DE202007011524U1

DE202007011524U1 - UV-härtende Zusammensetzung für kratzfeste Beschichtungen für mattierte Holzoberflächen

Info

Publication number: DE202007011524U1
Application number: DE202007011524U
Authority: DE
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2017-08-18

Abstract

UV-härtende Zusammensetzung für kratzfeste Beschichtungen auf unbehandelten oder bereits behandelten Oberflächen, vorzugsweise Holzoberflächen, umfassend:
a) 45 bis 95 Gew.-%, mindestens eines UV-härtenden Bindemittels,
b) 1 bis 25 Gew.-%, feste anorganische Partikel,
c) 0,5 bis 10 Gew.-%, mindestens eines Photoinitiators,
d) 0,1 bis 5 Gew.-%, mindestens eines Acrylpolymers,
e) 0 bis 60 Gew.-%, mindestens eines organischen Lösungsmittels,
f) 0 bis 2,0 Gew.-%, mindestens eines Verlaufsadditives, und
g) 0 bis 2,0 Gew.-%, mindestens eines Entschäumeradditives.

Description

Die Erfindung betrifft eine UV-härtende Zusammensetzung für kratz- und abriebfeste Beschichtungen auf unbehandelten oder bereits behandelten Oberflächen, vorzugsweise Holzoberflächen.
Kratzfeste Beschichtungen für Holzoberflächen auf Basis von (Meth)acrylesterharzen sind bereits seit langem in unterschiedlichsten Anwendungen bekannt. Die hohe Kratzfestigkeit solcher Beschichtungen beruht oft auf einem hohen Vernetzungsgrad der verwendeten Filmbildner. Darüber hinaus kann die Kratzfestigkeit derartiger Beschichtungen durch Einarbeitung von harten Partikeln in die Lackmatrix erhöht werden.
Bei harten, kratzfesten Beschichtungen, insbesondere für Holzoberflächen, tritt jedoch oft das Problem auf, dass diese Beschichtungen gerade aufgrund ihrer Härte nur eine unzureichende Flexibilität und Elastizität aufweisen, so dass bei einer mechanischen Beanspruchung, wie z. B. Dehnung bzw. Verformung, die Beschichtung reißt und dadurch ihre schützende Funktion verlieren kann. Gerade Beschichtungen auf Holz sind anfällig für diese Probleme, da Holz bei Klimaschwankungen "arbeitet", z. B. beim Wechsel von feucht-warmer Luft zu trocken-kalter Luft. Daher werden hohe Anforderungen an die Elastizität schützender Holzbeschichtungen gestellt.
Ein weiteres Erfordernis, das häufig an Holzbeschichtungen gestellt wird, ist ein gewisser Glanz- bzw. Mattheitsgrad, der ansonsten mehr oder weniger lichttransparenten und ggf. antireflektierenden Beschichtung. Der gewünschte Glanz- bzw. Mattierungsgrad lässt sich bei mattierten UV-Lacken aufgrund eines unkontrollierten Schrumpfens während der radikalischen Polymerisation oft nicht reproduzieren.
Eine weitere Eigenschaft, die bei Holzbeschichtungen oft wünschenswert ist, ist eine gewisse Chemikalienbeständigkeit, so dass nicht jeder Kontakt mit Lösungsmitteln und/oder anderen Chemikalien zu einer Schädigung der Lackschicht auf dem Holz führt.
Herkömmliche "kratzfeste" Beschichtungen auf vergleichbaren Untergründen sind eher elastisch-flexibel eingestellt. Tatsächlich weisen eine vergleichsweise geringe Kratz- und Abriebbeständigkeit, sowie eine geringe Chemikalienbeständigkeit auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zusammensetzung für eine Beschichtung, insbesondere eine Lackbeschichtung für Holzoberflächen, bereitzustellen, wobei die Holzoberfläche wahlweise unbehandelt, behandelt und/oder bereits zumindest teilweise vorbeschichtet sein kann, und wobei die Beschichtung eine hohe Kratzbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Chemikalien aufweist, gleichzeitig so elastisch bzw. flexibel ist, dass sie bei schwankenden klimatischen Verhältnissen nicht zur Rissbildung neigt, und wobei darüber hinaus der Glanz- bzw. Mattierungsgrad in gewissen Grenzen einstellbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine UV-härtende Zusammensetzung mit den Merkmalen der Schutzansprüche 1 und 10 sowie den Ansprüchen 11 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.
Die erfindungsgemäße UV-härtende Zusammensetzung für kratzfeste Beschichtungen auf unbehandelten oder bereits behandelten Oberflächen, vorzugsweise Holzoberflächen, umfasst

a) 45 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 55 bis 90 Gew.-%, bevorzugter 60 bis 85 Gew.-%, mindestens eines UV-härtenden Bindemittels,
b) 1 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 15 Gew.-%, bevorzugter 4 bis 10 Gew.-%, feste anorganische Partikel,
c) 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1,5 bis 8 Gew.-%, bevorzugter 2 bis 5 Gew.-%, mindestens eines Photoinitiators,
d) 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-%, bevorzugter 1 bis 2 Gew.-%, mindestens eines Acrylpolymers,
e) 0 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugter 10 bis 30 Gew.-%, mindestens eines organischen Lösungsmittels,
f) 0 bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-%, bevorzugter 0,5 bis 1,0 Gew.-%, mindestens eines Verlaufsadditives, und
g) 0 bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 1,0 Gew.-%, bevorzugter 0,1 bis 0,5 Gew.-%, mindestens eines Entschäumeradditives.

Das UV-härtende Bindemittel der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist vorzugsweise ein aliphatisches Urethanacrylat mit einer Doppelbindungsdichte von mindestens 3 mmol/g, vorzugsweise mindestens 4 mmol/g, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 mmol/g oder darüber. Das aliphatische Urethanacrylat kann dabei in gelöster Form, z.B. in geeigneten Reaktivverdünnern wie mehrfachfunktionellen Monomeren, z.B. Pentaerythritoltri- und/oder -tetraacrylat, in der erfindungsgemäßen UV-härtenden Zusammensetzung verwendet werden. Ein kommerziell verfügbares aliphatisches Urethanacrylat ist z.B. Ebecryl 5129 (Cytec), welches in Pentaerythritoltetraacrylat (PETIA) gelöst ist. Die Doppelbindungsdichte des Urethanacrylats im Ebecryl 5129 beträgt dabei 7,5 mmol/g. Aber auch andere bekannte UV-härtende Bindemittel mit oben genannter Doppelbindungsdichte von mindestens 3 mmol/g können als Basis für die erfindungsgemäße Zusammensetzung verwendet werden, z.B. Polyesteracrylate (z.B. Laromer LR 8800), Oligoetheracrylate bzw. aminmodifizierte Oligoetheracrylate (z.B. Laromer LR 8869), Epoxidacrylate (z.B. Laromer LR 9023).
Die erfindungsgemäße UV-härtende Zusammensetzung enthält feste anorganische Partikel in den angegebenen Gewichtsprozentbereichen, wobei diese festen anorganischen Partikel eine Doppelfunktion erfüllen. Einerseits wirken sie nämlich als Mattierungsmittel und andererseits sorgen sie für eine Erhöhung der Kratzbeständigkeit des ausgehärteten Lackes. Die festen anorganischen Partikel haben dabei vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 0,5 bis 14 μm und weiter bevorzugt von 2 bis 6 μm. Die mittlere Partikelgröße lässt sich durch transmissionselektronenmikroskopische (TEM) Aufnahmen bestimmten. Zur Messung kann beispielsweise das Gerät Hitachi 7500 verwendet werden, die Auswertung erfolgt anschließend über eine (SIS-) Bildanalyse.
Der d50-Wert der festen anorganischen Partikel liegt vorzugsweise zwischen 5 und 15 μm, vorzugsweise zwischen 6 und 11 μm. Der d50-Wert kann durch Laserbeugung gemäß ISO 13320-1 ermittelt werden.
Die Dichte der festen anorganischen Partikel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, gemessen nach ISO 787-10, beträgt zwischen 0,5 und 5 g/cm³, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3,0 g/cm³.
Als feste anorganische Partikel für die erfindungsgemäße Zusammensetzung werden vorzugsweise Aluminiumoxidpartikel, Siliciumdioxidpartikel oder Zirconiumoxidpartikel ausgewählt Auch verschiedene Mischungen dieser Oxide können verwendet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bestehen die festen anorganischen Partikel aus Siliciumdioxid und sind entweder synthetisch hergestellt oder natürlichen Ursprungs. Siliciumdioxidpartikel können ggf. auch oberflächenmodifiziert und/oder oberflächenbeschichtet sein. Als Beschichtungsmaterial kommen organische wie auch anorganische Beschichtungsmaterialien und deren Kombinationen in Frage, z.B. Wachse.
Besonders geeignete feste anorganische Partikel sind die verschiedenen Acematt^®-Typen der Degussa GmbH, z.B. Acematt HK 125, Acematt HK 400, Acematt HK 440, Acematt HK 450, Acematt HK 460, Acematt OK 412, Acematt 412 LG, Acematt OK 500, Acematt OK 520, Acematt OK 607, Acematt OP 278, Acematt TS 100, Acematt TS 100/20, Acematt 3200 oder Acematt 3300, Insbesondere bevorzugt ist Acematt HK 125, welches ein unbehandeltes und unbeschichtetes siliciumdioxidbasiertes Mattierungsmittel ist, welches eine heterogene Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 4 μm (gemäß Transmissionselektronenmikroskopie) aufweist. Acematt HK 125 ist unter der CAS-RN 112926-00-8 registriert.
Der Photoinitiator, der der erfindungsgemäßen UV-härtenden Zusammensetzung in der oben angegebenen Menge zugesetzt wird, ist vorzugsweise aus der Klasse der α-Hydroxyketone bzw. deren Derivate, vorzugsweise Hydroxycyclohexylphenylketon. Kommerziell erhältlich sind diese Photoinitiatoren z.B. als Irgacure 184, Irgacure 500, Irgacure 2959 oder Darocure 1173, (Ciba Specialty Chemicals, Basel). Für die erfindungsgemäße Zusammensetzung können jedoch auch andere bekannte Photoinitiatoren ausgewählt werden. Zum Beispiel sind auch α-Aminoketone, Acylphosphinoxide und deren jeweiligen Derivate als solche Initiatoren geeignet.
Die erfindungsgemäße UV-härtende Zusammensetzung enthält auch mindestens ein Acrylpolymer, welches eine stabilisierende Funktion bzgl. der festen anorganischen Partikel in dem Zusammensetzungsgemisch ausübt. Das Acrylpolymer wirkt unterstützend bei der Dispersion der Partikel, die sonst in der noch nicht ausgehärteten Zusammensetzung dazu neigen, zu koagulieren und sich abzusetzen.
Als besonders geeignete Acrylpolymere haben sich Copolymere auf Basis von Acrylat, Methacrylat und/oder akylsubstituierten Derivaten davon herausgestellt. Diese Acrylpolymere können also z. B. Copolymere von Acrylat mit Methacrylat sein oder Copolymere von Acrylat mit alkylsubstituierten Derivaten von Acrylat oder Methacrylat. Besonders geeignet sind auch Copolymere von Methylacrylat mit alkylsubstituierten Derivaten des Methacrylats. Ein besonders geeignetes Copolymer ist z.B. eines aus Methylmethacrylat und Methylacrylat (Plex 8671 F, Röhm GmbH). Als Acrylpolymer für die erfindungsgemäße Zusammensetzung eignen sich selbstverständlich auch Mischungen der zuvor genannten Copolymere.
Die erfindungsgemäße UV-härtende Zusammensetzung kann auch mindestens ein organisches Lösungsmittel enthalten, wobei als Lösungsmittel zahlreiche für solche Zusammensetzungen üblicherweise bekannten Lösungsmittel in Frage kommen, z.B. Terpene, Alkane, Aromaten, Alkohole, Ketone, Ester, Ether oder Mischungen davon. Bevorzugt Lösungsmittel sind Ethanol, Butylacetat, Isopropanol, Isobutanol, Methoxypropanol, Methylethylketon, oder Mischungen davon. Ein besonders geeignetes Lösungsmittel für die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist Ethanol, ein schnell abdampfendes Lösemittel, mit dem hohe Produktionsgeschwindigkeiten im Lackierprozess realisiert werden können.
Die Menge des verwendeten Lösungsmittels in der Zusammensetzung kann in den angegebenen Grenzen frei variiert werden und wird üblicherweise unter Berücksichtigung der erforderlichen Rheologie und Filmbildung bei der jeweiligen Applikation und den anwendungsspezifischen Abluft- und Trocknungsbedingungen vor der UV-Härtung eingestellt.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann auch mindestens ein Verlaufsadditiv enthalten, beispielsweise Byk 3510, ein polyethermodifiziertes Polydimethylsiloxan, welches vorzugsweise mit einem Gewichtsanteil von bis zu 0,6 bis 1,2 Gew.-% verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße UV-härtende Zusammensetzung kann auch in Abhängigkeit der jeweiligen Bedingungen während des Beschichtungsvorganges mindestens ein Entschäumeradditiv enthalten. Entschäumer sind in der Regel ionische oder nicht ionische Tenside und können zur Verbesserung der Filmbildung beitragen. Ein beispielhafter Entschäumer ist Byk 088, eine Kombination von schaumzerstörenden Polymeren und Polysiloxanen, welches zur Reduzierung bzw. zur Vermeidung störender Lufteinschlüsse im Beschichtungsmaterial mit 0,1 bis 0,5 Gew.-% eingesetzt wird.
Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße UV-härtende Zusammensetzung umfasst z. B.

a) 45 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 55 bis 90 Gew.-%, bevorzugter 60 bis 85 Gew.-%, eines aliphatischen Urethanacrylats,
b) 1 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 15 Gew.-%, bevorzugter 4 bis 10 Gew.-%, Siliciumdioxidpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 2 bis 6 μm,
c) 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1,5 bis 8 Gew.-%, bevorzugter 2 bis 5 Gew.-%, eines Photoinitiators,
d) 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-%, bevorzugter 1 bis 2 Gew.-%, eines Copolymers auf Basis von Acrylat, Methacrylat und/oder alkylsubstituierten Derivaten davon,
e) 0 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugter 10 bis 30 Gew.-%, eines organischen Lösungsmittels,
f) 0 bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-%, bevorzugter 0,5 bis 1,0 Gew.-%, eines Verlaufsadditives, und
g) 0 bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 1,0 Gew.-%, bevorzugter 0,1 bis 0,5 Gew.-%, eines Entschäumeradditives.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine kratzfeste Beschichtung, die durch Auftragen der oben beschriebenen UV-härtenden Zusammensetzung auf ein Substrat oder einen Formkörper und anschließendem Härten der Zusammensetzung erhältlich ist. Bei dem Substrat oder dem Formkörper handelt es sich vorzugsweise um Holz, insbesondere um Möbelholz bzw. um Möbelstücke.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Substrat oder Formkörper, vorzugsweise aus Holz bzw. ein Holzmöbel, wobei die Oberfläche des Substrats oder Formkörpers, die ggf. vorbehandelt und/oder bereits zumindest teilweise beschichtet ist, zumindest teilweise eine kratzfeste Beschichtung, wie sie oben beschrieben ist, umfasst.
Beispiel
Beispiel 1
Eine erfindungsgemäße UV-härtende Zusammensetzung wurde durch Mischen der folgenden Mengen der angegebenen Komponenten hergestellt:

a) 62,3 Gew.-% Ebecryl 5129 (aliphatisches Urethanacrylat),
b) 4,2 Gew.-% Acematt KH 125 (Siliciumdioxidpartikel),
c) 2,5 Gew.-% Irgacure 184 (Photoinitiator),
d) 1,2 Gew.-% Plex 8671 F (Acrylpolymer),
e) 28,8 Gew.-% Ethanol (organisches Lösungsmittel),
f) 0,8 Gew.-% Byk 3510 (Verlaufsadditiv),
g) 0,2 Gew.-% Byk 088 (Entschäumeradditiv).

Vergleichende Prüfungen wurden unter anderem nach den entsprechenden Normen für Möbeloberflächen (Richtlinie „VdL-RL 02 (2. Revision)", Verband der Lackindustrie e. V., sowie DIN 68 861 „Möbeloberflächen" Teile 1-2-4-6-7-8 Verhalten bei verschiedenen Beanspruchungen) durchgeführt.

Claims

UV-härtende Zusammensetzung für kratzfeste Beschichtungen auf unbehandelten oder bereits behandelten Oberflächen, vorzugsweise Holzoberflächen, umfassend: a) 45 bis 95 Gew.-%, mindestens eines UV-härtenden Bindemittels, b) 1 bis 25 Gew.-%, feste anorganische Partikel, c) 0,5 bis 10 Gew.-%, mindestens eines Photoinitiators, d) 0,1 bis 5 Gew.-%, mindestens eines Acrylpolymers, e) 0 bis 60 Gew.-%, mindestens eines organischen Lösungsmittels, f) 0 bis 2,0 Gew.-%, mindestens eines Verlaufsadditives, und g) 0 bis 2,0 Gew.-%, mindestens eines Entschäumeradditives.
UV-härtende Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das UV-härtende Bindemittel ein aliphatisches Urethanacrylat, ein Polyesteracrylat, ein Oligoetheracrylat, ein aminmodifiziertes Oligoetheracrylat oder ein Epoxidacrylat ist und vorzugsweise eine Doppelbindungsdichte von mindestens 3 mmol/g, bevorzugter mindestens 4 mmol/g, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 mmol/g oder darüber, aufweist.
UV-härtende Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei das UV-härtende Bindemittel ein aliphatisches Urethanacrylat ist und in gelöster Form, vorzugsweise in Pentaerythritoltri- und/oder -tetraacrylat, in der Zusammensetzung enthalten ist.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die festen anorganischen Partikel eine mittlere Partikelgröße nach TEM-Analyse von 0,5 bis 14 μm, vorzugsweise von 2 bis 6 μm, aufweisen.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die festen anorganischen Partikel einen d50-Wert zwischen 5 und 15 μm, vorzugsweise zwischen 6 und 11 μm, aufweisen.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die festen anorganischen Partikel ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Aluminiumoxid-, Siliziumdioxid- und Zirconiumoxid-Partikel oder Mischungen davon.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die festen anorganischen Partikel aus synthetisch hergestelltem Siliziumdioxid bestehen oder natürlichen Ursprungs sind und gegebenenfalls oberflächenmodifiziert und/oder -beschichtet sind.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Photoinitiator ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend α-Aminoketone, Acylphosphinoxide, α-Hydroxyketone, deren jeweiligen Derivate oder Mischungen davon, vorzugsweise Hydroxycyclohexylphenylketon.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Acrylpolymer ein Copolymer auf Basis von Acrylat, Methacrylat und/oder alkylsubstituierten Derivaten davon ist oder Mischungen solcher Copolymere.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Acrylpolymer ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Methylacrylat ist.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Terpene, Alkane, Aromaten, Alkohole, Ketone, Ester, Ether und Mischungen davon, bevorzugt Ethanol, Butylacetat, Isopropanol, Isobutanol, Methoxypropanol, Methoxypropanol, und Mischungen davon, besonders bevorzugt Ethanol.
UV-härtende Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verlaufsadditiv ein polyethermodifiziertes Polydimethylsiloxan und/oder das Entschäumeradditiv ein ionisches oder nicht ionisches Tensid ist.
UV-härtende Zusammensetzung umfassend: a) 45 bis 95 Gew.-%, eines aliphatischen Urethanacrylats mit einer Doppelbindungsdichte von mindestens 3 mmol/g, b) 1 bis 25 Gew.-%, Siliciumdioxidpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 2 bis 6 μm, c) 0,5 bis 10 Gew.-%, eines Photoinitiators, d) 0,1 bis 5 Gew.-%, eines Copolymers auf Basis von Acrylat, Methacrylat und/oder alkylsubstituierten Derivaten davon, e) 0 bis 60 Gew.-%, eines organischen Lösungsmittels, f) 0 bis 2,0 Gew.-%, eines Verlaufsadditives, und g) 0 bis 2,0 Gew.-%, eines Entschäumeradditives.
Kratzfeste Beschichtung erhältlich durch Auftragen einer UV-härtenden Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auf ein Substrat oder einen Formkörper und anschließendes UV-Härten der Zusammensetzung.
Ein Substrat oder Formkörper, vorzugsweise aus Holz, wobei die Oberfläche des Substrats oder Formkörpers, welche gegebenenfalls vorbehandelt und/oder bereits zumindest teilweise beschichtet ist, zumindest teilweise eine kratzfeste Beschichtung nach Anspruch 14 umfasst.