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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf organische Beschichtungen
mit verbesserter Kratzfestigkeit. Insbesondere bezieht sich die
vorliegende Erfindung auf die Verwendung anorganischer Füllstoffmaterialien
eines definierten Typs und einer definierten Teilchengröße, die
zu organischen Beschichtungen gegeben werden können, um die Kratzfestigkeit
der Beschichtung zu verbessern, ohne dass sich dies negativ auf
die physikalischen Eigenschaften und die Gebrauchseigenschaften
oder Anwendungsparameter des ursprünglichen Beschichtungsmaterials
auswirkt.
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Die
Beschichtungen sind auf Materialien, wie Holz, MDF, steifen Kunststoffen
wie PVC für
Fußbodenbeläge, dekorative
Fliesen, Wohnungseinrichtungsgegenstände wie Schränke, Möbel und
Verkleidungen, und Maschinen, Haushaltsgeräte und Gehäuse von Gerätschaften brauchbar, um nur
einige vorteilhafte Anwendungen zu nennen.
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Hintergrund der Erfindung
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Organische
Beschichtungen, wie solche, die aus strahlungshärtbaren und wärmehärtbaren
Polymeren hergestellt werden, sind zur Verwendung bei Anwendungen
bekannt, bei denen das Aussehen der Beschichtung für ihre Gesamtfunktion
wesentlich ist, so dass Kratzer auf der Oberfläche oder durch dieselbe hindurch
die Beschichtung für
eine fortgesetzte Verwendung ungeeignet oder unerwünscht machen
würden.
Kratzer beeinträchtigen
nicht nur das gesamte Erscheinungsbild sondern gefährden auch
die Integrität
des Substrats. Zugänge
zu kratzfesten Beschichtungen konzentrierten sich in der Vergangenheit
auf die Verwendung härterer
Polymere. Diese härteren
Polymere hatten jedoch eine erhöhte
Vernetzungsdichte zur Folge und wiesen inhärente negative Eigenschaften
in Bezug auf die Schrumpfung, Haftung, Flexibilität und Schlagzähigkeit auf.
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Das
US Patent Nr. 5,853,809 beschreibt
kratzfeste Klarlacke, die oberflächenreaktive
Mikroteilchen enthalten. Die Beschichtungszusammensetzung enthält ein filmbildendes
Bindemittelsystem, das ein vernetzbares Harz, farblose anorganische
Mikroteilchen von etwa 1,0 bis etwa 1000 nm, die eine mit dem vernetzbaren
Harz reaktionsfähige
Funktionalität
haben, und ein Lösungsmittelsystem
für das
vernetzbare Harz enthält.
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In
der Technik wurden einige Versuche zur Verbesserung der Abriebfestigkeit
durchgeführt,
diese Bemühungen
befassten sich jedoch nicht mit dem Problem der Kratzfestigkeit.
Z.B. beschreibt
WO 00/39042 einen
Oberflächenüberzug,
der wenigstens eine Schicht umfasst, die verschleißfeste Teilchen
wie Aluminiumoxid enthält.
Die Teilchengröße der verschleißfesten
Teilchen beträgt
etwa 10 μm
bis etwa 350 μm
und besonders bevorzugt etwa 20 μm
bis etwa 250 μm
und am meisten bevorzugt etwa 30 μm
bis etwa 200 μm.
Die Verschleißfestigkeit
wird durch Abriebtests wie den Taber-Abriebtest bestimmt, und der
Effekt der Teilchen in der Oberflächenbeschichtung wird dergestalt
beschrieben, dass er Abriebfestigkeit bereitstellt. Es erfolgt keine
Differenzierung in Bezug auf die Kratzfestigkeit.
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Gleichermaßen beschreibt
EP 235 914 Beschichtungszusammensetzungen
zur Herstellung eines Texturfinish auf einem Substrat, wobei die
Zusammensetzung einen Haftvermittler zur Verbesserung der Haftung
an das Substrat, eine strahlungshärtbare Komponente und eine
die Textur modifizierende Menge von Mikrokügelchen umfasst, die im Wesentlichen
homogen darin dispergiert sind. Die Mikrokügelchen können Glasmaterialien und/oder
keramische und/oder polymere Materialien sein. Das Einfügen feiner
Glasperlen, keramischer oder polymerer fester Perlen oder Hohlkügelchen
in eine geeignete strahlungshärtbare
Komponente, die sich beim Härten
verfestigt, um eine Matrix zu bilden, die die Perlen oder Kügelchen
auf dem Substrat festhält, ermöglicht das
Bereitstellen eines texturierten Aussehens und einer Abriebfestigkeit,
die den Verfahren des Standes der Technik vergleichbar ist. Die
Teilchengröße der Mikrokügelchen
beträgt
bis zu 120 μm
und besonders bevorzugt 15 bis 60 μm und vorteilhaft etwa 30 μm.
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Das
US Patent Nr. 6,399,670 bezieht
sich auf eine vorgehärtete
Beschichtungsmischung, die ein strahlungshärtbares Harz, einen Initiator
und texturerzeugende Teilchen einer wirksamen Größe umfasst, um nach dem Auftragen
der Mischung auf ein Substrat eine makroskopische Textur bereitzustellen.
Bevorzugte Größen der
texturerzeugenden Teilchen sind 30 bis 350 μm. Die Beschichtungsmischung
verwendet anorganische Teilchen von nm-Größe mit Durchmessern von 1–100 nm
(0,001–0,1 μm). Beispiel
3 zeigt, dass anorganische Teilchen (Aluminiumoxid) außerhalb
des Bereichs des
US Patents Nr.
6,399,670 in der Größenordnung
von 1,5 μm
Beschichtungen erzeugen, die nicht so transparent sind wie Beschichtungen
der Erfindung, die – wie
offenbart ist – anorganische
Teilchen von nm-Größe verwendet,
und dass die Kratzfestigkeit gering war, da sichtbare Kratzer nach
dem Test vorlagen.
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Somit
wurden Versuche zum Bereitstellen von klaren Deckschichten mit einer
größeren Abriebfestigkeit
durchgeführt,
ohne dass die Kratzfestigkeit des Materials berücksichtigt wurde. Es wurden
auch Versuche durchgeführt,
um organische Beschichtungen mit Kratzfestigkeit aufzufinden, die
zweckmäßige Eigenschaften für vielfältige Anwendungen
ergeben. Für
diese Versuche war jedoch die Verwendung von härteren Polymeren, reaktiven
Systemen oder texturmodifizierenden Systemen notwendig. In der Technik
besteht somit noch ein Bedarf an organischen Beschichtungen, die
eine verbesserte Kratzfestigkeit bereitstellen, ohne dass andere
physikalische Eigenschaften der Beschichtung, wie Farbe, Flexibilität, Glanz,
Glanzbeibehaltung, Schlagzähigkeit,
Opazität
und Fleckenbeständigkeit,
negativ beeinflusst werden.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kratzfeste glatte Oberflächenbeschichtung
mit einer Dicke von 5 bis 150 μm,
die aus gehärteten
Zusammensetzungen hergestellt wird, welche eine oder mehrere härtbare Polymere
und Keramikkugeln als anorganischen Füllstoff in einer Menge, die
eine Verstärkung
der Kratzfestigkeit der Beschichtung bewirkt, umfasst, wobei der
anorganische Füllstoff
einen Median (pro Volumen) des Teilchendurchmessers (Mediangröße) von
3 bis 9 μm
hat. Die Beschichtungen, die nur solche Füllstoffe enthalten, haben keine
wahrnehmbare Textur, wenn sie auf nicht-texturierte Oberflächen aufgetragen werden.
Die Beschichtungen sind insbesondere als transparente Beschichtungen
geeignet, die auf texturierte und nicht-texturierte Substrate aufgetragen
werden.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung
der Kratzfestigkeit einer strahlungshärtbaren Beschichtung bereitgestellt,
umfassend das Einfügen
von Keramikkugeln als anorganische Teilchen mit einem Median des
Teilchendurchmessers von 3 bis 9 μm
in eine strahlungshärtbare
Beschichtungszusammensetzung, das Auftragen der Beschichtungszusammensetzung
auf ein Substrat und das Härten
der Beschichtungszusammensetzung. Die nach dem Härten der Beschichtungszusammensetzung
erhaltene Beschichtung hat eine verbesserte Kratzfestigkeit gegenüber derjenigen,
die typischerweise in strahlungshärtbaren Beschichtungen vorgefunden
wird. Die Beschichtung weist vorzugsweise geringe oder im Wesentlichen
keine Kratzer auf, wenn sie einem Reiben mit Stahlwolle unterzogen
wird.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine kratzfeste, gehärtete Beschichtung
mit einer texturierten Oberfläche
offenbart, die weiterhin texturerzeugende Teilchen in der Beschichtung
umfasst. Die Beschichtung umfasst ein oder mehrere härtbare Polymere,
einen anorganischen Füllstoff
in einer Menge, die zur Verstärkung
der Kratzfestigkeit der Beschichtung wirksam ist, wobei der anorganische
Füllstoff
einen Median des Teilchendurchmessers (Mediangröße) von etwa 3 bis etwa 9 μm hat, und
texturerzeugende Teilchen einer ausreichenden Größe, um eine Textur zu erzeugen,
die für
den Verbraucher sichtbar ist. Die allgemeinen Durchmessergrößen für die texturerzeugenden
Teilchen liegen in einem Bereich des Medians des Teilchendurchmessers
(Mediangröße) von
etwa 10 bis etwa 150 μm.
Die texturierten Beschichtungen haben keine glatte Oberfläche und
sind ästhetisch
ansprechend. Vorteilhafterweise haben die Beschichtungen, die texturerzeugende
Teilchen einschließen,
eine niedrige Viskosität
und lassen sich leicht auf ein Substrat auftragen, während die
Kratzfestigkeit des gehärteten
Material beibehalten wird.
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Die
Beschichtung, die texturerzeugende Teilchen einschließt, hat
eine niedrige Viskosität
vor dem Härten
in einem Bereich von im Allgemeinen etwa 100 bis etwa 70 000 cP
(mPa·s),
die bei einer Schergeschwindigkeit von 0,15 s–1 gemessen
wird. Angesichts der Viskositäten
können
die Beschichtungen, die die texturerzeugenden Teilchen einschließen, durch
in der Technik bekannte Techniken, wie unter anderem die Walzenbeschichtung,
Sprühen
und das Luftbürstenstreichverfahren,
leicht auf verschiedene Substrate aufgetragen werden. Die Oberflächen der
gehärteten
Beschichtungen sind im Wesentlichen kratzfest.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Durch
Lesen der ausführlichen
Beschreibung der Erfindung, zusammen mit den Zeichnungen, wird die Erfindung
besser verstanden und andere Merkmale und Vorteile werden ersichtlich,
wobei in den Zeichnungen 1 ein Diagramm der Viskosität (cP (mPa·s) s (mPa·s)) (mPa·s) gegenüber der
Schergeschwindigkeit (s–1) einer Ausführungsform
einer Beschichtung der vorliegenden Erfindung, die texturerzeugende
Teilchen umfasst, als Funktion der Schergeschwindigkeit vor dem
Härten
ist.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die
Beschichtungszusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwenden im Allgemeinen organische Polymermaterialien, die dem
Fachmann der Beschichtungstechnik als strahlungshärtbare Polymere
bekannt sind. Der Typ der Polymere, die in den Beschichtungszusammensetzungen
verwendet werden, hängt
von der Endanwendung ab, die für
diese Formulierung beabsichtigt ist. Strahlungshärtbare Beschichtungen, wie
UV-härtbare
Beschichtungen, werden in ausgedehntem Maße auf vielfältigen Gebieten
verwendet, wie der Herstellung von hochleistungsfähigen Vinylbodenbelagsprodukten
für kommerzielle
und Wohnzwecke. Diese Beschichtungen können auf die Oberfläche des
Produkts aufgetragen werden, um eine erhöhte Gebrauchseigenschaft bereitzustellen.
Die Fähigkeit,
eine Beschichtung mit verbesserter Kratzfestigkeit bereitzustellen,
ist sehr erwünscht,
und es zeigte sich, dass sie von der Teilchengröße von nachstehend spezifizierten
anorganischen Füllstoffmaterialien
abhängt.
Es wurde nun gefunden, dass bestimmte anorganische Füllstoffmaterialien
von spezifischen Durchmessergrößen, die
in härtbare
Polymer-Flüssigkeiten
eingefügt
werden, zu kratzfesten Beschichtungen härten. Der überraschende Effekt dieser
Typen von anorganischen Füllstoffen
besteht darin, dass sie eine Kratzfestigkeit gegenüber Stahlwolle
ergeben, ohne dass das Aussehen der Beschichtung, die Gebrauchseigenschaft
und die Anwendungsparameter der härtbaren Polymersysteme negativ
beeinflusst werden. In diesen Systemen hängt die Kratzfestigkeit gegenüber Stahlwolle von
der Filmdicke nicht ab.
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Der
hierin verwendete Ausdruck "Kratzfestigkeit" ist die Fähigkeit
einer Beschichtung, einem permanenten Kratzen durch scharfe abgewinkelte
oder ansonsten ähnlich
konstruierte Gegenstände
zu widerstehen, die entweder unter einer konstanten oder fortschreitenden
Last über
die Oberfläche
gezogen werden. Kratzfestigkeit unterscheidet sich von Abriebfestigkeit.
Abrieb bezieht sich auf den Widerstand gegenüber einem Entfernen von Beschichtungsmaterial.
Kratzen ist durch die Tendenz gekennzeichnet, einen einzigen oder mehrere
lineare Schnitte oder Vertiefungen zu bilden, die in die Beschichtung
eindringen und dieselbe brechen oder verformen, was permanente Oberflächendefekte
verursacht, die sowohl vom Gesichtspunkt der Funktionalität als auch
der Ästhetik
aus gesehen unerwünscht
sind. Die Kratzfestigkeit kann z.B. unter Verwendung eines Teledyne-Scher/Kratztestgeräts mit einem
Ritzstift wie einem Ritzstift mit Diamantspitze gemessen werden.
Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass die Ergebnisse des Teledyne-Tests
in Abhängigkeit
von der Flexibilität
des Substrats, insbesondere wenn die Beschichtung auf ein elastisches
Substrat aufgetragen wird, asymmetrisch sein können. Ein Test, der auf der
Verwendung eines Stahlwolle-Schleifkissens
per Hand basiert, ist ein Maß der
Kratzfestigkeit, die nicht durch das Substrat beeinflusst wird.
Der Stahlwolle-Test wird durchgeführt, indem man per Hand einen
mäßigen nach
unten gerichteten Druck auf ein Stahlwollekissen Nr.00 anwendet,
während
das Kissen mindestens 5 Zyklen lang auf der Beschichtungsoberfläche hin-
und herbewegt wird, wobei ein Zyklus eine Hin- und Herbewegung darstellt.
Die Bewertung der Kratzfestigkeit der Testfläche erfolgt durch Beobachtung
mit dem bloßen
Auge und/oder mit Hilfe einer Vorrichtung mit 40-facher Vergrößerung. Ein quantitatives Bewertungssystem
vergibt eine Bewertung 0, eine Bewertung 1 oder eine Bewertung 2,
wobei 0 keinen sichtbaren Kratzer oder einen kaum wahrnehmbaren
Kratzer darstellt, eine Bewertung 2 dafür repräsentativ ist, dass Kratzer
in markanter Weise auf der Oberfläche vorliegen und mit dem bloßen Auge
bis zu einigen Metern Entfernung wahrgenommen werden, und dies als
unannehmbar angesehen wird, und die Bewertung 1 für eine annehmbare
Oberfläche
mit Kratzern repräsentativ
ist, die sichtbar aber nicht markant sind, wenn sie in einem Abstand
von bis zu mehreren Metern betrachtet werden.
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"Abriebfestigkeit" ist die Fähigkeit
einer Beschichtung, einem Verschleiß zu widerstehen, wenn sie
einem Reiben, Schaben, einer Erosion oder den allen diesen kombinierten
Effekten derselben unterzogen werden. Die Konsequenzen einer geringen
Abriebfestigkeit sind durch ein teilweises oder vollständiges Entfernen der
Beschichtung in dem abgetragenen Bereich gekennzeichnet. Das teilweise
oder vollständige
Entfernen der Beschichtung erzeugt unerwünschte Änderungen der Gebrauchseigenschaft
und des Aussehens, d.h. Glanz, Farbe usw.
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"Strahlungshärtbar" bedeutet Zusammensetzungen,
die aus verschiedenen reaktiven Komponenten bestehen, die durch
Polymerisation mittels radikalischer oder ionischer Mechanismen
unter Verwendung von Strahlung, entweder vom UV- oder EB-Typ, härten. Feuchtigkeitshärtbare und
wärmehärtbare Systeme
sind von den strahlungshärtbaren
Zusammensetzungen ausgeschlossen.
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"Feuchtigkeitshärtbare" Polymere beziehen
sich auf die wohlbekannten Polymere, die mit Isocyanatgruppen verkappt
sind, die in Gegenwart von Wasser einer Härtung unterliegen. Das in der
Tabelle VII bewertete Feuchtigkeitshärtungs system ist typisch und
stellt ein aromatisches Prepolymer von Toluoldiisocyanat dar (35
Gew.-% Feststoffe in organischen Lösungsmitteln).
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"Polyurethan-Dispersionen" beziehen sich auf
wohlbekannte wässrige
Produkte, die Isocyanat-Polymere umfassen, welche typischerweise
carboxyliert und mit Diamin kettenverlängert sind. Diese Dispersionen koaleszieren,
wenn sie getrocknet sind, entwickeln Filmeigenschaften bei der Anwendung
von Wärme
und können
unter Verwendung externer Vernetzungsmittel, die mit Carboxyl-Funktionalität reaktionsfähig sind,
vernetzt werden.
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"Zweikomponentenhärtungs-Polyurethane" beziehen sich auf
die wohlbekannte Klasse von Beschichtungsmaterialien, die auf einer
Seite ein Polyol und auf der anderen Seite ein Isocyanat umfassen.
Die in Tabelle VIII erläuterte
Ausführungsform
ist ein Polyesterpolyol, das einer Co-Reaktion mit einem aliphatischen Polyisocyanatharz,
basierend auf Hexamethylendiisocyanat (HDI), mit 65% Feststoffen
in Lösungsmittel,
unterzogen wurde.
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"Kationische UV-härtbare Polymere" sind wohlbekannte
polymere Materialien, die durch das Vorliegen von Oxiran-Funktionalität gekennzeichnet
sind und durch kationisch eingeleitete Polymerisationsmechanismen
härtbar
sind. Geeignete Verdünnungsmittel
umfassen cycloaliphatische Epoxy-Monomere oder -Oligomere und Vinylether-Monomere.
Geeignete UV-härtbare
kationische Photoinitiatoren sind die verschiedenen Sulfonium- oder
Iodonium-Initiatoren. Eine typische härtbare kationische Eiloxid-Beschichtung
ist eine Mischung von 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexylcarboxylat,
Vinylcyclohexenmonoxid, 3-Ethyl-3-(hydroxymethyl)oxetan und Triarylsulfoniumhexafluorphosphat-Salzgemischen
als UV-Photoinitiator.
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"Zum Verstärken der
Kratzfestigkeit einer Beschichtung wirksam" bedeutet, dass die verwendete Menge
der Teilchen des vorgegebenen Typs und der vorgegebenen Größe eine
Beschichtung ergibt, die eine verbesserte Kratzfestigkeit hat, verglichen
mit einer Beschichtungszusammensetzung ohne jegliche Teilchen des vorgegebenen
Typs und der vorgegebenen Größe, wie
durch Verwendung des Stahlwolle-Kratztests gemessen wurde.
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Der
in der vorliegenden Erfindung beschriebene "Median des Teilchendurchmessers" oder "Teilchendurchmesser" bezieht sich auf
einen spezifizierten Durchmesser bei einem kumulativen Volumen von
50% der Teilchen. Die Teilchendurchmesser können durch Apparaturen wie
Malvern Particle Size Analyzer, Counter Counter oder andere derartige
in der Technik bekannte Vorrichtungen gemessen werden.
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Die
Ausführungsformen,
in denen texturerzeugende Teilchen fehlen, sind glatt, und Oberfläche bedeutet
hierin, dass die Beschichtung selbst im gehärteten Zustand keine wahrnehmbare
Textur hat, die mit dem bloßen
Auge erkenntlich ist, und die Glattheit ausreichend ist, damit eine
nicht-texturierte (flache) Beschichtung unter Verwendung eines konventionellen
Glanzmessgeräts
bei einem Einfallwinkel des Lichts von 60° einen Glanz von wenigstens
70 aufweist. Solche glatten glänzenden
Beschichtungen gemäß der Erfindung
können
auf texturierte oder nicht-texturierte Substratoberflächen aufgetragen
werden und können
einen Glanz haben, der durch die Verwendung eines Glanzsteuerungsmittels
oder Mattierungsmittels reduziert werden kann.
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Es
wurde nun gefunden, dass durch sorgfältige Auswahl der Typen und
Größen von
Teilchen, die als anorganisches Füllstoffmaterial in härtbaren
polymeren Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden, die Kratzfestigkeit
in solchen Zusammensetzungen gegenüber derjenigen von vorher in
der Technik bekannten Zusammensetzungen verbessert werden kann.
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Die
in den Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung brauchbaren
anorganischen Füllstoffmaterialien,
die bestimmte Typen darstellen, welche kratzfeste Beschichtungen
erzeugen, sind Keramikkugeln.
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Die
Keramikkugeln sind Siliciumdioxid- und Aluminiumoxid- oder Alkalialuminosilikat-Keramiken.
Solche Produkte können
im Handel erhalten werden, einschließlich der Keramikmikrokügelchen
Zeeospheres® von
3M®.
Besonders bevorzugte Keramikkugeln sind solche, die von 3M® als
G-200, W-210 und W-410 ausgewiesen werden. Der Median der Teilchengröße sollte
3–9 μm betragen.
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Im
Allgemeinen wird das anorganische Füllstoffmaterial der Erfindung
in einer Menge verwendet, die ausreichend ist, um der Beschichtung
eine verstärkte
Kratzfestigkeit zu verleihen. Diese Menge beträgt im Allgemeinen etwa 8 bis
etwa 50 Gew.-% der gesamten Beschichtungszusammensetzung, wobei
die bevorzugte Menge etwa 8 bis etwa 12 Gew.-% der gesamten Zusammensetzung
ausmacht. Obwohl die bevorzugte Menge der anorganischen Teilchen
in einer typischen Formulierung 8 bis 12 Gew.-% ist, ergeben Mengen
bis zu und mehr als 25% auch ausgezeichnete Kratzfestigkeitseigenschaften.
Die Auswirkungen höherer
Mengen an anorganischen Teilchen, die zu mehr als 25 Gew.-% eingearbeitet
werden, sind eine erhöhte
Viskosität
der Beschichtung vor dem Auftragen, das Auftreten einer unerwünschten
Beschichtungstextur und eine schädliche Auswirkung
auf die physikalischen Eigenschaften und dieselben schließen eine
erhöhte
Tendenz zur Bildung weißer
Flecken ein, wenn die Beschichtung mit einem Hohlmeißel bearbeitet
wird. Anorganische Teilchen, die in einer Menge von weniger als
8 Gew.-% eingearbeitet werden, erreichen keine verbesserte Kratzfestigkeit. Es
wurde gefunden, dass die Verwendung von hierin gelehrtem anorganischen
Füllstoffmaterial,
wie Siliciumdioxid-, Aluminiumoxid- oder Keramikkugeln, in der angegebenen
Menge und einer Teilchengröße von 3
bis 9 μm,
die in strahlungshärtbaren
Polymer-Beschichtungszusammensetzungen dispergiert sind, eine unerwartete
Verbesserung der Kratzfestigkeit gegenüber vorher bekannten Beschichtungen
ermöglicht.
Obwohl jedes dieser Materialien verwendet werden kann, werden Keramikkugeln
aufgrund ihrer besseren Leistungsfähigkeit und Neigung, nach einer
ausgedehnten Lagerung weniger leicht in der Beschichtung auszufällen, bevorzugt.
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Die
strahlungshärtbaren
Beschichtungszusammensetzungen umfassen strahlungshärtbare Polymere und/oder
Polymerzusammensetzungen, die aus einer oder mehreren reaktiven
Komponenten bestehen, die durch Polymerisation mittels radikalischer
oder ionischer Mechanismen härten.
Typischerweise liegt das strahlungshärtbare Polymer in einer Menge
von etwa 12 bis etwa 90 Gew.-% der gesamten Beschichtungszusammensetzung
vor. Jede Komponente der strahlungshärtbaren Beschichtungszusammensetzung
ist so gestaltet, dass sie eine spezifische Funktion sowohl in der
nicht gehärteten
Zusammensetzung als auch dem gehärteten Film
ausübt.
Die Komponenten umfassen im Allgemeinen (1) ein reaktives Polymer
mit niedrigem bis mittleren Gewicht, das typischerweise als Oligomer
bezeichnet wird und dem gehärteten
Film primäre
Gebrauchseigenschaften verleiht, (2) monofunktionelle und polyfunktionelle
reaktive Monomere, die zum Vernetzungsgrad beitragen können, der
in dem gehärteten
Film erforderlich ist, und ansonsten als reaktives Verdünnungsmittel
fungieren, um die Viskosität
der Formulierung auf einen Grad einzustellen, die zum Auftragen
geeignet ist, und (3) verschiedene nicht-reaktive Spezialkomponenten,
wie Füllstoffe,
Färbemittel,
Gleitmittel und Formentrennmittel, die für verschiedene Endanwendungseigenschaften
zugegeben werden.
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Im
Allgemeinen umfassen die strahlungshärtbaren Beschichtungszusammensetzungen
der Erfindung typischerweise ein Oligomer, ein Gemisch von funktionellen
Monomeren, anorganischen Füllstoff – wie hierin gelehrt
wird – und
zusätzlichen
Mittel, wie synthetische Wachse, Mattierungsmittel und Additive.
Das Oligomer kann typischerweise jedes Oligomer sein, das dafür bekannt
ist, dass es in strahlungshärtbaren
Zusammensetzungen brauchbar ist. Reaktive Oligomere, die vorzugsweise
in den energiehärtbaren
Zusammensetzungen der Erfindung verwendet werden, schließen im Wesentlichen
jedes polymere Material ein, das durch das Vorliegen wenigstens
einer, vorzugsweise wenigstens zweier ethylenisch ungesättigter
Einheiten charakterisiert ist und durch einen radikalisch eingeleiteten
Polymerisationsmechanismus härtbar
ist. Zu den geeigneten Oligomeren gehören die bekannten Acrylurethan-Oligomere,
Polyesteracrylat-Oligomere, Epoxyacrylat-Oligomere oder Siliconacrylat-Oligomere,
die im Handel erhältlich
sind. In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das Oligomer
ein Acrylurethan-Oligomer.
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Das
Oligomer umfasst typischerweise etwa 10 bis etwa 90, vorzugsweise
etwa 30 bis etwa 50 Gew.-% der gesamten strahlungshärtbaren
Beschichtungszusammensetzung.
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Bei
der Herstellung einer strahlungshärtbaren Beschichtungszusammensetzung
wird das Oligomer typischerweise in Kombination mit einem reaktiven
Monomer-Verdünnungsmittelsystem
und in einigen Fällen
einem Photoinitiator verwendet. Reaktive Monomere, die allein oder
in Kombination mit reaktiven Oligomeren als reaktives Verdünnungsmittel
für solche
Oligomere in der Praxis der Erfindung verwendet werden können, sind
wohlbekannt. Allgemein umfassen geeignete reaktive Monomer-Verdünnungsmittelsysteme
wenigstens ein ungesättigtes
additionspolymerisierbares Monomer, das mit dem Oligomer nach Strahlungseinwirkung
copolymerisierbar ist.
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Das
reaktive Monomer-Verdünnungsmittel
kann monofunktionell oder polyfunktionell, z.B. di- oder trifunktionell,
sein. Ein einziges polyfunktionelles Verdünnungsmittel kann verwendet
werden, ebenso wie Mischungen derselben oder eine Kombination von
einem oder mehreren monofunktionellen reaktiven Monomer-Verdünnungsmitteln
und einem oder mehreren polyfunktionellen reaktiven Monomer-Verdünnungsmitteln. Besonders
bevorzugte reaktive Monomer-Verdünnungsmittel
sind ungesättigte
additionspolymerisierbare monofunktionelle und polyfunktionelle
Acrylmonomere. Alkoxylierte und nicht-alkoxylierte Acrylmonomere
sind brauchbare reaktive Verdünnungsmittel
und wohlbekannt. Bevorzugte alkoxylierte Acrylmonomere enthalten 2–14 Alkoxy-Repetiereinheiten.
Zu den Beispielen für
solche Acrylmonomere gehören
Isobornylacrylat, Phenoxyethylacrylat, Isodecylacrylat, Hexylacrylat,
Cyclohexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Octylacrylat, Nonylacrylat,
Stearylacrylat, 2-Phenoxyacrylat,
2-Methoxyethylacrylat, Lacton-modifizierte Ester der Acrylsäure und Methacrylsäure, Methylmethacrylat,
Butylacrylat, Isobutylacrylat, Methacrylamid, Allylacrylat, Tetrahydrofurylacrylat,
n-Hexylmethacrylat, 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat, n-Laurylacrylat,
2-Phenoxyethylacrylat, Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat, acryliertes
Methylolmelamin, 2-(N,N-Diethylamino)ethylacrylat, Neopentyiglycoldiacrylat,
alkoxyliertes Neopentylglycoldiacrylat, Ethylenglycoldiacrylat,
Hexylenglycoldiacrylat, Diethylenglycoldiacrylat, Dipropylenglycoldiacrylat,
Tripropylenglycoldiacrylat, Tetraethylenglycoldiacrylat, Pentaerythrit-di-,
-tri-, -tetra- oder -pentaacrylat, Trimethylolpropantriacrylat,
alkoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, das 2 bis 14 mol Ethylenoxid
oder Propylenoxid enthält,
Triethylenglycoldiacrylat, Tetraethylenglycoldiacrylat, alkoxyliertes
Neopentylglycoldiacrylat, das 2 bis 14 mol Ethoxy- oder Propoxyeinheiten
aufweist, Polyethylenglycoldiacrylat, 1,3-Butylenglycoldiacrylat,
1,4-Butandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat,
Polyethylenglycoldiacrylat, Kombinationen derselben und alle entsprechenden
Methacrylate sowie Gemische aller obigen.
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Das
reaktive Monomer-Verdünnungsmittelsystem
umfasst typischerweise etwa 10 bis etwa 85 Gew.-%, vorzugsweise
etwa 15 bis etwa 45 Gew.-%, am meisten bevorzugt etwa 30 bis etwa
45 Gew.-% der gesamten strahlungshärtbaren Beschichtungszusammensetzung.
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Die
UV-härtbaren
Beschichtungszusammensetzungen enthalten einen Photoinitiator, um
die Härtung des
Polymermaterials zu ermöglichen.
Zusammensetzungen ohne Photoinitiator können jedoch von Elektronenstrahl-Strahlung gehärtet werden.
Der Photoinitiator kann jeder beliebige der bekannten Photoinitiatoren sein,
wie Benzophenon, Benzoin, Acetophenon, Benzoinmethylether, Michlers-Keton,
Benzoinbutylether, Xanthon, Thioxanthon, Propiophenon, Fluorenon,
Carbozol, Diethyoxyacetophenon, 1-Hydroxycyclohexylphenylketon,
die 2-,3- und 4-Methylacetophenone und Methoxyacetophenone, die
2- und 3-Chloroxanthone und Chlorothioxanthone, 2-Acetyl-4-methylphenylacetat,
2,2'-Dimethyoxy-2-phenylacetophenon,
Benzaldehyd, Fluoren, Anthrachinon, Triphenylamin, 3- und 4-Allylacetophenon,
p-Diacetylbenzol, 3-Chlor-2-nonylxanthon, 2-Chlorbenzophenon, 4-Methoxybenzophenon,
2,2',4,4'-Tetrachlorbenzophenon,
2-Chlor-4'-methylbenzophenon,
4-Chlor-4'-methylbenzophenon,
3-Methylbenzophenon, 4-tert-Butylbenzophenon, Isobutylether, Benzoesäureacetat,
Benzil, Benzilsäure,
Aminobenzoat, Methylenblau, 2,2-Diethoxyacetophenon,
9,10-Phenanthrenchinon, 2-Methylanthrachinon, 2-Ethylanthrachinon, 1-tert-Butylanthrachinon,
1,4-Naphthochinon, Isopropylthioxanthon, 2-Chlorthioxanthon, 2-Isopropylthioxanthon,
2-Methylthioxanthon, 2-Decylthioxanthon,
2-Dodecylthioxanthon, 2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl)]-2-morpholinopropanon-1,
Kombinationen derselben und dergleichen.
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Der
Photoinitiator oder die Kombination von Photoinitiatoren wird typischerweise
in einer Menge verwendet, die von etwa 0,5 bis etwa 15, vorzugsweise
von etwa 1 bis etwa 5 Gew.-% der strahlungshärtbaren Beschichtungszusammensetzung
reicht.
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Der
Photoinitiator, der zur Verwendung in einer bestimmten Zusammensetzung
ausgewählt
ist, hängt von
der Beschichtungszusammensetzung und der Verwendung der Beschichtung
ab. Vorzugsweise ist der Photoinitiator von dem Typ, der sich beim
Härten
von Polymeren durch Einwirkung von Ultraviolettlicht als brauchbar
erwiesen hat. Am meisten bevorzugt ermöglicht der Photoinitiator die
Härtung
an der Luft mit Standard-Quecksilberlampen, wie solchen, die in
den wohlbekannten AETEK®-UV-Prozessoren verwendet
werden, die von Aetek UV Systems, Inc., Romeoville, IL erhältlich sind.
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Optionale
Komponenten können
auch in der Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung
vorliegen, wie Additive zur Steuerung der Fließeigenschaften, des Glanzes,
zur Verbesserung der Oberflächenbenetzung,
zur Förderung
der Haftung und zum Eliminieren des Schäumens. Diese Additive schließen z.B.
synthetische Siliciumdioxide und Wachse, modifizierte Polysiloxane
und andere Polymeradditive ein, die dem Fachmann der Beschichtungsformulierungstechnik
bekannt sind. Die Menge der optionalen Komponente hängt von
dem Zweck und Typ des verwendeten Additivs ab und kann durch den
Fachmann bestimmt werden.
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Die
Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind flüssige Einkomponenten-Beschichtungen,
die durch Einfügen
der anorganischen Teilchen in die Beschichtung mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeits-Dispergiergeräts, wie
eines Cowles®-
oder Hockmeyer®-Mischers
hergestellt werden. Die Beschichtung wird dispergiert, bis die anorganischen
Teilchen gleichmäßig dispergiert
sind. Ein Fachmann kann bestimmen, wann der richtige Dispergiergrad
erreicht wurde. Die Zusammensetzung kann durch jedes dem Fachmann
bekannte Mittel gehärtet
werden. In einem Aspekt der Erfindung wird die Zusammensetzung durch Einwirkung
von Ultraviolettlicht gehärtet,
das von einer in dem AETEK®-UV-Prozessor verwendeten Standard-Quecksilberlampe
bereitgestellt wird.
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In
einer weiteren zusätzlichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfassen die härtbaren Beschichtungszusammensetzungen
zusätzlich
dazu texturerzeugende Teilchen, die nach dem Härten der Beschichtung der Oberfläche der
Beschichtung eine Textur verleihen, die mit dem bloßen Auge
wahrnehmbar ist. Unter Textur versteht man, dass im Wesentlichen
zufällige
Spitzen, Erhöhungen,
Hügel oder
Erhebungen unterschiedlicher Höhen
auf zufällige
Weise auf der Oberfläche
der Beschichtung gebildet werden. Somit sind die Oberflächen der
gehärteten
Beschichtungen, die texturerzeugende Teilchen einschließen, nicht
glatt. Demgemäß können die
gehärteten
texturierten Beschichtungen variierende Dicken aufweisen, die sich
z.B. von einem ersten Abstand zwischen einer Basis der Beschichtung
zu einer ersten Höhe
und einem zweiten Abstand zwischen der Basis der Beschichtung und
einer zweiten Höhe
von im Allgemeinen etwa 1 bis etwa 300 μm und vorzugsweise von etwa
2 bis etwa 150 μm
unterscheiden können,
und zwar aufgrund des Einfügens
der texturerzeugenden Teilchen in dieselben.
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Die
texturerzeugenden Teilchen können
in den Beschichtungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
um variierende Texturgrade zu ergeben, die von einer relativ feinen,
noch sichtbaren Textur bis zu stärker
sichtbar erscheinenden groben Texturen reichen. Die texturerzeugenden
Teilchen sind zufällig,
aber gleichmäßig in der
gesamten Beschichtungsschicht verteilt und können vorzugsweise aus der Oberfläche der Schicht
herausragen. Texturerzeugende Teilchen können mittlere Teilchengrößen haben,
die geringer als, im Wesentlichen gleich oder größer als die Dicke der Beschichtung
sind, nachdem dieselbe auf ein Substrat aufgetragen und dort gehärtet wurde.
Im Allgemeinen kann der durch die texturerzeugenden Teilchen verliehene Texturgrad
durch Abänderung
des Verhältnisses
der Teilchengröße der Teilchen
in Bezug auf die Dicke der Beschichtung gesteuert werden.
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Texturerzeugende
Teilchen der vorliegenden Erfindung können organische Materialien,
anorganische Materialien oder Kombinationen derselben umfassen.
Die Teilchen sollten so ausgewählt
werden, dass sie mit den verschiedenen anderen Komponenten der Beschichtungszusammensetzung
verträglich
sind. Zum Erzeugen einer Textur in der gehärteten Beschichtung sind die
texturerzeugenden Teilchen in der Beschichtung vorzugsweise unlöslich oder
im Wesentlichen unlöslich.
Die texturerzeugenden Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung
sollten gegenüber
den anderen Inhaltsstoffen der Beschichtungszusammensetzung natürlich chemisch
inert sein. Eine Vorbehandlung der texturerzeugenden Teilchen mit
einem oder mehreren bekannten Kupplungsmitteln ist optional, um
eine zusätzliche
Verträglichkeit
oder Haftung zwischen den Teilchen und anderen Komponenten der Beschichtungszusammensetzung
bereitzustellen. Organische texturerzeugende Teilchen werden bevorzugt.
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Verschiedene
anorganische Materialien, die als texturerzeugende Teilchen brauchbar
sind, schließen unter
anderem Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Derivate, wie Aluminosilikate,
auf Siliciumdioxid aufgetragenes Aluminiumoxid, Keramik, Glas, Siliciumdioxid
oder Kombinationen derselben ein.
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Organische
texturerzeugende Teilchen umfassen sowohl thermoplastische als wärmehärtbare Polymere
oder Copolymere und feste Wachse, Mikrokügelchen und/oder Perlen derselben
usw. Beispielhafte Polymere umfassen unter anderem Polyamide, einschließlich Nylontypen,
wie Nylon 6 und Nylon 12, Polyethylen, Polypropylen, fluorierte
Polymere, wie Polytetrafluorethylen, Harnstoff-Formaldehyd oder Kombinationen derselben.
Polyamid-Teilchen werden bevorzugt.
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Die
texturerzeugenden Wachsteilchen der vorliegenden Erfindung können aus
jeder der bekannten Wachsklassen ausgewählt werden, d.h. pflanzlichen
Wachsen, tierischen Wachsen, Mineralwachsen, Erdölwachsen, synthetischen Wachsen
und dergleichen. Thermoplastische Wachse außer solchen, die sich verflüssigen,
die als Viskositätsmodifikator
verwendet werden und Schmelzpunkte oberhalb der Verarbeitungstemperaturen
der Beschichtung haben, sind bevorzugte texturerzeugende Teilchen.
Zu den Beispielen für
thermoplastische Wachse gehören
unter anderem Polyolefinwachse, wie Polyethylenwachse (sowohl niedriger
als auch hoher Dichte) und Polypropylenwachse (sowohl niedriger
als auch hoher Dichte), Polytetrafluorethylen-Wachse, Polyesterwachse
und Polyamidwachse, wobei Polyolefinwachse bevorzugt werden. Kombinationen
von Wachsen können
als texturerzeugende Teilchen verwendet werden.
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Die
texturerzeugenden Teilchen der vorliegenden Erfindung haben mittlere
Teilchengrößen (Median des
Durchmessers) im Allgemeinen von etwa 10 bis etwa 150 μm und vorzugsweise
von etwa 15 oder etwa 18 bis etwa 75 μm. Texturerzeugende Teilchen
werden in den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
in Mengen von im Allgemeinen etwa 1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%, wünschenswerter
Weise von etwa 2 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% und vorzugsweise von
etwa 4 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Beschichtungszusammensetzung, verwendet. Jede Kombination von
hierin aufgeführten
texturerzeugenden Teilchen kann in einer einzigen Beschichtungszusammensetzung
verwendet werden.
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Wenn
die texturerzeugenden Teilchen in den Beschichtungszusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, haben die Beschichtungen
niedrige Viskositäten
vor dem Härten
in der Größenordnung
von im Allgemeinen etwa 100 bis etwa 70 000 cP (mPa·s), wünschenswerter
Weise und vorzugsweise von etwa 200 bis etwa 50 000 cP (mPa·s) bei
einer Schergeschwindigkeit von 0,15 s–1 bei
Raumtemperatur. In Anbetracht der aufgeführten Viskositäten fließen die
Beschichtungen frei, und es können
dünne Filme
schnell auf Substraten abgelegt werden. Die niedrigen Viskositäten ermöglichen
es, dass die Beschichtungen der Erfindung gesprüht, durch Walzenbeschichtung,
Vorhangbeschichtung und ein Luftbürstenstreichverfahren – wie in
der Technik bekannt ist – aufgetragen
werden können.
Eine gehärtete
Beschichtung, die eine Textur aufweist, ist auf eine Dicke von etwa
100% bis 200% des Durchmessers der texturerzeugenden Teilchen beschränkt.
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Bevorzugte
texturerzeugende Teilchen sind als Polyamid-Teilchen unter dem Warenzeichen
Orgasol® von
Elf Atochem aus Philadelphia, PA und Polyolefinwachs unter dem Warenzeichen
Shamrock® von
Shamrock Corp. aus Newark, NJ im Handel erhältlich.
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Die
folgende Tabelle beschreibt drei bevorzugte Formulierungen für die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von texturerzeugenden
Teilchen. Die Formulierungen erzeugen gehärtete Beschichtungen mit einer
Textur, die von fein bis grob reicht. Alle diese Formulierungen
haben eine Kratzbewertung mit Stahlwolle Nr.00 von Null und verfügen daher über eine
ausgezeichnete Kratzfestigkeit. Bevorzugte Formulierungen
| Inhaltsstoff | D50 (μm) | Gew.-% |
| Formulierung | | A | B | C |
| aliphatisches
Urethandiacrylat-Oligomer Sartomer® CN983 | | 37,6 | 37,6 | 37,6 |
| 1,6-Hexandioldiacrylat
Sartomer SR238 | | 6 | 6 | 6 |
| ethoxyliertes
Trimethylolpropantriacrylat Sartomer SR502 | | 36,4 | 36,4 | 36,4 |
| ultrafeine
Shamrock (Polyethylenwachs)-Teilchen | 37,8 | 5 | | |
| Shamrock
5378W-Teilchen | 49,2 | | 5 | |
| Shamrock
5384W-Teilchen | 65,6 | | | 5 |
| Goresil® 525
(anorganische SiO2-Teilchen) | 5 | 12 | 12 | 12 |
| Photoinitiatoren
und | | 3 | 3 | 3 |
| Benetzungsmittel | |
| Insgesamt
(Gew.-%) | | 100 | 100 | 100 |
| Textur | | fein | mittel | grob |
| Kratztest
mit Stahlwolle Nr.00 | | 0 | 0 | 0 |
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Die
nachstehend beschriebenen Beispiele erläutern, dass die Beschichtungen
der vorliegenden Erfindung, die texturerzeugende Teilchen enthalten,
verschiedene von fein bis grob reichende Texturen aufweisen, während sie
die Kratzfestigkeit beibehalten. Demgemäß sind die Beschichtungen der
vorliegenden Erfindung mit texturerzeugenden Teilchen von hohem
Nutzen, um auf Substraten sowohl für häusliche als auch kommerzielle
Einrichtungen verwendet zu werden.
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Die
Beschichtung der vorliegenden Erfindung kann auf einer Vielfalt
von Substraten verwendet werden, sie hat sich jedoch auf Substraten
als besonders brauchbar erwiesen, die üblicherweise für Verkleidungen,
Schränke
und Fußbodenbeläge verwendet
werden, insbesondere solche Beschichtungstypen, bei denen Kratzfestigkeit
und eine glänzende
nicht texturierte Beschichtung notwendig ist. Synthetische Substrate
schließen
eine Vielfalt von polymeren Substraten ein, die aus wohlbekannten
Polymeren hergestellt werden, wie PVC, ABS, ASA, PS, HIPS, PC, PO,
Acryl, SMC und dergleichen. Die kratzfesten Beschichtungszusammensetzungen
der Erfindung werden vorzugsweise zur Herstellung von elastischen
Fußbodenbelägen, insbesondere
elastischen Polyvinylchlorid-Fußbodenmaterialien,
verwendet, die zur Produktion von Dielen, Fliesen und Vinylplatten
angewendet werden. Ein elastischer Fußbodenbelag als Substrat für die Beschichtungen
kann selbst eine geprägte
Textur oder keine geprägte
Textur aufweisen und hat typischerweise wenigstens eine elastische
Trägerschicht,
eine Verschleißfläche und
eine Deckschicht über
der Verschleißfläche. Ein
elastischer Fußbodenbelag
kann zusätzliche
Schichten aufweisen, die vorliegen, um eine zusätzliche Verschleißfestigkeit
bereitzustellen oder den Fußbodenbelag
zu verstärken.
Die kratzfesten Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung sind
als Deckschicht des elastischen Fußbodenbelags, vorzugsweise
eines geprägten
oder nicht geprägten
Vinyl-Fußbodenbelags,
besonders brauchbar.
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In
einem besonderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines kratzfesten Fußbodenbelags
bereitgestellt, umfassend das Auftragen einer Beschichtungszusammensetzung,
die ein oder mehrere strahlungshärtbare
Polymere, einen Photoinitiator und eine Menge an anorganischem Füllstoff,
die zur Verstärkung
der Kratzfestigkeit des Fußbodenbelag
wirksam ist, auf ein Substrat, wobei der anorganische Füllstoff
eine Teilchengröße von 3
bis 9 μm
hat und aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Keramikkugeln und einer
Mischung derselben besteht, und die Härtung der strahlungshärtbaren
Polymere. Vorzugsweise ist das Substrat ein Vinyl-Fußbodenbelagmaterial,
das in der Technik wohlbekannt ist.
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Die
Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung können durch jedes beliebige
der konventionellen bekannten Verfahren aufgetragen und gehärtet werden.
Das Auftragen der Beschichtung kann durch Walzenbeschichtung, Vorhangbeschichtung,
luftlosen Sprühen,
Tauchen oder irgendeine andere Arbeitsweise erfolgen. Die Härtung kann
durch Einwirkung einer Strahlungsenergiequelle, in Form von aktinischer
Strahlung, insbesondere Ultraviolettlicht-Strahlung und Energie
aus Elektronenstrahlbeschleunigern bewirkt werden. Die zum Härten verwendete
Gerätschaft
sowie die zweckmäßige Zeitspanne
für das
Härten
und die Bedingungen, unter denen die Härtung durchgeführt wird,
sind dem Fachmann der Strahlungshärtung wohlbekannt und brauchen
hierin nicht weiter ausgeführt
zu werden.
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In
einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung der
Kratzfestigkeit einer strahlungshärtbaren Beschichtung bereitgestellt.
Dieses Verfahren umfasst das Einfügen eines der hierin gelehrten anorganischen
Füllstoffmaterialien
in eine strahlungshärtbare
Beschichtungszusammensetzung, das Auftragen der Beschichtungszusammensetzung
auf ein Substrat und die Polymerisation oder Härtung der Beschichtungszusammensetzung.
Der Polymerisations- oder Härtungsschritt
ergibt eine kratzfeste glatte Beschichtung auf dem Substrat, das
keine erkennbare Beschichtungstextur hat.
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Das
Testen der Kratzfestigkeit der hierin diskutierten Formulierungen
wurde durchgeführt,
indem man einen mäßigen nach
unten gerichteten Druck auf Stahlwollekissen Nr.0 und Nr.00 anwendete,
während
sie in 5 oder mehr Zyklen über
die Beschichtung hin- und herbewegt wurden. Die Bewertung der Kratzfestigkeit
der Testfläche
erfolgte durch visuelle Beobachtung mit dem bloßen Auge und unter einem Mikroskop
mit 40-facher Vergrößerung.
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Die
folgenden Beispiele sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung angegeben
und nicht beabsichtigt, den Bereich der Erfindung einzuschränken.
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Beispiel 1 (Referenz)
-
Beispiel
1 erläutert
die Taber-Kratzfestigkeit von UV-härtbaren Beschichtungen, die
Aluminiumoxid enthalten. Photoglaze
® U306,
eine im Handel erhältliche
UV-Beschichtung
von Lord Corporation, wurde als UV-härtbarer Anteil der Formulierung
verwendet. Aluminiumoxid mit verschiedenen Teilchengrößen wurde
in unterschiedlichen Mengen zu U306 gegeben. Die Kratzfestigkeit
wurde unter Verwendung des Teledyne-Taber-Scher/Kratz-Testgeräts getestet.
Die Kratzfestigkeit ist als das auf einen Ritzstift mit Diamantspitze
angelegte Gewicht definiert, das einen Kratzer verursacht, in dem
eine Schmutzaufnahme beobachtet wird. Die Beschichtungen wurden
mit einer Filmdicke von etwa 1 mil (25,4 μm) auf Leneta
®-Karten
und laminierte Vinyl-Fliese aufgetragen, an der Luft bei einer Förderbandgeschwindigkeit
von 65 ft/min unter Verwendung einer Lampe von 200 Watt/inch (80
W/cm) und einer Lampe von 300 Watt/inch (120 W/cm), die hintereinander
angeordnet sind, gehärtet.
Die Formulierungen und die Testergebnisse sind in der Tabelle I
aufgeführt. Bewertung der Taber-Kratzfestigkeit unter
Verwendung von Aluminiumoxid Tabelle I
| Formulierung | UV-härtbare Beschichtung
Lord U306 | A | B | C | D | E |
| UV-härtbare Beschichtung Lord
U306 | – | 70 | 60 | 70 | 60 | 55 |
| Micro
Abrasives Micro Grit® WCA Al2O3 (3 μm) | – | 30 | 40 | | | |
| Micro
Abrasives Micro Grit® WCA Al2O
(20 μm) | – | | | | | 45 |
| Micro
Abrasives Micro Grit® WCA Al2O3 (30 μm) | – | | | 30 | 40 | |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Teledyne-Taber-Kratztestgerät (g) | 200 | 275 | 225 | 200 | 225 | 200 |
-
Beispiel 2
-
Formulierungen
wurden wie im Beispiel 1 unter Verwendung von Keramikkugeln anstelle
von Aluminiumoxid hergestellt. Photoglaze
® U306,
eine im Handel erhältliche
UV-härtbare
Beschichtung von Lord Corporation, wurde als UV-härtbarer
Anteil der Formulierung verwendet. Die verwendeten Keramikkugeln
waren weiße
Zeeospheres
®-Keramikmikrokügelchen
von 3M. Diese kugelförmigen
Teilchen werden in der Literatur als halbtransparente, weißgefärbte Mikrokügelchen
aus Alkalialuminosilikat-Keramik beschrieben. Der D
50-Median
pro Volumen des Teilchendurchmessers von W-210-Mikrokügelchen
ist 3 μm
pro Volumen. Der D
50-Median pro Volumen
des Teilchendurchmessers von W-410-Mikrokügelchen ist 4 μm pro Volumen.
Die Beschichtungen wurden mit einer Filmdicke von etwa 1 mil auf
eine laminierte Vinyl-Fliese aufgetragen, an der Luft mit 65 ft/min
gehärtet,
wobei eine Lampe von 200 Watt/inch und eine Lampe von 300 Watt/inch,
die hintereinander angeordnet sind, verwendet wurden. Die Formulierungen
und die Testergebnisse sind in der Tabelle II aufgeführt. Tabelle II
| Formulierung | UV-härtbare Beschichtung
Lord U306 | A | B | C |
| UV-härtbare Beschichtung
Lord U306 | 100 | 75 | 75 | 72,5 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | | 25 | | |
| Keramikkugeln
W-410 von 3M | | | 25 | |
| Silquest® 1100 | | | | 2,5 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Teledyne-Taber-Kratztestgerät/g | 250 | 375 | 275 | 300 |
-
Beispiel 3
-
Eine
Anzahl von Formulierungen wurde wie im Beispiel 2 unter Verwendung
von Keramikkugeln hergestellt. Die Beschichtungen wurden mit einer
Filmdicke von etwa 1 mil (25,4 μm)
auf eine laminierte Vinyl-Fliese aufgetragen, an der Luft mit 65
ft/min (165,1 cm/min) gehärtet,
wobei eine Lampe von 200 Watt/inch (80 W/cm) und eine Lampe von
300 Watt/inch (120 W/cm), die hintereinander angeordnet sind, verwendet
wurden. Die Formulierungen und die Testergebnisse sind in der Tabelle
III aufgeführt. Tabelle III
| Formulierung | Kontrolle | A | B | C | D | E |
| UV-härtbare Beschichtung Lord
U306 | 100 | 40 | | 40 | | |
| UV-härtbare Beschichtung Lord
U309 | | | 40 | | 40 | 40 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | | | 60 | 30 | 60 | 60 |
| Keramikkugeln
W-410 von 3M | | 60 | | 30 | | |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Teledyne-Taber-Kratztestgerät/g | 150 | 325 | 575 | 400 | 850 | 750 |
-
Die
Beschichtungen wurden mit einer Filmdicke von etwa 1,0 mil (25,4 μm) auf eine
laminierte Vinylfliese aufgetragen, an der Luft mit 65 ft/min gehärtet, wobei
eine Lampe von 200 Watt/inch und eine Lampe von 300 Watt/inch, die
hintereinander angeordnet sind, verwendet wurden.
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Die
folgenden Ergebnisse erläutern
die Kratzfestigkeit mit Stahlwolle Nr.00. Die Konzentration der
anorganischen Teilchen wurde auf 12 Gew.-% der Formulierung eingestellt.
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Beispiel 4
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Diese
Versuchsreihe bewertete anorganische Füllstoffe in Beschichtungen,
die auf eine laminierte Vinyl-Fliese mit einer Dicke von 1 mil aufgetragen
wurden und wie in den vorhergehenden Beispielen gehärtet wurden.
Die Ergebnisse zeigen, dass, während
Aluminiumoxid Kratzfestigkeit bereitstellt, Keramikkugeln eine höhere Leistungsfähigkeit
mit minimalen Auswirkungen auf die Anwendung und die physikalischen
Eigenschaften der Beschichtung ergeben. Die Aluminiumoxide, als
Micro Grit
® WCA
und Micro-Grit-silanbehandeltes Al
2O
3 gekennzeichnet, werden von Micro Abrasives
Corporation geliefert und in der Literatur als weiße plättchenförmige Teilchen
beschrieben, die jeweils einen individuellen Kristalliten darstellen.
Die Keramikkugeln, als W-210, W420, W-610, G-800 und G-850 gekennzeichnet,
sind Zeeospheres
®-Keramikmikrokügelchen
von 3M. W-210, W420 und W-610 werden in der Literatur als halbtransparente,
weißgefärbte hochfeste Mikrokügelchen
einer feinen Teilchengröße beschrieben.
G-800 und G-850
werden in der Literatur als grau und aus Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Keramik bestehend
beschrieben. Der Median des Teilchendurchmessers (D
50)
ist pro Volumen aufgeführt.
Die Formulierungen und die Testergebnisse sind in den Tabellen IVa
und IVb aufgeführt. Tabelle IVa
| | D50 (μm) | Menge (Gew.-%) |
| A | B | C | D | E |
| UV-hartbare
Beschichtung Lord U306 | | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | 3 | 12 | | | | |
| Keramikkugeln
W-410 von 3M | 4 | | 12 | | | |
| Keramikkugeln
W-610 von 3M | 8 | | | 12 | | |
| Keramikkugeln
G-800 von 3M | 21 | | | | 12 | |
| Keramikkugeln
G-850 von 3M | 40 | | | | | 12 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | | 0 | 0 | 1 | 2 | 2 |
Tabelle IVb
| Formulierung | F | G | H | I | J | K |
| UV-härtbare Beschichtung
Lord U306 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 100 |
| Micro
Grit WCA Al2O3,
3 μm von
Micro Abrasives | 12 | | | | | |
| Micro
Grit WCA Al2O3,
9 μm von
Micro Abrasives | | 12 | | | | |
| Micro
Grit WCA Al2O3,
20 μm von
Micro Abrasives | | | 12 | | | |
| Micro
Grit silanbehandeltes/Al2O3,
3 μm von Micro
Abrasives | | | | 12 | | |
| Micro
Grit silanbehandeltes/Al2O3,
15 μm von
Micro Abrasives | | | | | 12 | |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 (Mittelwert von 3 Messungen) | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 |
-
Beispiel 5: Bewertung von Härtungssystemen
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Die
Tabellen V bis XI zeigen die Erfindung sowohl in UV-härtbaren
als auch nicht-UV-härtbaren
Beschichtungssystemen. Andere in diesem Beispiel getesteten Härtungssysteme
sind Beschichtungen, die radikalisch, kationisch, durch eine Isocyanat-Feuchtigkeitshärtung, ein
Zweikomponentenhärtungs-Polyurethan, eine
Polyurethan-Dispersion und radikalisch härtende Polymere auf wässriger
Basis gehärtet
wurden. Die radikalisch und kationisch härtenden Polymere sind im Handel
von Sartomer bzw. Dow (früher
Union Carbide) erhältlich.
Das Isocyanat-Feuchtigkeitshärtungssystem
und das Zweikomponentenhärtungs-Polyurethan-System sind von Lord
Corporation erhältlich.
Die Polyurethan-Dispersion und die wässrigen UV-härtbaren
radikalischen Systeme sind von Neo Resins, Inc. bzw. Alberdingk
Boley, Inc. erhältlich. Tabelle V: radikalisches UV-Härtungssystem
| Inhaltsstoff | Gew.-% |
| aliphatisches
Urethandiacrylat-Oligomer CN983 von Sartomer | 37,6 | 37,6 |
| 1,6-Hexandioldiacrylat
SR238 von Sartomer | 6,2 | 4,6 |
| ethoxyliertes
Trimethylolpropantriacrylat SR502 von Sartomer | 41,0 | 35,7 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | 12,1 | 18,0 |
| Photoinitiatoren
und Benetzungsmittel | 3,0 | 3,0 |
| Gesamt
(Gew.-%) | 100,0 | 100,0 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | 0 | 0 |
Tabelle VI: kationisches UV-Härtungssystem
| Inhaltsstoff | Gew.-% |
| cycloaliphatisches
Diepoxid Cyracure® UVR 6110 | 50,16 | 46,72 |
| Cyracure
UVR 6100 (86% UVR-6110, 14% Vinylcyclohexen-monoxid) | 22,00 | 20,49 |
| Cyracure
UV1-6990 (Gemisch von Triarylsulfoniumhexafluor-phosphat-Salzen) | 2,64 | 2,46 |
| Cyracure
6000 (3-Ethyl-3(hydroxymethyl)oxetan) | 13,2 | 12,29 |
| Benetzungsmittel | 0,04 | 0,04 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | 12,00 | 18,00 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100,00 | 100,00 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | 0 | 0 |
Tabelle VII: Feuchtigkeitsgehärtete Isocyanatsysteme
| Inhaltsstoff | Kontrolle | A | B | C | D |
| | Gew.-% |
| Chemglaze® Z016
von Lord | 100 | 88 | 82 | 75 | 50 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | – | 12 | 18 | 25 | 50 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr. 00 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
Tabelle
VIII: Zweikomponentenhärtungs-Polyurethansysteme
| Inhaltsstoff | Kontrolle | A | B | C | D |
| | Gew.-% |
| Chemglaze® 4103
A/M von Lord | 100 | 88 | 82 | 75 | 50 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | | 12 | 18 | 25 | 50 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 |
Tabelle
IX: Polyurethan-Dispersion
| Inhaltsstoff | Kontrolle | A | B | C | D |
| | Gew.-% |
| Polyurethan-Dispersion
NeoRez® 974 | 100 | 94 | 90 | 85 | 67 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | 0 | 6 | 10 | 15 | 33 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| % Feststoffe
von W-210 von 3M | 0 | 12 | 18 | 25 | 50 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 |
Tabelle
X: wässriges
UV-härtbares
Radikalsystem
| Inhaltsstoff | Kontrolle | A | B | C | D |
| | Gew.-% |
| wässriges
UV-härtbares
Polymer Lux 338 VP | 100 | 95 | 92 | 88 | 71 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | | 5 | 8 | 12 | 29 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| % Feststoffe
von W-210 von 3M | | 12 | 18 | 25 | 50 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 |
-
Das
UV-härtbare
aliphatische Urethandiacrylat-Oligomer, erhältlich von Sartomer, wurde
mit 1,6-Hexandioldiacrylat- und ethoxylierten Trimethylolpropantriacrylat-Monomeren verdünnt. Die
Polyurethan-Dispersion ist eine 45 gewichtsprozentige anionische
aliphatische Polyester-Dispersion in Wasser mit N-Methyl-2-pyrrolidon
und Triethylamin zur Stabilisierung. Das bewertete wässrige UV-Härtungssystem ist
ein 40 gewichtsprozentiges Gemisch eines aliphatischen Polyester-Polyurethans
(25%) und eines Acrylsäureester-Copolymers
(75%) in Wasser. Jedes System wurde mit verschiedenen Gewichtsprozentgehalten
der Keramikkugeln W-210 bewertet. Die Strahlungshärtungssysteme
wurden mit einer Filmdicke von 25 μm aufgetragen und mit einer
UV-Energie von 760 mJ/cm2 gehärtet. Die
sich ergebende Beschichtung hatte eine ausgezeichnete Kratzfestigkeit
gegenüber
Stahlwolle. Das wässrige
UV-härtbare
System wies eine etwas geringere Stahlwolle-Kratzfestigkeit auf,
verglichen mit den UV-härtbaren
Härtungssystemen
mit 100% Feststoffen. Andererseits arbeitete das Feuchtigkeitshärtungssystem,
das auch mit 25 μm
aufgetragen wurde, nicht so gut und ergab Kratzer, wenn es durch
die gleichen bei den Strahlungshärtungssystemen
angewandten Verfahren getestet wurde. Die Ausführungsform der Feuchtigkeitshärtung benötigte 7
Tage, um vollständig
gehärtete
Filmeigenschaften zu erreichen.
-
Beispiel 6: Bewertung anderer anorganischer
Teilchen für
das Kratzen mit Stahlwolle (Referenz)
-
Die
nachstehenden Beispiele erläutern
die Effekte von Borsilikatglas-Kugeln und Siliciumdioxid-Teilchen
allein und in Kombination mit Nylon-Teilchen. Tabelle XIa
| Inhaltsstoff | Teilchengröße | Gew.-% |
| UV-härtbare Beschichtung U306
von Lord | | 88 | 82 | 88 | 70 | 88 | 82 |
| Goresil
525 | 5 μm | 12 | 18 | | | | |
| Goresil
825 | 8 μm | | | 12 | 30 | | |
| sphärische Borsilikatglas-Kugeln | 11,7 μm | | | | | 12 | 18 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle | | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 |
Tabelle XIb: andere anorganische Füllstoffe
zur Bewertung der Kratzfestigkeit
| Inhaltsstoff | Gew.-% |
| UV-hartbare
Beschichtung U309 von Lord | 90,00 | 73,00 |
| 60 μm Nylon | 5,00 | 5,00 |
| SR
306 von Sartomer | 5,00 | 10,00 |
| Keramikkugeln
W-210 von 3M | | 12,00 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | 100,00 | 100,00 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | 2 | 0 |
-
Das
Testen zusätzlicher
Größen und
Typen von anorganischen Teilchen weist darauf hin, dass die vorgegebenen
Teilchen in einem Größenbereich
von 3–9 μm jeweils
zur Bereitstellung von Beschichtungen mit Stahlwolle-Kratzfestigkeit
wirksam sind. Zwei Qualitäten
von Goresil®-Siliciumdioxidteilchen
wurden bewertet. Die mittleren Teilchengrößen der zwei Qualitäten sind
5 und 8 μm.
Goresil®-Siliciumdioxidteilchen
sind eine Form von Cristobalit-Siliciumdioxid, sie sind lichtdurchlässige Teilchen
mit einer Zusammensetzung von 99 Siliciumdioxid, die natürlich als
kugelförmige
Körper
vorkommen und einem mit Hitze hoher Reinheit behandeltem abschließenden Verfahren
unterzogen werden. Goresil®-Siliciumdioxidteilchen
sind von C.E.D. Processed Minerals Inc. erhältlich.
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Bei
den hohlen Glaskugeln Spherical® (die
von Potters, eine Division von PQ Corporation, bereitgestellt werden)
handelt es sich um Borsilikatglas (SiO2 – 81%, B2O3 – 13%, Na2O + K2O – 4%, Al2O3 – 2%). Die Glasmikrokugeln
Spherical® haben
einen mittleren Durchmesser von 11,7 μm. Sie sind für ihre mechanische und
thermische Beständigkeit
bekannt, konnten aber keine Stahlwolle-Kratzfestigkeit ergeben, wenn sie auf die
gleiche Weise wie die Keramikkugeln oder die Goresil-Kugeln formuliert
und aufgetragen wurden. Ein vorheriges Testen von Nylon-Kugeln im
Teilchengrößenbereich
von 10–12 μm ergab auch
keine Verbesserung der Stahlwolle-Kratzfestigkeit, ebenso wie im
Fall mit den Nylon-Kugeln
von 60 μm.
Nylon-Teilchen, die in Kombination mit Keramikkugeln verwendet wurden,
ergaben eine ausgezeichnete Kratzfestigkeit (siehe Tabelle IXb), die
gleich dem Grad der Kratzfestigkeit war, welche bei Keramikkugeln
ohne Nylon-Teilchen beobachtet wurde. Das Einfügen der Nylon-Teilchen verbessert
bekanntermaßen
die Abriebfestigkeit der Beschichtung, und dies wird durch einen Test
bestätigt,
indem man den Beschichtungsgewichtsverlust nach dem Abrieb mit Taber-Schleifscheiben
misst, dieser Beweis verdeutlicht jedoch, dass die verbesserte Abriebfestigkeit
nicht notwendigerweise eine verbesserte Kratzfestigkeit ergibt.
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Beispiel 7
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Bewertung
der Auswirkung der Filmdicke auf die Stahlwolle-Kratzfestigkeit Tabelle XII: Bewertung der Filmdicke
| Inhaltsstoff | | Trockenfilmdicke |
| Beschichtung
aus Beispiel 4A | 25 μm | 50 μm | 75 μm | 150 μm |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | 0 | 0 | 0 | 0 |
-
Das
Auftragen von Acrylurethan auf Leneta-Karten mit zunehmender Filmdicke
zeigt, dass bei Zunahme der Filmdicke keine Änderung der Stahlwolle-Kratzfestigkeit erfolgt,
und es wird angenommen, dass dies durch die relativ schnelle Härtung des
UV-Härtungssystems
gefördert
wird.
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Beispiel 8: Bewertung von Beschichtungen
mit texturerzeugenden Teilchen
-
Tabelle
XIII zeigt erfindungsgemäße texturierte
Beschichtungen, die texturerzeugende Teilchen einschließen. Texturierte
Beschichtungen mit Texturen, die von fein bis grob reichen, wurden
unter Verwendung der Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Die folgende Tabelle XIII erläutert
geeignete Formulierungen zur Herstellung von texturierten Beschichtungen,
die eine ausgezeichnete Kratzfestigkeit haben.
1 erläutert ein
Diagramm der Viskosität
gegenüber
der Schergeschwindigkeit für
Beispiel A der Tabelle XIII. Tabelle XIII: Bewertung von texturerzeugenden
Teilchen
| | D50 (μm) | Menge (Gew.-%) |
| A | B | C | D | E | F |
| UV-härtbare Beschichtung
U306 von Lord | | 83 | 83 | 83 | 83 | 83 | 83 |
| Goresil
525 (Siliciumdioxidkugeln) | 5 | 12 | | 12 | 12 | 12 | 12 |
| Goresil
825 (Siliciumdioxidkugeln) | 8 | | 12 | | | | |
| Wachstextur
UltraFine (Poltethylenwachs) von Shamrock | 37,8 | | | 5 | | | |
| Textur
5378W (Polyethylenwachs) von Shamrock | 49,2 | 5 | 5 | | | | |
| Textur
5384W (Polyethylenwachs) von Shamrock | 65,6 | | | | 5 | | |
| Orgasol
2002ES3 (Polyamidteilchen) | 30 | | | | | 5 | |
| Orgasol
2002ES6 | 60 | | | | | | 5 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr.00 | | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Viskosität (cP (mPa·s) bei
0,15 s–1 | | 2170 | 1452 | 2109 | 1908 | 1879 | 1952 |
| Texturbewertung | | mittel | mittel | fein | grob | mittel | grob |
-
Tabelle
XIV beschreibt Vergleichsbeispiele unter Verwendung von Aluminiumoxid-Teilchen von nm-Größe, die
ein D
50 von 37 nm haben, anstelle der gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendeten anorganischen Teilchen. Solche Beispiele sind
repräsentativ
für die
Lehren gemäß dem
US Patent Nr. 6,399,670 (Beispiel
17). Diese Beschichtungen ergeben eine Textur, ihre Kratzfestigkeit
wurde in der Offenbarung von '670
aber nicht bewertet. Bei den Anwendungsmengen von Aluminiumoxid
von nm-Größe, die
eine geringe Verbesserung der Kratzfestigkeit ergeben, tritt – wie in
Tabelle XIV gezeigt ist – auch
ein nicht annehmbarer Grad von Beschichtungstrübung auf. Der Ersatz der gemäß der Erfindung
verwendeten Teilchen durch Aluminiumoxid von nm-Größe ergibt
eine Reduktion der Kratzfestigkeit bei der Bewertung durch den Kratzfestigkeitstest
mit Stahlwolle Nr. 00 und den Tabor-Kratztest. Tabelle XIV: Vergleichsbeispiel, das Aluminiumoxid-Teilchen
von nm-Größe einschließt
| | D50 (μm) | A | B | C | D | E | F |
| UV-härtbare Beschichtung
U306 von Lord | | 89,00 | 88,69 | 83,54 | 79,34 | 77,48 | 48,85 |
| Polyethylenwachse
(zur Glanzreduktion) | | 4,00 | 4,00 | 4,00 | 3,80 | 3,80 | 3,70 |
| Shamrock
5378W | 49,2 | 5,00 | 5,00 | 5,00 | 4,86 | 4,86 | 4,86 |
| vorhydrolysiertes
Silan | | | 0,31 | | | 1,86 | |
| silanbehandeltes
Al-Oxid von 35 nm (26%) | 0,035 | | | 7,46 | | | 42,59 |
| Al-Oxid
von 37 nm (Nanotech) | 0,035 | 2,00 | 2,00 | | 12,00 | 12,00 | |
| Insgesamt
(Gew.-%) | | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
| Glanz | | 18,7 | 20,7 | 25,2 | 22,6 | 26,9 | 9,8 |
| Viskosität cP (mPa·s) bei
0,15s–1 | | 1000 | <1000 | <1000 | 118000 | 40000 | 2000 |
| Textur | | mittlere | mittlere | mittlere | mittlere | mittlere | mittlere |
| Kratzfestigkeitsbewertung
mit Stahlwolle Nr. 00 | | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| Tabor-Kratzen | | 150 | 200 | 250 | 200 | 200 | 200 |
| Aussehen
des gehärteten
Films | | klar | klar | klar | milchige
Trübung | milchige
Trübung | milchige
Trübung |
-
Beispiel 9: Bewertung wässriger
Beschichtungen mit texturerzeugenden Teilchen
-
Die
folgende Tabelle XV zeigt texturierte Beschichtungen, einschließlich texturerzeugender
Teilchen in Beschichtungen auf wässriger
Basis. Die gehärteten
Beschichtungen hatten eine Textur und wiesen eine ausgezeichnete
Kratzfestigkeit gemäß dem Kratzfestigkeitstest
mit Stahlwolle Nr.00 auf. Tabelle XV
| Formulierung | D50 (μm) | A | B |
| Gew.-% |
| wässriges
UV-härtbares
Polymer 338 VP von Lux | | 92,17 | |
| Polyurethan-Dispersion
NeoRez R974 | | | 93,61 |
| Goresil
525 | 5 | 5,53 | 4,51 |
| Wachs
5378W von Shamrock | 49,2 | 2,30 | 1,88 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | | 100,00 | 100,00 |
| %
Goresil auf Trägerfeststoffen | | 12,0 | 12,0 |
| %
Shamrock 5378W auf Trägerfeststoffen | | 5,0 | 5,0 |
| Insgesamt
(Gew.-%) | | 100,00 | 100,00 |
| Glanz | | 18,7 | 16,5 |
| Viskosität cP (mPa·s) bei
0,15 s–1 | | 240 | 290 |
| Textur | | mittlere | mittlere |
| Kratzfestigkeit
mit Stahlwolle Nr.00 | | 0 | 0 |
-
Zwei
Qualitäten
von anorganischen Goresil®-Siliciumdioxidteilchen
mit medianen Teilchengrößen von 5
und 8 μm – wie in
den Beispielen 8 und 9 gezeigt ist – ergeben eine ausgezeichnete
Kratzfestigkeit. Goresil®-Siliciumdioxidteilchen
sind eine Form von Cristobalit-Siliciumdioxid, sie sind lichtdurchlässige Teilchen
mit einer Zusammensetzung von 99% Siliciumdioxid, die natürlich als
kugelförmige
Körper
vorkommen und einem mit Hitze hoher Reinheit behandeltem abschließenden Verfahren
unterzogen werden. Goresil®-Siliciumdioxidteilchen
sind von C.E.D. Processed Minerals Inc. erhältlich.
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Texturerzeugende Polyethylenwachs-Teilchen
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Drei
Qualitäten
von Shamrock®-Wachsen
wurden bewertet und erzeugten Texturen, die von fein bis grob reichten.
Die medianen Teilchengrößen der
drei Qualitäten
sind 37,8, 49,2 und 65,6 μm.
Shamrock-Wachse sind synthetische Wachse, die aus Polyethylen hergestellt
werden und von Shamrock Corp. erhältlich sind.
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Texturierende Polyamid-Teilchen
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Zwei
Qualitäten
von Polyamid-Teilchen wurden bewertet und erzeugten Texturen, die
von fein bis grob reichten. Der Median der Teilchendurchmessergrößen der
zwei Qualitäten
ist 30 und 60 μm.
Die Polyamid-Teilchen sind von Elf Atochem unter dem Warenzeichen
ORGASOL® erhältlich.
-
Obwohl
die Erfindung ausführlich
und unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen derselben beschrieben
wurde, ist es dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen durchgeführt
werden können,
ohne vom Erfindungsgedanken und dem Bereich der Erfindung abzuweichen.