DE2605325B2

DE2605325B2 -

Info

Publication number: DE2605325B2
Application number: DE2605325A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 5210 Troisdorf Budich; Peter 5208 Eitorf Gauchel; Robert Dipl.-Ing. Krah; Karl-Guenter Scharf; Waldemar 5200 Siegburg Wissinger
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1976-02-11
Filing date: 1976-02-11
Publication date: 1979-01-04
Also published as: GB1572728A; CA1094897A; JPS52112634A; FR2340973A1; ATA86377A; FR2340973B1; CH626818A5; NO770445L; SE7701488L; BE851286A; IE44864B1; DK57277A; SE431992B; ES455801A1; IT1082700B; NL7701411A; IE44864L; DE2605325A1

Description

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Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz von PVC-Oberflächen gegen Sonnenlichteinwirkungen durch Aufbringen einer haftfest mit der PVC-Oberfläche verbundenen, mit Farbpigmenten und UV-Stabilisatoren versehenen Deckschicht -to aus einem Polymethylmethacrylat oder Copolymerisat davon.

Die schlechte Witterungsbeständigkeit des PVC rühi 1 daher, daß die PVC-Moleküle unter Abspaltung von HCI bei Bildung konjugierter Doppelbildungen kracken. Dieses Abbauen wird durch das Licht und thermische Energie ausgelöst. Infolge des Abbauens verfärbt sich das an sich farbneutrale PVC von gelb über bräunlich bis schwarz. Gleichzeitig werden durch das Abbauen die mechanischen Eigenschaften verändert, d. h. insbeson- w dere Schlagfestigkeit und Dehnung des PVC nehmen stark ab. Es ist bekannt, daß das PVC mittels Stabilisatoren, z. B. Dibutylzinnmaleinat oder Bleiphosphit oder Barium/Cadmium-Komplexe stabilisiert werden kann, um den geschilderten Abbau zu *>'■> verzögern. Außerdem kann man UV-Absorber zusetzen. Letztere sind allerdings sehr teuer und können nur dann wirken, wenn eine genügend hohe Konzentration vorhanden ist. Dennoch werden auch bei reichlich Zusatz von UV-Absorbern in der oberen Grenzschicht ^M) des PVC in großen Bereichen die PVC-Moleküle ungeschützt bleiben, da mit dem zugesetzten UV-Absorber ja keine deckende lichtundurchlässige Schicht erzielt werden kann. Hinzu kommt, daß UV-Absorber einen höheren Dampfdruck als das PVC aufweisen und ·'> im Laufe der Zeit entweichen bzw. durch andere chemische Reaktionen abgebaut werden können. Auch bei Pigmentierung der PVC-Massen bleiben bei hoher Pigmentierung die PVC-Moleküle an der Oberflächengrenzschicht ungeschützt.

Da der Zusatz aller Hilfsmittel in der Regel die mechanischen Eigenschaften des PVC verschlechtert und darüber hinaus eine absolute Witterungsbeständigkeit einer der direkten Bewitterung ausgesetzten PVC-Oberfläche nicht erzielt werden kann, verbleibt als weiterer Weg das bekannte Hilfsmittel einer Beschichtung der PVC-Oberfläche.

In der deutschen Offenlegungsschrift 22 46 497 sind Kunststoffprofil mit verbesserter Licht- und Witterungsbeständigkeit beschrieben, bei denen mindestens auf einem Teil des Umfanges eine Schicht aus einem Polymethylmethacrylat oder einem Copolymer davon vorzugsweise in einer Stärke von 0,1 bis 1 mm haftfest durch Coextrusion aufgebracht ist Auf diese Weise wird die Profiloberfläche veredelt und die hervorragenden Eigenschaften insbesondere des Polymethylmethacry-Iats, wie hohe Brillanz, leichte Einfärbbarkeit und hohe Leuchtkraft und Reinheit der Farben auf das beschichtete Profil übertragen. Diesen Deckschichten können auch UV-Absorber zugesetzt werden. Dieser Weg des Schutzes der PVC-Oberfläche mit Hilfe einer zusätzlichen Schutzschicht ist jedoch keineswegs unproblematisch, da durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Werkstoffe für die Deckschicht und das Grundprofil bei Sonneneinstrahlung durch unterschiedliche Aufheizung und Wärmedehnungen ein Bimetalleffekt auftritt, der zum Ablösen der Deckschicht, Verwölbung od. dgl. führen kann. Die gleichen Probleme treten bei dem Gegenstand der DE-OS 17 59 931 auf.

Auch nach dieser Offenlegungsschrift soll das Aussehen, die Witterungsbeständigkeit und die Farbechtheit von Profilen aus Kunststoffen dadurch verbessert werden, daß eine Deckschicht vorgesehen wird, die stark mit hochwertigen Pigmenten angereichert ist und/oder eine hohe Konzentration von UV-Stabilisatoren aufweist. Hierbei soll u. a. durch die Materialwahl der Deckschicht erreicht werden, daß die Hochpolymere der Kernscriicht von der Zersetzung geschützt werden bzw. Hochpolymere mit Doppelbindung weniger stark der Alterung durch Wärme und Lichteinwirkung bzw. Sauerstoff ausgesetzt sind. Welche Materialien der Deckschicht nun überhaupt geeignet sind, diese Aufgabe zu lösen, ist in der Offenlegungsschrift 17 59 931 nicht angegeben. Die nach dieser Offenlegungsschrift zulässigen lichtdurchlässigen Deckschichten, die hell eingefärbt bzw. transluzent eingefärbt werden, haben jedoch mit Sicherheit den Bimetalleffekt zur Folge, insbesondere dann, wenn die Kernschicht dunkel eingefärbt ist, da zwar die UV-Strahlen durch die Deckschicht absorbiert werden, jedoch die übrige Strahlung hindurchdringt. Welche lichtundurchlässigen Materialien hingegen die gestellte Aufgabe lösen könnten, ist dem Fachmann nicht offenbart. Jedoch tritt auch bei solchen Materialien der beschriebene Bimetalleffekt auf.

Der Gcgensüand der Erfindung geht nicht den in der deutschen Offenlegungsschrift 17 59931 vorgeschlagenen Weg, ein lichtundurchlässiges Material für die Beschichtung zu wählen, sondern ein selbst farbloses und transparentes Material einzusetzen, das sich bekanntermaßen durch gute optische Eigenschaften und hohe Witterungsbeständigkeit auszeichnet, nämlich Polymethylmethacrylat oder ein Copolymerisat davon. Eine solche Deckschicht wird auch nach der deutschen Offenlegungschrift 22 46 497 für Kunststoffprofile verwendet. Die Deckschicht aus Polymethylmethacrylat

oder einem Copolymerisat davon ist selbst witterungsbeständig, bietet jedoch der darunter liegenden PVC-Oberfläche keinen Schutz gegen Sonnenlichteinwirkungen, da sie die kurzwellige UV-Strahlung selbst bei einer relativ dicken Deckschichtstärke von etwa 0,2 bis 0,3 mm an, noch durchläßt. Auch das beliebige Einfärben der Deckschicht aus Polymethylmethacrylat, wie sie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 22 46 497 angegeben ist, bietet keinen sicheren Schutz der PVC-Oberfläche gegen Sonnenlichteinwirkungen, da nicht jede beliebige Pigmentierung der Art und Höhe nach die der vorliegenden Anmeldung zugrundeliegende Aufgabe löst

Darüber hinaus ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 47 980 noch ein Verfahren zum Herstellen von farbigen Bauteilen für den Außeneinsatz im Bauwesen, wie z. B. Fensterprofilrahmen, Fassadenplatten od. dgl. aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise PVC, beispielsweise durch Extrusion, Tiefziehen oder Spritzgießen bekanntgeworden, bei dem zur Verhinderung einer zu starken Aufheizung der Bauteile als Folge ihrer Farbgebung durch die Sonneneinstrahlung die thermoplastische Formmasse vor der endgültigen Formgebung mittels Pigmenten mit einer hohen Absorption an sichtbarem Licht bei gleichzeitig hoher Remission im Infrarot-Bereich eingefärbt wird. Auf diese Weise wird insbesondere bei mit dunkleren Farbtönen eingefärbten Bauteilen erreicht, daß diese sich nicht zu stark durch Sonneneinstrahlung aufheizen und damit das Auslösen der Eigenspannuiigen bei erhöhten Temperaturen, bei PVC bei Temperaturen von 60⁰C aufwärts, vermieden wird. Bei diesem bekannten Verfahren und den danach hergestellten Produkten ist jedoch die PVC-Oberfläche selbst noch nicht gegen Angriffe der Sonnenstrahlung geschützt.

Ausgehend also von einer für sich witterungsbeständigen jedoch farblosen und transparenten Deckschicht aus einem Polymethylmethacrylat oder Copolymerisat davon wird gemäß der Erfindung der Schutz der darunter liegenden PVC-Oberfläche gegen Sonnenlichteinwirkungen dadurch erreicht, daß die Deckschicht mit einem Pigmentsystem, das in dem Spektralbereich des gewünschten Farbtones und im IR-Bereich jeweils eine möglichst hohe Reflektion und im UV-Bereich eine möglichst geringe Durchlässigkeit aufweist, soweit deckend eingefärbt wird, daß sie keine Strahlen in den für PVC-schädlichen Wellenlängen bzw. Mengen durchläßt. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen in Kombination wird zum ersten Mal ein vollkommener Schutz einer PVC-Oberfläche durch eine Deckschicht bei gleichzeitiger Witterungsbeständigkeit und verringerter Aufheizung gewährleistet, wobei der beliebigen Pigmentierung Grenzen gesetzt sind, da nicht jedes Pigment geeignet ist, im Sinne der Erfindung verwendet zu werden. Mit drr erfindungsgemäßen Lehre werden die durch die unterschiedlichen Materialeigenschaften, insbesondere auch die unterschiedlichen Materialeigenschaften, insbesondere auch durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bedingten Nachteile von Verbundwerkstoffen mit einer Basisschicht aus PVC bei Bewitterungseinflüssen und Tcmperaturwechselbeanspruchungen und Sonnenlichteinwirkungen im wesentlichen ausgeglichen. Damit werden zum ersten Mal alle die Nachteile, die den einzelnen durch den Stand der Technik bekanntgewordenen Lösungen noch anhaften, ausgeschaltet und der Einsatzbereich von PVC als Kunststoff für das Bauwesen im Außeneinsatz insbesondere für solche Landschaften, in denen hohe Temperaturwechselbeanspruchungen und hohe Sonneneinstrahlungen stattfinden, ermöglicht. Hier ist beispielsweise an die tropischen und subtropischen Länder gedacht, in denen alle bisher bekannten beschichteten und unbeschichteten Kunststoffprofile und Bauteile aus PVC nicht einsetzbar waren, da sie den Witterungsbeanspruchungen auf Dauer nicht gewachsen waren. Ein Pigmentsystem, das unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Eigenschaften auf der

ίο Basis heller, insbesondere einer deckenden weißen Einfärbung der PMMA-Beschichtung der PVC-Oberfläche zusammengestellt ist, gewährleistet auch für PVC die tropenfeste BewitterungsbeständigkeiL

Für Klimagebiete wie Mittel- und Nordeuropa

is hingegen ist es möglich, PVC-Oberflächen auch in dunkler eingefärbten Deckschichten, wie grau, braun, grün, blau, anthrazit witterungsbeständig einzusetzen, wobei auch eine entsprechend gleichartig eingefärbte PVC-Oberfläche vorgesehen sein kann.

Die erforderliche Menge der Pigmente richtet sich einerseits nach dem gewünschten Farbton und andererseits nach der Schichtstärke der Dec'·" schicht. Da das Deckschichtmaterial beim heutigen Stand wesentlich teurer als das PVC ist, wird man aus wirtschaftlichen Gründen bestrebt sein, die Deckschicht nicht allzu stark zu machen, wobei man vorteilhaft in Deckschichtstärken zwischen 0,5 und 1 mm arbeiten wird. Mit der gleichen Menge an Pigmenten pro Flächeneinheit wird man natürlich bei der geringeren Deckschichtstärke von 0,5 mm eine wesentlich höhere Konzentration aber etwa gleiche Deckung erreichen als bei einer Deckschichtstärke von 1 mm. Um die insbesondere bei dunklen Farbtönen, durch diese hervorgerufene starke Aufheizung der Deckschicht und damit auch der

r> darunterliegenden PVC-Schicht zu verringern, wird in Weiterbildung des aus der DE-OS 22 47 980 bekannten Verfahrens vorgeschlagen, von den organischen bzw. anorganischen Farbpigmenten einer Farbe oder Farbmischung mindestens eine Komponente als IR-tjflektierende Schwarz- oder Farbpigmente, die also eine hohe Remission im Infrarotbereich aufweisen, einzusetzen.

üies bedeutet für die Erfindung, daß für dunklere Farbpigmente keine überwiegend IR-absorbierende Pigmente verwendet werden. Bezogen aul 100 Gew.-%

·)> Deckschichtmasse werden nach einem Vorschlag der Erfindung insgesamt etwa 0,5 bis 20 Gew.-% Farbpigmente einschließlich UV-Absorber zugesetzt. Von diesem Anteil Farbpigmente sind nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wenigstens 0,1 Gew.-% IR-

')() Pigmente, bezogen auf die gesamte Farbpigmentmenge vorgesehen.

Im übrigen weist die Erfindung den Weg, bei der Farbgebung von dem hellen, weißen bis zu den dunklen, jchv.d)zen Farben den Anteil der IR-reflektierenden

5Ί Pigmente zu erhöhen, bzw. solche IR-reflektierenden Pigmente zu verwenden, die eine höhere iR-Reflektion als vergleichsweise andere IR-reflektierende Pigmente aufweisen. Die Fähigkeit zur IR-Reflektion ist eine physikalische E/genschaft einer Reihe von Farbpigmeii-

·■'' ten, die durch Messung feststellbar ist. Hierzu seien beispielsweise die Antimonschwarzpigmentc bzw. Antrachinonschwarzpigmente, Phtalocyanine, aber auch Titandioxyd bzw. Nickeltitangelb, Cadmiumrot genannt. Mischfarben können durch entsprechende Pigmentmi-

·■' schungen hergcstelU werden.

Als UV-Absorber kommen beispielsweise Benzophenone und Benztriazole in Frage, vorzugsweise 0,2 bis 0.5 Gew.-%. bezogen auf die gesamte Dcckschichtmas-

se. Bei der Auswahl der UV-Absorber muß die Verträglichkeit mit PMMA beachtet werden, und ein günstiger Dampfdurchwert vorhanden sein, so daß das Entweichen bei Temperalurbeanspruchung durch die Bewitterung möglichst ausgeschaltet ist. '.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an ausgeführte Beispielen erläutert:

Beispiel 1

^r in

Ein mehrkammeriges Hohlprofil für Fensterrahmen aus Hart-PVC mit einer Wandstärke von etwa 3 mm wird coextrudiert mit einer längs der Sichtseite des Hohlprofiles aufgebrachten Deckschicht aus einem Polymethylmethacrylat mit einem Molekulargewicht ι > von 170 000 in einer Schichtstärke von 0,5 mm und einer Schichtbreite von 70 mm. Die PMMA-Deckschicht wurde mit 0,51 Gew.-% Titandioxyd bezogen auf die eesamte Deckschichtmasse deckend weiß eingefärbt.

Eine Freibewitterung dieses Profils über einen ;n längeren Zeitraum ergab keine Schädigung der unter der PMMA-Schicht liegenden PVC-Oberfläche. auch Messungen im Weatherometer zeigen keine Beeinträchtigungen weder der Deckschicht noch der darunterliegenden PVC-Obcrfläche. ;>

Beispiel 2

Bei einem Gegenstand wie bei Beispiel 1 wurde die Deckschicht mit 2 Gew.-% Antrachinonschwarz und 0.5 e. Gew.-% Benzophenon als UV-Absorber eingefärbt, die Gew-.-% sind bezogen auf die Deckschichtmasse.

Auch hier zeigt die Freibewitterung keine Schädigun gen.

Beispiel 3

Bei einem Gegenstand wie bei Beispiel I erläutert dessen PVC-Grundmasse ebenfalls in deckend weiß mi Tilandioxyd eingefärbt wurde, wurde die Deckschicht mit 2 Gew.-% Titandioxyd und 0,5Gew.-% UV-Absor ber eines Benztriazoltyps eingefärbt. Die Gew.-⁰A beziehen sich auf die gesamte Deckschichtmasse Hierbei wird ein in der Bewitterung auf der beschichte ten Seite tropenfestes Produkt aus im wesentlichen PVC erhalten.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind drc Diagramme beigefügt, in denen der Remissionsgrac verschiedener Pigmente in Abhängigkeit von clei Wellenlänge des Lichtes aufgetragen ist. Im erster Diagramm, siehe fig. 1, ist eine typische Remissions kurve eines rotstichigen Schwarzpigmentes mit einei hohen Remission im IR-Bereich dargestellt, das für du: erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet. In de; F i g. 2 hingegen ist eine typische Remissionskurve eine anthrazitfarbenen Pigmentierung unter Verwendunj eines nicht IR-reflekticrenden Schwarzpigmentes, näm lieh Farbruß dargestellt. Ein solches Pigment ist für di< Erfindung nicht geeignet.

In F i g. 3 ist eine Remissionskurve eines Pigmentsy stems im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahren: dargestellt, wobei die dargestellte Kurve eine typischi Transmissionskurve einer Mischung aus einem rotstichi gen Schwarzpigment mit hoher IR-Remission um einem UV-Absorber vom Ben/intriazoltyp darstellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnunecn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schutz von PVC-Oberfiiichen gegen Sonnenlichteinwirkungen durch Aufbringen einer haftfest mit der PVC-Oberfläche verbundenen, mit Farbpigmenten und UV-Stabilisatoren versehenen Deckschicht aus einem Polymethylmethacrylat oder Copolymerisat davon, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht mit einem Pigmentsystem, das in dem Spektralbereich des ι ο gewünschten Farbtones und im IR-Bereich jeweils eine möglichst hohe Reflektion und im UV-Bereich eine möglichst geringe Durchlässigkeit aufweist, soweit deckend eingefärbt wird, daß sie keine Strahlen in den für PVC-schädlichen Wellenlängen bzw. Mengen durchläßt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß organische und/oder anorganische Farbpigmente einer Farbe oder Farbmischung verwendet werden, von denen mindestens eine Komponente aus einem IR-reflektierenden Schwarz- oder Farbpigment besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckschicht, bezogen auf 100Gew.-% Deckschichtmasse insgesamt 0,5 bis 20 Gew.-% Farbpigmente einschließlich UV-Absorber zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 0,1 Gew.-% IR-Pigmente, bezogen auf die gesamte Farbpigmentmenge verwendet werden.