DE60003415T2

DE60003415T2 - Mattierungsmittel für strahlenhärtbare anstriche

Info

Publication number: DE60003415T2
Application number: DE60003415T
Authority: DE
Inventors: Georg Lüers; J. David KENT; Volker Petry; Ute Pospesch
Original assignee: Grace GmbH
Current assignee: Grace GmbH
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: KR20020030262A; AU1408101A; EP1171531B1; WO2001004217A3; ATE243239T1; ES2200971T3; EP1171531A2; JP4671568B2; CN1322072C; WO2001004217A9; CN1355830A; WO2001004217A2; KR100646459B1; TWI255285B; DE60003415D1; JP2003522219A; DK1171531T3; PT1171531E

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft wachsbeschichtete, Siliciumdioxid-Mattierungsmittel und ihre Anwendung bei der Mattierung von durch Strahlung härtbaren Systemen.
Hintergrund der Erfindung
Wie in der WO 97/08250 beschrieben, werden durch Strahlung härtbare, z. B. Ultraviolett(UV)-härtbare, Zusammensetzungen zur Beschichtung einer Vielfalt von Oberflächen verwendet. Diese Zusammensetzungen liefern eine Reihe von Vorteilen, die rasches Härten, vorzügliche Dauerhaftigkeit, chemische Beständigkeit und Lagerstabilität einschließen. Jedoch führen sie ebenfalls zu verhältnismäßig harten, glatten und glänzenden Beschichtungen. Da diese Beschichtungen eine immer weitere Verwendung finden, gibt es immer mehr Fälle, in denen es bevorzugt ist, den Glanz dieser Beschichtungen zu verringern. Die Verringerung dieses Glanzes ist auch als Mattierung bekannt. Mattierte Oberflächen versehen die fertigen Gegenstände mit einem angenehmeren Erscheinungsbild und verbergen Mängel auf der Oberfläche, vor allem bei Holz-, Möbel- und einigen anderen Anwendungen.
Siliciumdioxid ist ein Beispiel für ein Additiv, das zum Mattieren von glänzenden Oberflächen verwendet wird. Siliciumdioxid-Mattierungsmittel werden sowohl in auf Lösungsmittel als auch auf Wasser basierenden Endausrüstungen zur Verringerung oder Kontrolle des Glanzes verwendet. Jedoch werden Lacksysteme mit einem geringen Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) wegen nationaler und internationaler Umweltschutz- und Gesetzgebungszwängen immer bedeutender. In der Tat wird in einigen Fällen der VOC-Gehalt in Beschichtungen auf im Wesentlichen Null verringert, d. h. diese Beschichtungen weisen einen Feststoffgehalt von im Wesentlichen 100% auf. Als Ergebnis können aus diesen Beschichtungen hergestellte Filme um lediglich 5 bis 15% bei einer Härtung schrumpfen. Diese geringe Schrumpfung verhindert, dass konventionelle Siliciumdioxid-Mattierungsmittel bei ihren konventionellen Gehalten wirksam mattieren. Beispielsweise können Siliciumdioxid-Mattierungsmittel, die in Lacksystemen wirksam funktionieren, bei denen der Film beim Verdampfen des Lösungsmittels des Films um bis zu 70% schrumpft, nicht durch Strahlung (EB, W) härtende Systeme mit hohen Feststoffgehalten effizient mattieren. Insbesondere wird die Filmdicke einer UV-härtbaren Beschichtung nicht zu einem Grad verringert, bei dem die Siliciumdioxidteilchen Verformungen auf der Oberfläche des Films verursachen können.
Außerdem wird die Wirksamkeit eines Mattierungsmittels in durch Strahlung härtbaren Beschichtungen durch die zur Härtung der Beschichtung notwendige Zeit beeinflusst. Schnell härtende Zusammensetzungen sind unter Verwendung konventioneller Mittel schwieriger zu mattieren. Heutzutage ist eine große Anzahl von härtbaren Lacken erhältlich. Die meisten Lacke basieren auf Kombinationen von Präpolymeren (Oligomeren) und Monomeren mit Acrylat-Funktionalität, zusammen mit Photoinitiatoren im Falle von UV-Härtung. Die Härtungszeit dieser Systeme ist von ihrer Zusammensetzung und von der Verarbeitungsumgebung abhängig. Daher hemmen sowohl der Mangel an Filmschrumpfung als auch die kurze Härtungszeit bei bestimmten durch Strahlung härtbaren Zusammensetzungen (Bruchteile einer Sekunde) die Wirksamkeit von Mattierungsmitteln.
Spezielle Verfahrensweisen wie "duale Härtungs" verfahren sind zum Mattieren von W-härtbaren Systemen verwendet worden. Diese Verfahren schließen ein zweistufiges (daher "duales") Härtungsverfahren ein, das dazu bestimmt ist, die Bildung einer mikrorauen Oberfläche, entweder durch verbesserte Orientierung der Mattierungsmittelteilchen zu der Filmoberfläche hin oder durch Oberflächenrunzelung, zu unterstützen. Ein Beispiel für letzteres ist das "Gradientenintensitätshärtungs" verfahren, das eine vorgelierende Härtungsstufe einschließt, worauf eine abschließende Oberflächenhärtungsstufe folgt. Diese Verfahrensweisen haben die Nachteile, dass sie speziell entwickelte Ausrüstung und Formulierungen benötigen sowie bekanntlich schwierig zu kontrollieren sind.
Ein weiteres Verfahren zur Verringerung des Glanzes in diesen Beschichtungen liegt in der Verwendung von höheren Gehalten an Mattierungsmitteln. Jedoch erhöhen höhere Dosierungen des Siliciumdioxid-Mattierungsmittels die Kosten und haben ebenfalls einen negativen Einfluss auf die Lackeigenschaften, z. B. Rheologie oder optische Eigenschaften des gehärteten Films.
Das Porenvolumen der Mattierungsmittel kann zur Verringerung von Einflüssen auf die Rheologie modifiziert werden. Jedoch führt die Erniedrigung des Porenvolumens von konventionellen mikronisierten amorphen Siliciumdioxidmitteln zu Teilchen einer höheren Schüttdichte, die wiederum zu weniger Teilchen pro Volumeneinheit in der Lackformulierung führt. Da die Anzahl der Teilchen einen direkten Einfluss auf die Mattierungswirksamkeit hat, weist ein amorphes Siliciumdioxid-Mattierungsmittel mit einem geringen Porenvolumen einen geringeren Mattierungseffekt als ein Mattierungsmittel mit einem höheren Porenvolumen derselben Teilchengrößenverteilung auf.
Gröbere oder größere Teilchen könnten ebenfalls die Glanzverringerung des gehärteten Films erhöhen. Jedoch kann die Erhöhung der Teilchengröße des mikronisierten Produktes die Oberflächenrauigkeit des Lackfilms in einem inakzeptablen Maße nachteilig erhöhen.
Es ist ebenfalls bekannt, dass die Mattierung mit Erhöhung der Filmdicke und der Verwendung von Beschichtungszusammensetzungen mit höheren Härtungsraten im zunehmenden Maße schwieriger wird. In diesen Fällen kann die Mattierung durch Erhöhung der Mengen des Mattierungsmittels in einem bestimmten Ausmaß aufrechterhalten werden. Die Erhöhung der Anzahl der mikronisierten Teilchen verändert die rheologischen Eigenschaften des Lacks jedoch dramatisch und nachteilig.
Zusammenfassend ist es wegen der raschen Härtung von UV-Systemen und der Schwierigkeiten der Mattierung dieser Systeme üblich gewesen, ein mikronisiertes Mattierungsmittel mit einer mittleren Teilchengröße auszuwählen, die nahe bei der Dicke des Films nach seiner Härtung liegt. Wenn man eine bestimmte Beschichtung verwendet, ist das Mattierungsmittel, das verwendet werden kann, demzufolge ein solches, das eine Teilchengröße nahe bei der Filmdicke der resultierenden Beschichtung aufweist.
Es ist demnach wünschenswert, ein Mattierungsmittel zu haben, das in durch Strahlung härtbaren Beschichtungen wirksam ist und in verhältnismäßig geringen Mengen eingesetzt werden kann, sodass die Viskosität der Formulierung nicht nachteilig beeinflusst wird. Es ist ebenfalls wünschenswert, ein Mattierungsmittel zu haben, das bei schnell und langsam härtenden Systemen wirksam ist, wodurch dem Anwender des Mattierungsmittels eine höhere Flexibilität geboten wird. In anderen Worten wäre es wünschenswert, ein Mattierungsmittel verfügbar zu haben, das stabile Beschichtungen mit reproduzierbar niedrigem Glanz bei einer Vielfalt von Beschichtungsformulierungen ohne die üblichen Probleme von nicht-verarbeitbaren Viskositätserhöhungen, ungleichmäßigen Glanzwerten bei sich änderndem Beschichtungsgewicht erzeugt und die Verwendung von speziellen Aufbringungsverfahren zur Verringerung des Glanzes vermeidet. Außerdem ist es auch wünschenswert, dass das Mittel einen gleichmäßigen Mattierungseffekt über einen großen Bereich von Dicken erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die zuvor genannten Gegenstände werden in unerwarteter Weise durch Verwendung von Siliciumdioxid-Mattierungsmitteln mit einem maximalen Porenvolumen von 1,4 ml/g und einem Wachsgehalt von mindestens 15 Gew.-% und maximal 30 Gew.-% erhalten. Das wachs weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 120°C und am meisten bevorzugt im Bereich von 60 bis 90°C auf. Die Mattierungswirksamkeit des Mittels wird auch durch die erfindungsgemäße Teilchengröße beeinflusst. Die Erfindung weist eine Medianteilchengröße im Bereich von 2,0 bis 12,0 um mit einem bevorzugten Bereich von 2,0 bis 5,0 um auf. Es ist ebenso unerwartet, dass die Mattierungsmittel mit Teilchengrößen in dem unteren Abschnitt der obigen Bereiche die Mattierungswirksamkeit ohne signifikante nachteilige Einflüsse auf die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung weiter erhöhen können.
Die wachsbeschichteten Siliciumdioxid-Mattierungsmittel können mit einer Vielfalt von durch Strahlung härtbaren Zusammensetzungen verwendet werden und können durch gleichzeitiges Schmelzen und Mahlen des Wachses und des Siliciumdioxids auf die gewünschte Teilchengröße hergestellt werden. Der Mahlvorgang wird. vorzugsweise in einer Strahlmühle mit einer Einlasstemperatur durchgeführt, die oberhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Wachses liegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 illustriert die Erfindung und den Einfluss, den die Teilchengröße auf die Mattierungswirksamkeit bei einer durch Strahlung (Ultraviolett, d. h. "UV") härtbaren Zusammensetzung verglichen mit einer anderen Mattierungsmittelzusammensetzung hat.
2 illustriert die Erfindung und den Einfluss, den der Wachsgehalt in der Erfindung auf die Mattierungswirksamkeit bei einer durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung verglichen mit anderen Mattierungsmitteln hat.
3 illustriert die Viskosität von durch Strahlung härtbaren Zusammensetzungen, die die Erfindung und Vergleichsmattierungsmittel in verschiedenen Beschichtungsdicken enthalten.
4 illustriert über ausgedehnte Zeiträume die Viskosität einer kommerziellen, durch Strahlung (UV) härtbaren Zusammensetzung, die die Erfindung und Vergleichsmat tierungsmittel enthält. Diese Viskositätsmessungen mit der Zeit spiegeln wieder, was hierin als Viskositätsstabilität bezeichnet wird.
5 illustriert, wie das Porenvolumen in den erfindungsgemäßen Mattierungsmitteln und Vergleichsmattierungsmitteln die Mattierungswirksamkeit bei einer durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung beeinflusst.
6 illustriert die Mattierungswirksamkeit der Erfindung und von Vergleichsmattierungsmitteln in einer speziellen, als Ebecryl^TM 270 bekannten durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung.
7 illustriert die Mattierungswirksamkeit der Erfindung und eines Vergleichsmattierungsmittels in einer speziellen, als Laromer PO83F bekannten durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das zur Herstellung der Erfindung verwendete Siliciumdioxid kann dasjenige sein, das zur Herstellung von konventionellen porösen Siliciumdioxid-Mattierungsmitteln verwendet wird, vorausgesetzt, dass das Siliciumdioxid ein Porenvolumen im Bereich von 0, 8 bis 1, 4 cm³/g, vorzugsweise von 0, 9 bis 1, 2 cm³/g aufweist. Das hierin erwähnte Porenvolumen wird durch die später nachfolgend beschriebene Stickstoffporosimetrie ermittelt.
Siliciumdioxidgele sind bevorzugt. Hydrogele, Xerogele und Aerogele sind alle geeignet. Das allgemeine Verfahren zur Herstellung von anorganischen Gelen liegt in der Säureneutralisierung von Salzlösungen von Metallen oder Metalloiden, die danach beim Stehenlassen Hydrogele bilden. Die Hydrogele müssen anschließend gewaschen werden, um die verhältnismäßig hohe Konzentration an löslichen Salzen zu beseitigen. Die Behandlung während dieser Waschstufe bestimmt die physikalischen Eigen schaften des Endproduktes wie die Porosität. Die Verfahrensweisen zum Erhalt dieser Eigenschaften sind bekannt. Beispielsweise sind die am Ende vorhandenen Gelporenvolumina und -oberflächen von dem pH-Wert und der Temperatur der Waschlösung, der Waschrate, der Teilchengröße des Hydrogels und der Waschdauer abhängig. Im Allgemeinen kann das Porenvolumen durch Verkürzung der Dauer der Waschzeiträume begrenzt werden. Jedoch können die speziellen Waschbedingungen in Abhängigkeit von dem speziellen verwendeten anorganischen Hydrogel variieren und sind für die Erfindung an sich nicht kritisch, vorausgesetzt, dass die zuvor genannten Porenvolumina in dem am Ende vorhandenen Gel ausgebildet werden. Wie bereits erwähnt sind Fachleute mit diesen Waschbedingungen vertraut, und sie können leicht geeignete Waschbedingungen ermitteln, bei denen die erwünschten Porenvolumina zur Verwendung in dieser Erfindung gebildet werden. Beispielsweise bilden Siliciumdioxidgele, die bei einem Anfangs-pH-Wert von 3 bis 5 bei 50 bis 90°C 5 bis 25 Stunden lang gewaschen werden, Gele (Aerogele) mit Porenvolumina in dem zuvor genannten Bereich.
Besonders geeignete Siliciumdioxide schließen Hydrogele ein, die zur Herstellung von kommerziell erhältlichen Siliciumdioxid-Mattierungsmitteln wie die Syloid -Mattierungsmittel von Grace Davison verwendet werden.
Geeignete Wachse sind diejenigen, die zur Herstellung von wachsbeschichteten Mattierungsmitteln bekannt sind. Wachs wird Mattierungsmitteln zur Erhöhung der Wiederdispergierbarkeit des Mattierungsmittels für den Fall zugegeben, dass sich das Mattierungsmittel während der Lagerung absetzt. Wachse mit einer Schmelztemperatur im Bereich von 60 bis 120°C sind bevorzugt, wobei diejenigen mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 90°C am meisten bevorzugt sind. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das Wachs ein unverzweigtes lineares Polyolefin ist und ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 1200 und insbesondere von 1000 oder darunter aufweist. Paraffinwachse sind geeignet, jedoch sind andere Wachse wie Polyethylenwachse eben falls geeignet. Die WO 97/03246 offenbart spezielle Beispiele. Weitere geeignete Wachse schließen kommerziell als Vestowax^TM-Sorten erhältliche Fischer-Tropsch-Wachse ein.
Das erfindungsgemäße wachshaltige Mattierungsmittel kann durch konventionelle Co-Mahlverfahren hergestellt werden, bei denen das Wachs gleichzeitig mit der Zerkleinerung des Siliciumdioxids auf die erwünschte Teilchengröße von 2 bis 12 um geschmolzen wird. Ein solches Verfahren wird am wirksamsten in einer Strahlmühle oder Micronizer-Mühle durchgeführt. Die Arbeitstemperatur kann anschließend den Anforderungen des Wachses entsprechend verändert werden. Die Einlasstemperatur der der Strahlmühle zugeführten Luft sollte mindestens hoch genug sein, um sicherzustellen, dass das Wachs innerhalb des Verweilzeitprofils der Mahlausrüstung schmilzt. Das Wachs wird der Mühle so zugegeben, dass das am Ende vorhandene Produkt einen Wachsgehalt von 15 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 18 bis 22 Gew.-% aufweist.
Das erfindungsgemäße Mattierungsmittel kann mit einer Vielfalt von durch Strahlung härtbaren, für das Beschichten von Substraten bestimmten Zusammensetzungen verwendet werden. Die Beschichtungszusammensetzung kann durch ultraviolette Strahlung und Elektronenstrahlstrahlung gehärtet sein. Vorzugsweise umfasst sie ebenfalls einen Härtungsinitiator.
Ultraviolett-härtbare Zusammensetzungen umfassen im Allgemeinen Komponenten, die ungesättigte Gruppen enthalten. Typischerweise werden acrylathaltige Verbindungen eingesetzt. Auf Acrylat basierende, UV-härtbare Zusammensetzungen umfassen im Allgemeinen ein Oligomer mit endständigem Acrylat, das mit einem Acrylatmonomer mit geringem Molekulargewicht kombiniert wird, wobei letzteres ebenfalls als reaktives Verdünnungsmittel bezeichnet wird. Geeignete Oligomere sind sowohl diejenigen, die sich von allgemein bekannten isocyanat- oder epoxyhaltigen Verbindungen ableiten, als auch diejenigen, die auf Polyester-, Polyether- oder Aminoverbindungen basieren Das reaktive Verdünnungsmittel kann polyfunktionell oder monofunktionell sein. Geeignete polyfunktionelle reaktive Acrylatverdünnungsmittel schließen Trimethylolpropantriacrylat, Pentaerythrittriacrylat, Hexandioldiacrylat, Tripropylenglykoldiacrylat und weitere ein. Geeignete monofunktionelle Acrylate schließen Ethylhexylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, Ethoxyethoxyethylacrylat, Isobornylacrylat und 2-Carboxyethylacrylat ein.
Es ist bevorzugt, dass die durch Strahlung härtbare Komponente Acrylat umfasst und die Beschichtungszusammensetzung 2 Gew.-% oder weniger an Mattierungsmittelkomponente umfasst.
Die Beschaffenheit der durch Strahlung härtbaren Beschichtungen und ihre Anwendungen sind bekannt und in Organic Coatings, Science and Technology, Band 2, Seiten 253–272 (1994) beschrieben. Wie bereits erwähnt, sind die Zusammensetzungen, die mit höheren Raten härten, schwieriger zu mattieren und die Erfindung weist nicht nur in Zusammensetzungen eine vorzügliche Wirksamkeit auf, die mit geringen Raten härten, sondern sorgt für verhältnismäßig wirksame Mattierung auch in solchen Zusammensetzungen. Die Mattierungsmittel werden den durch Strahlung härtbaren Zusammensetzungen unter Verwendung von Standardverfahrensweisen zugegeben.
Ferner ist eine bevorzugte Ausführungsform ein beschichtetes Substrat, das ein Substrat und eine aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellte Beschichtung darauf umfasst, wobei die durch Strahlung härtbare Komponente Acrylat umfasst und die Beschichtungszusammensetzung 2 Gew.-% oder weniger an Mattierungsmittelkomponente umfasst und die Beschichtung eine Mattierungswirksamkeit von etwa 20 Glanzeinheiten bei 60° aufweist.
Darüber hinaus ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform ein beschichtetes Substrat, das ein Substrat und eine aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung Viergestellte Beschichtung darauf umfasst, wobei die Beschichtung aus einem Amin-modifizierten Polyetheracrylat hergestellt ist, die Beschichtung aus einer Zusammensetzung, die etwa 12 Gew.-% Mattierungsmittelkomponente oder weniger umfasst, hergestellt ist und die Beschichtung eine Mattierungswirksamkeit von etwa 60 Glanzeinheiten bei 60° aufweist.
Die direkt folgenden Abschnitte beschreiben die zur Beurteilung, der Erfindung verwendeten Versuche und Formulierungen.
A) Stickstoffoberfläche – Porenvolumen
Die Stickstoffoberfläche wird durch übliche Stickstoffporosimetrieadsorptionsverfahren von Brunauer, Emmett und Teller (BET) unter Verwendung eines Mehrpunktverfahrens mit einem ASAP 2400-Gerät von Micromeritics ermittelt. Die Proben werden im Vakuum 12 Stunden lang bei 100°C entgast. Die Oberfläche wird aus dem Volumen des bei p/p₀ 0,967 adsorbierten Stickstoffgases berechnet. Dieses Gerät liefert ebenfalls die Porengrößenverteilung, aus der die Porenvolumengröße (D₁₀) für diejenigen Poren erhalten werden kann, die sich unterhalb dieser Porengröße befinden. In derselben Weise kann die Porengröße erhalten werden, bei der sich 50% (D₉₀) und 90% (D₉₀) der Poren unterhalb dieser Porengröße befinden. Zudem kann das Porenvolumen (ml/g) bei einem gegebenen Bereich der Porengröße aus der Desorptionskurve erhalten werden.
B) Viskosität
Die Viskosität wird bei der Stammlösung durch ein Brookfield RVT DV2-Viskosimeter oder einer Formulierung zum Erreichen von 30 Glanzeinheiten durch ein Bohlin-Rheometer VOR gemessen. Die Formulierung wird vor der Messung 24 Stunden entlüften gelassen.
C) Medianteilchengröße (Gewichtsmittel)
Die Medianteilchengröße (Gewichtsmittel) oder hierin bezeichnete "Medianteilchengröße" wird mit einem Malvern-Mastersizer unter Verwendung einer Linse mit 100 mm Weglänge ermittelt. Dieses Gerät verwendet das Prinzip der Frauenhofer-Beugung unter Verwendung eines He/Ne-Lasers mit geringer Leistung. Vor der Messung werden die Proben mit Ultraschall in Wasser 10 Sekunden lang zur Bildung einer wässrigen Suspension dispergiert. Der Malvern-Mastersizer misst die Teilchengrößenverteilung (Gewichtsmittel) des Siliciumdioxids. Die Medianteilchengröße (Gewichtsmittel) (D₅₀), das 10-Perzentil (d₁₀) und das 98-Perzentil (d₉₈) werden einfach aus den durch die Geräte erzeugten Daten erhalten.
D) Der Kohlenstoffgehalt der beschichteten Siliciumdioxide wird durch ein LECO SC44 ermittelt. Der vorhandene Kohlenstoff wird unter Verwendung des Induktionsofens bei hoher Temperatur in Kohlendioxid umgewandelt. Das Gas wird anschließend durch ein Infrarotdetektionssystems detektiert. Der Wachsgehalt (in Gew.-%) wird aus dem erhaltenen Kohlenstoffgehalt berechnet.
E) Anwendungsversuche wurden bei einem "schnellhärtenden" (schwierig zu mattierenden), auf Laromer PO 83F von BASF basierenden System und einem "langsam" härtenden (leicht zu mattierenden), auf Ebecryl 270 von UCB basierenden System durchgeführt.
Die verwendeten Photoinitiatoren sind Benzophenone.
F) Glanz
Glanz und der aus der Verwendung der Erfindung folgende Mattierungseffekt wurden gemäß DIN 67530 gemessen.
G) Beschichtungsformulierungen Laromer^TM PO 83F (BASF):
Ebecryl^TM 270 (UBC):
Die Stammsuspension wurde durch 10minütiges Dispergieren des Mattierungsmittels in dem gebrauchsfertigen Lack mit einem Dispermat VMA von Getzmann bei 2000 UpM hergestellt.
Mattierungskurven werden durch Verdünnen der Stammsuspension zur Einstellung von fünf verschiedenen Mattierungsmittelkonzentrationen erzeugt. Der mattierte Lack wird mit einem 25 μm-K-Stab auf beschichtete Versuchskarten (Schwegmann) aufgetragen.
Beispiele
Proben von wachshaltigen Mattierungsmitteln wurden mit einer AFG 400-Wirbelmühle und einer Lufteinlasstemperatur von 190°C hergestellt. Die Klassiergeschwindigkeit und Zufuhrrate wurden zur Erzielung der zweckmäßigen Teilchengröße des beschichteten mikronisierten Produkts eingestellt.
Wachsbeschichtetes Siliciumdioxid mit den folgenden Merkmalen wurden hergestellt. Die Abkürzungen, die in den nachfolgenden Tabellen vorkommen, sind wie folgt definiert:

APS Medianteilchengröße (Gewichtsmittel)

PV Porenvolumen

SA Oberfläche

PE Polyethylen

COMP Vergleich
Tabelle 1
Sowohl die in Tabelle 1 beschriebenen Mattierungsmittel als auch ein als Syloid ED30 kommerziell erhältliches Mattierungsmittel wurden in zwei Beschichtungsformulierungen formuliert. Die Eigenschaften der Formulierungen, zusammen mit den Mattierungsmitteleigenschaften, sind in den nachfolgenden Tabellen 2 und 3 angegeben.
1. Mattierungsergebnisse in Ebecryl 270 (UCB): Tabelle 2
2. Mattierungsergebnisse in Laromer PO 83F (BASF): Tabelle 3
Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass ein Mattierungsmittel mit einem Porenvolumen im erfindungsgemäßen Bereich eine bessere Mattierungswirksamkeit als ein Mattierungsmittel mit einem Porenvolumen außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs, z. B. 2,1 ml/g, aufweist, wenn die Teilchengröße und der Wachsgehalt verhältnismäßig konstant gehalten werden. Vergleiche die Erfindung mit COMP2. Dies wird ebenfalls in Tabelle 3 illustriert, die Mattierungs- und Viskositätsergebnisse von Mattierungsmitteln bei dem schnellhärtenden (schwierig zu mattierenden) System zeigt, das Laromer PO 83F enthält. Vergleiche die Erfindung mit COMP2 in Tabelle 3.
Es ist außerdem in unerwarteter Weise ermittelt worden, dass die Mattierungswirksamkeit erhöht wird, wenn Mattierungsmittel mit einer kleineren APS am unteren Ende des für diese Erfindung beanspruchten Teilchengrößenbereichs verwendet werden. Siehe 1 und vergleiche COMP3 (mit einer APS von 7,9 um, einem PV von 1,85 ml/g und einem Wachsgehalt von 12%) und Erfindung 2 (APS = 6,3 um, PV = 1,01 ml/g und Wachsgehalt von 20%) mit Erfindung 1 (APS = 3,4 um, PV = 1,01 ml/g und Wachsgehalt von 20%) und Erfindung 3 (APS = 3,7 um, PV = 1,01 ml/g und Wachsgehalt von 20%).
2 zeigt, dass Wachsgehalte größer als 15% und vorzugsweise 20% die Glanzverringerung des beschichteten Films verglichen mit konventionellen Mattierungsmitteln erhöhen, die Wachsgehalte von weniger als 15 Gew.-% aufweisen. COMP1 und COMP3 sind bereits definiert, und Erfindung 2, die 20 Gew.-% Wachs umfasst, ist oben definiert.
3 zeigt einen unerwarteten Effekt, dass Glanz vom Filmgewicht unabhängig ist und dass die Erfindung Glanz mit zunehmendem Filmgewicht verringern kann. Die ersten dreizehn (13) Proben von links nach rechts in 3 sind kommerziell erhältliche Mattierungsmittel. COMP3 und Erfindung 1 sind bereits definiert. Die als Erfindung bezeichnete Probe ist ebenfalls bereits oben in Tabelle 2 und 3 definiert.
4 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen eine geringere Viskosität aufweisen und dass die Viskosität verglichen mit konventionellen Mattierungsmitteln über die Zeit stabiler ist. Ohne an eine spezielle Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass dieser Effekt durch das geringere PV, die höhere SA und demnach eine bessere Wachsbeschichtung der Teilchen hervorgerufen wird. Dies vermeidet Teilchenwechselwirkungen und erhöht die relative innere Porosität. Es wird angenommen, dass dieselben Gründe für die erhöhte Glanzstabilität der neuen Siliciumdioxid-Mattierungsmittel verantwortlich sind. Die Viskositätsbeständigkeit ermöglicht dem Lackzubereiter, den Lack nach 24 Stunden ohne weitere Glanzschwankungen zu verwenden.
5 zeigt, dass die Mattierungsmittel mit erfindungsgemäßen Porenvolumina eine wirksamere Mattierung liefern.
6 und 7 illustrieren die Mattierungswirksamkeit von erfindungsgemäßen Mattierungsmitteln in den zwei bereits oben illustrierten Acrylatzusammensetzungen verglichen mit konventionellen Mattierungsmitteln des Standes der Technik.

Claims

Mattierungsmittelzusammensetzung, die Siliciumdioxid und Wachs umfasst, wobei die Zusammensetzung eine Medianteilchengröße im Bereich von 2 bis 12 um, einen Wachsgehalt im Bereich von 15 bis 30 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung aufweist und das Siliciumdioxid ein Porenvolumen im Bereich von 0,8 bis 1,4 cm³/g aufweist.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der der Wachsgehalt von 18 bis 22 Gew.-% beträgt.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Wachs einen Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 120°C aufweist.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Wachs einen Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 90°C aufweist.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 3, bei der das Wachs Paraffin ist und einen Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 90°C aufweist.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Medianteilchengröße der Zusammensetzung von 2 bis 5 um beträgt.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 2, bei der die Medianteilchengröße der Zusammensetzung von 2 bis 5 μm beträgt.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Siliciumdioxid ein Porenvolumen im Bereich von 0,9 bis 1,2 cm³/g aufweist.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 2, bei der das Siliciumdioxid ein Porenvolumen im Bereich von 0,9 bis 1,2 cm³/g aufweist.
Mattierungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 7, bei der das Siliciumdioxid ein Porenvolumen im Bereich von 0,9 bis 1,2 cm³/g aufweist.
Beschichtungszusammensetzung, die eine durch Strahlung härtbare Komponente und eine Mattierungsmittelkomponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 11, bei der die durch Strahlung härtbare Komponente Acrylate umfasst.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 11, bei der die durch Strahlung härtbare Komponente durch Aussetzen gegenüber ultravioletter Strahlung härtbar ist.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 11, bei der die durch Strahlung härtbare Komponente durch Elektronenstrahlstrahlung härtbar ist.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 13 oder 14, die ferner einen Härtungsinitiator umfasst.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 13, bei der die durch Strahlung härtbare Komponente Acrylat umfasst und die Beschichtungszusammensetzung 2 Gew.-% oder weniger an Mattierungsmittelkomponente umfasst.
Beschichtetes Substrat, das ein Substrat und eine aus einer Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16 hergestellte Beschichtung darauf umfasst.
Beschichtetes Substrat nach Anspruch 17, bei dem die Beschichtung aus der Beschichtung gemäß Anspruch 16 hergestellt ist und die Beschichtung eine Mattierungswirksamkeit von etwa 20 Glanzeinheiten bei 60° umfasst.
Beschichtetes Substrat nach Anspruch 17, bei dem die Beschichtung aus einem Amin-modifizierten Polyetheracrylat hergestellt ist, die Beschichtung aus einer Zusammensetzung, die etwa 12 Gew.-% Mattierungsmittelkomponente oder weniger umfasst, hergestellt ist und die Beschichtung eine Mattierungswirksamkeit von etwa 60 Glanzeinheiten oder weniger bei 60° aufweist.