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Verfahren zur Herstellung einer Grundierfolie für Polyester-Lackierung
Um Oberflächen von Sperrholz- und anderen Trägerplatten aus Holzwerkstoffen lackieren
zu können, müssen diese Platten mit einer Grundierung versehen werden. Das kann
in der Weise geschehen, daß die Oberfläche nach dem Einlassen mit Firnis ein- oder
mehrmals gespachtelt und mit Grundfarben überzogen wird, wobei zwischen den einzelnen
Arbeitsgängen meist noch geschliffen werden muß. Um dieses umständliche Verfahren
zu verbessern, wurde z. B. vorgeschlagen, mit härtbaren Harzen getränkte Papiere
heiß auf die Trägerplatte aufzupressen und dadurch einen glatten Untergrund zu schaffen,
auf den nach dem Überschleifen die Lackschicht aufgebracht werden kann. Es hat sich
aber gezeigt, daß auf der glasharten Oberfläche die in der Anstrichtechnik verwendeten
Lackfarben oft einen sehr mangelhaften Verbund zeigen. Insbesondere haben die im
Möbelbau vielfach verwendeten Lacke auf der Grundlage ungesättigter Polyester eine
überaus schlechte Haftung. Es ist weiterhin bekannt, zellulosehaltige Faserbahnen,
die zu Schichtstoffen verarbeitet werden sollen, mit Emulsionen zu imprägnieren,
die Aminoplastharze und polymerisierbare Polyester enthalten (deutsche Patentschrift
953 897, deutsche Auslegeschriften 1034 012, 1060 137, britische Patentschriften
722 413, 673 849).
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Das Verfahren zur Herstellung einer Grundierfolie für Polyester-Lackierung
durch mehrschichtiges Imprägnieren von pigmentierten oder unpigmentierten, gefüllten
oder ungefüllten saugfähigen Natronkraft-oder a-Cellulosepapieren oder Baumwoll-
oder Zellstoffvliesen ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige
Lösung von ungesättigten Mischpolyestern, die im Molekül ein-, zwei-, und höherwertige
Alkoholreste, mehrkernige kondensierte Ringsysteme, die über Reste ein- oder zweiwertiger
Alkohole eingebaut sind, und Äthersauerstoffatome eingebaut enthalten, und zwar
in solchen Mengenverhältnissen, daß die polycyclischen Reste etwa 10 bis 30 Gewichtsprozent
(berechnet auf das Gesamtgewicht des Polyesterharzes) betragen und mindestens 32
g als Äther gebundener Sauerstoff in 1000 g Harz vorhanden sind, wobei die Lösung
gegebenenfalls eine wasserlösliche oder wasserunlösliche monomere Vinylverbindung
gelöst oder emulgiert enthält, und eine wäßrige Lösung eines härtbaren Aminoplastharzes
nacheinander auf verschiedene Seiten des Trägerstoffes aufgebracht werden.
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Es wurde überraschenderweise gefunden, daß Grundierfolien gemäß dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, die einen guten Verbund
zur Trägerplatte und zu den Lackfarben besitzen. Durch die Arbeitsweise gemäß der
vorliegenden Erfindung wird zwar ein Arbeitsgang mehr aufgewendet; man erhält aber
eine Grundierfolie, die auf der einen Seite bevorzugt mit Polyesterharz und auf
der anderen Seite bevorzugt mit Kondensationsharz beschichtet ist und die dadurch
einen vorzüb liehen Verbund zur Trägerplatte einerseits und zu den Lackfarben andererseits
besitzt.
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Als wasserlösliche ungesättigte Polyesterharze kommen vorzugsweise
die aus a,ß-ungesättigten Dicarbonsäuren bzw. deren Anhydriden wie Fumarsäure- oder
Maleinsäureanhydrid und mehrwertigen Alkoholen hergestellten verzweigten wasserlöslichen
Polyester in Betracht. Ein Verfahren zur Herstellung solcher wasserlöslicher Polyesterharze
ist Gegenstand der Patentanmeldung H 41508 IVb/39c, betreffend »Verfahren zur Herstellung
von vernetzten ungesättigten Polyesterharzen und von Copolymerisaten solcher Harze
mit Vinylverbindungen«. Als monomere Vinylverbindungen werden beispielsweise wasserunlösliche
monomere Vinylverbindungen wie Styrol oder. Diallylphthalat oder Gemische dieser
Verbindungen oder wasserlösliche monomere Vinylverbindungen wie Glycerinmonoallyläther
oder Glycerinaldehyddiallylacetal verwendet. Zur Herstellung der Tränkflüssigkeit
werden das Kondensationsharz und das Polyesterharz sowie gegebenenfalls die wasserlösliche
monomere Vinylverbindung in den gewünschten Konzentrationen in Wasser gelöst. Wenn
wasserunlösliche monomere Vinylverbindungen verwendet werden, wird eine Emulsion
der wasserunlöslichen monomeren Vinylverbindung in Wasser, gegebenenfalls mit Hilfe
üblicher Emulgatoren sowie gegebenenfalls unter Zugabe von Aktivatoren, z. B. Peroxyden
und Beschleunigern, z. B. Kobaltnaphthenaten, hergestellt und in die vorerwähnte
wäßrige Lösung eingerührt.
Diese Imprägnierflüssigkeit ist in der
Regel mehrere Stunden haltbar und kann mit Wasser verdünnt werden, um die Konzentration
der Lösung an die Aufnahmefähigkeit des jeweils verwendeten Trägermaterials anzupassen.
Bevorzugt werden Tränklösungen verwendet, die außer dem ungesättigten Polyesterharz
und gegebenenfalls der monomeren Vinylverbindung noch ein härtbares wasserlösliches
Kondensationsharz enthalten. Die Verwendung der wäßrigen Lösungen bietet gegenüber
den Lösungen in organischen Lösungsmitteln den Vorteil, daß Farbpigmente oder Druckfarben
des Trägerstoffes wenig oder überhaupt nicht angelöst werden.
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Die Lösungen können übliche Pigmente und/oder Füllstoffe enthalten.
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Die als zweite Tränkflüssigkeit genannte Lösung eines Aminoplastharzes
kann sowohl Harnstoff als auch Melaminformaldehydharze allein oder in Mischung enthalten.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine wäßrige Harzlösung erwiesen, deren Harzanteil
aus etwa 90 °/o Melaminharz und etwa 10 %
Harnstoffharz besteht und die, auf
den Harnstoffharzanteil berechnet, noch 100/,) eines üblichen Heißhärters enthält.
Bei Verwendung von Mischungen aus Melamin- und Harnstoffharzen soll der Gehalt an
Harnstoffharz im allgemeinen nicht mehr als 30 %
betragen, um eine genügend
lange Haltbarkeit der Tränklösung in der Maschine zu gewährleisten.
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Als Trägerstoff sind gefüllte oder ungefüllte a-Cellulosepapiere,
Natronkraftpapiere, Faservliese oder ähnliche Stoffe geeignet. Bevorzugt werden
gefüllte Sulfitzellstoffpapiere, sogenannte Dekorpapiere mit einem Papiergewicht
von 150 g/m2, angewendet.
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Die Tränkung wird gemäß der Erfindung z. B. in der Weise durchgeführt,
daß auf die Papierbahn zunächst einseitig (z. B. auf die Filzseite) die erstgenannte
polyesterharzhaltige Tränkflüssigkeit aufgebracht wird. Die Auftragsstärke ist dabei
so einzurichten, daß die Tränkflüssigkeit nicht vollständig bis zur Rückseite der
Papierbahn durchdringt. Äußerlich ist dies daran erkennbar, daß die Rückseite noch
trocken bis schwach feucht erscheint. Diese Maßnahme dient dazu, die Rückseite der
Papierbahn noch so aufnahmefähig für die zweitgenannte aminoplastharzhaltige Tränkflüssigkeit
zu halten, daß sich das Aminoplastharz in der Papierfaser genügend verankern kann.
Nach dem Aufbringen der ersten Tränkflüssigkeit wird bei milden Temperaturen von
etwa 60 bis 80°C zwischengetrocknet. Das Auftragen der Polyesterharztränklösung
kann wiederholt werden, wenn das einmalige Auftragen keine genügende Beschichtungsstärke
ergeben hat.
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Die Tränkung der Rückseite (Siebseite) der Papierbahn kann nach dem
Trocknen des ersten Imprägnierstriches vorgenommen werden. Sie kann aber auch, falls
die maschinelle Einrichtung hierzu vorhanden ist, im gleichen Arbeitsgang durchgeführt
werden, wobei die beiden Striche dann gemeinsam getrocknet werden. Als besonders
günstig hat sich ein Anteil reinen Kondensationsharzes in Höhe von 250/,) der Gesamtharzmenge
erwiesen.
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Die Gesamtharzauflage soll bis zu 95 °/o, bezogen auf das Papiergewicht,
betragen. Im Zweistufenverfahren, d. h. Auftragen je einer Schicht auf jede Seite,
erhält man im allgemeinen eine Harzauflage von etwa 65°/o. Im Dreistufenverfahren
(wiederholtes Auftragen der Polyesterlösung) erhält man im allgemeinen eine Harzauflage
von etwa 950/,.
Für manche Verwendungszwecke ist es vorteilhaft, wenn die
Grundierfolie in der Weise hergestellt wird, daß eine Trägerstoffbahn mit der polyesterharzhaltigen
Tränkflüssigkeit und eine zweite Trägerstoff bahn mit der Aminoplastharztränkflüssigkeit
imprägniert und die beiden Bahnen dann gegebenenfalls in der Wärme miteinander verpreßt
werden.
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Die Trägerstoffbahnen können mit der polyesterharzhaltigen bzw. Aminoplastharzlösung
von einer Seite oder von beiden Seiten imprägniert werden. Die Imprägnierung soll
so durchgeführt werden, daß die gesamte Harzauflage 60 bis 1100/" vorzugsweise
90 bis 11011/0, bezogen auf das Papiergewicht, beträgt. Das Zusammenpressen der
beiden Bahnen kann beispielsweise in einer rotierenden Trockenpresse erfolgen. Das
Zusammenbringen der beiden Bahnen erfolgt zweckmäßig in der Wärme, damit die Harze
so weit aushärten, daß eine ausreichende Verfestigung erzielt wird, ohne daß etwa
Versprödung eintritt. Die angewendeten Temperaturen betragen zweckmäßig 70 bis 150°C,
vorzugsweise 90 bis 130°C.
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Die beiden Bahnen können auch unter Verwendung eines zusätzlichen
Verbundmittels zusammengebracht werden. Als Verbundmittel können wäßrige, gegebenenfalls
gefüllte Lösungen aus Polyester und Kondensationsharzen oder übliche Klebemittel,
z. B. auf Basis PVA-PVC-Mischpolymerisaten, verwendet werden. Bei Verwendung von
wasserunverträglichen Verbundmitteln sollen die einzelnen Bahnen vor dem Zusammenbringen
bei Temperaturen unter 85°C getrocknet werden.
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Die mit der polyesterharzhaltigen Lösung und der Lösung des Aminoplastharzes
getränkten Trägerstoff bahnen können in Härte und Füllung verschieden sein. Insbesondere
bei sehr stark arbeitendem Untergrundmaterial wie Holz oder starken Temperaturschwankungen
ausgesetzten Metallen sind Grundierfolien aus zwei Trägerstoffbahnen geeignet.
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Zur Verarbeitung wird diese so hergestellte Grundierfolie für Polyester-Lackierung
mit der Kondensationsharzseite zur Trägerplatte hin, nach vorherigem Auftrag einer
Leimfuge, auf die Trägerplatte aufgelegt und unter Druck und Wärme in einer üblichen
Furnierpresse ausgehärtet. Als Leimfuge zwischen der Trägerplatte und der genannten
Folie kommen flüssige Harnstoffharze, flüssige Melaminharze oder auch wärmehärtbare
Kombinationen aus Kondensationsharz mit PVA- und PVC-Komponenten in Frage. Gleichfalls
können auch sogenannte Leimfilme aus diesen Materialien Verwendung finden. Es ist
darauf zu achten, daß Temperaturen von 90 bis 100°C nicht unterschritten werden,
um eine eindeutige Kondensation des aufgebrachten Kondensationsharzstriches, zu
gewährleisten und außerdem Temperaturen von 120°C nicht überschritten werden, um
eine Zerstörung der Polyesterharze und ein starkes Einfallen der Folienoberfläche
in den Untergrund durch Erreichen der thermoplastisch merkbaren Phase des Polyesterharzes
zu vermeiden.
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Eine nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Grundierfolie
hat nunmehr eine gute Haftung zur Trägerplatte und außerdem eine dem Preßblech entsprechende
glatte, gefüllte, matte oder glänzende Oberfläche. Die Grundierfolien können auf
Trägerplatten verschiedener Art, z. B. solchen aus Holzwerkstoff, nicht grundierten
Metallen, Kunststoff oder Schaumstoff, aufgebracht werden. Die Platte wird nun in
üblicher Art und Weise auf Bandschleifmaschinen
oder ähnlichen
Einrichtungen auf Fläche geschliffen und kann anschließend ohne weitere Nachbehandlung
mit Polyesterlacken sowohl in pigmentierter als auch unpigmentierter Ausführung
einwandfrei lackiert werden.
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Die britische Patentschrift 794 032 beschreibt lineare Polyester,
die außer den Polyesterglykolen keine anderen Alkohole enthalten. Die gemäß der
Erfindung verwendeten Polyester enthalten regelmäßig neben den Polyäthylenglykolen
niedermolekulare ein-, zwei- und mehrwertige Alkoholreste. Das mehrkernige Ringsystem
ist gemäß der britischen Patentschrift 794 032 ausschließlich über ungesättigte
Dicarbonsäuren in das Polyestermolekül eingebaut (vgl. britische Patentschrift 794
032, Anspruch 1, Seite 3, Zeilen 80 bis 84). Gemäß der Erfindung sind die mehrkernigen
Ringsysteme dagegen über Reste ein- oder zweiwertiger Alkohole eingebaut. Diese
unterschiedliche Zusammensetzung der Polyester hat zur Folge, daß die Polyesterharze
der britischen Patentschrift 794 032 im Sinn der vorliegenden Erfindung nicht verwendbar
sind. Es wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, Papiere mit nicht wasserlöslichen
Polyesterharzen zu imprägnieren.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyesterharze unterscheiden
sich diesen gegenüber durch den Gehalt an Äthersauerstoffatomen im Molekül in der
beanspruchten Menge. Die gemäß der Erfindung eingesetzten Polyesterharze sind bei
weitem nicht so reaktiv wie die nicht wasserlöslichen Polyesterharze. Es ist überraschend,
daß mit den beanspruchten Polyesterharzen trotz ihrer guten Wasserlöslichkeit, die
verantwortlich für die längere Lagerfähigkeit ist, eine Imprägnierung erzielt wird,
die unter sehr milden Bedingungen gut ausgehärtete Folien mit vorzüglicher Polyesterhaftung
ergeben. Es konnte nicht vorausgesehen werden, daß gerade bei Verwendung der speziellen
Polyesterharze gemäß der Erfindung der beschriebene technische Effekt erzielt wird.
Beispiel 1 Eine 1,10m breite endlose Bahn aus gefülltem a-Cellulosepapier wird mittels
einer Luftbürstenstreichmaschine mit einer wäßrigen Lösung aus 25 Gewichtsteilen
Harnstoffharz (I), 16 Gewichtsteilen Polyesterharz (11), 3 Gewichtsteilen Cumolhydroperoxyd,
1 Gewichtsteil einer 250/0igen Cobaltnaphthenatlösung in Xylol und 46 Gewichtsteilen
Wasser, in die zusätzlich 8 Gewichtsteile Monostyrol emulgiert werden, bestrichen
(Lösung A).
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Das wasserlösliche Harnstoffharz (1), dessen Herstellung hier nicht
beansprucht wird, wird in üblicher Weise durch Kondensation von Harnstoff mit wäßriger
Formaldehydlösung hergestellt.
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Der verwendete wasserlösliche Polyester (II), dessen Herstellung hier
ebenfalls nicht beansprucht wird, wird entsprechend Patentanmeldung H 41508 IVb/39c
aus Maleinsäureanhydrid, Tricyclodecenol, Glycerin, Pentaerythrit, Äthylenglykol
und drei Polyäthylenglykolen mit einem Molekulargewicht von 1000, 1500 und 2000
durch azeotrope Veresterung und anschließendes Abdestillieren des Schleppmittels
im Vakuum hergestellt.
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Nach anschließender Trocknung bei einer Temperatur von 50°C und einer
Trockenzeit von 45 Minuten in einer üblichen Hängetrockeneinrichtung wird die einmal
imprägnierte Bahn aufgerollt.
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Für den zweiten Auftrag wird die Rolle so umgedreht, daß nunmehr die
vorher nicht beschichtete Seite (Siebseite des Papiers) über die im ersten Arbeitsgang
beschriebene Einrichtung mit einer 50%igen Lösung (Lösung B) eines wasserlöslichen
Melaminharzes (11I), das auf üblichem Weg aus Melamin, Formalin, Paraformaldehyd
und Methanol hergestellt worden ist und dessen Herstellung hier ebenfalls nicht
beansprucht wird, und der 20 0/0 einer 500/0igen wäßrigen Lösung des im Beispiel
1 beschriebenen Harnstoffharzes (II) sowie 2 % eines üblichen Heißhärters zugemischt
sind, bestrichen und darauf wie nach dem ersten Aufstrich getrocknet. Die Beschichtungsmenge
wird so eingestellt, daß eine maximale Melaminharzauflage von 25°/a des Papiergewichts
(trocken auf trocken gemessen) der Bahn aufliegt.
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Die wieder aufgerollte Bahn wird erneut umgedreht und zum zweitenmal
mit Lösung A bestrichen. Nach dem dritten Strich soll eine Gesamtharzeinlage (Melamin-
und Polyesterformaldehydharz trocken) von 980/, erreicht sein. Die fertige
Folie wird nach dem letzten Trocknen in Längen von 300 m aufgewickelt und in Spezialtrommeln
zum Versand verpackt.
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Beispiel 2 Eine 1,10m breite endlose Bahn aus gefülltem a-Cellulosepapier
wird entsprechend Beispiel 1 in drei hintereinander erfolgenden Aufstrichen imprägniert,
jedoch mit dem Unterschied, daß an Stelle der zweimal verwendeten Lösung A eine
Lösung C aus 30 Gewichtsteilen Polyester, 2 Gewichtsteilen Cumolhydroperoxyd, 1
Gewichtsteil einer 250/0igen Cobaltnaphthenatlösung in Xylol und 37 Gewichtsteilen
Wasser verwendet wird, wobei der Polyester durch Modifizierung der Ausgangsstoffe
(Erhöhung des Maleinsäuregehaltes) härter eingestellt wurde. Sonst wird wie im Beispiel
1 verfahren, d. h. einmal bestrichen mit Lösung C, nach Zwischentrocknung einmal
bestrichen mit Lösung B und nach erneuter Zwischentrocknung wieder mit Lösung C.
Nach dem letzten Auftrag, der eine Harzauflage von 94 % ergeben hat, wird getrocknet
und die Folie in Spezialtrommeln aufgewickelt zum Versand gebracht.
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Beispiel 3 Eine entsprechend den Beispielen 1 und 2 verwendete Papierbahn
wird in einer Tränkwanne beidseitig mit Lösung A zweimal mit Zwischentrocknung getränkt
und anschließend mit einer zweiten Bahn, die in einer gesonderten Wanne mit Lösung
B ebenfalls unter Zwischentrocknung zweimal getränkt wird, zusammen auf einer rotierenden
Trockenwalze bei 65-C getrocknet. Die hierdurch verklebten Bahnen werden nach Aufbringen
eines Melaminklebestriches auf die Melaminseite bei 100°C und 8 kg/cma auf eine
Spanplatte gepreßt und lassen sich nach der Verpressung an der Oberfläche (Polyesterseite)
vorzüglich schleifen und mit einer pigmentierten Polyesterdeckschicht lackieren.
Vom Holz herrührende Unruhen und Inhaltsstoffe werden durch die harte und undurchlässige
Melaminschicht abgefangen, so daß nach dem staubfreien Trocknen der Polyester-Lackierung
eine spiegelblanke, völlig ruhige Oberfläche entsteht.
Beispiel
4 Zwei Papierbahnen werden entsprechend Beispiel 3 getrennt imprägniert, wobei die
eine Bahn aus einem ungebleichten Natronkraftpapier von 80 g/m2 mit einer Saughöhe
von 35 mm und die andere aus einem hochgefüllten a-Cellulosepapier von 100 g/m2
mit einer Saughöhe von 10 mm besteht, und das Natronkraftpapier mit der Melaminharzlösung,
das x-Cellulosepapier mit der Polyesterlösung imprägniert und an Stelle der Lösung
A (Beispiel 1) die Lösung C (Beispiel 2) verwendet wird, der zusätzlich 20 °/o TiO2
zur Pigmentierung beigegeben werden. Die Lösung wird mit Wasser wieder auf eine
Imprägnierkonsistenz von 16 Sekunden Auslaufzeit im DIN-Becher mit 4-mm-Düse eingestellt.
Beide Bahnen werden getrennt in einer Hängetrockeneinrichtung bei 50°C getrocknet
und getrennt aufgewickelt. Sie werden nach dem Trocknen gemeinsam über eine rotierende
Trockenpresse gegeben, nachdem zwischen die Papierbahnen mittels einer Auftragsrolle
eine Polyestermelaminharzklebemasse folgender Zusammensetzung aufgebracht worden
ist: 51,9 Gewichtsteile feinverteiltes Magnesiumsilikat, 20 Gewichtsteile Polyester
1I, 17,5 Gewichtsteile Melaminharz 1I1, 45,6 Gewichtsteile Wasser.
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Die Mischung wird zweimal über die Ein-Walze gegeben und anschließend
mit 1 Teil einer 25°/oigen Kobaltnaphthenatlösung in Xylol und 4 Teilen Cumolhydroperoxyd
versetzt. Die so verklebte Folie eignet sich nach dem Aufbringen eines Epoxyharzklebers
ganz besonders gut als Grundierfolie für Metalloberflächen und gibt nach einmaligem
Schleifen mit einem Schleifpapier mit 180er Körnung und anschließendem Lackieren
mit einem nichtpigmentierten Decklack eine vorzügliche weiße Oberfläche.