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Rayboard Gesellschaft für Verfahren zur Plattenveredelung und Strahlenhartung,
Verfahren zur Herstellung von Ueberzügen mit verbesserter Dauerhaftigkeit auf Holz
und Holzwerkstoffplatten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Ueberzügen mit verbesserter Dauerhaftigkeit auf Holz und Holzwerkstoffplatten.
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Es ist bekannt, die Vernetzung von Kunstharz-Polymeren durch Einwirkung
ionisierender Strahlen z.B. Röntgen-, Gamma- und Betastrahlen oder Strahlenbündel
stark beschleunigter Elektronen, hervorzurufen. Ferner ist bekannt, ionisierende
Strahlung zur Härtung von Kunstharzüberzügen aus Mischungen ungesättigter Präpolymeren,
wie ungesättigter Polyester und reaktionsfähigen olefinisch ungesättigten Monoineren,
anzuwenden.
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Bei den meisten technischen Anwednungen dieser Bestrahlungsmethoden
wurden Elektronen mit einer Energie zwischen 50 und WOOOKeV verwendet. Bekanntlicherweise
kann die Aushärtung der Ueberzüge auf verschiedenen Substraten, wie Metall, Holz,
Kunststoff, Papier oder Glas, durchgeführt werden. Von all den
möglichen
Anwendungen des Verfahrens steht die Veredelung von Holzwerkstoffplatten, wie Spanplatten
und Hartfaserplatten, im Vordergrund. Normalerweise werden die Platten mit einem
Grundierspachtel beschichtet, der ausgehärtet wird. Anschliessend werden die Platten
nachgeschliffen, um Unebenheiten auf der Oberfläche auszugleichen und die aufstehenden
Fasern zu beseitigen. Anschliessend kann ein Decklack aufgegossen oder aufgewalzt
werden.
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Nachteilig an den bisher bekannten Verfahren ist das Durchscheinen
der Holzfaserstruktur bei langfristiger thermischer Wechselbeanspruchung. Ferner
treten nach einer längeren Exponierung Risse in der Beschichtung auf. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, dass bei der Bearbeitung de Platten, z.B. beim Sägen, Fräsen
usw., die Kanten der Beschichtung brechen Ziel der vorliegenden Erfindung ist, diese
Nachteile zu beheben.
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Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass man ein Beschichtungsmaterial
aus Kunstharzen mit einem vliesartigen Material ermiert und das Beschichtungsmaterial
mittels ionisierenden Strahlen aushärtet.
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Eine bevorzugte Ausführungsfrom besteht darin, dass man eine Grundierspachtelschicht
auf die Platten aufbringt, ein dünnschichtiges vliesartiges Material planparallel
auf die Spachtelbeschichtung auflegt und dass man anschliessend novhmals ein Beschichtungsmaterial
aufbringt und die Aushärtung 1 des ganzen Aufbaus mittels ionisierender Strahlen
durchführt.
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Als Kunstharze komjnen solche, die siWh mit ionisierenden Strahlen
aushärten lassen, vorallem solche, die zwei oder mehrere polymerisierbare Doppelbindungen
aufweisen, in betracht, wie ungesättigte Polyester (vgl. US-Patent Nr.
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3.247.012), Polyaorylate aus N-heterocyclische Verbindungen (vgl.
Schweiz.-Patent Nr. 546.800), ungesättigte Amide (vgl.
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Deutsche OS Nr. 2.257.769) oder Vinyladdukte aus Polyurethanharzen
(vgl. Britisches Patent Nr. 1.147.732). Selbstverständlich können auch Mischungen
gesättigter Präpolymeren angewendet werden. Beispiele solcher strahlenhärtbaren
Systenedieser Art sind Acrylharze (Deutsche OS Nr. 2.106.159) und chlorierte Polyolefine
(CH-Patent 515.299).
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Vorteilhaft werden Mischungen aus Kunstharzen und reaktionsfähigen
olefinisch ungesättigten Monomeren verwendet. Als Monomere kommen vorallem Verbindungen
der Acrylsäure und deren Homologen, wie Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure
mit Alkoholen oder Phenolen, z.B. Methylacrylat, Aethylacrylat, 2-Aethylhexylacrylat,
Dodecylacrylat, Butylmethacrylat, Acrylnitril, Methacrylnitril, Triäthylenglykoldimethacrylat,
1,4-Butandioldiacrylat und 1,6-Hexandioldiacrylat, in Frage. Ferner können auch
andere reaktionsfähige olefinisch ungesättige Monomere, z.B. Sytrol, Divinylbenzol,
Vinylester wie Vinylacetat, Allylverbindungen wie Diallylphthalat u.a., verwendet
werden.
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Die speziell zur Herstellung von strahlenhärtbaren Ueberzügen geeigneten
Kunstharze oder Kunstharzgemische können noch Flexibilisatoren, Stabilisatoren und
vorzugsweise Füllstoffe, z.B. Bariumsulfat, Kreide, Mikrotalkum und Pigmente, z.B.
Titandioxid, enthalten.
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Die Härtung der Kunstharze oder Kunstharzmischung en bzw. Beschichtungsmaterial
kann mit jeder ionisierenden Strahlung, vorzugsweise mit einer energiereichen elektromagnetischen
Strahlung, wie z.B. Röntgenstrahlung sowie mit beschleunigten Elektronen vorgenommen
werden. In letzterem Fall wird mit einer durchschnittlichen Elektronenenergie von
50 bis 4000 KeV gearbeitet. -Handelt es sich um die Härtung dünner Schichten, wird
eine durchschnittliche Energie von 50 bis 600 KeV angewendet.
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Die Härtung wird zweckmässig in Abwesenheit von Sauerstoff durchgeführt.
Um dies zu erreichen, wendet man eine Schutzgasatmosphäre, z.B. Stickstoff, an.
Die Beschichtung kann auch vorteilhafterweise vor, während oder nach dem Härten
noch zusätzlich einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
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In manchen Fällen ist es vorteilhaft, den Kunstharzen oder Kunstharzmischungen
kleine Mengen eines freien Radikale bildenden Polymerisationskatalysators, wie z.B.
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Peroxide, Azoverbindungen oder Persulfate, zuzugeben.
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Als Substrate für die Beschichtung kommen Holz oder Holwerkstoffplatten,
wie Sperrholz, Spanplatten, Faserplatten usw. zur Anwendung.
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Als geeignetes vliesartiges Material kommen hauptsächlich gewobene
oder nicht-gewobene Vliese aus Kunststoff-Fasern, cellulosehaltige Materialien oder
Glas, Papiere und Kunststoff-Folien, in Frage. Vorzugsweise wird ein dünnschichtiges,
glattes, nassfestes und saugfähiges Papier verwendet.
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Das Verfahren wird zweckmässig so durchgeführt, dass man einen Grundierspachtel
auf die Platte mit Hilfe einer Spachtelwalzmaschine aufbringt. Direkt nach dem Auftragen
des Spachtels wird das Papier aufgewalzt und gleichzeitig auf das Plattenmass zugeschnitten.
Allenfalls bringt man anschliessend eine Lage Beschichtungsmaterial auf und dann
wird der ganze Aufbau mittels Elektronenstrahlen ausgehärtet. Es ist selbstverständlich
ohne weiteres möglich, die Armierung der Beschichtung mit dem vlies artigen Material
nach einer anderen Methode auszuführen.
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Normalerweise werden die Platten nach der Aushärtung nachgeschliffen.
Die so erhaltenen Platten können als solche direkt oder als Basis für eine weitere
Oberflächenveredelung verwendet werden.
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Die nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen veredelten Platten
sind gut zu bearbeiten. Die Kanten der Platten brechen beim Sägen oder Fräsen nicht
aus. Ferner zeigen Platten eine hervorragende Stabilität bei langfristiger thermischer
Wechselbeanspruchung, d.h., das Durchscheinen der Holzfaserstruktur und Rissbildung
werden drastisch reduziert.
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Die nachstehenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern. Unter
Teile sind, wenn nicht anders vermerkt, Gewichtsteile zu verstehen.
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Beispiel 1 Es wurden Filme (60 g/m2) eines Grundierspachtels gemäss
der Formel 1 auf Spanplatten aufgebracht. Anschliessend wurde ein nicht gewobener
cellulosehaltiger Vliesstoff mit einer Dicke von 120 /um und einem Flächengewicht
von 42 g/m2, welche unter der Markenbezeichnung Vliesstoff 4851 von der Papierfabrik
Balsthal erhältlich ist, auf den Grundierspachtel gewalzt. Nachträglich wurde ein
weiterer Film (60 g/m2) desselben Grundierspachtels appliziert. Die so erhaltene
Beschichtung wurde beschleunigten Elektronen mit einer durchschnittlichen Energie
von 400 KeV ausgesetzt, indem die Platten der Länge nach durch einen Elektronenstrahl
(Strahlenintensität 4 Megatrad/sek.) hindurchgeführt wurden. Die Bestrahlungen wurden
in einer Stickstoffatmosphäre (maximale Sauerstoff-Konzentration 0,02%) ausgeführt.
Es wurde festgestellt, dass die zu härtenden Schichten eine Strahlungsdosis von
2,0 Megaorad aufnehmen.
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Nach 24 Stunden wurden die Platten einer Cold-Check-Prüfung unterzogen
(1 Zyklus = 2 h + 400C, 2 h - 200C).
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Bei dieser Prüfung wurde festgestellt, dass Risse in der Grundierung
nach 48 Zyklen zu beobachten waren. Das Durchscheinen der Holzfaser-Struktur kam
nicht vor.
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Formel 1 Polyacrylat (vgl. Polyacrylat A Schweiz. Patent Nr. 546.800)
19,3 Triäthylenglykoldimethacrylat 13,2 Titandioxid 10,0 Bariumsulfat 25,0 Mikrotalkum
10,0 Kreide 22,5 Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) Im Vergleich zu Beispiel 1 wurden
Filme (120 g/m2) des Grundierspachtels gemäss Formel 1 auf der gleichen Spanplatte
wie im vorherigen Beispiel appliziert. Anschliessend wurden die Platten, wie in
Beispiel 1 beschrieben, bestrahlt. Die Härtungsdosis betrug 2 Megarad.
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Die Cold-Check-Prüfung wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt.
In diesem Fall kam das Durchscheinen der Holzfaserstruktur nach 18 Zyklen vor. Risse
wurden nach 24 Zyklen beobachtet.
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Beispiel 3 Es wurden Filme (50 g/m2) eines Grundierspachtels gemäss
Formel 1 (Beispiel 1) auf Spanplatten mittels einer Spachtelwalzmaschine aufgebracht.
Anschliessend wurde ein kommerziell erhältliches Imprägnierpapier mit einer Dicke
von 50 /Um und einem Flächengewicht von 38 g/cm2 auf den Grundierspachtel gewalzt.
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Nachträglich wurde ein weiterer Film (50 g/m2) desselben Grundierupachtels
appliziert. Die so erhaltene Beschichtung wurde beschleunigten Elektronen mit einer
durchschnittlichen Energie von 320 KeV ausgesetzt, indem die Platten der Länge nach
durch einen Elektronenstrahl hindurchgeführt wurden (Strahlungsbedingungen: 0,39
mA/cm2, Förderbandgeschwindigkeit 16 m/min.).
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Die Bestrahlungen wurden in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt
(02 Konzentration 0,05%). Nach der Aushärtung wurden die Platten geschliffen (Corundpapier
220 Korn) und entstaubt.
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Anschliessend wurden Filme (100 g/m2) eines weisspigmentierten Decklackes,
bestehend aus 30 Teilen Polyacrylat (vgl. Polyacrylat A: Schweiz. Patent Nr. 546.800)
und 70 Teilen 1,6 Hexandioldiacrylat (Pigmentierungshöhe 33%), auf den Grundierspachtel
gegossen und in der gleichen Weise wie oben beschrieben, bestrahlt (Strahlungsbedingungen:
0,39 mA/cm2, Förderbandgeschwindigkeit 20 m/min.).
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Die Cold-Check-Prüfung wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt.
Nach 180- Zyklen wurden noch keine Risse im Decklack festgestellt.
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Beim Sägen der Platten brachen die Kanten der Beschichtung nicht
aus. Ein einwandfreier Schnitt wurde erreicht.
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Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel) Im Vergleich zu Beispiel 3 wurden
Filme (100 g/m2) des Grundierspachtels gemäss Formel 1 (Beispiel 1) auf der gleichen
Spanplatte wie in Beispiel 3, mit einer Spachtelwalzmaschine appliziert. Anschliessend
wurden die Platten, wie in Beispiel 3 beschrieben, bestrahlt. Nach der Aushärtung
wurden die Platten in der gleichen Weise wie im vorherigen Beispiel geschliffen
und entstaubt. Anschliessend wurden Filme (100 g/m2) aus dem weiss-pigmentierten
Decklack (Beispiel 3) gegossen und in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 bestrahlt.
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Bei der Cold-Check-Prüfung, durchgeführt wie in Beispiel 1 beschrieben,
wurden nach 90 Zyklen Risse beobachtet.
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Dabei wurde festgestellt, dass die Beschichtung, hergestellt auf dem
papierarmierten Grundierspachtel (Beispiel 3), eine verbesserte. Dauerhaftigkeit
aufweist.
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Beim Sägen der Platten brachen die Kanten der Beschichtung aus.