Verfahren zur Herstellung eines Holzbeschichtungs ittels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Überzugsmittels für die Beschichtung von Holz mit speziellen etter- und lichtschützenden Eigenschaften. Anwendungsgebiet ist die Beschichtung von Holzfassaden, Fenstern, Türen, Holzverkleidungen und dergleichen.
Werden zum Schutz von Holz lasierende oder farblose Beschichtun- gen angewendet, führt energiereiche Strahlung aus dem Sonnenspektrum zu Abbaureaktionen im Lackfilm. Aber auch das Lignin in der darunterliegenden Holzoberfläche wird zerstört und führt in Kombination mit Feuchte zum Ablösen des farblosen Lackfilmes.
In der Patentschrift US 5,338,613 werden photopolymerisierbare Polyurethanacrylate für wetterbeständige Beschichtungen beschrieben. Zur Lichtstabilisierung werden dem Lack organische UV-Absorber und Pigmente zugegeben. Die organischen UV-Absorber absorbieren zwar die photonische Energie, sie haben aber den Nachteil, dass ihre Wirksamkeit im Laufe der Zeit abnimmt und somit die absorbierte Lichtenergie an das Gitter des Polymerbinders weitergeben und auf diese Weise langfristig zu einem lichtinduzierten Abbau des Polymers führt. Weiterhin sind Pigmente enthaltende Lackformulierungen für Holzanstriche weniger gut geeignet, da sie zum einen die Holzmaserung verdecken und zum anderen nach einer Anwendung länger als 5 Jahre zum Abblättern neigen.
In der US 5,840,788 sind Urethan-Beschichtungen für Golfbälle beansprucht. Die dabei verwendeten Aufheller sind nicht lang- zeitphotostabil . Ihre Strahlungsumwandlungseffizienz ist nicht ausreichend. Diese Beschichtungen sind für einen ausreichenden Holzschutz ebenfalls nicht geeignet. Insbesondere beachten die bisherigen erfinderischen Lösungen nicht, dass Holz auch durch Strahlung im blauen Spektralbereich abgebaut wird.
Als eine Alternative werden nano-Metalloxide in der Patentschrift 5,817,160 beschrieben, wie z.B. Ti02, die die Eigenschaften besitzen, UV-Licht zu absorbieren, im sichtbaren Licht jedoch transparent zu sein. Diese Technik des UV-Schutzes hat den Vorteil, dass sich die nano-Metalloxide im Gegensatz zu den organischen UV-Absorbern nicht verbrauchen. Der Nachteil hier bei Klarlacken ist der unzureichende Schutz von UV-Licht des Spektralbereichs von 400 bis 440 nm , was nur einen unzureichenden Schutz für das Holz gewährt.
Eine andere Schutzmaßnahme gegen die schädigende UV-Strahlung ist die UV-Abschirmung. Das Wirkprinzip dieser Methode ist die komplette Abschirmung der UV-Strahlung durch Zusatz von UV-ab- sorbierenden Eisenoxidpigmenten. Diese Eisenoxidpigmente weisen aber den entscheidenden Nachteil von farbgebenden und deckenden Eigenschaften auf, sodass sie zur Herstellung farbloser Überzüge nicht geeignet sind. Im Gegensatz zu den UV-Absorbern und Lichtschutzmitteln lassen sich Überzüge, die Eisenoxid enthalten, nur schwer mit UV-Licht vernetzen. Sie neigen außerdem, wie schon erwähnt, nach nur wenigen Jahren zum Abblättern des Lackfilms und Auskreiden des Pigmentes .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für ein weitgehend witterungs- und UV-stabiles Holz-Über- zugsmittel zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Überzugsmittels für die Beschichtung von Holz, bei dem ein Bindemittel aus der Gruppe der physikalisch trocknenden Acrylatharze oder strahlenvernetzenden Acrylatharze ausgewählt und dann mit zumindest einem hocheffizienten und lichtstabilen Laserfarbstoff dotiert wird, der in Form von 0,1 - 5,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung in dem Bindemittel molekular dispers gelöst wird und den UV-An- teil des UV-Lichtes sowie spektrale Lichtanteile im Wellenlängenbereich zwischen 280 nm und 500 nm vollständig oder selektiv absorbiert und mit einer Konversionseffizienz von > 30% in län-
gerwellige, die Holzsubstrate und das Bindemittel nicht schädigende Strahlung umwandelt, wobei zumindest ein Photoinitiator, Hilfsstoffe und gegebenenfalls Lösemittel beigemischt werden.
Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn als Photoinitiator Me- thylbenzoylforma , Irgacure 184, Irgacure 819 oder P37 (Benzo- phenonderivat ) allein oder in Kombination eingesetzt werden, wobei auch andere Photoinitiatoren denkbar sind. Dabei können als Acrylatharze UV-vernetzende Polyurethanacrylate verwendet werden.
Eine auf einem anderen Bindemittel basierende erfindungsgemäße Alternativlösung ist ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Überzugsmittels für die Beschichtung von Holz, bei dem ein Bindemittel aus der Gruppe mittel- bis langöliger Alkydhar- ze auf Basis trocknender Fettsäuren und/oder trocknender Öle ausgewählt und dann mit zumindest einem hocheffizienten und lichtstabilen Laserfarbstoff dotiert wird, der in Form von 0,1 - 5,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung in dem Binde- mittel molekular dispers gelöst wird und den UV-Anteil des UV- Lichtes sowie spektrale Lichtanteile im Wellenlängenbereich zwischen 280 nm und 500 nm vollständig oder selektiv absorbiert und mit einer Konversionseffizienz von >. 30 % in längerwellige, die Holzsubstrate und das Bindemittel nicht schädigende Strahlung umwandelt, wobei Hilfsstoffe und gegebenenf lls Lösemittel beigemischt werden.
Die erfindungsgemäße Beschichtung übt gegenüber dem Holzsubstrat auch im blauen Spektralbereich einen hohen Lichtschutz aus und ist lichtstabil. Die erfindungsgemäßen Beschichtungssysteme können durch die wirtschaftliche Technik der Strahlenhärtung (z.B. durch UV-Strahlung) vernetzt werden. Darüberhinaus sind die Beschichtungen transparent, sodass die Holzmaserung voll zur Wirkung kommen kann und nicht durch Pigmente verdeckt wird. Die Herstellungstechnologie der Schichten ist ökonomisch effizient und leicht umsetzbar. Dabei ist die Schichtdicke des Anstrichs
mit der Konzentration des jeweiligen Laserfarbstoffs abzustimmen.
Der zumindest eine Laserfarbstoff ist auf den Anwendungszweck abzustimmen und wird aus speziellen Rhodaminen, Pyrro ethenen, Exaliten, Furan oder Lumogenen ausgewählt. Dabei kommen von den Rhodaminen insbesondere Rhodamin 560, Rhodamin 575, Rhodamin 590 und Rhodamin 610 in Frage. Als Pyrromethene eignen sich insbesondere Pyrromethen 546, Pyrromethen 556, Pyrro ethen 567, Pyr- romethen 580, Pyrromethen 597 und 1 , 4-Di[ 2- ( 5-phenyloxazolyl) ] benzen. Von den Exaliten haben sich als besonders geeignet erwiesen Exalit 428, Exalit 400E, Exalit 404, Exalit 411, Exalit 417, LD466, LD473 und LD489. Bevorzugte Lumogene sind Lumogen F240, Lumogen F Rot 300, Lumogen F Violett 570 und Lumogen F Gelb 083.
Da nicht alle Laserfarbstoffe den gewünschten Wellenlängenbereich absorbieren, können ein oder mehrere Laserfarbstoffe in Kombination mit einem organischen UV-Absorber verwendet werden.
Als Hilfsstoffe kommen Verlaufsadditive, Netzadditive oder dergleichen in Frage. Zur Preisreduzierung des Überzugsmittels können außerdem Füllstoffe beigegeben werden.
Bei hoher Viskosität des Lacksystems ist die Zugabe eines Lösemittels, z.B. Aceton, erforderlich.
Ausführungsbeispiel 1
0,04 g Lumogen F Violett 570 werden in 4 g Hexandioldiacrylat und 1 g Ebecryl 112 gelöst und anschließend mit 5 g IRR 245 versetzt. Diesem Gemisch werden 0,3 g Tinuvin 400, 0,05 g BYK 333, 0,04 g BYK 088 und 0,3 g P37 (Benzophenonderivat - Photoinitiator) zugegeben. Nach Applikation auf dem Holz wird der Lackfilm mit UV-Strahlung (Quecksilber (Hg) oder Gallium (Ga) -dotierte Hg-Lampe) vernetzt. Die Vernetzung kann unter Normalatmosphäre oder besser unter Inertgas (z.B. Stickstoff) stattfinden.
Ausführungsbeispiel 2
0,05 Lumogen F Violett 570 werden in 4 g Hexandioldiacrylat und 1 g Ebecryl 111 gelöst und anschließend mit 2 g Ebecryl 284 und 3 g IRR 245 versetzt. Diesem Gemisch werden 0,2 g Tinuvin 400, 0,04 g BYK 333, 0,04 g BYK 088 und 0,3 g P37 (Benzophenonderivat - Photoinitiator) zugegeben. Nach Applikation auf dem Holz wird der Lackfilm mit UV-Strahlung (Hg oder Ga-dotierte Hg-Lampe) vernetzt. Die Vernetzung kann unter Normalatmosphäre oder besser unter Inertgas (z.B. Stickstoff) stattfinden.
Ausführungsbeispiel 3
0,1 g Lumogen F Violett 570 werden in 3 g Hexandioldiacrylat, l g Ebecryl 112 und 1 g Aceton gelöst und anschließend mit 2 g Ebecryl 284 und 4 g IRR 245 versetzt. Diesem Gemisch werden 0,04 g BYK 333, 0,04 g BYK 088 und 0,3 g P37 (Benzophenonderivat - Photoinitiator) zugegeben. Nach Applikation auf dem Holz wird der Lackfilm mit UV-Strahlung (Hg oder Ga-dotierte Hg-Lampe) vernetzt. Die Vernetzung kann unter Normalatmosphäre oder besser unter Inertgas (z.B. Stickstoff) stattfinden.
Ausführungsbeispiel 4
300 mg des Laserfarbstoffes Lumogen F 240 und/oder des Laser- farbstoffes Pyrromethen 546 werden in 100 ml Dimethylformamid im Ultraschallbad gelöst und der Rückstand abgefiltert. 10 g des Filtrats wird mit 10 g Ebecryl 284, 4 g HDDA, 1 ml Aceton und 0,3 g des Photoinitiators Benzoinethylether gemischt. Der herge- stellte Lack wird auf einem Holzsubstrat aufgebracht und mit UV- Strahlung im Wellenlängenbereich von 340 bis 380 nm mit anschließender Temperaturbehandlung bei 100 °C ausgehärtet. Es entstehen lichtstabile Schichten, die im Wellenlängenbereich unterhalb 450 nm eine Absorption > 95 % aufweisen und damit einen ausreichenden Lichtschutz für Holz bieten.
Ausführungsbeispiel 5
Die Laserfarbstoffe Lumogen F Rot 300 und/oder F Violett 570 werden Xylen gelöst (je 300 mg in 20 ml Xylen) . 1,33 g der La- serfarbstoff-Lösung werden dann dem Gemisch aus 2,0 g Ebecryl und 0,90 g HDDA zugegeben unter Zusatz des Photoinitiators Me- thylbenzoylformat (3 %). Die Laserfarbstoff-Lackformulierung wird auf Holzsubstraten mit UV-Strahlung ausgehärtet.
Ausführungsbeispiel 6
8 g Primal E 3083 (Acrylatharz ) werden mit 0,3 g Butylglycol 0,25 g Mobilcer M, 0,01 g Ammoniak und 0,5 g Wasser dispergiert. Zu dieser Emulsion wird eine Lösung von 0,05 g Lumogen F Violett 570, 0,2 g Tinuvin 400, 0,04 g BYK 333, 0,05 g BYK 022 in 5 ml Aceton gegeben. Nach Applikation auf dem Holz vernetzt das Harz zu einem witterungsbeständigen Lackfilm.
Ebecryl 111, Ebecryl 112, Ebecryl 284, IRR 245 und P37 sind Schutzmarken von UCB Chemicals.
BYK 333, BYK 088 sind Schutzmarken von BYK Chemie GmbH. Tinuvin 400 ist eine Schutzmarke von Ciba Speciality Chemicals. Lumogen ist eine Schutzmarke der BASF AG für Fluoreszenz- Pigmente auf der Basis von Aldazin-Derivaten. Primal ist eine Schutzmarke von Röhm und Haas. Mobilcer ist eine Schutzmarke der Mobil Corp.
Furan ist eine Schutzmarke der Lambda Physik GmbH für Benzofurane, insbesondere Bis (benzo [b] furan-2-yl ) biphenyle , insbesondere Benzofuran 2 , 2 ' - [ 1 , 1 ' -biphenyl ] -4 , 4 ' -diyl-bis- tetrasulfonsäure (Tetranatriumsalz), vertrieben unter der Lambdachrome'1' Nr. 4260.
Für obige Erzeugnisse lassen sich folgende chemische Bezeichnungen angeben:
Rhodamin 560 o- ( 6-Amino-3-imino-3H-xanthen-9-yl ) -benzoic acid
Rhodamin 575
Benzoic Acid, 2- [ 6- (ethylamino) -3- (ethylimino) -2 , 7-dimethyl-3H- xanthen-9-yl] ,perchlorate
Rhodamin 590
Benzoic Acid, 2- [ 6- (ethylamino) -3- (ethylimino) -2 , 7-dimethyl-3H- xanthen-9-yl] -ethyl ester ,monohydrochloride
Rhodamin 610
2- [ 6- (Diethylamino) -3- ( diethylimino ) -3H-xanthen-9-yl ] benzoic acid
Pyrromethene 546
1,3,5,7, 8-pentamethylpyrromethene-difluoroborate complex
Pyrromethene 556
Disodium-1 ,3,5,7, 8-pentamethylpyrromethene-2 , 6-disulfonate- difluoroborate complex
Pyrromethene 567
1,3,5,7, 8-pentamethyl-2 , 6-diethylpyrromethene-difluoroborate complex
Pyrromethene 580
1,3,5,7, 8-pentamethyl-2 , 6-di-n-butylpyrromethene-difluoroborate complex
Pyrromethene 597
1,3,5,7, 8-pentamethyl-2 , 6-di-t-butylpyrromethene-difluoroborate complex
Irgacure 184 1-Hydroxy-cyclohexyl-phenylketon
Irgacure 819 Bis-acylphosphinoxid
BYK 333 Polymethylalkylsiloxan
BYK 088 Mischung eines schaumzerstörenden Mineralöls und Polysiloxan
Ebecryl 111 aliphatisches Monoacrylat
Ebecryl 112 aliphatisches Monoacrylat
Ebecryl 284 difunktionales aliphatisches Polyurethanacrylat (Molgewicht 1200 g/mol) IRR 245 difunktionales aliphatisches Polyurethanacrylat (Molgewicht 6100 g/mol) P37 oligo eres Benzophenon
Tinuvin 400
2-[2-Hydroxy-4-( 2-hydroxy-3-dodecyloxy-propyloxy)phenyl]-4 , 6- bis ( 2 , 4-dimethylphenyl ) 1,3, 5-triazin
LD 466 7-Diethylaminocoumarin