DE2800382C2

DE2800382C2 -

Info

Publication number: DE2800382C2
Application number: DE2800382A
Authority: DE
Inventors: F Reuter; T Menzel
Original assignee: TRANSFER ELECTRIC; Reuter Technologie GmbH
Current assignee: TRANSFER-ELECTRIC GESELLSCHAFT FUER ELEKTROLEITSYS
Priority date: 1978-01-05
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1988-01-28
Also published as: GB2011932B; FR2414069B1; AU521402B2; FR2414069A1; GB2011932A; ZA786853B; AU4308079A; DE2800382A1

Description

Es ist aus zahlreichen Literaturstellen bekannt, daß Polyolefine, wie Hochdruck- und Niederdruckpolyäthylen sowie Polypropylen und andere Kunststoffe durch UV-Strahlung sehr stark in Mitleidenschaft gezogen werden, da diese Strahlung eine "photochemische Zersetzung" bewirkt. Durch diese photochemische Zersetzung werden jährlich Kunststoffe in einem Wert von ca. 100 Mill. DM zerstört.It is known from numerous references that Polyolefins such as high pressure and low pressure polyethylene as well as polypropylene and other plastics by UV radiation be very badly affected by this radiation causes a "photochemical decomposition". Through this plastics undergo photochemical decomposition annually worth about DM 100 million.

Es ist ferner bekannt, daß Rußpigmente die Eigenschaft haben, die UV-Stabilität der Kunststoffe zu erhöhen. Von verschiedenen Kunststoffverarbeitern wird daher die Beimengung von 3 bis 5 Gew.-% Ruß zum Kunststoff empfohlen.It is also known that carbon black pigments have the property to increase the UV stability of the plastics. Of different Plastic processors will therefore add 3 to 5% by weight of carbon black recommended for plastic.

Der 3 bis 5 gew.-%ige Rußzusatz zu der Kunststoffmasse hat die Aufgabe, die eintreffende UV-Strahlung zu absorbieren, um auf diese Weise den Kunststoff vor der photochemischen Zersetzung zu schützen. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß in sonnenintensiven Ländern Zersetzungen des Kunststoffes auch dann stattfinden, wenn ein Rußanteil von 3 bis 5 Gew.-% im Kunststoff eingebaut ist. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die UV-Strahlung als elektromagnetische Welle erst dann in eine andere Energieform umgewandelt wird, wenn sie auf ein Rußpigment auftrifft, d. h. daß die eintreffende Welle zunächst in die Kunststoffoberfläche eindringt und die chemische Zersetzung einleitet, bevor sie auf ein Rußpigment trifft.Has the 3 to 5 wt .-% carbon black additive to the plastic mass the task of absorbing the incoming UV radiation, to in this way the plastic before the photochemical To protect decomposition. However, practice has shown that decomposition of the plastic in sun-intensive countries also take place when a soot content of 3 to 5% by weight is built into the plastic. The reason for this is in it to see that UV radiation as an electromagnetic wave is only converted into another form of energy when it strikes a carbon black pigment, d. H. that the arriving Shaft penetrates into the plastic surface and the initiates chemical decomposition before going onto a carbon black pigment meets.

Es wäre naheliegend, zu diesem Zweck einen mit Ruß gefüllten Lack als UV-Schutzlack vorzuschlagen, in welchem der Kunststoff in einem Lösungsmittel gelöst ist. Aber auch in diesem Fall würden die Rußpigmente beim Trocknen vom gelösten Lack ummantelt - wie bei der mit 3 bis 5 Gew.-% mit Ruß gefüllten Kunststoffmasse - so daß der als Bindemittel fungierende Kunststoff ebenfalls der photochemischen Zersetzung ausgesetzt wäre.It would be obvious to use a soot-filled one for this purpose Propose varnish as UV protective varnish, in which the plastic is dissolved in a solvent. But also in this The soot pigments would fall off when they dried Lacquer coated - like the one with 3 to 5% by weight with soot filled plastic mass - so that the acting as a binder Plastic also of photochemical decomposition would be exposed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Möglichkeit zu schaffen, die es gestattet, die ultraviolette Strahlung bereits an der Oberfläche bzw. vor der Oberfläche des Kunststoffes zu absorbieren, d. h. es muß verhindert werden, daß die UV- Strahlung überhaupt mit dem Kunststoff in Kontakt kommt.The object of the invention is therefore to create a possibility which already allows the ultraviolet radiation on the surface or in front of the surface of the plastic to absorb, d. H. it must be prevented that the UV Radiation comes into contact with the plastic at all.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre gemäß des Anspruchs gelöst.This task is accomplished through teaching of the claim solved.

Man bringt gemäß der Erfindung in die Kunststoffdispersion so viele Rußteilchen ein, bis die gesamte Oberfläche aller Kunststoffteilchen vollständig mit Ruß bedeckt ist. Die Bedeckung der Oberfläche der Kunststoffteilchen ist dabei umso vollständiger, je kleiner die Rußteilchen gegenüber den Kunststoffteilchen sind. Vorzugsweise ist das Verhältnis Durchmesser der Rußteilchen zu Durchmesser der Kunststoffteilchen gleich oder kleiner 1 : 20, insbesondere 1 : 100 oder kleiner. Mit anderen Worten beträgt z. B. der Durchmesser der Rußteilchen nur 1/100 oder weniger des Durchmessers der Kunststoffteilchen so erhält man einerseits eine sehr gute Bedeckung der Oberfläche der Kunststoffteilchen und andererseits bei der Filmbildung eine sehr dichte Rußpackung an der Oberfläche des Films. Aus dem Verhältnis Durchmesser der Rußteilchen zu Durchmesser der Kunststoffteilchen und dem Ziel eine möglichst dichte Bedeckung der Oberfläche der Kunststoffteilchen zu erreichen, ergibt sich für den Fachmann durch einfache Rechenoperationen in welchen Mengenverhältnissen die Rußdispersion mit der Kunststoffdispersion gemischt werden muß.You bring according of the invention in the plastic dispersion so many soot particles one until the entire surface of all plastic particles is completely covered with soot. Covering the surface the smaller the plastic particle, the more complete it is the soot particles are opposite the plastic particles. The ratio is preferably the diameter of the soot particles to equal or smaller to the diameter of the plastic particles 1:20, especially 1: 100 or less. With others Words is z. B. the diameter of the soot particles only 1/100 or less of the diameter of the plastic particles on the one hand, this gives the surface very good coverage the plastic particles and on the other hand in film formation a very dense packing of soot on the surface of the Films. From the ratio of the diameter of the soot particles to Diameter of the plastic particles and the target one if possible dense covering of the surface of the plastic particles to achieve, for the expert results from simple Arithmetic operations in what proportions the Soot dispersion can be mixed with the plastic dispersion got to.

Fig. 1 zeigt im Schnitt in schematischer Darstellung die UV-Einstrahlung 1 auf einen bekannten mit Ruß 2 pigmentierten Kunststoff 3 wie er beispielsweise in der Beschreibungseinleitung beschrieben wurde. Fig . 1 shows, in section, a schematic representation of the UV radiation 1 on a known plastic 3 pigmented with carbon black 2, as described, for example, in the introduction to the description.

Fig. 2 zeigt im Schnitt in schematischer Darstellung zwei mit Ruß 2 bedeckte Kunststoffteilchen 3, wie sie in der erfindungsgemäß verwendeten Dispersion vorliegen. Fig . 2 shows in section a schematic representation of two plastic particles 3 covered with carbon black 2 , as are present in the dispersion used according to the invention.

Fig. 3 zeigt im Schnitt in schematischer Darstellung den Beginn des Zusammenfließens von zwei auf einem Träger 4 befindlichen mit Ruß 2 bedeckten Kunststoffteilchen 3. Fig . 3 shows, in section, a schematic representation of the beginning of the confluence of two plastic particles 3, which are located on a carrier 4 and are covered with soot 2 .

Fig. 4 zeigt im Schnitt in schematischer Darstellung den auf einem Träger 4 gebildeten Kunststoff-Film 3 mit an der Oberfläche abgelagerten Rußteilchen 4, die gegenüber der UV-Einstrahlung 1 einen dichten Rußfilter bilden. Fig . 4 shows, in section, a schematic representation of the plastic film 3 formed on a carrier 4 with soot particles 4 deposited on the surface, which form a sealed soot filter with respect to UV radiation 1 .

Erhalten wird die in Fig. 4 dargestellte Beschichtung durch Auftragen der erfindungsgemäß verwendeten Dispersion auf einen Träger und Abdunsten der Flüssigkeit. Während der Trocknung vereinigen sich die Kunststoffkügelchen durch plastisches Ineinanderfließen aufgrund der erheblichen Kohäsionskräfte zu einem Film. Dabei werden die bedeutend kleineren Rußteilchen dort zur Seite bzw. an die Oberfläche verschoben, wo Berührungspunkte von Kunststoffteilchen zu Kunststoffteilchen gebildet werden. Auch dort, wo die Kunststoffkügelchen Berührung zu der zu beschichteten Trägerfläche finden, werden die Rußpigmente zur Seite geschoben, so daß der Film gut am Träger haftet. Nach dem die beschichtete Fläche vollständig getrocknet ist, ist die gesamte Oberfläche mit Ruß bedeckt. Die Rußteilchen sind fest über die Kunststoffteilchen, die zu einem Film vereinigt sind, mit der Trägerfläche verbunden. Die Filmstärke soll etwa 100 Mikron betragen. Die Beschichtung zeigt auch bei 100facher UV-Einstrahlung ein 100%iges Absorptionsvermögen.Is obtained in Fig . 4 coating shown by applying the dispersion used according to the invention on a carrier and evaporating the liquid. During the drying process, the plastic spheres merge into a film due to the considerable cohesive forces. The significantly smaller soot particles are shifted to the side or to the surface where points of contact are formed from plastic particles to plastic particles. Even where the plastic beads come into contact with the substrate surface to be coated, the soot pigments are pushed aside so that the film adheres well to the substrate. After the coated surface has dried completely, the entire surface is covered with soot. The soot particles are firmly connected to the carrier surface via the plastic particles, which are combined to form a film. The film thickness should be about 100 microns. The coating shows a 100% absorption capacity even with 100 times UV radiation.

Geprüft wurde das Absorptionsvermögen durch Bestimmung der spektralen Transmission von zwei mit der erfindungsgemäß verwendeten Dispersion beschichteten Quarzglas-Trägerplatten im Vergleich zu einer unbeschichteten Quarzglas-Trägerplatte. Die Transmission, dargestellt durch eine Zahl, die zwischen 1 (völlige Durchsichtigkeit) und 0 (vollständige Undurchlässigkeit) liegt, wurde dabei insbesondere im Bereich des UV ermittelt. Der Intensitätsanteil des extraterrestrischen Spektrums im UV unterhalb 400 nm beträgt 8,725% (M. P. Thekaekara, NASA 1973); dabei liegen unterhalb 280 nm nur noch 0,564%. Nach Durchtritt durch die Atmosphäre sind die Gesamtintensität sowie der UV-Anteil von verschiedenen Parametern abhängig; für das Normspektrum AM2 beträgt der Anteil unterhalb 400 nm 2,68%, unterhalb 280 nm ist er Null.The absorbency was checked by determining the spectral transmission of two with the invention used dispersion coated quartz glass backing plates compared to an uncoated quartz glass carrier plate. The transmission, represented by a number, between 1 (complete transparency) and 0 (complete Impermeability), was in particular determined in the UV range. The intensity portion of the extraterrestrial spectrum in the UV is below 400 nm 8.725% (M.P. Thekaekara, NASA 1973); lying there below 280 nm only 0.564%. After passing through the atmosphere is the total intensity as well as the UV component dependent on various parameters; for the standard spectrum AM2 is 2.68% below 400 nm, below 280 nm it is zero.

Der Wellenlängenbereich für die Messungen erstreckt sich von 280 nm über den UV-Bereich, den sichtbaren Bereich und das Gebiet des nahen IR bis zu 2400 nm. Die Ergebnisse der Messungen zeigt die folgende Tabelle:
a)Quarzträger, unbeschichtet, b)Quarzträger, beschichtet, c)Quarzträger, beschichtet,The wavelength range for the measurements extends from 280 nm over the UV range, the visible range and the area of the near IR up to 2400 nm. The results of the measurements are shown in the following table:
a) quartz carrier, uncoated, b) quartz carrier, coated, c) quartz carrier, coated,

Mit Ausnahme des Bereiches von 700-1600 nm wurde die Nachweisgrenze für die Transmission, die bei etwa 0,1%1 · 10^-3 liegt, dadurch gesteigert, daß die Bestrahlung der Proben 1 und 2 um einen Faktor von ca. 100 verstärkt wurde. With the exception of the range of 700-1600 nm, the detection limit for the transmission, which is approximately 0.1% 1 · 10 ^-3 , was increased by increasing the irradiation of samples 1 and 2 by a factor of approximately 100 .

Aus den Messungen ergibt sich, daß die Transmission beider Proben im UV-Bereich zwischen 280 nm und 400 nm ebenso wie im überwiegenden restlichen Wellenlängenintervall unterhalb der Nachweisgrenze von 1 · 10^-5 liegt, d. h. daß weniger als 0,001% des einfallenden monochromatischen Lichtes durchgelassen werden. Eine klare Abweichung zeigt eine der beiden Proben, bei der an der langwelligen Meßbereichsgrenze - offenbar aufgrund der dünneren Lackschicht - eine sehr geringe Transmission einsetzt.From the measurements it follows that the transmission of both samples in the UV range between 280 nm and 400 nm as well as in the predominant remaining wavelength interval is below the detection limit of 1 · 10 ^-5 , ie less than 0.001% of the incident monochromatic light is transmitted . One of the two samples shows a clear deviation in which very low transmission occurs at the long-wave measuring range limit - apparently due to the thinner coating layer.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß verwendeten Dispersionen lassen sich alle Gegenstände beschichten, die man vor UV-Strahlung schützen will. Ein besonderes Anwendungsbeispiel ist die Beschichtung von Polyäthylen- und Polypropylenfolien. In einigen Fällen kann es von Vorteil sein, wenn man vor dem Aufbringen der Dispersion auf den zu überziehenden Gegenstand einen Haftvermittler aufträgt.With the help of the dispersions used according to the invention all objects can be coated, that you want to protect from UV radiation. A special application example is the coating of polyethylene and Polypropylene films. In some cases, it can be beneficial be if one before applying the dispersion an adhesion promoter on the object to be coated applies.

Das folgende Beispiel erläutert die Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Dispersionen zur Herstellung von UV-absorbierenden Oberflächenbeschichtungen. Die Auftragung der Dispersion auf die vor UV-Strahlung zu schützenden Gegenstände erfolgt mittels bekannter Techniken. The following example explains the preparation of the invention used dispersions for Manufacture of UV absorbing surface coatings. The application of the dispersion on the front Objects to be protected from UV radiation are made by means of known techniques.

Example (added)

150 Gew.-Teile einer 30%igen wäßrigen Channelruß-Dispersion mit einem Rußteilchen-Durchmesser von 50 nm werden unter Rühren zu 100 Gew.-Teilen einer wäßrigen 50%igen Polyacrylatharz-Dispersion mit einem Durchmesser der Harzteilchen von ca. 1 µm gegeben. Nach einer Rührzeit von 30 Minuten liegt eine gute Anlagerung der Rußpigmente an den Kunststoffkügelchen vor.150 parts by weight of a 30% aqueous channel black dispersion with a Soot particle diameters of 50 nm are added with stirring 100 parts by weight of an aqueous 50% polyacrylate resin dispersion with a diameter of the resin particles of approx. 1 µm given. After a stirring time of 30 minutes there is a good one Accumulation of the soot pigments on the plastic balls.

Claims

1. Use a mixture of a 25 to 45 wt .-% aqueous channel black dispersion and a 45 to 55 wt .-% aqueous polyacrylate resin dispersion, the ratio of Diameter of the soot particles to the diameter of the Polyacrylate resin particles is at most 1:20 and contains a sufficient amount of soot particles, to complete the surface of all polyacrylate resin particles to cover, for coating against UV radiation objects to be protected.