen gehören insbesondere
2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan
(Bisphenol A), 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-butan (Bisphenol B), 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan
(Bisphenol C), 2,2'-Methylendiphenol
(Bisphenol F), 2,2-Bis(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)propan (Tetrabrombisphenol
A) und 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan (Tetramethylbisphenol
A).
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Üblich
werden derartige aromatische Polycarbonate durch Grenzflächenpolykondensation
oder Umesterung hergestellt, wobei Einzelheiten in Encycl. Polym.
Sci. Engng. 11, 648–718
dargestellt sind.
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Bei der Grenzflächenpolykondensation werden
die Bisphenole als wäßrige, alkalische
Lösung
in inerten organischen Lösungsmitteln,
wie beispielsweise Methylenchlorid, Chlorbenzol oder Tetrahydrofuran,
emulgiert und in einer Stufenreaktion mit Phosgen umgesetzt.
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Als Katalysatoren gelangen Amine,
bei sterisch gehinderten Bisphenolen auch Phasentransferkatalysatoren
zum Einsatz. Die resultierenden Polymere sind in den verwendeten
organischen Lösungsmitteln
löslich.
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Über
die Wahl der Bisphenole können
die Eigenschaften der Polymere breit variiert werden. Bei gleichzeitigem
Einsatz unterschiedlicher Bisphenole lassen sich in Mehrstufen-Polykondensationen
auch Block-Polymere
aufbauen.
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Cycloolefinische Polymere sind Polymere,
die unter Verwendung von cyclischen Olefinen, insbesondere von polycyclischen
Olefinen erhältlich
sind.
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Cyclische Olefine umfassen beispielsweise
monocyclische Olefine, wie Cyclopenten, Cyclopentadien, Cyclohexen,
Cyclohepten, Cycloocten sowie Alkylderivate dieser monocyclischen
Olefine mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl oder Propyl,
wie beispielsweise Methylcyclohexen oder Dimethylcyclohexen, sowie
Acrylat- und/oder Methacrylatderivate dieser monocyclischen Verbindungen.
Darüber
hinaus können auch
Cycloalkane mit olefinischen Seitenketten als cyclische Olefine
verwendet werden, wie beispielsweise Cyclopentylmethacrylat.
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Bevorzugt sind verbrückte, polycyclische
Olefinverbindungen. Diese polycyclischen Olefinverbindungen können die
Doppelbindung sowohl im Ring aufweisen, es handelt sich hierbei
um verbrückte
polycyclische Cycloalkene, als auch in Seitenketten. Hierbei handelt
es sich um Vinylderivate, Allyloxycarboxyderivate und (Meth)acryloxyderivate
von polycyclischen Cycloalkanverbindungen. Diese Verbindungen können des
weiteren Alkyl-, Aryl- oder Aralkylsubstituenten aufweisen.
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Beispielhafte polycyclische Verbindungen
sind, ohne daß hierdurch
eine Einschränkung
erfolgen soll, Bicyclo[2.2.1]hept-2-en (Norbornen), Bicyclo[2.2.1]hept-2,5-dien
(2,5-Norbornadien), Ethyl-bicyclo[2.2.1]hept-2-en (Ethylnorbornen), Ethylidenbicyclo[2.2.1]hept-2-en
(Ethyliden-2-norbornen),
Phenylbicyclo[2.2.1]hept-2-en, Bicyclo[4.3.0]nona-3,8-dien, Tricyclo[4.3.0.12,5]-3-decen, Tricyclo[4.3.0.12,5]-3,8-decen-(3,8-dihydrodicyclopentadien),
Tricyclo[4.4.0.12,5]-3-undecen, Tetracyclo[4.4.0.12,5,17,10]-3-dodecen,
Ethyliden-tetracyclo[4.4.0.12,5.17,10]-3-dodecen,
Methyloxycarbonyltetracyclo[4.4.0.12,5,17,10]-3-dodecen, Ethyliden-9-ethyltetracyclo[4.4.0.12,5,17,10]-3-dodecen,
Pentacyclo[4.7.0.12,5,O,O3,13,19,12]-3-pentadecen, Pentacyclo[6.1.13..02,7.09,13]-4-pentadecen, Hexacyclo[6.6.1.13,6.110,13.02,7.09,14]-4-heptadecen,
Dimethylhexacyclo[6.6.1.13,6.110,13.02,7.09,1
4]-4-heptadecen,
Bis(allyloxycarboxy)tricyclo[4.3.0.12,5]-decan,
Bis(methacryloxy)tricyclo[4.3.0.12,5]-decan,
Bis(acryloxy)tricyclo[4.3.0.12,5]-decan.
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Die cycloolefinischen Polymere werden
unter Verwendung von zumindest einer der zuvor beschriebenen cycloolefinischen
Verbindungen, insbesondere der polycyclischen Kohlenwasserstoffverbindungen
hergestellt. Darüber
hinaus können
bei der Herstellung der cycloolefinischen Polymere weitere Olefine
verwendet werden, die mit den zuvor genannten cycloolefinischen
Monomeren copolymerisiert werden können. Hierzu gehören u.a.
Ethylen, Propylen, Isopren, Butadien, Methylpenten, Styrol und Vinyltoluol.
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Die meisten der zuvor genannten Olefine,
insbesondere auch die Cycloolefine und Polycycloolefine, können kommerziell
erhalten werden. Darüber
hinaus sind viele cyclische und polycyclische Olefine durch Diels-Alder-Additionsreaktionen
erhältlich.
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Die Herstellung der cycloolefinischen
Polymere kann auf bekannte Art und Weise erfolgen, wie dies u.a.
in den japanischen Patentschriften 11818/1972, 43412/1983, 1442/1986
und 19761/1987 und den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 75700/1975,
129434/1980, 127728/1983, 168708/1985, 271308/1986, 221118/1988
und 180976/1990 und in den Europäischen
Patentanmeldungen
EP-A-0
6 610 851 ,
EP-A-0
6 485 893 ,
EP-A-0
6 407 870 und
EP-A-0
6 688 801 dargestellt ist.
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Die cycloolefinischen Polymere können beispielsweise
unter Verwendung von Aluminiumverbindungen, Vanadiumverbindungen,
Wolframverbindungen oder Borverbindungen als Katalysator in einem
Lösungsmittel
polymerisiert werden.
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Es wird angenommen, daß die Polymerisation
je nach den Bedingungen, insbesondere dem eingesetzten Katalysator,
unter Ringöffnung
oder unter Öffnung
der Doppelbindung erfolgen kann.
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Darüber hinaus ist es möglich, cycloolefinische
Polymere durch radikalische Polymerisation zu erhalten, wobei Licht
oder ein Initiator als Radikalbildner verwendet wird. Dies gilt
insbesondere für
die Acryloylderivate der Cycloolefine und/oder Cycloalkane. Diese
Art der Polymerisation kann sowohl in Lösung als auch in Substanz erfolgen.
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Ein weiteres bevorzugtes Kunststoffsubstrat
umfasst Poly(meth)acrylate. Diese Polymere werden im allgemeinen
durch radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten, die (Meth)acrylate
enthalten. Diese wurden zuvor dargelegt, wobei, je nach Herstellung,
sowohl monofunktionelle als auch polyfunktionelle (Meth)acrylate
verwendet werden können,
die unter Komponente C) und E) beschrieben sind.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt
der vorliegenden Erfindung enthalten diese Mischungen mindestens
40 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 60 Gew.-% und besonders bevorzugt
mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomere, Methylmethacrylat.
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Neben den zuvor dargelegten (Meth)acrylaten
können
die zu polymerisierenden Zusammensetzungen auch weitere ungesättigte Monomere
aufweisen, die mit Methylmethacrylat und den zuvor genannten (Meth)acrylaten
copolymerisierbar sind. Beispiele hierfür wurden insbesondere unter
Komponente E) näher ausgeführt.
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Im allgemeinen werden diese Comonomere
in einer Menge von 0 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 40 Gew.-%
und besonders bevorzugt 0 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht
der Monomeren, eingesetzt, wobei die Verbindungen einzeln oder als
Mischung verwendet werden können.
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Die Polymerisation wird im allgemeinen
mit bekannten Radikalinitiatoren gestartet, die insbesondere unter
Komponente D) beschrieben sind. Diese Verbindungen werden häufig in
einer Menge von 0,01 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise von 0,05 bis 1 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht der Monomeren, eingesetzt.
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Die zuvor genannten Polymere können einzeln
oder als Mischung verwendet werden. Hierbei können auch verschiedene Polycarbonate,
Poly(meth)acrylate oder cycloolefinische Polymere eingesetzt werden,
die sich beispielsweise im Molekulargewicht oder in der Monomerzusammensetzung
unterscheiden.
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Die erfindungsgemäßen Kunststoffsubstrate können beispielsweise
aus Formmassen der zuvor genannten Polymere hergestellt werden.
Hierbei werden im allgemeinen thermoplastische Formgebungsverfahren
eingesetzt, wie Extrusion oder Spritzguss.
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Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts
Mw der erfindungsgemäß als Formmasse zur Herstellung der
Kunststoffsubstrate zu verwendenden Homo- und/oder Copolymere kann
in weiten Bereichen schwanken, wobei das Molekulargewicht üblicherweise
auf den Anwendungszweck und die Verarbeitungsweise der Formmasse
abgestimmt wird.
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Im allgemeinen liegt es aber im Bereich
zwischen 20 000 und 1 000 000 g/mol, vorzugsweise 50 000 bis 500
000 g/mol und besonders bevorzugt 80 000 bis 300 000 g/mol, ohne
dass hierdurch eine Einschränkung
erfolgen soll. Diese Größe kann
beispielsweise mittels Gel-Permeations-Chromatographie bestimmt werden.
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Des weiteren können die Kunststoffsubstrate
durch Gusskammerverfahren erzeugt werden. Hierbei werden beispielsweise
geeignete (Meth)acrylmischungen in einer Form gegeben und polymerisiert.
Derartige (Meth)acrylmischungen weisen im allgemeinen die zuvor
dargelegten (Meth)acrylate, insbesondere Methylmethacrylat auf.
Des weiteren können
die (Meth)acrylmischungen die zuvor dargelegten Copolymere sowie, insbesondere
zur Einstellung der Viskosität,
Polymere, insbesondere Poly(meth)acrylate, enthalten.
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Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts
Mw der Polymere, die durch Gusskammerverfahren
hergestellt werden, ist im allgemeinen höher als das Molekulargewicht
von Polymeren, die in Formmassen verwendet werden. Hierdurch ergeben
sich eine Reihe bekannter Vorteile. Im allgemeinen liegt das Gewichtsmittel des
Molekulargewichts von Polymeren, die durch Gusskammerverfahren hergestellt
werden im Bereich von 500 000 bis 10 000 000 g/mol, ohne dass hierdurch
eine Beschränkung
erfolgen soll.
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Bevorzugte Kunststoffsubstrate, die
nach dem Gusskammerverfahren hergestellt wurden, können von Degussa,
BU PLEXIGLAS, Darmstadt unter dem Handelsnamen PLEXIGLAS® GS
oder von Cyro Inc. USA kommerziell unter dem Handelsnamen ®Acrylite
erhalten werden.
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Darüber hinaus können die
zur Herstellungen der Kunststoffsubstrate zu verwendenden Formmassen sowie
die Acrylharze übliche
Zusatzstoffe aller Art enthalten. Hierzu gehören unter anderem Antistatika,
Antioxidantien, Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Schmiermittel,
Farbstoffe, Fliessverbesserungsmittel, Füllstoffe, Lichtstabilisatoren
und organische Phosphorverbindungen, wie Phosphorsäureester,
Phosphorsäuredieester
und Phosphorsäuremonoester,
Phosphite, Phosphorinane, Phospholane oder Phosphonate, Pigmente, Verwitterungsschutzmittel
und Weichmacher. Die Menge an Zusatzstoffen ist jedoch auf den Anwendungszweck
beschränkt.
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Besonders bevorzugte Formmassen,
die Poly(meth)acrylate umfassen, sind unter dem Handelsnamen PLEXIGLAS® von
der Firma Degussa, BU PLEXIGLAS, Darmstadt oder unter dem Handelsnamen ®Acrylite
von der Fa. Cyro Inc. USA kommerziell erhältlich. Bevorzugte Formmassen,
die cycloolefinische Polymere umfassen, können unter dem Handelsnamen
Topas von Ticona und ®Zeonex von Nippon Zeon
bezogen werden. Polycarbonat-Formmassen sind beispielsweise unter
dem Handelsnamen ®Makrolon von Bayer oder ®Lexan
von General Electric erhältlich.
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Besonders bevorzugt umfasst das Kunststoffsubstrat
mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht des Substrats, Poly(meth)acrylate, Polycarbonate
und/oder cycloolefinische Polymere. Besonders bevorzugt bestehen
die Kunststoffsubstrate aus Polymethylmethacrylat, wobei das Polymethylmethacrylat übliche Additive
enthalten kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
können
Kunststoffsubstrate eine Schlagzähigkeit
gemäß ISO 179/1
von mindestens 10 kJ/m2, bevorzugt mindestens
15 kJ/m2 aufweisen.
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Die Form sowie die Größe des Kunststoffsubstrats
sind nicht wesentlich für
die vorliegende Erfindung. Im allgemeinen werden häufig platten-
oder tafelförmige
Substrate eingesetzt, die eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 200
mm, insbesondere 5 bis 30 mm aufweisen.
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Bei den Formkörpern kann es sich um vakuumgeformte
Teile, blasgeformte Teile, Spritzgußteile oder extrudierte Kunststoffteile
handeln, die z. B. als Bauelemente im Freien, als Teile von Automobilen,
Gehäuseteile,
Bestandteile von Küchen
oder Sanitäreinrichtungen
verwendet werden.
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Besonders geeignet sind die Beschichtungsmittel
für massive,
plane Platten und Stegdoppel- oder Stegmehrfachplatten. Übliche Abmessungen
z.B. für
massive Platten liegen im Bereich von 3 × 500 bis 2000 × 2000 bis
6000 mm (Dicke × Breite × Länge). Stegplatten
können
ca. 16 bis 32 mm dick sein.
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Bevor die Kunststoffsubstrate mit
einer Beschichtung versehen werden, können diese durch geeignete Methoden
aktiviert werden, um die Haftung zu verbessern. Hierzu kann beispielsweise
das Kunststoffsubstrat mit einem chemischen und/oder physikalischen
Verfahren behandelt werden, wobei das jeweilige Verfahren vom Kunststoffsubstrat
abhängig
ist.
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Die zuvor dargelegten Beschichtungsmischungen
können
mit jeder bekannten Methode auf die Kunststoffsubstrate aufgebracht
werden. Hierzu gehören
unter anderem Tauchverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, Flutbeschichtungen
und Rollen- oder Walzenauftrag.
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Vorzugsweise wird das Beschichtungsmittel
so auf Kunststoffkörper
aufgebracht werden, dass die Schichtdicke der ausgehärteten Schicht
1 bis 50 μm,
bevorzugt 5 bis 30 μm
beträgt.
Bei Schichtdicken unter 1 μm
ist der Bewitterungsschutz und die Kratzfestigkeit vielfach unzureichend,
bei Schichtdicken von über
50 μm kann
es zu Rissbildungen bei Biegebeanspruchung kommen.
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Nach dem Auftragen des Lackfilms
auf den Kunststoffkörper
erfolgt die Polymerisation, die thermisch oder mittels UV-Strahlung
vorgenommen werden kann. Die Polymerisation kann vorteilhaft unter
inerter Atmosphäre zum
Ausschluss des polymersationsinhibierenden Luftsauerstoffs, z.B.
unter Stickstoffbegasung, durchgeführt werden. Dies ist jedoch
keine unabdingbare Voraussetzung.
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Üblicherweise
wird die Polymerisation bei Temperaturen unterhalb der Glastemperatur
des Kunststoffkörpers
vorgenommen. Vorzugsweise wird das aufgetragene Beschichtungsmittel
durch UV-Bestrahlung gehärtet.
Die hierzu notwendige UV-Bestrahlungsdauer hängt von der Temperatur und
der chemischen Zusammensetzung des Beschichtungsmittels, von der
Art und Leistung der UV-Quelle, von deren Abstand zum Beschichtungsmittel
und davon ob eine Inertatmosphäre
vorliegt ab. Als Richtwert können
einige Sekunden bis wenige Minuten gelten. Die entsprechende UV-Quelle
soll eine Strahlung im Bereich von ca. 150 bis 400 nm, bevorzugt
mit einem Maximum zwischen 250 und 280 nm abgeben. Die eingestrahlte
Energie soll ca. 50–4000 mJ/cm2 betragen. Als Richtwert für den Abstand
der UV-Quelle zur Lackschicht können
ca. 100 bis 200 mm angegeben werden.
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Die Formkörper der vorliegenden Erfindung
lassen sich hervorragend thermisch umformen, ohne dass hierdurch
deren kratzfeste, schmutzabweisende Beschichtung beschädigt werden
würde.
Das Umformen ist dem Fachmann bekannt. Hierbei wird der Formkörper erhitzt
und über
eine geeignete Schablone umgeformt. Die Temperatur, bei der die
Umformung stattfindet ist abhängig
von der Erweichungstemperatur des Substrats, aus dem der Kunststoffkörper hergestellt
wurde. Die weiteren Parameter, wie beispielsweise die Umformgeschwindigkeit
und Umformkraft sind ebenfalls vom Kunststoff abhängig, wobei
diese Parameter dem Fachmann bekannt sind. Von den Umformverfahren
sind insbesondere Biegeumformverfahren bevorzugt. Derartige Verfahren
werden insbesondere zur Verarbeitung von Gussglas eingesetzt. Nähere Ausführungen
finden sich in "Acrylglas
und Polycarbonat richtig Be- und Verarbeiten" von H.Kaufmann et al. herausgegeben
vom Technologie-Transfer-Ring Handwerk NRW und in VDI-Richtlinie
2008 Blatt 1 sowie DIN 8580/9/.
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Die mit einer kratzfesten, schmutzabweisenden
Beschichtung versehenen Formkörper
der vorliegenden Erfindung zeigen eine hohe Kratzfestigkeit. Bevorzugt
beträgt
die Zunahme des Haze-Wertes nach einem Kratzfestigkeitstest nach
DIN 52 347 E (Auflagekraft = 5,4 N, Anzahl der Zyklen = 100) höchstens
10%, besonders bevorzugt höchstens
5% und ganz besonders bevorzugt höchstens 2,5%.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist der Formkörper transparent, wobei die
Transparenz τD65/10 gemäß DIN 5033 mindestens 70%,
bevorzugt mindestens 75% beträgt.
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Bevorzugt weist der Formkörper einen
E-Modul nach ISO 527-2 von mindestens 1000 MPa, insbesondere mindestens
1500 MPa auf, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
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Die erfindungsgemäßen Formkörper sind im allgemeinen sehr
beständig
gegenüber
Bewitterung. So ist die Bewitterungsbeständigkeit gemäß DIN 53387
(Xenotest) mindestens 4000 Stunden.
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Auch nach einer langen UV-Bestrahlung
von mehr als 5000 Stunden ist der Gelbindex gemäß DIN 6167 (D65/10) von bevorzugten
Formkörper
kleiner oder gleich 8, bevorzugt kleiner oder gleich 5, ohne dass hierdurch
eine Beschränkung
erfolgen soll.
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Die Antigraffiti-Wirkung wird durch
eine Hydrophobisierung der Oberfläche erzielt. Diese spiegelt
sich in einem großen
Kontaktwinkel mit alpha-Bromnaphthalin
wider, das eine Oberflächenspannung
von 44,4 mN/m aufweist. Gemäß einem
besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt der Kontaktwinkel
bei 20°C
von alpha-Bromnaphthalin mit der Oberfläche des Kunststoffkörpers nach
dem Aushärten
der Kratzfestbeschichtung vorzugsweise mindestens 50°, insbesondere
mindestens 70° und
besonders bevorzugt mindestens 75°,
ohne dass hierdurch eine Beschränkung
erfolgen soll.
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Der Kontaktwinkel mit Wasser beträgt bei 20°C gemäß einer
besonderen Ausführungsform
vorzugsweise mindestens 80°,
insbesondere mindestens 90° und
besonders bevorzugt mindestens 100° Die Kontaktwinkel kann mit
einem Kontaktwinkelmesssystem G40 der Fa. Krüss, Hamburg bestimmt werden,
wobei die Durchführung
im Benutzerhandbuch des Kontaktwinkelmesssystems G40, 1993 beschrieben
ist. Die Messung wird bei 20°C
durchgeführt.
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Die Formkörper der vorliegenden Erfindung
können
beispielsweise im Baubereich, insbesondere zur Herstellung von Gewächshäusern oder
Wintergärten,
oder als Lärmschutzwand
dienen.
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Nachfolgend wird die Erfindung durch
Beispiele und Vergleichsbeispiele eingehender erläutert, ohne dass
die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt werden soll.
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Beispiel 1
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Es wurde eine Beschichtungszusammensetzung
hergestellt, aufweisend
16,6 Gewichtsteilen Pentarerythrittetraacrylat,
66,4
Gewichtsteilen 1,6-Hexandioldiacrylat,
10 Gewichtsteilen 2-Hydroxyethylmethacrylat,
5
Gewichtsteilen PLEX 8770 (Präpolymerisat
erhältlich
von Röhm
GmbH & Co. KG,
Copolymerisat aus Methylmethacrylat, Butylmethacrylat und Pentarerythrittetrathioglycolat),
2
Gewichtsteilen Irgacure 184,
1 Gewichtsteil Zonyl TA-N (Fluoracrylat
der Zusammensetzung:
mit R2 = CH2CH2(CF2CF2)
xCF2CF3 wobei x = 2 bis 4, erhältlich von
der Fa. DuPont und
3 Gewichtsteilen Tinuvin 1130, erhältlich von
Ciba AG.
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Das so erhaltene Beschichtungsmittel
wird mit einem Spiralrakel (12 μm
Nassfilmdicke) auf Platten aus ®Makrolon
(erhältlich
von Bayer AG) aufgetragen und nach jeweils zwei Minuten Verlaufszeit
mit einem Quecksilberhochdruckstrahler F 450 der Firma Fusion Systems
bei 1 m/min Vorschubgeschwindigkeit und Stickstoffatmosphäre ausgehärtet.
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Die beschichtete Platte wird nach
dem Biegeumformungsverfahren gemäß DIN 8580/9/
bei einer Temperatur von 150°C über eine
Schablone umgeformt. Der Biegeradius im Versuch betrug 120 mm. Die
Platte wurde einem Taber-Test gemäß DIN 52347 zur Bestimmung
der Kratzfestigkeit sowie einem Gitterschnitt gemäß DIN 53151
unterzogen. Der Taber-Test wurde mit einer Auflagekraft von 5,4
N mit 100 Zyklen sowie einem Reibrad "CS10F" der Firma Teledyne Taber durchgeführt.
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Die erhaltenen Ergebnisse sind in
Tabelle 1 festgehalten.
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Überraschend
wird festgestellt, dass die Kratzfestigkeit durch das Umformen verbessert
wird. Die Reißdehnung
liegt bei 5,9 %. Die Beschichtung wird zur Bestimmung der schmutzabweisenden
Wirkung mit unterschiedlichen Lacken besprüht. Nach 24 Stunden wird die
Lackbeschichtung mit einem Hochdruckreiniger mit 80 °C ca. eine
Minute gereinigt.
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Es zeigt sich, dass die Lacke gut
von der Beschichtung entfernt werden können. Verwendet wurden die
Farben gelb Prisma Color Acryl und blau Prisma Color Acryl von SchullerEh'klarGmbH, Austria
sowie rot Pinture Paint Spray, Montana Colors, S.L. Berlin.
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Vergleichsbeispiel 1
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Eine Mischung gemäß
EP
028 614 wurde hergestellt, die aus 39 Gewichtsteilen Pentaerythrit-tetraacrylat,
59 Gewichtsteilen Hexandioldiacrylat und 2 Gewichtsteilen Darocur
1116 der Fa. Ciba und 1,6 Gewichtsteilen 2-(N-ethylperfluorooctan-sulfamido)-ethylacrylat
enthielt. Die Mischung wurde entsprechend Beispiel 1 mit einem Spiralrakel
auf eine Platte aus Makrolon aufgetragen. Nach zwei Minuten Verlaufszeit
wird mit einem Hg-Hochdruckstrahler bei 1 m/min Vorschubgeschwindigkeit
unter Stickstoffatmosphäre
ausgehärtet.
Durch das Umformen gemäß Beispiel
1 traten im Lack feine Risse auf. Die maximale Reißdehnung
(Rissbildung in der Schicht) liegt unter 2%.
