EP1572827A1 - Formable water-dispersing plastic bodies and method for the production thereof - Google Patents

Formable water-dispersing plastic bodies and method for the production thereof

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Publication number
EP1572827A1
EP1572827A1 EP03773648A EP03773648A EP1572827A1 EP 1572827 A1 EP1572827 A1 EP 1572827A1 EP 03773648 A EP03773648 A EP 03773648A EP 03773648 A EP03773648 A EP 03773648A EP 1572827 A1 EP1572827 A1 EP 1572827A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plastic body
body according
plastic
coating
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03773648A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Hasskerl
Patrick Becker
Rolf Neeb
Ghirmay Seyoum
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Roehm GmbH Darmstadt
Original Assignee
Roehm GmbH Darmstadt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Roehm GmbH Darmstadt filed Critical Roehm GmbH Darmstadt
Publication of EP1572827A1 publication Critical patent/EP1572827A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/18Materials not provided for elsewhere for application to surfaces to minimize adherence of ice, mist or water thereto; Thawing or antifreeze materials for application to surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04Coating
    • C08J7/042Coating with two or more layers, where at least one layer of a composition contains a polymer binder
    • C08J7/0423Coating with two or more layers, where at least one layer of a composition contains a polymer binder with at least one layer of inorganic material and at least one layer of a composition containing a polymer binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04Coating
    • C08J7/043Improving the adhesiveness of the coatings per se, e.g. forming primers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31652Of asbestos
    • Y10T428/31663As siloxane, silicone or silane

Definitions

  • the present invention relates to thermally formable water-spreading plastic bodies which have a plastic substrate, a water-spreading, inorganic coating and an adhesion-promoting intermediate layer located between the plastic substrate and the inorganic coating.
  • Water-spreading plastics have the property that water that gets on their surface does not contract there into separate drops, but that the drops spread out and flow into a closed layer when touched. This results in improved light reflection on the surface moistened with water and - in the case of transparent plastics - better light transmission and makes it more difficult for water to drip from the underside of the plastic body.
  • such a coating is produced from a copolymer of alkyl esters, hydroxyalkyl esters and quaternary aminoalkyl esters of acrylic or methacrylic acid and methylol ethers of methacrylamide as crosslinking agents. They first take up water with swelling and gradually change to a water-spreading state. As a result of the swelling, however, the coating becomes soft and sensitive to mechanical damage. Furthermore, water-spreading bodies are known from EP-A-0 149 182. These plastic bodies have an inorganic coating based on SiO 2 .
  • coated, formable construction parts can be made for much broader customer groups than pre-formed plates specially produced for a customer.
  • Another object of the invention was that the plastic bodies have a high durability, in particular a high resistance to UV radiation or weathering.
  • the invention was based on the object of providing water-spreading plastic bodies which can be produced in a particularly simple manner.
  • substrates which can be obtained by extrusion, injection molding and by casting processes should be able to be used for the production of the plastic bodies.
  • Another object of the present invention was to provide water-spreading plastic bodies that show excellent mechanical properties. This property is particularly important for applications in which the plastic body is said to have high stability against impact.
  • the plastic body should have particularly good optical properties.
  • Another object of the present invention was to provide plastic bodies which can be easily adapted in size and shape to the requirements. These tasks are solved as well as others, which are not named literally, but which can be derived as a matter of course from the contexts discussed here, or which inevitably result from them, by the plastic bodies described in claim 1. Expedient modifications of the plastic body according to the invention are protected in the subclaims which refer back to claim 1.
  • claim 20 provides a solution to the underlying problem.
  • Plastic bodies have a particularly high adhesion to the plastic substrates, although this property is not impaired even when exposed to moisture.
  • the plastic bodies according to the invention show a high resistance to UV radiation. •
  • the plastic body according to the invention can be manufactured inexpensively.
  • the plastic bodies of the present invention can be adapted to certain requirements.
  • the size and shape of the plastic body can be varied within a wide range without the formability being impaired thereby.
  • the present invention also provides plastic bodies with excellent optical properties.
  • the plastic bodies of the present invention have good mechanical properties.
  • plastic bodies according to the invention are obtainable by coating plastic substrates.
  • Plastic substrates suitable for the purposes of the present invention are known per se.
  • Such substrates include in particular polycarbonates, polystyrenes, polyesters, for example polyethylene terephthalate (PET), which can also be modified with glycol, and polybutylene terephthalate (PBT), cycloolefinic polymers (COC) and / or poly (meth) acrylates.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • COC cycloolefinic polymers
  • Polycarbonates, cycloolefinic polymers and poly (meth) acrylates are preferred, poly (meth) acrylates being particularly preferred.
  • Polycarbonates are known in the art. Polycarbonates can be considered formally as polyesters from carbonic acid and aliphatic or aromatic dihydroxy compounds. They are easily accessible by reacting diglycols or bisphenols with phosgene or carbonic acid diesters in polycondensation or transesterification reactions. Polycarbonates derived from bisphenols are preferred.
  • bisphenols include, in particular, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A), 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane (bisphenol B), 1,1-bis (4-hydroxyphenyl ) cyclohexane (bisphenol C), 2,2'-methylenediphenol (bisphenoi F), 2,2-bis (3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl) propane (tetrabromobisphenol A) and 2,2-bis (3,5- dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane (tetramethylbisphenol A).
  • Such aromatic polycarbonates are usually produced by interfacial polycondensation or transesterification, details of which are given in Encycl. Polym. Be. Engng. 11, 648-718.
  • the bisphenols are emulsified as an aqueous, alkaline solution in inert organic solvents, such as, for example, methylene chloride, chlorobenzene or tetrahydrofuran, and reacted with phosgene in a step reaction.
  • organic solvents such as, for example, methylene chloride, chlorobenzene or tetrahydrofuran
  • Amines are used as catalysts, and phase transfer catalysts are also used for sterically hindered bisphenols.
  • the resulting polymers are soluble in the organic solvents used.
  • the properties of the polymers can be varied widely by the choice of the bisphenols. If different bisphenols are used at the same time, block polymers can also be built up in multi-stage polycondensation.
  • Cycloolefinic polymers are polymers that can be obtained using cyclic olefins, in particular polycyclic olefins.
  • Cyclic olefins include, for example, monoeyclic olefins such as cyclopentene, cyclopentadiene, cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene and alkyl derivatives of these monoeyclic olefins having 1 to 3 carbon atoms, such as methyl, ethyl or propyl, such as methylcyclohexene or dimethylcyclohexene, and acrylate and / or methacrylate derivatives monoeyclic compounds.
  • cycloalkanes with olefinic side chains can also be used as cyclic olefins, such as, for example, cyclopentyl methacrylate.
  • Bridged polycyclic olefin compounds are preferred. These polycyclic olefin compounds can have the double bond both in the ring, these are bridged polycyclic cycloalkenes, and in side chains. These are vinyl derivatives, allyloxycarboxy derivatives and (meth) acryloxy derivatives of polycyclic cycloalkane compounds. These compounds may also have alkyl, aryl or aralkyl substituents.
  • Exemplary polycyclic compounds are, without being restricted thereby, bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (norbornene), bicyclo [2.2.1] hept-2,5-diene (2,5-norbomadiene), ethyl -bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (ethyl norbornene), ethylidene bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (ethylidene-2-norbornene), phenylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene, bicyclo [4.3 .0] nona-3,8-diene, tricyclo [4.3.0.1 2,5 ] -3-decene, tricyclo [4.3.0.1 2,5 ] -3,8-decen- (3,8-dihydrodicyclopentadiene), tricyclo [4.4.0.1 2,5 ] -3-undecene, tetracyclo [4.4.0.1 2
  • the cycloolefinic polymers are produced using at least one of the cycloolefinic compounds described above, in particular the polycyclic hydrocarbon compounds.
  • other olefins which can be copolymerized with the aforementioned cycloolefinic monomers can be used in the preparation of the cycloolefinic polymers. These include ethylene, propylene, isoprene, butadiene, methyl pentene, styrene and vinyl toluene.
  • olefins especially the cycloolefins and polycycloolefins, can be obtained commercially.
  • many cyclic and polycyclic olefins are available through Diels-Alder addition reactions.
  • the cycloolefinic polymers can be prepared in a known manner, as described in Japanese Patents 11818/1972, 43412/1983, 1442/1986 and 19761/1987 and Japanese Patent Laid-Open Nos. 75700/1975, 129434/1980, 127728/1983, 168708/1985, 271308/1986, 221118/1988 and 180976 / 1990 and in European patent applications EP-A-0 6 610 851, EP-A-0 6 485 893, EP-A-0 6 407 870 and EP-A-0 6 688 801.
  • the cycloolefinic polymers can be polymerized in a solvent, for example, using aluminum compounds, vanadium compounds, tungsten compounds or boron compounds as a catalyst.
  • the polymerization can take place with ring opening or with opening of the double bond.
  • cycloolefinic polymers by radical polymerization, using light or an initiator as a radical generator.
  • This type of polymerization can take place both in solution and in bulk.
  • Another preferred plastic substrate comprises poly (meth) acrylates. These polymers are generally obtained by free-radical polymerization of mixtures which contain (meth) acrylates.
  • the term (meth) acrylates encompasses methacrylates and acrylates and mixtures of the two.
  • Aryl (meth) acrylates such as benzyl (meth) acrylate or
  • Phenyl (meth) acrylate where the aryl radicals can in each case be unsubstituted or substituted up to four times;
  • Cycloalkyl (meth) acrylates such as 3-vinylcyclohexyl (meth) acrylate, bornyl (meth) acrylate;
  • Glycol di (meth) acrylates such as 1,4-butanediol di (meth) acrylate,
  • Pentaerythritol tri (meth) acrylate Pentaerythritol tri (meth) acrylate.
  • these mixtures contain at least 40% by weight, preferably at least 60% by weight and particularly preferably at least 80% by weight, based on the weight of the monomers, of methyl methacrylate.
  • compositions to be polymerized can also have further unsaturated monomers which are copolymerizable with methyl methacrylate and the aforementioned (meth) acrylates.
  • 1-alkenes such as 1-hexene, 1-heptene
  • branched alkenes such as vinylcyclohexane, 3,3-dimethyl-1-propene, 3-methyl-1-diisobutylene, 4-methylpentene-1;
  • Styrene substituted styrenes with an alkyl substituent in the side chain, such as.
  • Alkyl substituents on the ring such as vinyltoluene and p-methylstyrene, halogenated
  • Styrenes such as monochlorostyrenes, dichlorostyrenes, tribromostyrenes and
  • Heterocyclic vinyl compounds such as 2-vinylpyridine, 3-vinylpyridine, 2-methyl-5-vinylpyridine, 3-ethyl-4-vinylpyridine, 2,3-dimethyl-5-vinylpyridine, vinylpyrimidine,
  • Vinylpiperidine 9-vinylcarbazole, 3-vinylcarbazole, 4-vinylcarbazole, 1-vinylimidazole, 2-methyl-1-vinylimidazole, N-vinylpyrrolidone, 2-vinylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidine, 3-vinylpyrrolidine, N-vinylcaprolactam, N-vinylbutyrolactam, vinyloxolane, vinylfuran, vinylthiophene, vinylthiolane, vinylthiazoles and hydrogenated vinylazole hydrogenated vinylazole, vinyloxoleoleole, hydrogenated vinylazole hydrogenated vinylazole and hydrogenated vinylazole;
  • Maleic acid derivatives such as maleic anhydride, methyl maleic anhydride, maleimide, methyl maleimide; and dienes such as divinylbenzene.
  • these comonomers are used in an amount of 0 to 60% by weight, preferably 0 to 40% by weight and particularly preferably 0 to 20% by weight, based on the weight of the monomers, the compounds being used individually or can be used as a mixture.
  • the polymerization is generally started with known radical initiators.
  • the preferred initiators include, among others, the azo initiators well known in the art, such as AIBN and 1, 1-azobiscyclohexane carbonitrile, and also peroxy compounds, such as methyl ethyl ketone peroxide, acetylacetone peroxide, dilauryl peroxide, tert-butyl per-2-ethylhexanoate, ketone peroxide, methyl isobutyl ketone peroxide, and cyclohexyl peroxide , tert-butyl peroxybenzoate, tert-butyl peroxyisopropyl carbonate, 2,5-bis (2-ethylhexanoyl-peroxy) -2,5-dimethylhexane, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, tert-butyl peroxy-3,5,5- trimethylhexanoate
  • the aforementioned polymers can be used individually or as a mixture.
  • Various polycarbonates, poly (meth) acrylates or cycloolefinic polymers can also be used here, which differ, for example, in molecular weight or in the monomer composition.
  • the plastic substrates according to the invention can be produced, for example, from molding compositions of the aforementioned polymers.
  • Thermoplastic molding processes such as extrusion or injection molding, are generally used here.
  • the weight average molecular weight M w of the homopolymers and / or copolymers to be used according to the invention as a molding composition for the production of the plastic substrates can vary within wide limits, the molecular weight usually being matched to the intended use and processing mode of the molding composition. In general, however, it is in the range between 20,000 and 1,000,000 g / mol, preferably 50,000 to 500,000 g / mol and particularly preferably 80,000 to 300,000 g / mol, without any intention that this should impose a restriction. This size can be determined, for example, by means of gel permeation chromatography.
  • the plastic substrates can be produced by casting chamber processes.
  • suitable (meth) acrylic mixtures are given in a mold and polymerized.
  • Such (meth) acrylic mixtures generally have the (meth) acrylates set out above, in particular methyl methacrylate.
  • the (meth) acrylic mixtures can contain the copolymers set out above and, in particular for adjusting the viscosity, polymers, in particular poly (meth) acrylates.
  • the weight average molecular weight M w of the polymers produced by casting chamber processes is generally higher than the molecular weight of polymers used in molding compositions. This results in a number of known advantages. In general, the weight average molecular weight of polymers which are produced by casting chamber processes is in the range from 500,000 to 10,000,000 g / mol, without any intention that this should impose any restriction.
  • Preferred plastic substrates which have been produced by the casting chamber process can be obtained commercially from Röhm GmbH & Co. KG under the trade name ⁇ Plexiglas GS.
  • the molding compositions to be used for the production of the plastic substrates and the acrylic resins may contain all kinds of conventional additives. These include, among others, antistatic agents, antioxidants, mold release agents, flame retardants, lubricants, dyes, flow improvers, fillers, light stabilizers and organic phosphorus compounds such as phosphoric acid esters, phosphoric acid diesters and phosphoric acid monoesters, phosphites, phosphorinanes, phospholanes or phosphonates, pigments, weathering protection agents and plasticizers.
  • additives include, among others, antistatic agents, antioxidants, mold release agents, flame retardants, lubricants, dyes, flow improvers, fillers, light stabilizers and organic phosphorus compounds such as phosphoric acid esters, phosphoric acid diesters and phosphoric acid monoesters, phosphites, phosphorinanes, phospholanes or phosphonates, pigments, weathering protection agents and plasticizers.
  • additives include, among others
  • molding compositions which comprise poly (meth) acrylates are commercially available under the trade name Acrylite® from Cyro Inc. USA.
  • Preferred molding compositions comprising cycloolefinic polymers can be obtained under the trade names ⁇ Topas from Ticona and ⁇ Zeonex from Nippon Zeon.
  • Polycarbonate molding compositions are available, for example, under the trade names ⁇ Makrolon from Bayer or ⁇ Lexan from General Electric.
  • the plastic substrate particularly preferably comprises at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, based on the total weight of the Substrates, poly (meth) acrylates, polycarbonates and / or cycloolefinic polymers.
  • the plastic substrates particularly preferably consist of polymethyl methacrylate, it being possible for the polymethyl methacrylate to contain customary additives.
  • plastic substrates can have a sluice-iron viscosity of at least 10 kJ / m 2 , preferably at least 15 U / m 2 .
  • the shape and the size of the plastic substrate are not essential for the present invention.
  • plate-shaped or tabular substrates are often used, which have a thickness in the range from 1 mm to 200 mm, in particular 5 to 30 mm.
  • plastic substrates Before the plastic substrates are provided with a coating, these can be activated by suitable methods in order to improve the adhesion.
  • the plastic substrate can be treated with a chemical and / or physical method, the respective method being dependent on the plastic substrate.
  • the plastic bodies of the present invention are first provided with an adhesion-promoting intermediate layer (b) located between the plastic substrate and the inorganic coating.
  • the essential property of the adhesion-promoting layer is that it has a greater adhesive strength both to the plastic surface and to the water-spreading layer than the latter to the plastic surface. While there are numerous organic polymer materials that adhere well to a water-repellent plastic surface, sufficient adhesion to the water-spreading layer of certain j
  • Characteristics are based on polymers which have polar groups and are located in the adhesion-promoting layer, the polymers showing low solubility and low swellability in water. In general, the solubility of the polymers of the intermediate layer is less than 1 g / l.
  • This polarity can generally be achieved by polar groups, which can be part of the main chain and / or of side chains.
  • the polymer can thus be obtained by polyaddition or polycondensation reactions.
  • These include, for example, polyethers, polyesters, polycarbonates, polyurethanes, epoxy resins and polyamides.
  • polyvinyl compounds include, for example, polyolefins, such as polypropylene, polyethylene; Polyaryl compounds such as polystyrene; Poly (meth) acrylates and polyvinyl acetates. Vinyl compounds suitable for the preparation of these polymers have been set out above.
  • these polymers can comprise polar groups. These groups can be incorporated into the polymer, for example, by choosing suitable copolymers. Furthermore, these groups can also be grafted onto a polymer by graft copolymerization.
  • Particularly polar groups are hydroxyl, carboxyl, sulfonyl, carboxamide, nitrile and silanol groups. They are preferably part of a macromolecular compound which simultaneously contains non-polar groups, such as alkyl, alkylene, aryl or arylene groups.
  • the ratio of polar to non-polar groups of the polymers must be chosen so that adhesion is achieved both to the water-repellent, ie non-polar, plastic surface and to the water-spreading, ie hydrophilic layer. The polarity must not be so great that the material of the adhesive layer itself would be water-soluble or water-swellable.
  • the swelling when saturated with water at 20 ° is not more than 10% by volume and preferably not more than 2% by volume.
  • the polarity of the polymers should also not be so low that the material would be soluble in completely non-polar solvents such as gasoline.
  • Most suitable materials are soluble in limited polar organic solvents such as chlorinated hydrocarbons, esters, ketones, alcohols or ethers or their mixtures with aromatics.
  • the required balance of affinities for the two adjacent layers is generally achieved if the material of the adhesion-promoting layer contains 0.4 to 100 milliequivalents of polar groups per 100 g of the polymer material.
  • the polar groups differ in their polarizing effectiveness. This takes the order of nitrile, hydroxyl, prim. Carboxamide, carboxyl, sulfonyl, silanol too. The stronger the polarizing effect, the lower the required content in the polymer material. While from the weakly polar groups 4 to 100 m equivalent polar groups are used per 100 g of polymer material, 0.4 to 20 m equivalent / 100 g of the strongly polar groups are sufficient. If the content of polar groups is chosen too low, the water-spreading ones will not be sufficiently liable Layer reached. On the other hand, if the polar group content is too high, the water swellability increases too much, which in turn reduces the adhesion.
  • the polarity of the polymers obtained by polycondensation or polyaddition and comprising hydroxyl groups can be increased, inter alia, by reaction with silanes which have at least two hydrolyzable groups per silicon atom have such as halogen atom, alkoxy groups and / or aryloxy groups.
  • These compounds include tetraalkoxysilanes, for example tetramethoxysilane, tetraethoxysilane; Trialkoxysilanes, for example methyl-trimethoxysilane, methyl-triethoxysilane, ethyl-trimethoxysilane, n-propyl-trimethoxysilane, n-propyl-triethoxysilane, i-propyl-triethoxysilane; Dialkoxysilanes, for example dimethyldimethoxysilane, dimethyl-diethoxysilane, diethyl-dimethoxysilane, diethyl-diethoxysilane, di-n-propyl-dimethoxysilane, di-n-propyldiethoxysilane, di-i-propyl-dimethoxysilane, di-i-propylane diet.
  • Trialkoxysilanes for example methyl
  • the polymers which can be obtained by polycondensation or polyaddition the polymers which can be obtained by radical polymerization of vinyl compounds can also be modified.
  • Silanes with 3 hydrolyzable groups and a vinyl group are particularly suitable for this purpose, examples of these silanes having been set out above.
  • the polar polymers can be present individually or as a mixture in the adhesion-promoting intermediate layer (b).
  • the intermediate layer (b) can furthermore contain customary additives and additives. These include, in particular, flow control agents, which also include surfactants.
  • this intermediate layer is obtained by application from a solution which has a solvent with an evaporation number less than or equal to 20, preferably less than or equal to 15.
  • the evaporation number (VD) is the ratio of the evaporation time measured for the liquid to be tested and the evaporation time for diethyl ether (C- 2 H 5 OC- 2 H 5 ) as the reference liquid, the measuring conditions being described in DIN 53 170.
  • Carboxylic acid esters are preferably used, ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate being particularly preferred.
  • the intermediate layer (b) is applied from a solution which comprises at least 70% by weight, preferably at least 90% by weight, of one or more solvents with an evaporation number less than or equal to 20.
  • the substrate softens.
  • This softening effect of the compound with an evaporation number less than or equal to 20 can be determined by an increase in the haze value according to the Taber test (DIN 52347) after 10 revolutions.
  • the test according to DIN 52347 is carried out with a contact force of 5.4 N, the friction wheels "CS10F" from Teledyne Taber being used.
  • the haze value will according to section 5.3.1. Experimental arrangement A determined.
  • the plastic substrate is immersed in an appropriate solvent for 60 minutes.
  • Preferred compounds with an evaporation number less than or equal to 20 show a delta haze of at least 4%, preferably at least 6% and particularly preferably 6.8% in the subsequent Taber test after 10 revolutions of the friction wheel.
  • the preferred substrate is in particular PMMA.
  • the plastic substrate does not become cloudy when the intermediate layer is applied.
  • the connection with an evaporation number less than or equal to 20 should have the maximum possible contact time, the maximum contact time being given by the time period within which there is no clouding of the plastic substrate due to contact of the connections with an evaporation number less than or equal to 20.
  • the limit of this exposure time can be determined by simple preliminary tests, the time being measured until a visible clouding of the plastic substrate occurs due to the action of the compound with an evaporation number less than or equal to 20.
  • the turbidity caused by the contact compounds with an evaporation number less than or equal to 20 can be determined by an increase in the haze value of 20%, methods for determining the turbidity in DIN 52347, in particular Section 5.3.1. Experimental arrangement A are set out. This exposure time is preferably at least 60 minutes, preferably at least 240 minutes.
  • the coating mixtures described above can be applied to the plastic substrates using any known method. These include immersion processes, spray processes, doctor blades, flood coatings and roller or roller application. Flooding is particularly preferred.
  • the flood coating processes are known to the person skilled in the art. Generally, a liquid is poured over the material. The pressure is generally so low that the liquid hitting the substrate is none Droplet generated. Excess coating agent is collected in a tub and, if necessary, applied again using a filter. In general, the application takes place via nozzles, but the pressure is chosen to be relatively low. These nozzles are guided over the plate or along the edge of the plate via mechanical devices, so that the liquid applied with very low pressure creates a flood curtain that evenly coats the substrate. The amount of liquid and the feed with which the jet is guided over the substrate are selected so that the coating is applied evenly. More detailed information on this can be found in Brock / Groteklaes / Mischke "Textbook of coating technology", 2nd edition, 1998, Vincentz Verlag.
  • the coating compositions used for flooding generally contain a solids content in the range from 0.01 to 5% by weight, preferably in the range from 0.1 to 3% by weight, in order to achieve a low layer thickness.
  • the coatings applied in this way can generally be in a relatively short time, for example within 1 minute to 1 hour, generally within about 3 minutes to 30 minutes, preferably within about 5 minutes to 20 minutes and at a comparatively low temperature, for example Harden or dry at 70 - 110 ° C, preferably at approx. 80 ° C.
  • the layer thickness of the intermediate layer is not particularly critical, although the sum of the layer thicknesses of the inorganic coating (a) and the intermediate layer (b) may not exceed 700 nm. For economic reasons, however, this is chosen to be relatively low if possible, the lower limit resulting from the stability of the entire coating (a) and (b). In general, however, the thickness of the adhesion-promoting intermediate layer after curing is in a range from 50 nm to 400 nm, preferably 100 nm to 200 nm, without any intention that this should impose a restriction.
  • the layer thicknesses of the coatings (a) and / or (b) can be determined by recording a transmission electron microscope (TEM), the mean value being generally determined via the integral of the layer surface.
  • TEM transmission electron microscope
  • water-spreading means that a drop of water forms a contact angle of at most 20 °, preferably at most 10 °, on the surface. This size is determined at 20 ° C using a G40 contact angle measuring system from Krüss, Hamburg.
  • the term inorganic means that the carbon content of the inorganic coating is at most 25% by weight, preferably at most 17% by weight and very particularly preferably at most 10% by weight, based on the weight of the inorganic coating (a ). This size can be determined using elementary analysis.
  • polysiloxanes, silane co-condensates and silica sols can be applied as the inorganic coating, the carbon content of which is limited to the ranges set out above.
  • Silane condensates which can be used to produce the coating (a) are known per se and are used for finishing polymeric glazing materials. Due to their inorganic character, they are characterized by good resistance to UV radiation and weather influences.
  • silane condensates can be obtained, inter alia, by condensation or hydrolysis of organic silicon compounds of the general formula (I)
  • a group having 1 to 20 carbon atoms denotes residues of organic compounds with 1 to 20 carbon atoms. It includes alkyl, cycloalkyl, aromatic groups, alkenyl groups and alkynyl groups with 1 to 20 carbon atoms, as well as heteroalipatic and heteroaromatic groups which, in addition to carbon and hydrogen atoms, have in particular oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus atoms.
  • the groups mentioned can be branched or non-branched, the radical R 1 being substituted or unsubstituted.
  • the substituents include in particular halogens, groups having 1 to 20 carbon atoms, nitro, sulfonic acid, alkoxy, cycloalkoxy, alkanoyl, alkoxycarbonyl, sulfonic acid ester, sulfinic acid, sulfinic acid ester, thiol, cyanide, epoxy, (Meth) acryloyl, amino and hydroxy groups.
  • halogen denotes a fluorine, chlorine, bromine or iodine atom.
  • the preferred alkyl groups include the methyl, ethyl, propyl, isopropyl, 1-butyl, 2-butyl, 2-methylpropyl, tert-butyl, pentyl and 2-methylbutyl groups.
  • the preferred cycloalkyl groups include the cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and the cyclooctyl group, which are optionally substituted with branched or unbranched alkyl groups.
  • the preferred alkoxy groups include the methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, tert-butoxy, hexyloxy, 2-methylhexyloxy, decyloxy or dodecyloxy group.
  • the preferred cycloalkoxy groups include cycloalkoxy groups whose hydrocarbon radical is one of the preferred cycloalkyl groups mentioned above.
  • the radical R 1 very particularly preferably represents a methyl or ethyl group.
  • Group X is preferably a methoxy or ethoxy radical or a bromine or chlorine atom.
  • These compounds can be used individually or as a mixture to produce silane co-condensates.
  • At least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, of the silane compounds used preferably have four alkoxy groups or halogen atoms, based on the weight of the condensable silanes.
  • Tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetra-i-propoxysilane and tetra-n-butoxysilane.
  • Tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are particularly preferred.
  • the proportion of these particularly preferred tetraalkoxysilanes is at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, based on the weight of the silane compounds used.
  • silane condensates can also be used which contain colloidally dissolved SiO 2 particles. Such solutions can be obtained by the sol-gel process, in particular tetraalkoxysilanes and / or tetrahalosilanes being condensed.
  • Water-containing coating compositions are usually prepared from the aforementioned silane compounds by mixing organosilicon compounds with an amount of water sufficient for hydrolysis, i.e. > 0.5 mole of water per mole of the groups intended for hydrolysis, e.g. Alkoxy groups hydrolyzed, preferably with acid catalysis.
  • acids e.g. inorganic acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, etc., or organic acids, such as carboxylic acids, organic sulfonic acids, etc., or acidic ion exchangers are added, the pH of the hydrolysis reaction generally being between 2 and 4.5, preferably at 3 lies.
  • reaction time is usually relatively short, it is usually less than one hour, for example 45 minutes.
  • the silane compounds can be condensed to give polymers which generally have a weight average molecular weight M w in the range from 100 to 20,000, preferably 200 to 10,000 and particularly preferably 500 to 1500 g / mol. This molar mass can be determined, for example, by NMR spectroscopy.
  • the condensation reaction can be stopped, for example, by cooling to temperatures below 0 ° C. or by increasing the pH with suitable bases, for example organic bases, such as amines, alkali metal or alkaline earth metal hydroxides.
  • part of the water-alcohol mixture and the volatile acids can be separated from the reaction mixture, for example by distillation.
  • the silane condensates which can be used according to the invention can contain curing catalysts, for example in the form of zinc compounds and / or other metal compounds, such as cobalt, copper or calcium compounds, in particular their octoates or naphthenates.
  • the proportion of the curing catalysts is generally 0.1-2.5% by weight, in particular 0.2-2% by weight, based on the total silane co-condensate, without any intention that this should impose a restriction.
  • Zinc naphthenate, octoate, acetate, sulfate, etc. are particularly mentioned.
  • oxide layers in particular semimetal and metal oxides, can also be used as the water-spreading coating (a).
  • Suitable compounds include, in particular, oxides and hydroxides which are derived from silicon, aluminum, titanium, zirconium, zinc and / or chromium.
  • These oxides can be used individually or as mixtures, for example as mixed oxides.
  • the solubility of these oxides and / or hydroxides in water should be as low as possible, for example the solubility in water at 20 ° should be less than 1000 g / l, preferably less than 200 yg / l.
  • These oxides can be applied, for example, in the form of colloidal solutions which are obtained by hydrolysis of alkoxy compounds.
  • colloidal solutions are known for example from EP-A-0 149 182, EP-A-0 826 663, EP-A-0 850 203 and EP-1 022 318.
  • the particle size of these oxide particles is not critical, but the transparency depends on the particle size.
  • the particles preferably have a size of at most 300 nm, they being in particular in a range from 1 to 200 nm, preferably 1 to 50 nm.
  • the colloidal solution is preferably applied at a pH greater than or equal to 7.5, in particular greater than or equal to 8 and particularly preferably greater than or equal to 9.
  • Basic colloidal solutions are cheaper than acidic solutions.
  • basic colloidal solutions of oxide particles are particularly simple and can be stored for a long time.
  • the previously described coating compositions can be obtained commercially under the trade name ⁇ Ludox (Grace, Worms); ⁇ Levasil (Bayer, Leverkusen); ® Klebosol, (Clariant) can be obtained.
  • the coating compositions for producing the inorganic coating (a) can contain customary additives and processing aids. These include, in particular, leveling agents, which also include surfactants.
  • the previously described coating compositions for producing the inorganic coating (a) can be applied to the plastic substrates by any known method, which have been set out above by way of example.
  • Flooding processes are particularly preferred, although the selection of additives is limited to substances which have essentially no adverse effect on the water-spreading effect.
  • Anionic flow control agents which have a high miscibility with water are preferably used.
  • flow control agents are compounds which reduce the surface energy of water.
  • an aqueous mixture comprising 0.1% by weight of leveling agents shows a surface tension at 20 ° C. which is at least 5 mN / m, preferably at least 10 mN / m and particularly preferably at least 15 mN / m below the surface tension of pure water.
  • the surface tension can be determined with the Krüss interface tensiometer K8600 E / E according to Lecompte du Noüy according to DIN 53914.
  • Anionic leveling agents are known in the art, these leveling agents generally having carboxy, sulfonate and / or sulfate groups. These leveling agents preferably comprise at least one sulfonate group. To be distinguished from this are amphoteric leveling agents which, in addition to an anionic group, also comprise a cationic group.
  • the anionic leveling agents preferably comprise 2 to 20, particularly preferably 2 to 10, carbon atoms, it being possible for the organic radical to contain both aliphatic and aromatic groups.
  • anionic leveling agents are used which comprise an alkyl or a cycloalkyl radical having 2 to 10 carbon atoms.
  • the anionic leveling agents may have further polar groups, for example carboxy, thiocarboxy or imino, carboxylic acid ester, carbonic acid ester, thiocarboxylic acid esters, dithiocarboxylic acid ester, thiocarbonic acid ester, dithiocarbonic acid ester and / or dithiocarbonic acid amide groups.
  • Leveling agents of the formula (II) are particularly preferably used
  • X is independently an oxygen or a sulfur atom
  • Y is a group of the formula OR 2 , SR 2 or NR 2 , wherein R 2 is independently an alkyl group with 1 to 5, preferably 1 to 3 carbon atoms and R 3 is an alkylene group with 1 to 10, preferably 2 to 4 carbon atoms and M is a cation, in particular an alkali metal ion, in particular potassium or sodium, or an ammonium ion.
  • anionic leveling agents is limited to an amount that shows essentially no adverse effect on the water-spreading coating.
  • 0.01 to 1% by weight, in particular 0.03 to 0.1% by weight, of one or more anionic leveling agents is added to the coating composition, based on the total weight of the coating composition.
  • Raschig under the trade names Raschig OPX or Raschig DPS.
  • the coating composition can comprise further leveling agents, in particular nonionic leveling agents.
  • nonionic leveling agents ethoxylates are particularly preferred, esters and alcohols and phenols in particular Ethoxy groups can be used. These include nonylphenol ethoxylates.
  • the ethoxylates comprise in particular 1 to 20, in particular 2 to 8, ethoxy groups.
  • the hydrophobic residue of the ethoxylated alcohols and esters preferably comprises 1 to 40, preferably 4 to 22 carbon atoms, it being possible to use both linear and branched alcohol and / or ester residues.
  • Such products can be obtained commercially, for example, under the trade name ⁇ Genapol X80.
  • nonionic leveling aid is limited to an amount that shows essentially no adverse effect on the water-spreading coating.
  • 0.01 to 2% by weight, in particular 0.1 to 1% by weight, of one or more nonionic flow control agents is added to the coating composition, based on the total weight of the coating composition.
  • the weight ratio of anionic leveling aid to nonionic leveling aid is preferably in the range from 0.01: 1 to 1: 1, particularly preferably 0.05: 1 to 0.3: 1st
  • the lacquers applied in this way can generally be in a relatively short time, for example within 0.5 minute to 1 hour, generally within about 1 minute to 30 minutes, preferably within 3 minutes to 20 minutes and at a comparatively low temperature, for example Cure at 60 - 110 ° C, preferably at approx. 80 ° C, to create excellent adhesive coatings.
  • the layer thickness of the inorganic coating (a) is relatively uncritical, but the sum of the layer thicknesses of the inorganic coating (a) and the intermediate layer (b) may not exceed 700 nm. In general, however, this size after curing is in a range from 50 nm to 600 nm, preferably 100 nm to 400 nm and particularly preferably 150 nm to 250 nm, without any intention that this should impose a restriction.
  • the sum of the sum of the layer thicknesses of the inorganic coating (a) and the intermediate layer (b) may not exceed 700 nm, this value preferably being in the range from 100 to 500 nm.
  • the plastic bodies of the present invention can be thermoformed very well without damaging their water-spreading coating.
  • the shaping is known to the person skilled in the art.
  • the plastic body is heated and shaped using a suitable template.
  • the temperature at which the forming takes place depends on the softening temperature of the substrate from which the plastic body was produced.
  • the other parameters, such as the forming speed and forming force, are also dependent on the plastic, these parameters being known to the person skilled in the art.
  • bending forming processes are particularly preferred. Such methods are used in particular for processing cast glass. More detailed information can be found in "Acrylic glass and polycarbonate correct machining and processing" by H.Kaufmann et al. published by the technology transfer ring Tire NRW and in VDI guideline 2008 sheet 1 and DIN 8580/9 /.
  • the plastic bodies of the present invention provided with a water-spreading coating show a high abrasion resistance.
  • the abrasion resistance according to DIN 53778 is preferably greater than or equal to 3,000 cycles, in particular greater than or equal to 5,000 cycles and particularly preferably greater than or equal to 10,000 cycles.
  • the plastic body is transparent, the transparency TD ⁇ S / I O according to DIN 5033 being at least 70%, preferably at least 75%.
  • the plastic body preferably has a modulus of elasticity according to ISO 527-2 of at least 1000 MPa, in particular at least 1500 MPa, without this being intended to impose a restriction.
  • the plastic bodies according to the invention are generally very resistant to weathering.
  • the weather resistance according to DIN 53387 (Xenotest) is at least 5000 hours.
  • the yellow index according to DIN 6167 (D65 / 10) of preferred plastic bodies is less than or equal to 8, preferably less than or equal to 5, without this being intended to impose a restriction.
  • the plastic bodies of the present invention can be used, for example, in the construction sector, in particular for producing greenhouses or conservatories, or as a noise barrier.
  • the adhesion-promoting intermediate layer A copolymer of 87.6% methyl methacrylate and 12.4% gamma-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane dissolved in butyl acetate, the solids content being 0.7% by weight, and by flooding in a thin layer on PMMA- Plates applied over a length of 3m. The evaporation number of butyl acetate is 11. After draining, the coated plate is dried in an oven at 80 ° C. for 20 minutes.
  • an anionic silica sol solids content 30%; ⁇ Levasil available from Bayer AG
  • the flood path length was 3 m (plate length), the feed speed of the flood nozzle was 0.75 m / min.
  • the plate provided with an adhesion-promoting layer and a water-spreading layer is dried for 20 minutes at 80 ° C. in a forced-air drying cabinet.
  • the layer thickness of the extremely thin layers can be determined using a thin section in a transmission electron microscope. Depending on the direction of the flood, the thickness of the intermediate layer was in the range from 140 to 220 nm, that of the inorganic coating 170 to 270 nm.
  • the determination of the adhesion of the coating was carried out in accordance with the wet abrasion test according to DIN 53778 with a wet abrasion tester from Gardner, model M 105 / A. A value of 10,000 cycles with a total layer thickness of 310 nm was determined (upper area of the coated plate, seen in the direction of the flood). With a total layer thickness of 490 nm, a value of 17000 cycles was determined (lower area of the plate)
  • the plastic body was also thermally formed. Thermal forming was carried out by heating the coated plates in a forced-air drying cabinet to 150-170 ° C. The choice of temperature depends on the heat resistance of the substrate. In the case of extruded PMMA, which in comparison to cast PMMA is characterized by plasticizing comonomers, e.g. Acrylates, distinguished and having a lower molecular weight, already suffice a lower temperature. In the case of cast PMMA, which has molecular weights of more than 1 million to several million, often consists of pure MMA homopolymer and is possibly weakly crosslinked, a higher temperature is used.
  • plasticizing comonomers e.g. Acrylates
  • the plates After the plates have softened, they are bent over a semicircular shape with a predetermined radius of curvature and left to cool, with further details on bending forming in "Acrylic glass and polycarbonate correct machining and processing" by H.Kaufmann et al. published by Technologie-Transfer-Ring Salesforce NRW. After forming with a bending radius of 47.5 mm, the plates produced according to Example 1 have no clouding or cracks in the coating and spread water well with low contact angles.
  • the water spread can only be assessed visually on the curved substrates, since curved samples can no longer be measured in the goniometer. It was assessed qualitatively as good. A wet scrub test cannot be carried out on the curved samples either, since this also requires flat substrates.
  • Example 1 was essentially repeated, except that the adhesion-promoting intermediate layer composed of a mixture of the copolymer with MOP (1-methoxypropanol-2) was applied by flooding.
  • the evaporation rate of MOP is 22.
  • the layer thicknesses of the coatings were identical to those of Example 1. The water spread was also good.
  • the abrasion resistance was also 10,000 to 17,000 cycles, depending on the flow path length of the solution during flooding. Thermal deformation showed severe clouding, although the visually assessed water spread was poor.

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Abstract

The invention relates to water-dispersing plastic bodies made of a plastic substrate, at least one water-dispersing, inorganic coating (a) and an adhesive promoting intermediate layer (b) arranged between the plastic substrate and the inorganic coating. Said coating can be obtained in such a manner that the intermediate layer applied is (b) made of a mixture with a compound which has an evaporating number smaller than or equal to 20. The sum of the layer thicknesses of the inorganic coating (a) and the intermediate layer (b) is 07µm at the most.

Description

Umformbare wasserspreitende Kunststoffkörper und Verfahren zu dessen Herstellung Formable water-spreading plastic body and process for its production
Die vorliegende Erfindung betrifft thermisch umformbare wasserspreitende Kunststoffkörper, die ein Kunststoffsubstrat, eine wasserspreitende, anorganische Beschichtung und eine haftvermittelnde, sich zwischen dem Kunststoffsubstrat und der anorganischen Beschichtung befindliche Zwischenschicht aufweisen.The present invention relates to thermally formable water-spreading plastic bodies which have a plastic substrate, a water-spreading, inorganic coating and an adhesion-promoting intermediate layer located between the plastic substrate and the inorganic coating.
Wasserspreitende Kunststoffe haben die Eigenschaft, dass sich Wasser, welches auf ihre Oberfläche gerät, dort nicht zu voneinander getrennten Tropfen zusammenzieht, sondern dass sich die Tropfen ausbreiten und bei Berührung zu einer geschlossenen Schicht zusammenfließen. Dadurch werden eine verbesserte Lichtreflexion an der mit Wasser befeuchteten Oberfläche und - bei durchsichtigen Kunststoffen - eine bessere Lichtdurchlässigkeit erreicht und das Abtropfen von Wasser von der Unterseite des Kunststoffkörpers erschwert.Water-spreading plastics have the property that water that gets on their surface does not contract there into separate drops, but that the drops spread out and flow into a closed layer when touched. This results in improved light reflection on the surface moistened with water and - in the case of transparent plastics - better light transmission and makes it more difficult for water to drip from the underside of the plastic body.
Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, beschlagschützende Beschichtungen aus vernetzten hydrophilen Polymeren auf wasserabstoßenden Kunststoffoberflächen zu erzeugen.Numerous attempts have been made to produce anti-fog coatings from crosslinked hydrophilic polymers on water-repellent plastic surfaces.
Nach DE-OS 21 61 645 wird eine derartige Beschichtung aus einem Mischpolymerisat aus Alkylestern, Hydroxyalkylestem und quartären Aminoalkylestern der Acryl- oder Methacrylsäure und Methylolethern des Methacrylamids als Vernetzungsmittel erzeugt. Sie nehmen zunächst unter Quellung Wasser auf und gehen dabei allmählich in einen wasserspreitenden Zustand über. Infolge der Quellung wird die Beschichtung jedoch weich und empfindlich gegen mechanische Beschädigungen. Des weiteren sind wasserspreitende Körper aus EP-A-0 149 182 bekannt. Diese Kunststoffkörper weisen eine anorganische Beschichtung auf Basis von SiO2 auf.According to DE-OS 21 61 645, such a coating is produced from a copolymer of alkyl esters, hydroxyalkyl esters and quaternary aminoalkyl esters of acrylic or methacrylic acid and methylol ethers of methacrylamide as crosslinking agents. They first take up water with swelling and gradually change to a water-spreading state. As a result of the swelling, however, the coating becomes soft and sensitive to mechanical damage. Furthermore, water-spreading bodies are known from EP-A-0 149 182. These plastic bodies have an inorganic coating based on SiO 2 .
Nachteilig an den in EP-A-0 149 182 offenbarten wasserspreitenden Kunststoffkörpern ist jedoch, dass ein derartiger Kunststoff körper beim thermischen Umformen seine wasserspreitende Eigenschaft vollkommen verliert, wobei die Beschichtung auf dem umgeformten Körper milchig trüb und unansehnlich wird.A disadvantage of the water-spreading plastic bodies disclosed in EP-A-0 149 182, however, is that such a plastic body loses its water-spreading property completely during thermal forming, the coating on the formed body becoming milky, cloudy and unsightly.
Ein nachträgliches Umformen der mit einer wasserspreitenden Schicht versehenen Platten ist jedoch aus vielerlei Gründen wünschenswert. So sind insbesondere die Transportkosten von planaren Platten aufgrund der besseren Stapelbarkeit geringer als die von umgeformten Körpern.Subsequent reshaping of the plates provided with a water-spreading layer is, however, desirable for many reasons. In particular, the transport costs of planar plates are lower than that of formed bodies due to the better stackability.
Des weiteren ist zu bedenken, dass die Herstellung von beschichteten Platten und deren Verwendung, beispielsweise als Konstruktionsteil durch unterschiedliche Firmen erfolgt. Dementsprechend können beschichtete umformbare Konstruktionsteile für viel breitere Abnehmnerkreise angefertigt werden als speziell für einen Kunden hergestellte, vorgeformte Platten.It should also be borne in mind that the production of coated panels and their use, for example as a structural part, is carried out by different companies. Accordingly, coated, formable construction parts can be made for much broader customer groups than pre-formed plates specially produced for a customer.
Des weiteren können viele besonders günstige Beschichtungsverfahren nicht oder nur schwer bei umgeformten Teilen, wie beispielsweise Rollen- oder Walzenverfahren ausgeführt werden.Furthermore, many particularly favorable coating processes cannot be carried out or can only be carried out with difficulty with formed parts, such as, for example, roll or roll processes.
In Anbetracht des hierin angegebenen und diskutierten Standes der Technik war es mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung wasserspreitende Kunststoffkörper anzugeben, die thermisch umgeformt werden können, ohne dass die wasserspreitende Eigenschaft hierdurch nachteilig beeinflusst wird oder eine Trübung auftritt. Darüber hinaus war es mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung wasserspreitende Kunststoff körper zur Verfügung zu stellen, deren wasserspreitende Beschichtung eine besonders hohe Haftung auf den Kunststoffsubstraten aufweist. Diese Eigenschaft sollte durch Feuchtigkeit nicht beeinträchtigt werden.In view of the prior art specified and discussed herein, it was therefore an object of the present invention to provide water-spreading plastic bodies which can be thermally deformed without the water-spreading property being adversely affected thereby or clouding occurring. In addition, it was therefore an object of the present invention to provide water-spreading plastic bodies whose water-spreading coating has a particularly high adhesion to the plastic substrates. This property should not be affected by moisture.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, daß die Kunststoffkörper eine hohe Haltbarkeit, insbesondere eine hohe Beständigkeit gegen UV-Bestrahlung oder Bewitterung aufweisen.Another object of the invention was that the plastic bodies have a high durability, in particular a high resistance to UV radiation or weathering.
Des weiteren lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, wasserspreitende Kunststoffkörper zur Verfügung zu stellen, die besonders einfach hergestellt werden können. So sollten zur Herstellung der Kunststoffkörper insbesondere Substrate verwendet werden können, die durch Extrusion, Spritzguss sowie durch Gussverfahren erhältlich sind.Furthermore, the invention was based on the object of providing water-spreading plastic bodies which can be produced in a particularly simple manner. For example, substrates which can be obtained by extrusion, injection molding and by casting processes should be able to be used for the production of the plastic bodies.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, wasserspreitende Kunststoff körper anzugeben, die hervorragende mechanische Eigenschaften zeigen. Diese Eigenschaft ist insbesondere für Anwendungen wichtig, bei denen der Kunststoffkörper eine hohe Stabilität gegen Schlageinwirkung aufweisen soll.Another object of the present invention was to provide water-spreading plastic bodies that show excellent mechanical properties. This property is particularly important for applications in which the plastic body is said to have high stability against impact.
Darüber hinaus sollten die Kunststoffkörper besonders gute optische Eigenschaften aufweisen.In addition, the plastic body should have particularly good optical properties.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung bestand darin, Kunststoffkörper bereitzustellen, die auf einfache Weise in Größe und Form den Anforderungen angepasst werden können. Gelöst werden diese Aufgaben sowie weitere, die zwar nicht wörtlich genannt werden, sich aber aus den hierin diskutierten Zusammenhängen wie selbstverständlich ableiten lassen oder sich aus diesen zwangsläufig ergeben, durch die in Anspruch 1 beschriebenen Kunststoffkörper. Zweckmäßige Abwandlungen der erfindungsgemäßen Kunststoffkörper werden in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen unter Schutz gestellt.Another object of the present invention was to provide plastic bodies which can be easily adapted in size and shape to the requirements. These tasks are solved as well as others, which are not named literally, but which can be derived as a matter of course from the contexts discussed here, or which inevitably result from them, by the plastic bodies described in claim 1. Expedient modifications of the plastic body according to the invention are protected in the subclaims which refer back to claim 1.
Hinsichtlich Verfahren zur Herstellung liefert der Anspruch 20 eine Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe.With regard to manufacturing processes, claim 20 provides a solution to the underlying problem.
Dadurch, dass man die sich zwischen einem Kunststoffsubstrat und einer wasserspreitenden, anorganischen Beschichtung (a) befindliche, haftvermittelnde Zwischenschicht (b) aus einer Lösung mit einem Lösungsmittel aufträgt, das eine Verdunstungszahl kleiner oder gleich als 20 aufweist, wobei die Summe der Schichtdicken der anorganische Beschichtung (a) und der Zwischenschicht (b) höchstens 700 nm beträgt, gelingt es wasserspreitende Kunststoffkörper zur Verfügung zu stellen, die thermisch umgeformt werden können, ohne dass die wasserspreitende Eigenschaft hierdurch nachteilig beeinflusst wird oder eine Trübung auftritt.By applying the adhesion-promoting intermediate layer (b) located between a plastic substrate and a water-spreading, inorganic coating (a) from a solution with a solvent which has an evaporation number less than or equal to 20, the sum of the layer thicknesses of the inorganic Coating (a) and the intermediate layer (b) is at most 700 nm, it is possible to provide water-spreading plastic bodies that can be thermally formed without adversely affecting the water-spreading property or causing clouding.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden u.a. insbesondere folgende Vorteile erzielt:The measures according to the invention include achieved the following advantages in particular:
• Die wasserspreitenden Beschichtungen der erfindungsgemäßen• The water-spreading coatings of the invention
Kunststoff körper weisen eine besonders hohe Haftung auf den Kunststoffsubstraten auf, wobei diese Eigenschaft auch bei Einwirkung von Feuchtigkeit nicht beeinträchtigt wird.Plastic bodies have a particularly high adhesion to the plastic substrates, although this property is not impaired even when exposed to moisture.
• Die erfindungsgemäßen Kunststoffkörper zeigen eine hohe Beständigkeit gegen UV-Bestrahlung. • Die erfindungsgemäßen Kunststoff körper können kostengünstig hergestellt werden.• The plastic bodies according to the invention show a high resistance to UV radiation. • The plastic body according to the invention can be manufactured inexpensively.
• Die Kunststoffkörper der vorliegenden Erfindung können auf bestimmte Erfordernisse angepasst werden. Insbesondere kann die Größe und die Form des Kunststoffkörpers in weiten Bereichen variiert werden, ohne dass hierdurch die Umformbarkeit beeinträchtigt wird. Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung auch Kunststoffkörper mit hervorragenden optischen Eigenschaften zur Verfügung.The plastic bodies of the present invention can be adapted to certain requirements. In particular, the size and shape of the plastic body can be varied within a wide range without the formability being impaired thereby. Furthermore, the present invention also provides plastic bodies with excellent optical properties.
• Die Kunststoffkörper der vorliegenden Erfindung weisen gute mechanische Eigenschaften auf.The plastic bodies of the present invention have good mechanical properties.
Die erfindungsgemäßen Kunststoff körper sind durch Beschichtung von Kunststoffsubstraten erhältlich. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Kunststoffsubstrat sind an sich bekannt. Derartige Substrate umfassen insbesondere Polycarbonate, Polystyrole, Polyester, beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET), die auch mit Glykol modifiziert sein können, und Polybutylenterephthalat (PBT), cycloolefinische Polymere(COC) und/oder Poly(meth)acrylate. Bevorzugt sind hierbei Polycarbonate, cycloolefinische Polymere und Poly(meth)acrylate, wobei Poly(meth)acrylate besonders bevorzugt sind.The plastic bodies according to the invention are obtainable by coating plastic substrates. Plastic substrates suitable for the purposes of the present invention are known per se. Such substrates include in particular polycarbonates, polystyrenes, polyesters, for example polyethylene terephthalate (PET), which can also be modified with glycol, and polybutylene terephthalate (PBT), cycloolefinic polymers (COC) and / or poly (meth) acrylates. Polycarbonates, cycloolefinic polymers and poly (meth) acrylates are preferred, poly (meth) acrylates being particularly preferred.
Polycarbonate sind in der Fachwelt bekannt. Polycarbonate können formal als Polyester aus Kohlensäure und aliphatischen oder aromatischen Dihydroxy- Verbindungen betrachtet werden. Sie sind leicht zugänglich durch Umsetzung von Diglykolen oder Bisphenolen mit Phosgen bzw. Kohlensäurediestern in Polykondensations- bzw. Umesterungsreaktionen. Hierbei sind Polycarbonate bevorzugt, die sich von Bisphenolen ableiten. Zu diesen Bisphenolen gehören insbesondere 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-butan (Bisphenol B), 1 ,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan (Bisphenol C), 2,2'-Methylendiphenol (Bisphenoi F), 2,2-Bis(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)propan (Tetrabrombisphenol A) und 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan (Tetramethylbisphenol A).Polycarbonates are known in the art. Polycarbonates can be considered formally as polyesters from carbonic acid and aliphatic or aromatic dihydroxy compounds. They are easily accessible by reacting diglycols or bisphenols with phosgene or carbonic acid diesters in polycondensation or transesterification reactions. Polycarbonates derived from bisphenols are preferred. These bisphenols include, in particular, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A), 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane (bisphenol B), 1,1-bis (4-hydroxyphenyl ) cyclohexane (bisphenol C), 2,2'-methylenediphenol (bisphenoi F), 2,2-bis (3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl) propane (tetrabromobisphenol A) and 2,2-bis (3,5- dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane (tetramethylbisphenol A).
Üblich werden derartige aromatische Polycarbonate durch Grenzflächenpolykondensation oder Umesterung hergestellt, wobei Einzelheiten in Encycl. Polym. Sei. Engng. 11 , 648-718 dargestellt sind.Such aromatic polycarbonates are usually produced by interfacial polycondensation or transesterification, details of which are given in Encycl. Polym. Be. Engng. 11, 648-718.
Bei der Grenzflächenpolykondensation werden die Bisphenole als wäßrige, alkalische Lösung in inerten organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Methylenchlorid, Chlorbenzol oder Tetrahydrofuran, emulgiert und in einer Stufenreaktion mit Phosgen umgesetzt. Als Katalysatoren gelangen Amine, bei sterisch gehinderten Bisphenolen auch Phasentransferkatalysatoren zum Einsatz. Die resultierenden Polymere sind in den verwendeten organischen Lösungsmitteln löslich.In interfacial polycondensation, the bisphenols are emulsified as an aqueous, alkaline solution in inert organic solvents, such as, for example, methylene chloride, chlorobenzene or tetrahydrofuran, and reacted with phosgene in a step reaction. Amines are used as catalysts, and phase transfer catalysts are also used for sterically hindered bisphenols. The resulting polymers are soluble in the organic solvents used.
Über die Wahl der Bisphenole können die Eigenschaften der Polymere breit variiert werden. Bei gleichzeitigem Einsatz unterschiedlicher Bisphenole lassen sich in Mehrstufen-Polykondensationen auch Block-Polymere aufbauen.The properties of the polymers can be varied widely by the choice of the bisphenols. If different bisphenols are used at the same time, block polymers can also be built up in multi-stage polycondensation.
Cycloolefinische Polymere sind Polymere, die unter Verwendung von cyclischen Olefinen, insbesondere von polycyclischen Olefinen erhältlich sind.Cycloolefinic polymers are polymers that can be obtained using cyclic olefins, in particular polycyclic olefins.
Cyclische Olefine umfassen beispielsweise monoeyclische Olefine, wie Cyclopenten, Cyclopentadien, Cyclohexen, Cyclohepten, Cycloocten sowie Alkylderivate dieser monoeyclischen Olefine mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl oder Propyl, wie beispielsweise Methylcyclohexen oder Dimethylcyclohexen, sowie Acrylat- und/oder Methacrylatderivate dieser monoeyclischen Verbindungen. Darüber hinaus können auch Cycloalkane mit olefinischen Seitenketten als cyclische Olefine verwendet werden, wie beispielsweise Cyclopentylmethacrylat.Cyclic olefins include, for example, monoeyclic olefins such as cyclopentene, cyclopentadiene, cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene and alkyl derivatives of these monoeyclic olefins having 1 to 3 carbon atoms, such as methyl, ethyl or propyl, such as methylcyclohexene or dimethylcyclohexene, and acrylate and / or methacrylate derivatives monoeyclic compounds. In addition, cycloalkanes with olefinic side chains can also be used as cyclic olefins, such as, for example, cyclopentyl methacrylate.
Bevorzugt sind verbrückte, polycyclische Olefinverbindungen. Diese polycyclischen Olefinverbindungen können die Doppelbindung sowohl im Ring aufweisen, es handelt sich hierbei um verbrückte polycyclische Cycloalkene, als auch in Seitenketten. Hierbei handelt es sich um Vinylderivate, Allyloxycarboxyderivate und (Meth)acryloxyderivate von polycyclischen Cycloalkanverbindungen. Diese Verbindungen können des weiteren Alkyl-, Aryl- oder Aralkylsubstituenten aufweisen.Bridged polycyclic olefin compounds are preferred. These polycyclic olefin compounds can have the double bond both in the ring, these are bridged polycyclic cycloalkenes, and in side chains. These are vinyl derivatives, allyloxycarboxy derivatives and (meth) acryloxy derivatives of polycyclic cycloalkane compounds. These compounds may also have alkyl, aryl or aralkyl substituents.
Beispielhafte polycyclische Verbindungen sind, ohne daß hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll, Bicyclo[2.2.1]hept-2-en (Norbornen), Bicyclo[2.2.1]hept-2,5-dien (2,5-Norbomadien), Ethyl-bicyclo[2.2.1]hept-2-en (Ethylnorbomen), Ethylidenbicyclo[2.2.1]hept-2-en (Ethyliden-2-norbornen), Phenylbicyclo[2.2.1]hept-2-en, Bicyclo[4.3.0]nona-3,8-dien, Tricyclo[4.3.0.12,5]-3- decen, Tricyclo[4.3.0.12,5]-3,8-decen-(3,8-dihydrodicyclopentadien), Tricyclo[4.4.0.12,5]-3-undecen, Tetracyclo[4.4.0.12'5, 17,10]-3-dodecen, Ethyliden- tetracyclo[4.4.0.12'5.17,10]-3-dodecen, Methyloxycarbonyltetracyclo[4.4.0.12,5,17,10]- 3-dodecen, Ethyliden-9-ethyltetracyclo[4.4.0.12'5,17'10]-3-dodecen, Pentacyclo[4.7.0.12'5,O,O3'13,19'12]-3-pentadecen, Pentacyclo[6.1.13,6.02,7.09'13]-4- pentadecen, Hexacyclo[6.6.1.13'6.110'13.02'7.09,14]-4-heptadecen, Dimethylhexacyclo[6.6.1.13'6.110'13.02'7.09'14]-4-heptadecen, Bis(allyloxycarboxy)tricyclo[4.3.0.12'5]-decan, Bis(methacryloxy)tricyclo[4.3.0.12'5]- decan, Bis(acryloxy)tricyclo[4.3.0.12,5]-decan.Exemplary polycyclic compounds are, without being restricted thereby, bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (norbornene), bicyclo [2.2.1] hept-2,5-diene (2,5-norbomadiene), ethyl -bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (ethyl norbornene), ethylidene bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (ethylidene-2-norbornene), phenylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene, bicyclo [4.3 .0] nona-3,8-diene, tricyclo [4.3.0.1 2,5 ] -3-decene, tricyclo [4.3.0.1 2,5 ] -3,8-decen- (3,8-dihydrodicyclopentadiene), tricyclo [4.4.0.1 2,5 ] -3-undecene, tetracyclo [4.4.0.1 2 ' 5 , 1 7,10 ] -3-dodecene, ethylidene tetracyclo [4.4.0.1 2 ' 5 .1 7,10 ] -3 -dodecen, methyloxycarbonyltetracyclo [4.4.0.1 2.5 , 1 7.10 ] - 3-dodecen, ethylidene-9-ethyltetracyclo [4.4.0.1 2 ' 5 , 1 7 ' 10 ] -3-dodecen, pentacyclo [4.7.0.1 2 ' 5 , O, O 3 ' 13 , 1 9 '12 ] -3-pentadecene, pentacyclo [6.1.1 3.6 .0 2.7 .0 9 ' 13 ] -4-pentadecene, hexacyclo [6.6.1.1 3 ' 6 .1 10 ' 13 .0 2 ' 7 .0 9.14 ] -4-heptadecene, dimethylhexacyclo [6.6.1.1 3 ' 6 .1 10 '13 .0 2 ' 7 .0 9 '14 ] -4 -heptadecene, bis (allyloxycarboxy) tri cyclo [4.3.0.1 2 ' 5 ] decane, bis (methacryloxy) tricyclo [4.3.0.1 2 ' 5 ] decane, bis (acryloxy) tricyclo [4.3.0.1 2,5 ] decane.
Die cycloolefinischen Polymere werden unter Verwendung von zumindest einer der zuvor beschriebenen cycloolefinischen Verbindungen, insbesondere der polycyclischen Kohlenwasserstoffverbindungen hergestellt. Darüber hinaus können bei der Herstellung der cycloolefinischen Polymere weitere Olefine verwendet werden, die mit den zuvor genannten cycloolefinischen Monomeren copolymerisiert werden können. Hierzu gehören u.a. Ethylen, Propylen, Isopren, Butadien, Methylpenten, Styrol und Vinyltoluol.The cycloolefinic polymers are produced using at least one of the cycloolefinic compounds described above, in particular the polycyclic hydrocarbon compounds. In addition, other olefins which can be copolymerized with the aforementioned cycloolefinic monomers can be used in the preparation of the cycloolefinic polymers. These include ethylene, propylene, isoprene, butadiene, methyl pentene, styrene and vinyl toluene.
Die meisten der zuvor genannten Olefine, insbesondere auch die Cycloolefine und Polycycloolefine, können kommerziell erhalten werden. Darüber hinaus sind viele cyclische und polycyclische Olefine durch Diels-Alder-Additionsreaktionen erhältlich.Most of the aforementioned olefins, especially the cycloolefins and polycycloolefins, can be obtained commercially. In addition, many cyclic and polycyclic olefins are available through Diels-Alder addition reactions.
Die Herstellung der cycloolefinischen Polymere kann auf bekannte Art und Weise erfolgen, wie dies u.a. in den japanischen Patentschriften 11818/1972, 43412/1983, 1442/1986 und 19761/1987 und den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 75700/1975, 129434/1980, 127728/1983, 168708/1985, 271308/1986, 221118/1988 und 180976/1990 und in den Europäischen Patentanmeldungen EP-A-0 6 610 851 , EP-A-0 6 485 893, EP-A-0 6 407 870 und EP-A-0 6 688 801 dargestellt ist.The cycloolefinic polymers can be prepared in a known manner, as described in Japanese Patents 11818/1972, 43412/1983, 1442/1986 and 19761/1987 and Japanese Patent Laid-Open Nos. 75700/1975, 129434/1980, 127728/1983, 168708/1985, 271308/1986, 221118/1988 and 180976 / 1990 and in European patent applications EP-A-0 6 610 851, EP-A-0 6 485 893, EP-A-0 6 407 870 and EP-A-0 6 688 801.
Die cycloolefinischen Polymere können beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumverbindungen, Vanadiumverbindungen, Wolframverbindungen oder Borverbindungen als Katalysator in einem Lösungsmittel polymerisiert werden.The cycloolefinic polymers can be polymerized in a solvent, for example, using aluminum compounds, vanadium compounds, tungsten compounds or boron compounds as a catalyst.
Es wird angenommen, daß die Polymerisation je nach den Bedingungen, insbesondere dem eingesetzten Katalysator, unter Ringöffnung oder unter Öffnung der Doppelbindung erfolgen kann.It is believed that, depending on the conditions, in particular the catalyst used, the polymerization can take place with ring opening or with opening of the double bond.
Darüber hinaus ist es möglich, cycloolefinische Polymere durch radikalische Polymerisation zu erhalten, wobei Licht oder ein Initiator als Radikalbildner verwendet wird. Dies gilt insbesondere für die Acryloylderivate der Cycloolefine und/oder Cycloalkane. Diese Art der Polymerisation kann sowohl in Lösung als auch in Substanz erfolgen. Ein weiteres bevorzugtes Kunststoffsubstrat umfasst Poly(meth)acrylate. Diese Polymere werden im allgemeinen durch radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten, die (Meth)acrylate enthalten. Der Ausdruck (Meth)acrylate umfasst Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden.In addition, it is possible to obtain cycloolefinic polymers by radical polymerization, using light or an initiator as a radical generator. This applies in particular to the acryloyl derivatives of the cycloolefins and / or cycloalkanes. This type of polymerization can take place both in solution and in bulk. Another preferred plastic substrate comprises poly (meth) acrylates. These polymers are generally obtained by free-radical polymerization of mixtures which contain (meth) acrylates. The term (meth) acrylates encompasses methacrylates and acrylates and mixtures of the two.
Diese Monomere sind weithin bekannt. Zu diesen gehören unter anderemThese monomers are well known. These include, among others
(Meth)acrylate, die sich von gesättigten Alkoholen ableiten, wie beispielsweise(Meth) acrylates derived from saturated alcohols, for example
Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat und 2-Ethylhexyl(meth)acrylat;Methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate and 2-ethylhexyl (meth) acrylate;
(Meth)acrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z. B.(Meth) acrylates derived from unsaturated alcohols, such as. B.
Oleyl(meth)acrylat, 2-Propinyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat;Oleyl (meth) acrylate, 2-propynyl (meth) acrylate, allyl (meth) acrylate, vinyl (meth) acrylate;
Aryl(meth)acrylate, wie Benzyl(meth)acrylat oderAryl (meth) acrylates, such as benzyl (meth) acrylate or
Phenyl(meth)acrylat, wobei die Arylreste jeweils unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können;Phenyl (meth) acrylate, where the aryl radicals can in each case be unsubstituted or substituted up to four times;
Cycloalkyl(meth)acrylate, wie 3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat, Bornyl(meth)acrylat;Cycloalkyl (meth) acrylates such as 3-vinylcyclohexyl (meth) acrylate, bornyl (meth) acrylate;
Hydroxylalkyl(meth)acrylate, wieHydroxylalkyl (meth) acrylates such as
3-Hydroxypropyl(meth)acrylat,3-hydroxypropyl (meth) acrylate,
3,4-Dihydroxybutyl(meth)acrylat,3,4-dihydroxybutyl (meth) acrylate,
2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat;2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate;
Glycoldi(meth)acrylate, wie 1 ,4-Butandioldi(meth)acrylat,Glycol di (meth) acrylates, such as 1,4-butanediol di (meth) acrylate,
(Meth)acrylate von Etheralkoholen, wie(Meth) acrylates of ether alcohols, such as
Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, Vinyloxyethoxyethyl(meth)acrylat;Tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, vinyloxyethoxyethyl (meth) acrylate;
Amide und Nitrile der (Meth)acrylsäure, wieAmides and nitriles of (meth) acrylic acid, such as
N-(3-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid,N- (3-dimethylaminopropyl) (meth) acrylamide,
N-(Diethylphosphono)(meth)acrylamid,N- (diethylphosphono) (meth) acrylamide,
1-Methacryloylamido-2-methyl-2-propanol; schwefelhaltige Methacrylate, wie1-Methacryloylamido-2-methyl-2-propanol; sulfur-containing methacrylates, such as
Ethylsulfinylethyl(meth)acrylat,Ethylsulfinylethyl (meth) acrylate,
4-ThiocyanatobutyI(meth)acrylat,4-ThiocyanatobutyI (meth) acrylate,
Ethylsulfonylethyl(meth)acrylat, Thiocyanatomethyl(meth)acrylat,Ethylsulfonylethyl (meth) acrylate, Thiocyanatomethyl (meth) acrylate,
Methylsulfinylmethyl(meth)acry!at,Methylsulphinylmethyl (meth) acrylic! At,
Bis((meth)acryloyloxyethyl)sulfid; mehrwertige (Meth)acrylate, wieBis ((meth) acryloyloxyethyl) sulfide; polyvalent (meth) acrylates, such as
Trimethyloylpropantri(meth)acrylat,Trimethyloylpropantri (meth) acrylate,
Pentaerythrittetra(meth)acrylat undPentaerythritol tetra (meth) acrylate and
Pentaerythrittri(meth)acrylat.Pentaerythritol tri (meth) acrylate.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthalten diese Mischungen mindestens 40 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 60 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomere, Methylmethacrylat.According to a preferred aspect of the present invention, these mixtures contain at least 40% by weight, preferably at least 60% by weight and particularly preferably at least 80% by weight, based on the weight of the monomers, of methyl methacrylate.
Neben den zuvor dargelegten (Meth)acrylaten können die zu polymerisierenden Zusammensetzungen auch weitere ungesättigte Monomere aufweisen, die mit Methylmethacrylat und den zuvor genannten (Meth)acrylaten copolymerisierbar sind.In addition to the (meth) acrylates set out above, the compositions to be polymerized can also have further unsaturated monomers which are copolymerizable with methyl methacrylate and the aforementioned (meth) acrylates.
Hierzu gehören unter anderem 1-Alkene, wie Hexen-1 , Hepten-1 ; verzweigte Alkene, wie beispielsweise Vinylcyclohexan, 3,3-Dimethyl-1-propen, 3-Methyl-1- diisobutylen, 4-MethyIpenten-1 ;These include 1-alkenes such as 1-hexene, 1-heptene; branched alkenes such as vinylcyclohexane, 3,3-dimethyl-1-propene, 3-methyl-1-diisobutylene, 4-methylpentene-1;
Acrylnitril; Vinylester, wie Vinylacetat;acrylonitrile; Vinyl esters such as vinyl acetate;
Styrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten in der Seitenkette, wie z.Styrene, substituted styrenes with an alkyl substituent in the side chain, such as.
B. α-Methylstyrol und α-Ethylstyrol, substituierte Styrole mit einemB. α-methylstyrene and α-ethylstyrene, substituted styrenes with a
Alkylsubstituenten am Ring, wie Vinyltoluol und p-Methylstyrol, halogenierteAlkyl substituents on the ring, such as vinyltoluene and p-methylstyrene, halogenated
Styrole, wie beispielsweise Monochlorstyrole, Dichlorstyrole, Tribromstyrole undStyrenes such as monochlorostyrenes, dichlorostyrenes, tribromostyrenes and
Tetrabromstyrole;tetrabromostyrenes;
Heterocyclische Vinylverbindungen, wie 2-Vinylpyridin, 3-Vinylpyridin, 2-Methyl-5- vinylpyridin, 3-Ethyl-4-vinylpyridin, 2,3-Dimethyl-5-vinylpyridin, Vinylpyrimidin,Heterocyclic vinyl compounds, such as 2-vinylpyridine, 3-vinylpyridine, 2-methyl-5-vinylpyridine, 3-ethyl-4-vinylpyridine, 2,3-dimethyl-5-vinylpyridine, vinylpyrimidine,
Vinylpiperidin, 9-Vinylcarbazol, 3-Vinylcarbazol, 4-Vinylcarbazol, 1-Vinylimidazol, 2-Methyl-1-vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, 2-Vinylρyrrolidon, N-Vinylpyrrolidin, 3-Vinylpyrrolidin, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylbutyrolactam, Vinyloxolan, Vinylfuran, Vinylthiophen, Vinylthiolan, Vinylthiazole und hydrierte Vinylthiazole, Vinyloxazole und hydrierte Vinyloxazole;Vinylpiperidine, 9-vinylcarbazole, 3-vinylcarbazole, 4-vinylcarbazole, 1-vinylimidazole, 2-methyl-1-vinylimidazole, N-vinylpyrrolidone, 2-vinylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidine, 3-vinylpyrrolidine, N-vinylcaprolactam, N-vinylbutyrolactam, vinyloxolane, vinylfuran, vinylthiophene, vinylthiolane, vinylthiazoles and hydrogenated vinylazole hydrogenated vinylazole, vinyloxoleoleole, hydrogenated vinylazole hydrogenated vinylazole and hydrogenated vinylazole;
Vinyl- und Isoprenylether;Vinyl and isoprenyl ether;
Maleinsäurederivate, wie beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Methylmaleinsäureanhydrid, Maleinimid, Methylmaleinimid; und Diene, wie beispielsweise Divinylbenzol.Maleic acid derivatives, such as maleic anhydride, methyl maleic anhydride, maleimide, methyl maleimide; and dienes such as divinylbenzene.
Im allgemeinen werden diese Comonomere in einer Menge von 0 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 40 Gew.-% und besonders bevorzugt 0 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, eingesetzt, wobei die Verbindungen einzeln oder als Mischung verwendet werden können.In general, these comonomers are used in an amount of 0 to 60% by weight, preferably 0 to 40% by weight and particularly preferably 0 to 20% by weight, based on the weight of the monomers, the compounds being used individually or can be used as a mixture.
Die Polymerisation wird im allgemeinen mit bekannten Radikalinitiatoren gestartet. Zu den bevorzugten Initiatoren gehören unter anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren, wie AIBN und 1 ,1-Azobiscyclohexancarbonitril, sowie Peroxyverbindungen, wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, Dilaurylperoxyd, tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, Ketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, Dibenzoylperoxid, tert.- Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoyl- peroxy)-2,5-dimethylhexan, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert.-Butylperoxy- 3,5,5-trimethylhexanoat, Dicumylperoxid, 1 ,1-Bis(tert.-butylperoxy)cyclohexan, 1 ,1 -Bis(tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan, Cumylhydroperoxid, tert- Butylhydroperoxid, Bis(4-tert.-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen miteinander sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen mit nicht genannten Verbindungen, die ebenfalls Radikale bilden können. Diese Verbindungen werden häufig in einer Menge von 0,01 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise von 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, eingesetzt.The polymerization is generally started with known radical initiators. The preferred initiators include, among others, the azo initiators well known in the art, such as AIBN and 1, 1-azobiscyclohexane carbonitrile, and also peroxy compounds, such as methyl ethyl ketone peroxide, acetylacetone peroxide, dilauryl peroxide, tert-butyl per-2-ethylhexanoate, ketone peroxide, methyl isobutyl ketone peroxide, and cyclohexyl peroxide , tert-butyl peroxybenzoate, tert-butyl peroxyisopropyl carbonate, 2,5-bis (2-ethylhexanoyl-peroxy) -2,5-dimethylhexane, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, tert-butyl peroxy-3,5,5- trimethylhexanoate, dicumyl peroxide, 1,1-bis (tert-butylperoxy) cyclohexane, 1,1-bis (tert-butylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, cumyl hydroperoxide, tert-butyl hydroperoxide, bis (4-tert-butylcyclohexyl ) peroxydicarbonate, mixtures of two or more of the abovementioned compounds with one another and mixtures of the abovementioned compounds with compounds not mentioned which can likewise form free radicals. These compounds are often used in an amount of 0.01 to 3% by weight, preferably 0.05 to 1% by weight, based on the weight of the monomers.
Die zuvor genannten Polymere können einzeln oder als Mischung verwendet werden. Hierbei können auch verschiedene Polycarbonate, Poly(meth)acrylate oder cycloolefinische Polymere eingesetzt werden, die sich beispielsweise im Molekulargewicht oder in der Monomerzusammensetzung unterscheiden.The aforementioned polymers can be used individually or as a mixture. Various polycarbonates, poly (meth) acrylates or cycloolefinic polymers can also be used here, which differ, for example, in molecular weight or in the monomer composition.
Die erfindungsgemäßen Kunststoffsubstrate können beispielsweise aus Formmassen der zuvor genannten Polymere hergestellt werden. Hierbei werden im allgemeinen thermoplastische Formgebungsverfahren eingesetzt, wie Extrusion oder Spritzguss.The plastic substrates according to the invention can be produced, for example, from molding compositions of the aforementioned polymers. Thermoplastic molding processes, such as extrusion or injection molding, are generally used here.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw der erfindungsgemäß als Formmasse zur Herstellung der Kunststoffsubstrate zu verwendenden Homo- und/oder Copolymere kann in weiten Bereichen schwanken, wobei das Molekulargewicht üblicherweise auf den Anwendungszweck und die Verarbeitungsweise der Formmasse abgestimmt wird. Im allgemeinen liegt es aber im Bereich zwischen 20 000 und 1 000 000 g/mol, vorzugsweise 50 000 bis 500 000 g/mol und besonders bevorzugt 80 000 bis 300 000 g/mol, ohne dass hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll. Diese Größe kann beispielsweise mittels Gel-Permeations-Chromatographie bestimmt werden.The weight average molecular weight M w of the homopolymers and / or copolymers to be used according to the invention as a molding composition for the production of the plastic substrates can vary within wide limits, the molecular weight usually being matched to the intended use and processing mode of the molding composition. In general, however, it is in the range between 20,000 and 1,000,000 g / mol, preferably 50,000 to 500,000 g / mol and particularly preferably 80,000 to 300,000 g / mol, without any intention that this should impose a restriction. This size can be determined, for example, by means of gel permeation chromatography.
Des weiteren können die Kunststoffsubstrate durch Gusskammerverfahren erzeugt werden. Hierbei werden beispielsweise geeignete (Meth)acrylmischungen in einer Form gegeben und polymerisiert. Derartige (Meth)acrylmischungen weisen im allgemeinen die zuvor dargelegten (Meth)acrylate, insbesondere Methylmethacrylat auf. Des weiteren können die (Meth)acrylmischungen die zuvor dargelegten Copolymere sowie, insbesondere zur Einstellung der Viskosität, Polymere, insbesondere Poly(meth)acrylate, enthalten. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw der Polymere, die durch Gusskammerverfahren hergestellt werden, ist im allgemeinen höher als das Molekulargewicht von Polymeren, die in Formmassen verwendet werden. Hierdurch ergeben sich eine Reihe bekannter Vorteile. Im allgemeinen liegt das Gewichtsmittel des Molekulargewichts von Polymeren, die durch Gusskammerverfahren hergestellt werden im Bereich von 500 000 bis 10 000 000 g/mol, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.Furthermore, the plastic substrates can be produced by casting chamber processes. For example, suitable (meth) acrylic mixtures are given in a mold and polymerized. Such (meth) acrylic mixtures generally have the (meth) acrylates set out above, in particular methyl methacrylate. Furthermore, the (meth) acrylic mixtures can contain the copolymers set out above and, in particular for adjusting the viscosity, polymers, in particular poly (meth) acrylates. The weight average molecular weight M w of the polymers produced by casting chamber processes is generally higher than the molecular weight of polymers used in molding compositions. This results in a number of known advantages. In general, the weight average molecular weight of polymers which are produced by casting chamber processes is in the range from 500,000 to 10,000,000 g / mol, without any intention that this should impose any restriction.
Bevorzugte Kunststoffsubstrate, die nach dem Gusskammerverfahren hergestellt wurden, können von Röhm GmbH & Co. KG kommerziell unter dem Handelsnamen ©Plexiglas GS erhalten werden.Preferred plastic substrates which have been produced by the casting chamber process can be obtained commercially from Röhm GmbH & Co. KG under the trade name © Plexiglas GS.
Darüber hinaus können die zur Herstellungen der Kunststoffsubstrate zu verwendenden Formmassen sowie die Acrylharze übliche Zusatzstoffe aller Art enthalten. Hierzu gehören unter anderem Antistatika, Antioxidantien, Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Schmiermittel, Farbstoffe, Fliessverbesserungsmittel, Füllstoffe, Lichtstabilisatoren und organische Phosphorverbindungen, wie Phosphorsäureester, Phosphorsäuredieester und Phosphorsäuremonoester, Phosphite, Phosphorinane, Phospholane oder Phosphonate, Pigmente, Verwitterungsschutzmittel und Weichmacher. Die Menge an Zusatzstoffen ist jedoch auf den Anwendungszweck beschränkt.In addition, the molding compositions to be used for the production of the plastic substrates and the acrylic resins may contain all kinds of conventional additives. These include, among others, antistatic agents, antioxidants, mold release agents, flame retardants, lubricants, dyes, flow improvers, fillers, light stabilizers and organic phosphorus compounds such as phosphoric acid esters, phosphoric acid diesters and phosphoric acid monoesters, phosphites, phosphorinanes, phospholanes or phosphonates, pigments, weathering protection agents and plasticizers. However, the amount of additives is limited to the application.
Besonders bevorzugte Formmassen, die Poly(meth)acrylate umfassen, sind unter dem Handelsnamen Acrylite® von der Fa. Cyro Inc. USA kommerziell erhältlich. Bevorzugte Formmassen, die cycloolefinische Polymere umfassen, können unter dem Handelsnamen ©Topas von Ticona und ©Zeonex von Nippon Zeon bezogen werden. Polycarbonat-Formmassen sind beispielsweise unter dem Handelsnamen ©Makrolon von Bayer oder ©Lexan von General Electric erhältlich.Particularly preferred molding compositions which comprise poly (meth) acrylates are commercially available under the trade name Acrylite® from Cyro Inc. USA. Preferred molding compositions comprising cycloolefinic polymers can be obtained under the trade names © Topas from Ticona and © Zeonex from Nippon Zeon. Polycarbonate molding compositions are available, for example, under the trade names © Makrolon from Bayer or © Lexan from General Electric.
Besonders bevorzugt umfasst das Kunststoffsubstrat mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats, Poly(meth)acrylate, Polycarbonate und/oder cycloolefinische Polymere. Besonders bevorzugt bestehen die Kunststoffsubstrate aus Polymethylmethacrylat, wobei das Polymethylmethacrylat übliche Additive enthalten kann.The plastic substrate particularly preferably comprises at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, based on the total weight of the Substrates, poly (meth) acrylates, polycarbonates and / or cycloolefinic polymers. The plastic substrates particularly preferably consist of polymethyl methacrylate, it being possible for the polymethyl methacrylate to contain customary additives.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können Kunststoffsubstrate eine S Scchhllaaggzzäähhiiggkkeeiitt ggeemmääßß IISSOO 117799,/1 von mindestens 10 kJ/m2, bevorzugt mindestens 15 U/m2 aufweisen.In accordance with a preferred embodiment, plastic substrates can have a sluice-iron viscosity of at least 10 kJ / m 2 , preferably at least 15 U / m 2 .
Die Form sowie die Größe des Kunststoff Substrats sind nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung. Im allgemeinen werden häufig platten- oder tafelförmige Substrate eingesetzt, die eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 200 mm, insbesondere 5 bis 30 mm aufweisen.The shape and the size of the plastic substrate are not essential for the present invention. In general, plate-shaped or tabular substrates are often used, which have a thickness in the range from 1 mm to 200 mm, in particular 5 to 30 mm.
Bevor die Kunststoffsubstrate mit einer Beschichtung versehen werden, können diese durch geeignete Methoden aktiviert werden, um die Haftung zu verbessern. Hierzu kann beispielsweise das Kunststoffsubstrat mit einem chemischen und/oder physikalischen Verfahren behandelt werden, wobei das jeweilige Verfahren vom Kunststoffsubstrat abhängig ist.Before the plastic substrates are provided with a coating, these can be activated by suitable methods in order to improve the adhesion. For this purpose, for example, the plastic substrate can be treated with a chemical and / or physical method, the respective method being dependent on the plastic substrate.
Die Kunststoffkörper der vorliegenden Erfindung werden zunächst mit einer haftvermittelnden, sich zwischen dem Kunststoffsubstrat und der anorganischen Beschichtung befindlichen Zwischenschicht (b) versehen.The plastic bodies of the present invention are first provided with an adhesion-promoting intermediate layer (b) located between the plastic substrate and the inorganic coating.
Die wesentliche Eigenschaft der haftvermittelnden Schicht liegt darin, dass sie eine größere Haftfestigkeit sowohl zu der Kunststoffoberfläche als auch zu der wasserspreitenden Schicht besitzt als die letztere zu der Kunststoffoberfläche. Während es zahlreiche organische Polymerstoffe gibt, die an einer wasserabstoßenden Kunststoffoberfläche gut haften, bedarf es zu einer ausreichenden Haftung an der wasserspreitenden Schicht bestimmter jThe essential property of the adhesion-promoting layer is that it has a greater adhesive strength both to the plastic surface and to the water-spreading layer than the latter to the plastic surface. While there are numerous organic polymer materials that adhere well to a water-repellent plastic surface, sufficient adhesion to the water-spreading layer of certain j
Eigenschaften. Diese Eigenschaften beruhen auf polare Gruppen aufweisende Polymere, die sich in der haftvermittelnden Schicht befinden, wobei die Polymere eine geringe Löslichkeit und geringe Quellbarkeit in Wasser zeigen. Im allgemeinen ist die Löslichkeit der Polymeren der Zwischenschicht geringer als 1 g/l.Characteristics. These properties are based on polymers which have polar groups and are located in the adhesion-promoting layer, the polymers showing low solubility and low swellability in water. In general, the solubility of the polymers of the intermediate layer is less than 1 g / l.
Diese Polarität kann im allgemeinen durch polare Gruppen erzielt werden, die sowohl Bestandteil der Hauptkette und/oder von Seitenketten sein können.This polarity can generally be achieved by polar groups, which can be part of the main chain and / or of side chains.
So kann das Polymere durch Polyadditions- oder Polykondensationsreaktionen erhalten werden. Hierzu gehören beispielsweise Polyether, Polyester, Polycarbonate, Polyurethane, Epoxidharze und Polyamide.The polymer can thus be obtained by polyaddition or polycondensation reactions. These include, for example, polyethers, polyesters, polycarbonates, polyurethanes, epoxy resins and polyamides.
Eine weitere Gruppe von als Polymer geeigneten Verbindungen sind Polyvinylverbindungen. Zu diesen gehören beispielsweise Polyolefine, wie Polypropylen, Polyethylen; Polyarylverbindungen, wie Polystyrol; Poly(meth)acrylate und Polyvinylacetate. Zur Herstellung dieser Polymere geeignete Vinylverbindungen wurden zuvor dargelegt.Another group of compounds suitable as a polymer are polyvinyl compounds. These include, for example, polyolefins, such as polypropylene, polyethylene; Polyaryl compounds such as polystyrene; Poly (meth) acrylates and polyvinyl acetates. Vinyl compounds suitable for the preparation of these polymers have been set out above.
Damit diese Polymeren die zuvor dargelegte haftvermittelnde Wirkung aufweisen, können diese Polymere polare Gruppen umfassen. Diese Gruppen können beispielsweise durch die Wahl von geeigneten Copolymeren in das Polymere eingebaut werden. Des weiteren können diese Gruppen auch durch Pfropfcopolymerisation auf ein Polymer gepfropft werden.In order for these polymers to have the adhesion promoting effect set out above, these polymers can comprise polar groups. These groups can be incorporated into the polymer, for example, by choosing suitable copolymers. Furthermore, these groups can also be grafted onto a polymer by graft copolymerization.
Als polare Gruppen sind besonders Hydroxyl-, Carboxyl-, Sulfonyl-, Carbonsäureamid, Nitril- und Silanol-Gruppen zu nennen. Sie sind vorzugsweise Bestandteil einer makromolekularen Verbindung, die gleichzeitig unpolare Gruppen enthält, wie Alkyl-, Alkylen-, Aryl- oder Arylengruppen. Das Verhältnis von polaren zu unpolaren Gruppen der Polymeren muss so gewählt werden, dass Haftung sowohl zu der wasserabstoßenden, also unpolaren Kunststoffoberfläche als auch zu der wasserspreitenden, also hydrophilen Schicht erreicht wird. Die Polarität darf nicht so groß sein, dass das Material der haftvermitteinden Schicht selbst wasserlöslich oder wasserquellbar wäre. Die Quellung bei Sättigung mit Wasser bei 20° liegt nicht über 10 Vol-% und vorzugsweise nicht über 2 Vol-%. Die Polarität der Polymeren soll jedoch auch nicht so niedrig sein, dass das Material in völlig unpolaren Lösungsmitteln, wie Benzin, löslich wäre. Die meisten geeigneten Materialien sind in begrenzt polaren organischen Lösungsmitteln löslich, wie Chlorkohlenwasserstoffen, Estern, Ketonen, Alkoholen oder Äthern oder deren Gemischen mit Aromaten.Particularly polar groups are hydroxyl, carboxyl, sulfonyl, carboxamide, nitrile and silanol groups. They are preferably part of a macromolecular compound which simultaneously contains non-polar groups, such as alkyl, alkylene, aryl or arylene groups. The ratio of polar to non-polar groups of the polymers must be chosen so that adhesion is achieved both to the water-repellent, ie non-polar, plastic surface and to the water-spreading, ie hydrophilic layer. The polarity must not be so great that the material of the adhesive layer itself would be water-soluble or water-swellable. The swelling when saturated with water at 20 ° is not more than 10% by volume and preferably not more than 2% by volume. However, the polarity of the polymers should also not be so low that the material would be soluble in completely non-polar solvents such as gasoline. Most suitable materials are soluble in limited polar organic solvents such as chlorinated hydrocarbons, esters, ketones, alcohols or ethers or their mixtures with aromatics.
Die erforderliche Ausgewogenheit der Affinitäten zu den beiden angrenzenden Schichten wird im allgemeinen erreicht, wenn das Material der haftvermittelnden Schicht 0,4 bis 100 Milliäquivalent polare Gruppen je 100 g des Polymermaterials enthält.The required balance of affinities for the two adjacent layers is generally achieved if the material of the adhesion-promoting layer contains 0.4 to 100 milliequivalents of polar groups per 100 g of the polymer material.
Die polaren Gruppen unterscheiden sich in ihrer polarisierenden Wirksamkeit. Diese nimmt in der Reihenfolge Nitril, Hydroxyl, prim. Carbonsäureamid, Carboxyl, Sulfonyl, Silanol zu. Je stärker die polarisierende Wirkung ist, umso geringer liegt der erforderliche Gehalt in dem Polymermaterial. Während von den schwach polaren Gruppen 4 bis 100 mÄquivalent polare Gruppen je 100g Polymermaterial verwendet werden, genügen 0,4 bis 20 mÄquivalent/100 g der stark polaren Gruppen- Wird der Gehalt an polaren Gruppen zu niedrig gewählt, so wird keine ausreichende Haftung der wasserspreitenden Schicht erreicht. Ist dagegen der Gehalt an polaren Gruppen zu hoch, steigt die Wasserquellbarkeit zu stark an, was wiederum die Haftung vermindert.The polar groups differ in their polarizing effectiveness. This takes the order of nitrile, hydroxyl, prim. Carboxamide, carboxyl, sulfonyl, silanol too. The stronger the polarizing effect, the lower the required content in the polymer material. While from the weakly polar groups 4 to 100 m equivalent polar groups are used per 100 g of polymer material, 0.4 to 20 m equivalent / 100 g of the strongly polar groups are sufficient. If the content of polar groups is chosen too low, the water-spreading ones will not be sufficiently liable Layer reached. On the other hand, if the polar group content is too high, the water swellability increases too much, which in turn reduces the adhesion.
Die Polarität der durch Polykondensation oder Polyaddition erhaltenen Polymere, die Hydroxygruppen umfassen, kann unter anderem durch Umsetzung mit Silanen erhöht werden, die mindestens zwei hydrolysierbare Gruppen pro Siliciumatom aufweisen, wie Halogenatom, Alkoxygruppen und/oder Aryloxygruppen.The polarity of the polymers obtained by polycondensation or polyaddition and comprising hydroxyl groups can be increased, inter alia, by reaction with silanes which have at least two hydrolyzable groups per silicon atom have such as halogen atom, alkoxy groups and / or aryloxy groups.
Zu diesen Verbindungen gehören unter anderem Tetraalkoxysilane, beispielsweise Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan; Trialkoxysilane, beispielsweise Methyl-trimethoxysilan, Methyl-triethoxysilan, Ethyl-trimethoxysilan, n-Propyl-trimethoxysilan, n-Propyl-triethoxysilan, i-Propyl-triethoxysilan; Dialkoxysilane beispielsweise Dimethyldimethoxysilan, Dimethyl-diethoxysilan, Diethyl-dimethoxysilan, Diethyl-diethoxysilan, Di-n-propyl-dimethoxysilan, Di-n-propyldiethoxysilan, Di-i-propyl-dimethoxysilan, Di-i-propyl-diethoxysilan.These compounds include tetraalkoxysilanes, for example tetramethoxysilane, tetraethoxysilane; Trialkoxysilanes, for example methyl-trimethoxysilane, methyl-triethoxysilane, ethyl-trimethoxysilane, n-propyl-trimethoxysilane, n-propyl-triethoxysilane, i-propyl-triethoxysilane; Dialkoxysilanes, for example dimethyldimethoxysilane, dimethyl-diethoxysilane, diethyl-dimethoxysilane, diethyl-diethoxysilane, di-n-propyl-dimethoxysilane, di-n-propyldiethoxysilane, di-i-propyl-dimethoxysilane, di-i-propylane diet.
Entsprechend den Polymeren, die durch Polykondensation oder Polyaddition erhältlich sind, können auch die Polymere modifiziert werden, die durch radikalische Polymerisation von Vinylverbindungen erhalten werden können.According to the polymers which can be obtained by polycondensation or polyaddition, the polymers which can be obtained by radical polymerization of vinyl compounds can also be modified.
Zur Modifikation dieser Polyvinylverbindungen können insbesondere Silane eingesetzt werden, die Vinylgruppen umfassen, die nicht hydrolysierbar sind. Zu den besonders geeigneten vinylischen Silanverbindungen gehören unter anderem CH2=CH-Si(OCH3)3, CH2=CH-Si(OC2H5)3, CH2=CH-SiCI3, CH2=CH-Si(CH3)(OCH3)2, CH2=CH-C02-C3H7-Si(OCH3)3, CH2=CH-Cθ2-C3H7-Si(OCH3)3, CH2=C(CH3)-Cθ2-C3H7-Si(OCH3)3, CH2=C(CH3)-C02-C3H7-Si(OC2H5)3 und CH2=C(CH3)-Cθ2-C3H7-SiCl3.To modify these polyvinyl compounds, it is possible in particular to use silanes which comprise vinyl groups which cannot be hydrolyzed. The particularly suitable vinyl silane compounds include CH 2 = CH-Si (OCH 3 ) 3 , CH 2 = CH-Si (OC 2 H 5 ) 3 , CH 2 = CH-SiCl 3 , CH 2 = CH-Si ( CH 3 ) (OCH 3 ) 2 , CH 2 = CH-CO 2 -C 3 H 7 -Si (OCH 3 ) 3 , CH 2 = CH-CO 2 -C 3 H 7 -Si (OCH 3 ) 3 , CH 2 = C (CH 3 ) -Cθ2-C 3 H 7 -Si (OCH 3 ) 3 , CH 2 = C (CH3) -C0 2 -C 3 H 7 -Si (OC2H5) 3 and CH 2 = C (CH3 ) -Cθ2-C 3 H 7 -SiCl3.
Darüber hinaus sind Polymere bevorzugt, die Gruppen aufweisen, die bei und/oder nach der Bildung der Zwischenschicht (b) zu einer Vernetzung führen. Hierzu sind insbesondere Silane mit 3 hydrolysierbaren Gruppen sowie einer vinylischen Gruppe geeignet, wobei Beispiele für diese Silane zuvor dargelegt wurden. Die polaren Polymere können einzeln oder als Mischung in der haftvermittelnden Zwischenschicht (b) vorhanden sein.In addition, preference is given to polymers which have groups which lead to crosslinking during and / or after the formation of the intermediate layer (b). Silanes with 3 hydrolyzable groups and a vinyl group are particularly suitable for this purpose, examples of these silanes having been set out above. The polar polymers can be present individually or as a mixture in the adhesion-promoting intermediate layer (b).
Des weiteren kann die Zwischenschicht (b) übliche Additive und Zusatzstoffe enthalten. Hierzu gehören insbesondere Verlaufshilfsmittel, die auch Tenside umfassen.The intermediate layer (b) can furthermore contain customary additives and additives. These include, in particular, flow control agents, which also include surfactants.
Wesentlich ist, dass diese Zwischenschicht durch Auftragen aus einer Lösung erhalten wird, die ein Lösungsmittel mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20, vorzugsweise kleiner oder gleich 15 aufweist. Die Verdunstungszahl (VD) ist das Verhältnis aus der für die zu prüfende Flüssigkeit gemessenen Verdunstungszeit und der Verdunstungszeit für Diethylether (C-2H5OC-2H5) als Vergleichsflüssigkeit, wobei die Meßbedingungen in DIN 53 170 beschrieben sind.It is essential that this intermediate layer is obtained by application from a solution which has a solvent with an evaporation number less than or equal to 20, preferably less than or equal to 15. The evaporation number (VD) is the ratio of the evaporation time measured for the liquid to be tested and the evaporation time for diethyl ether (C- 2 H 5 OC- 2 H 5 ) as the reference liquid, the measuring conditions being described in DIN 53 170.
Derartige Verbindungen sind allgemein bekannt und kommerziell erhältlich. Vorzugsweise werden Carbonsäureester eingesetzt, wobei insbesondere Ethylacetat, Propylacetat und Butylacetat besonders bevorzugt sind.Such compounds are generally known and commercially available. Carboxylic acid esters are preferably used, ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate being particularly preferred.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Zwischenschicht (b) aus einer Lösung aufgetragen, die mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% einem oder mehreren Lösungsmittel mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20 umfasst.According to a particular aspect of the present invention, the intermediate layer (b) is applied from a solution which comprises at least 70% by weight, preferably at least 90% by weight, of one or more solvents with an evaporation number less than or equal to 20.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung tritt beim Kontakt des Kunststoffsubstrats mit der Verbindungen mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20 eine Erweichung des Substrats ein. Diese weichmachende Wirkung der Verbindung mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20 kann über eine Zunahme des Haze-Wertes gemäß Taber-Test (DIN 52347) nach 10 Umdrehungen bestimmt werden. Der Test gemäß DIN 52347 wird bei einer Auflagekraft von 5,4 N durchgeführt, wobei die Reibräder "CS10F" der Firma Teledyne Taber verwendet werden. Der Haze-Wert wird gemäß Abschnitt 5.3.1. Versuchsanordnung A bestimmt. Hierzu wird das Kunststoffsubstrat für 60 Minuten in ein entsprechendes Lösungsmittel getaucht. Bevorzugte Verbindungen mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20 zeigen im anschließenden Taber-Test nach 10 Umdrehungen des Reibrades einen Delta-Haze von mindestens 4%, vorzugsweise mindestens 6% und besonders bevorzugt 6,8% auf. Bevorzugtes Substrat ist hierbei insbesondere PMMA.According to a particular aspect of the present invention, when the plastic substrate comes into contact with the compounds with an evaporation number less than or equal to 20, the substrate softens. This softening effect of the compound with an evaporation number less than or equal to 20 can be determined by an increase in the haze value according to the Taber test (DIN 52347) after 10 revolutions. The test according to DIN 52347 is carried out with a contact force of 5.4 N, the friction wheels "CS10F" from Teledyne Taber being used. The haze value will according to section 5.3.1. Experimental arrangement A determined. For this purpose, the plastic substrate is immersed in an appropriate solvent for 60 minutes. Preferred compounds with an evaporation number less than or equal to 20 show a delta haze of at least 4%, preferably at least 6% and particularly preferably 6.8% in the subsequent Taber test after 10 revolutions of the friction wheel. The preferred substrate is in particular PMMA.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Kunststoffsubstrat beim Auftragen der Zwischenschicht jedoch nicht trüb. Dementsprechend sollte die Verbindung mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20 eine möglichst hohe maximale Einwirkzeit aufweisen, wobei die maximale Einwirkzeit durch die Zeitspanne gegeben ist, innerhalb der keine Trübungen des Kunststoffsubstrats durch Kontakt der Verbindungen mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20 auftreten. Die Grenze dieser Einwirkzeit kann über einfache Vorversuche ermittelt werden, wobei die Zeit gemessen wird bis eine sichtbare Trübung des Kunststoffsubstrat durch die Einwirkung der Verbindung mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20 auftritt. Die durch den Kontakt Verbindungen mit einer Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20 auftretende Trübung kann über eine Zunahme des Haze-Wertes von 20% bestimmt werden, wobei Methoden zur Bestimmung der Trübung in DIN 52347, insbesondere Abschnitt 5.3.1. Versuchsanordnung A dargelegt sind. Vorzugsweise beträgt diese Einwirkzeit mindestens 60 Minuten, vorzugsweise mindestens 240 Minuten.According to a further preferred embodiment, however, the plastic substrate does not become cloudy when the intermediate layer is applied. Accordingly, the connection with an evaporation number less than or equal to 20 should have the maximum possible contact time, the maximum contact time being given by the time period within which there is no clouding of the plastic substrate due to contact of the connections with an evaporation number less than or equal to 20. The limit of this exposure time can be determined by simple preliminary tests, the time being measured until a visible clouding of the plastic substrate occurs due to the action of the compound with an evaporation number less than or equal to 20. The turbidity caused by the contact compounds with an evaporation number less than or equal to 20 can be determined by an increase in the haze value of 20%, methods for determining the turbidity in DIN 52347, in particular Section 5.3.1. Experimental arrangement A are set out. This exposure time is preferably at least 60 minutes, preferably at least 240 minutes.
Die zuvor dargelegten Beschichtungsmischungen können mit jeder bekannten Methode auf die Kunststoffsubstrate aufgebracht werden. Hierzu gehören unter anderem Tauchverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, Flutbeschichtungen und Rollen- oder Walzenauftrag. Hiervon ist das Fluten besonders bevorzugt.The coating mixtures described above can be applied to the plastic substrates using any known method. These include immersion processes, spray processes, doctor blades, flood coatings and roller or roller application. Flooding is particularly preferred.
Die Flutbeschichtungsverfahren sind dem Fachmann bekannt. Im allgemeinen wird eine Flüssigkeit über das Material gegossen. Hierbei ist der Druck im allgemeinen so niedrig, dass die auf das Substrat auftreffende Flüssigkeit keine Tröpfchen erzeugt. Überschüssiges Beschichtungsmittel wird in einer Wanne aufgefangen und ggf. über Filter erneut aufgetragen. Im allgemeinen erfolgt der Auftrag über Düsen, wobei jedoch der Druck relativ gering gewählt wird. Diese Düsen werden über mechanische Einrichtungen über die Platte oder am Rand der Platte entlang geführt, so dass die mit sehr geringem Druck aufgetragene Flüssigkeit einen Flutvorhang erzeugt, der das Substrat gleichmäßig beschichtet. Die Flüssigkeitsmenge sowie der Vorschub, mit dem der Strahl über das Substrat geführt werden, sind so gewählt, dass die Beschichtung gleichmässig aufgetragen wird. Nähere Ausführungen hierzu finden sich in Brock/ Groteklaes/ Mischke "Lehrbuch der Lacktechnologie", 2. Auflage, 1998, Vincentz Verlag.The flood coating processes are known to the person skilled in the art. Generally, a liquid is poured over the material. The pressure is generally so low that the liquid hitting the substrate is none Droplet generated. Excess coating agent is collected in a tub and, if necessary, applied again using a filter. In general, the application takes place via nozzles, but the pressure is chosen to be relatively low. These nozzles are guided over the plate or along the edge of the plate via mechanical devices, so that the liquid applied with very low pressure creates a flood curtain that evenly coats the substrate. The amount of liquid and the feed with which the jet is guided over the substrate are selected so that the coating is applied evenly. More detailed information on this can be found in Brock / Groteklaes / Mischke "Textbook of coating technology", 2nd edition, 1998, Vincentz Verlag.
Die zum Fluten verwendeten Beschichtungsmittel enthalten im allgemeinen einen Feststoffgehalt im Bereich von 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 3 Gew.-%, um eine geringe Schichtdicke zu erzielen.The coating compositions used for flooding generally contain a solids content in the range from 0.01 to 5% by weight, preferably in the range from 0.1 to 3% by weight, in order to achieve a low layer thickness.
Die so aufgetragenen Beschichtungen lassen sich im allgemeinen in relativ kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb 1 Minute bis 1 Stunde, in der Regel innerhalb ca. 3 Minuten bis 30 Minuten, vorzugsweise innerhalb von ca. 5 Minuten bis 20 Minuten und bei vergleichsweise niedriger Temperatur, beispielsweise bei 70 - 110°C, vorzugsweise bei ca. 80°C härten bzw. trocknen.The coatings applied in this way can generally be in a relatively short time, for example within 1 minute to 1 hour, generally within about 3 minutes to 30 minutes, preferably within about 5 minutes to 20 minutes and at a comparatively low temperature, for example Harden or dry at 70 - 110 ° C, preferably at approx. 80 ° C.
Die Schichtdicke der Zwischenschicht ist nicht besonders kritisch, wobei jedoch die Summe der Schichtdicken der anorganische Beschichtung (a) und der Zwischenschicht (b) höchstens 700 nm betragen darf. Aus wirtschaftlichen Gründen wird diese jedoch nach Möglichkeit relativ gering gewählt, wobei sich die untere Grenze aus der Stabilität der gesamten Beschichtung (a) und (b) ergibt. Im allgemeinen liegt die Dicke der haftvermittelnden Zwischenschicht nach der Härtung aber in einem Bereich von 50 nm bis 400 nm, bevorzugt 100 nm bis 200 nm, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Die Schichtdicken der Beschichtungen (a) und/oder (b) kann durch eine Aufnahme eines Transmissionselektronen-Mikroskops (TEM) bestimmt werden, wobei im allgemeinen der Mittelwert über das Integral der Schichtfläche bestimmt wird. Nach dem Trocknen der haftvermittelnden Zwischenschicht (b) wird hierauf eine wasserspreitende anorganische Beschichtung (a) aufgebracht.The layer thickness of the intermediate layer is not particularly critical, although the sum of the layer thicknesses of the inorganic coating (a) and the intermediate layer (b) may not exceed 700 nm. For economic reasons, however, this is chosen to be relatively low if possible, the lower limit resulting from the stability of the entire coating (a) and (b). In general, however, the thickness of the adhesion-promoting intermediate layer after curing is in a range from 50 nm to 400 nm, preferably 100 nm to 200 nm, without any intention that this should impose a restriction. The layer thicknesses of the coatings (a) and / or (b) can be determined by recording a transmission electron microscope (TEM), the mean value being generally determined via the integral of the layer surface. After the adhesion-promoting intermediate layer (b) has dried, a water-spreading inorganic coating (a) is applied thereon.
Der Begriff wasserspreitend bedeutet, dass ein Wassertropfen auf der Oberfläche einen Randwinkel von höchstens 20°, vorzugsweise höchstens 10° bildet. Diese Größe wird bei 20°C mit einem Kontaktwinkelmesssystem G40 der Fa. Krüss, Hamburg bestimmt.The term water-spreading means that a drop of water forms a contact angle of at most 20 °, preferably at most 10 °, on the surface. This size is determined at 20 ° C using a G40 contact angle measuring system from Krüss, Hamburg.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff anorganisch, dass der Kohlenstoffanteil der anorganischen Beschichtung maximal 25 Gew.-%, vorzugsweise maximal 17 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt maximal 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der anorganischen Beschichtung (a), beträgt. Diese Größe kann mittels Elementaranalyse bestimmt werden.In the context of the present invention, the term inorganic means that the carbon content of the inorganic coating is at most 25% by weight, preferably at most 17% by weight and very particularly preferably at most 10% by weight, based on the weight of the inorganic coating (a ). This size can be determined using elementary analysis.
Als anorganische Beschichtung können insbesondere Polysiloxane, Silancokondensate und Kieselsole aufgebracht werden, wobei deren Kohlenstoffanteil auf die zuvor dargelegten Bereiche beschränkt ist.In particular, polysiloxanes, silane co-condensates and silica sols can be applied as the inorganic coating, the carbon content of which is limited to the ranges set out above.
Silancokondensate, die zur Herstellung der Beschichtung (a) dienen können, sind an sich bekannt und werden zur Ausrüstung von polymeren Verglasungsmaterialien eingesetzt. Sie zeichnen sich aufgrund ihres anorganischen Charakters durch gute Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung und Witterungseinflüssen aus. Silane condensates which can be used to produce the coating (a) are known per se and are used for finishing polymeric glazing materials. Due to their inorganic character, they are characterized by good resistance to UV radiation and weather influences.
Diese Silancokondensate können unter anderem durch Kondensation oder Hydrolyse von organischen Siliciumverbindungen der aligemeinen Formel (I)These silane condensates can be obtained, inter alia, by condensation or hydrolysis of organic silicon compounds of the general formula (I)
R1nSiX4.n (l)' worin R1 eine 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisende Gruppe, X ein Alkoxyrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder ein Halogen und n eine ganze Zahl von 0 bis 3, vorzugsweise 0 oder 1 darstellt, wobei verschiedene Reste X oder R1 jeweils gleich oder unterschiedlich sein können, erhalten werden.R 1 nSiX 4 . n (l) 'in which R 1 is a group having 1 to 20 carbon atoms, X is an alkoxy radical with 1 to 20 carbon atoms or a halogen and n is an integer from 0 to 3, preferably 0 or 1, various radicals X or R 1 can each be the same or different.
Der Ausdruck "eine 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisende Gruppe" kennzeichnet Reste organischer Verbindungen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Er umfasst Alkyl-, Cycloalkyl-, aromatische Gruppen, Alkenylgruppen und Alkinylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, sowie heteroalipatische und heteroaromatische Gruppen, die neben Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen insbesondere Sauerstoff-, Stickstoff-, Schwefel- und Phosphoratome aufweisen. Dabei können die genannten Gruppen verzweigt oder nicht verzweigt sein, wobei der Rest R1 substituiert oder unsubstituiert sein kann. Zu den Substituenten gehören insbesondere Halogene, 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisende Gruppen, Nitro-, Sulfonsäure-, Alkoxy-, Cycloalkoxy-, Alkanoyl-, Alkoxycarbonyl-, Sulfonsäureester- , Sulfinsäure-, Sulfinsäureester-, Thiol-, Cyanid-, Epoxy-, (Meth)acryloyl-, Amino- und Hydroxygruppen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck "Halogen" ein Fluor-, Chlor-, Brom- oder lodatom.The term "a group having 1 to 20 carbon atoms" denotes residues of organic compounds with 1 to 20 carbon atoms. It includes alkyl, cycloalkyl, aromatic groups, alkenyl groups and alkynyl groups with 1 to 20 carbon atoms, as well as heteroalipatic and heteroaromatic groups which, in addition to carbon and hydrogen atoms, have in particular oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus atoms. The groups mentioned can be branched or non-branched, the radical R 1 being substituted or unsubstituted. The substituents include in particular halogens, groups having 1 to 20 carbon atoms, nitro, sulfonic acid, alkoxy, cycloalkoxy, alkanoyl, alkoxycarbonyl, sulfonic acid ester, sulfinic acid, sulfinic acid ester, thiol, cyanide, epoxy, (Meth) acryloyl, amino and hydroxy groups. In the context of the present invention, the term "halogen" denotes a fluorine, chlorine, bromine or iodine atom.
Zu den bevorzugten Alkylgruppen gehören die Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, 1-Butyl-, 2-Butyl-, 2-Methylpropyl-, tert.-Butyl-, Pentyl- und die 2-Methylbutyl-Gruppe.The preferred alkyl groups include the methyl, ethyl, propyl, isopropyl, 1-butyl, 2-butyl, 2-methylpropyl, tert-butyl, pentyl and 2-methylbutyl groups.
Zu den bevorzugten Cycloalkylgruppen gehören die Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl- und die Cyclooctyl-Gruppe, die gegebenenfalls mit verzweigten oder nicht verzweigten Alkylgruppen substituiert sind. Zu den bevorzugten Alkoxygruppen gehören die Methoxy-, Ethoxy-, Propoxy-, Butoxy-, tert.-Butoxy-, Hexyloxy-, 2-Methylhexyloxy-, Decyloxy- oder Dodecyloxy- Gruppe.The preferred cycloalkyl groups include the cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and the cyclooctyl group, which are optionally substituted with branched or unbranched alkyl groups. The preferred alkoxy groups include the methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, tert-butoxy, hexyloxy, 2-methylhexyloxy, decyloxy or dodecyloxy group.
Zu den bevorzugten Cycloalkoxygruppen gehören Cycloalkoxygruppen, deren Kohlenwasserstoffrest eine der vorstehend genannten bevorzugten Cycloalkylgruppen ist.The preferred cycloalkoxy groups include cycloalkoxy groups whose hydrocarbon radical is one of the preferred cycloalkyl groups mentioned above.
Ganz besonders bevorzugt stellt der Rest R1 eine Methyl- oder Ethylgruppe dar.The radical R 1 very particularly preferably represents a methyl or ethyl group.
Hinsichtlich der Definition der Gruppe X in Formel (I) bezüglich der Alkoxygruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatome sowie des Halogens sei auf die zuvor genannte Definition verwiesen. Bevorzugt stellt die Gruppe X ein Methoxy- oder Ethoxyrest oder ein Brom- oder Chloratom dar.With regard to the definition of the group X in formula (I) with respect to the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms and the halogen, reference is made to the aforementioned definition. Group X is preferably a methoxy or ethoxy radical or a bromine or chlorine atom.
Diese Verbindungen können einzeln oder als Mischung verwendet werden, um Silancokondensate herzustellen.These compounds can be used individually or as a mixture to produce silane co-condensates.
Bevorzugt weisen mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-% der eingesetzten Silanverbindungen vier Alkoxygruppen oder Halogenatome auf, bezogen auf das Gewicht der kondensierbaren Silane.At least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, of the silane compounds used preferably have four alkoxy groups or halogen atoms, based on the weight of the condensable silanes.
Tetraalkoxysilane umfassen Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, Tetra-n-propoxysilan, Tetra-i-propoxysilan und Tetra-n-butoxysilane.Tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetra-i-propoxysilane and tetra-n-butoxysilane.
Besonders bevorzugt sind Tetramethoxysilan und Tetraethoxysilan. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt der Anteil dieser besonders bevorzugten Tetraalkoxysilanen mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Silanverbindungen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können auch Silankondensate eingesetzt werden, die kolloidal gelöste Si02-Partikel enthalten. Derartige Lösungen können nach dem Sol-Gel-Verfahren erhalten werden, wobei insbesondere Tetraalkoxysilane und/oder Tetrahalogensilane kondensiert werden.Tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are particularly preferred. According to a particular aspect of the present invention, the proportion of these particularly preferred tetraalkoxysilanes is at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, based on the weight of the silane compounds used. According to a further aspect of the present invention, silane condensates can also be used which contain colloidally dissolved SiO 2 particles. Such solutions can be obtained by the sol-gel process, in particular tetraalkoxysilanes and / or tetrahalosilanes being condensed.
Üblich werden aus den zuvor genannten Silanverbindungen wasserhaltige Beschichtungsmittel dargestellt, indem man siliciumorganischen Verbindungen, mit einer zur Hydrolyse ausreichenden Menge Wasser, d.h. >, 0,5 Mol Wasser pro Mol der zur Hydrolyse vorgesehenen Gruppen, wie z.B. Alkoxygruppen hydrolysiert, vorzugsweise unter Säurekatalyse. Als Säuren können z.B. anorganische Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäue, Salpetersäure usw., oder organische Säuren, wie Carbonsäuren, organische Sulfonsäuren usw., oder saure Ionenaustauscher zugesetzt werden, wobei der pH der Hydrolysereaktion in der Regel zwischen 2 und 4,5, vorzugsweise bei 3 liegt.Water-containing coating compositions are usually prepared from the aforementioned silane compounds by mixing organosilicon compounds with an amount of water sufficient for hydrolysis, i.e. > 0.5 mole of water per mole of the groups intended for hydrolysis, e.g. Alkoxy groups hydrolyzed, preferably with acid catalysis. As acids e.g. inorganic acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, etc., or organic acids, such as carboxylic acids, organic sulfonic acids, etc., or acidic ion exchangers are added, the pH of the hydrolysis reaction generally being between 2 and 4.5, preferably at 3 lies.
Im allgemeinen zeigt sich nach dem Zusammengeben der Reaktionspartner ein Temperaturanstieg. In gewissen Fällen kann es notwendig werden, zum Start der Reaktion von außen Wärme zuzuführen, beispielsweise durch Erwärmen des Ansatzes auf 40 - 50°C. Im allgemeinen wird darauf geachtet, dass die Reaktionstemperatur 55°C nicht überschreitet. Die Reaktionsdauer ist in der Regel relativ kurz, sie liegt üblich unter einer Stunde, beispielsweise bei 45 min.In general, an increase in temperature is evident after the reactants have been combined. In certain cases, it may be necessary to apply heat from the outside at the start of the reaction, for example by heating the batch to 40-50 ° C. In general, care is taken to ensure that the reaction temperature does not exceed 55 ° C. The reaction time is usually relatively short, it is usually less than one hour, for example 45 minutes.
Die Silanverbindungen können zu Polymeren kondensiert werden, die im allgemeinen ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw im Bereich von 100 bis 20000, bevorzugt 200 bis 10000 und besonders bevorzugt 500 bis 1500 g/Mol aufweisen. Diese Molmasse kann beispielsweise durch NMR-Spektroskopie bestimmt werden. Die Kondensationsreaktion kann beispielsweise durch Kühlen auf Temperaturen unter 0°C oder durch Erhöhen des pH-Wertes mit geeigneten Basen, beispielsweise organische Basen, wie Amine, Alkali- oder Erdalkalihydroxiden, abgebrochen werden.The silane compounds can be condensed to give polymers which generally have a weight average molecular weight M w in the range from 100 to 20,000, preferably 200 to 10,000 and particularly preferably 500 to 1500 g / mol. This molar mass can be determined, for example, by NMR spectroscopy. The condensation reaction can be stopped, for example, by cooling to temperatures below 0 ° C. or by increasing the pH with suitable bases, for example organic bases, such as amines, alkali metal or alkaline earth metal hydroxides.
Zur weiteren Bearbeitung kann ein Teil des Wasser-Alkoholgemisches und der flüchtigen Säuren aus der Reaktionsmischung abgetrennt werden, beispielsweise durch Destillation.For further processing, part of the water-alcohol mixture and the volatile acids can be separated from the reaction mixture, for example by distillation.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Silancokondensate können Härtungskatalysatoren, beispielsweise in Form von Zinkverbindungen und/oder anderer Metallverbindungen, wie Kobalt-, Kupfer- oder Calciumverbindungen, insbesondere deren Octoate oder Naphthenate, enthalten. Der Anteil der Härtungskatalysatoren beträgt in der Regel 0,1 - 2,5 Gew.-%, speziell 0,2 - 2 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Silancokondensat, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Besonders genannt seien beispielsweise Zinknaphthenat, -octoat, -acetat, -sulfat usw.The silane condensates which can be used according to the invention can contain curing catalysts, for example in the form of zinc compounds and / or other metal compounds, such as cobalt, copper or calcium compounds, in particular their octoates or naphthenates. The proportion of the curing catalysts is generally 0.1-2.5% by weight, in particular 0.2-2% by weight, based on the total silane co-condensate, without any intention that this should impose a restriction. Zinc naphthenate, octoate, acetate, sulfate, etc. are particularly mentioned.
Des weiteren können auch Oxidschichten, insbesondere Halbmetall und Metalloxide als wasserspreitende Beschichtung (a) eingesetzt werden. Zu den geeigneten Verbindungen gehören insbesondere Oxide und Hydroxide, die sich von Silicium, Aluminium, Titan, Zirkon, Zink und/oder Chrom ableiten.Furthermore, oxide layers, in particular semimetal and metal oxides, can also be used as the water-spreading coating (a). Suitable compounds include, in particular, oxides and hydroxides which are derived from silicon, aluminum, titanium, zirconium, zinc and / or chromium.
Diese Oxide können einzeln oder als Mischungen, beispielsweise als Mischoxide verwendet werden. Die Löslichkeit dieser Oxide und/oder Hydroxide in Wasser sollte möglichst gering sein, beispielsweise sollte die Löslichkeit in Wasser bei 20° unter 1000 //g/l, vorzugsweise unter 200 /yg/l liegen.These oxides can be used individually or as mixtures, for example as mixed oxides. The solubility of these oxides and / or hydroxides in water should be as low as possible, for example the solubility in water at 20 ° should be less than 1000 g / l, preferably less than 200 yg / l.
Diese Oxide können beispielsweise in Form von kolloidalen Lösungen aufgebracht werden, die durch Hydrolyse von Alkoxyverbindungen gewonnen werden. Derartige kolloidale Lösungen sind beispielsweise aus EP-A-0 149 182, EP-A-0 826 663, EP-A-0 850 203 und EP-1 022 318 bekannt. Die Teilchengrösse dieser Oxid-Partikel ist unkritisch, wobei jedoch die Transparenz von der Partikelgröße abhängig ist. Bevorzugt weisen die Partikel höchstens eine Größe von 300 nm auf, wobei sie insbesondere in einem Bereich von 1 bis 200 nm, bevorzugt 1 bis 50 nm liegen.These oxides can be applied, for example, in the form of colloidal solutions which are obtained by hydrolysis of alkoxy compounds. Such colloidal solutions are known for example from EP-A-0 149 182, EP-A-0 826 663, EP-A-0 850 203 and EP-1 022 318. The particle size of these oxide particles is not critical, but the transparency depends on the particle size. The particles preferably have a size of at most 300 nm, they being in particular in a range from 1 to 200 nm, preferably 1 to 50 nm.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die kolloidale Lösung vorzugsweise bei einem pH-Wert größer oder gleich 7,5, insbesondere größer oder gleich 8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 9 aufgetragen.According to a particular aspect of the present invention, the colloidal solution is preferably applied at a pH greater than or equal to 7.5, in particular greater than or equal to 8 and particularly preferably greater than or equal to 9.
Basische kolloidale Lösungen sind preiswerter als saure Lösungen. Darüber hinaus sind basische kolloidale Lösungen von Oxid-Partikel besonders einfach und über eine lange Zeit lagerfähig.Basic colloidal solutions are cheaper than acidic solutions. In addition, basic colloidal solutions of oxide particles are particularly simple and can be stored for a long time.
Die zuvor beschriebenen Beschichtungsmittel können kommerziell unter dem Handelsnamen ©Ludox (Fa. Grace, Worms); ©Levasil (Fa. Bayer, Leverkusen); ® Klebosol, (Fa. Clariant) erhalten werden.The previously described coating compositions can be obtained commercially under the trade name © Ludox (Grace, Worms); © Levasil (Bayer, Leverkusen); ® Klebosol, (Clariant) can be obtained.
Des weiteren können die Beschichtungsmittel zur Herstellung der anorganischen Beschichtung (a) übliche Additive und Verarbeitungshilfsmittel enthalten. Zu diesen gehören unter anderem insbesondere Verlaufshilfsmittel, die auch Tenside umfassen.Furthermore, the coating compositions for producing the inorganic coating (a) can contain customary additives and processing aids. These include, in particular, leveling agents, which also include surfactants.
Die zuvor dargelegten Beschichtungsmittel zur Herstellung der anorganischen Beschichtung (a) können mit jeder bekannten Methode auf die Kunststoffsubstrate aufgebracht werden, die beispielhaft zuvor dargelegt wurden.The previously described coating compositions for producing the inorganic coating (a) can be applied to the plastic substrates by any known method, which have been set out above by way of example.
Bevorzugt sind insbesondere Flutverfahren, wobei jedoch die Auswahl an Additive auf Substanzen begrenzt sind, die im wesentlichen keinen nachteiligen Einfluss auf die wasserspreitende Wirkung haben. Vorzugsweise werden anionische Verlaufshilfsmittel Gruppe eingesetzt, die eine hohe Mischbarbeit mit Wasser aufweisen. So sind bei 20°C insbesondere mindestens 10 g, vorzugsweise mindestens 50g und besonders bevorzugt mindestens 150g in 1000g Wasser löslich, ohne dass eine Phasenbildung, insbesondere eine Micellenbildung eintritt.Flooding processes are particularly preferred, although the selection of additives is limited to substances which have essentially no adverse effect on the water-spreading effect. Anionic flow control agents which have a high miscibility with water are preferably used. At 20 ° C. in particular, at least 10 g, preferably at least 50 g and particularly preferably at least 150 g are soluble in 1000 g of water without phase formation, in particular micelle formation.
Verlaufshilfsmittel sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verbindungen, die die Oberflächenenergie von Wasser herabsetzen. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt eine wäßrige Mischung, die 0,1 Gew.- o Verlaufshilfsmittel umfasst, bei 20°C eine Oberflächenspannung, die um mindestens 5 mN/m, vorzugsweise um mindestens 10 mN/m und besonders bevorzugt um mindestens 15 mN/m unter der Oberflächenspannung von reinem Wasser liegt. Die Oberflächenspannung kann mit dem Krüss Interfacial- Tensiometer K8600 E/E nach Lecompte du Noüy gemäß DIN 53914 ermittelt werden.In the context of the present invention, flow control agents are compounds which reduce the surface energy of water. According to a particular aspect of the present invention, an aqueous mixture comprising 0.1% by weight of leveling agents shows a surface tension at 20 ° C. which is at least 5 mN / m, preferably at least 10 mN / m and particularly preferably at least 15 mN / m below the surface tension of pure water. The surface tension can be determined with the Krüss interface tensiometer K8600 E / E according to Lecompte du Noüy according to DIN 53914.
Anionische Verlaufshilfsmittel sind in der Fachwelt bekannt, wobei diese Verlaufshilfsmittel im allgemeinen Carboxy-, Sulfonat- und/oder Sulfatgruppen aufweisen. Vorzugsweise umfassen diese Verlaufshilfsmittel mindestens eine Sulfonatgruppe. Hiervon abzugrenzen sind amphotere Verlaufshilfsmittel, die neben einer anionischen Gruppe auch eine kationische Gruppe umfassen.Anionic leveling agents are known in the art, these leveling agents generally having carboxy, sulfonate and / or sulfate groups. These leveling agents preferably comprise at least one sulfonate group. To be distinguished from this are amphoteric leveling agents which, in addition to an anionic group, also comprise a cationic group.
Vorzugsweise umfassen die anionischen Verlaufshilfsmittel 2 bis 20, besonders bevorzugt 2 bis 10 Kohlenstoffatome, wobei der organische Rest sowohl aliphatische als auch aromatische Gruppen enthalten kann. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden anionische Verlaufshilfsmittel eingesetzt, die einen Alkyl- oder einen Cycloalkylrest mit 2 bis 10 Kohlenstoffatome umfassen. Die anionischen Verlaufshilfsmittel können weitere polare Gruppen, beispielsweise Carboxy-, Thiocarboxy- oder Imino-, Carbonsäureester-, Kohlensäureester-, Thiocarbonsäureester, Dithiocarbosäureester- Thiokohlensäureester-, Dithiokohlensäureester- und/oder Dithiokohlensäureamidgruppen aufweisen.The anionic leveling agents preferably comprise 2 to 20, particularly preferably 2 to 10, carbon atoms, it being possible for the organic radical to contain both aliphatic and aromatic groups. According to a particular aspect of the present invention, anionic leveling agents are used which comprise an alkyl or a cycloalkyl radical having 2 to 10 carbon atoms. The anionic leveling agents may have further polar groups, for example carboxy, thiocarboxy or imino, carboxylic acid ester, carbonic acid ester, thiocarboxylic acid esters, dithiocarboxylic acid ester, thiocarbonic acid ester, dithiocarbonic acid ester and / or dithiocarbonic acid amide groups.
Besonders bevorzugt werden Verlaufshilfsmittel der Formel (II) eingesetztLeveling agents of the formula (II) are particularly preferably used
worin X unabhängig ein Sauerstoff oder ein Schwefelatom, Y eine Gruppe der Formel OR2, SR2 oder NR2 , worin R2 unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und R3 eine Alkylengruppe mit 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und M ein Kation, insbesondere ein Alkalimetallion, insbesondere Kalium oder Natrium, oder ein Ammoniumion darstellt. wherein X is independently an oxygen or a sulfur atom, Y is a group of the formula OR 2 , SR 2 or NR 2 , wherein R 2 is independently an alkyl group with 1 to 5, preferably 1 to 3 carbon atoms and R 3 is an alkylene group with 1 to 10, preferably 2 to 4 carbon atoms and M is a cation, in particular an alkali metal ion, in particular potassium or sodium, or an ammonium ion.
Die Zugabe an anionischen Verlaufshilfsmittel ist auf eine Menge beschränkt, die im wesentlichen keine nachteilige Wirkung auf die wasserspreitende Beschichtung zeigt. Im allgemeinen wird der Beschichtungszusammensetzung 0,01 bis 1 Gew.-, insbesondere 0,03 bis 0,1 Gew.-% eines oder mehrerer anionischer Verlaufshilfsmittel zugegeben, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung.The addition of anionic leveling agents is limited to an amount that shows essentially no adverse effect on the water-spreading coating. In general, 0.01 to 1% by weight, in particular 0.03 to 0.1% by weight, of one or more anionic leveling agents is added to the coating composition, based on the total weight of the coating composition.
Derartige Verbindungen können insbesondere von Raschig unter dem Handelsnamen Raschig OPX oder Raschig DPS erhalten werden.Such compounds can be obtained in particular from Raschig under the trade names Raschig OPX or Raschig DPS.
Neben dem anionischen Verlaufshilfsmittel kann die Beschichtungszusammensetzung weitere Verlaufshilfsmittel, insbesondere nichtionische Verlaufshilfsmittel umfassen. Hiervon sind insbesondere Ethoxylate bevorzugt, wobei insbesondere Ester sowie Alkohole und Phenole mit Ethoxygruppen eingesetzt werden können. Hierzu gehören unter anderem Nonylphenolethoxylate.In addition to the anionic leveling agent, the coating composition can comprise further leveling agents, in particular nonionic leveling agents. Of these, ethoxylates are particularly preferred, esters and alcohols and phenols in particular Ethoxy groups can be used. These include nonylphenol ethoxylates.
Die Ethoxylate umfassen insbesondere 1 bis 20, insbesondere 2 bis 8 Ethoxygruppen. Der hydrophobe Rest der ethoxylierten Alkohole und Ester umfasst vorzugsweise 1 bis 40, vorzugsweise 4 bis 22 Kohlenstoffatome, wobei sowohl lineare als auch verzweigte Alkohol- und/oder Esterreste eingesetzt werden können.The ethoxylates comprise in particular 1 to 20, in particular 2 to 8, ethoxy groups. The hydrophobic residue of the ethoxylated alcohols and esters preferably comprises 1 to 40, preferably 4 to 22 carbon atoms, it being possible to use both linear and branched alcohol and / or ester residues.
Derartige Produkte können kommerziell beispielsweise unter dem Handelsnamen ©Genapol X80 erhalten werden.Such products can be obtained commercially, for example, under the trade name © Genapol X80.
Die Zugabe an nichtionischem Verlaufshilfsmittel ist auf eine Menge beschränkt, die im wesentlichen keine nachteilige Wirkung auf die wasserspreitende Beschichtung zeigt. Im allgemeinen wird der Beschichtungszusammensetzung 0,01 bis 2 Gew.-, insbesondere 0,1 bis 1 Gew.-% eines oder mehrerer nichtionischer Verlaufshilfsmittel zugegeben, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung.The addition of nonionic leveling aid is limited to an amount that shows essentially no adverse effect on the water-spreading coating. In general, 0.01 to 2% by weight, in particular 0.1 to 1% by weight, of one or more nonionic flow control agents is added to the coating composition, based on the total weight of the coating composition.
Werden der Beschichtungszusammensetzung zur Herstellung der anorganischen Beschichtung sowohl ein anionisches als auch ein nichtionisches Verlaufshilfsmittel zugegeben, so liegt das Gewichtsverhältnis von anionischem Verlaufshilfsmittel zu nichtionischem Verlaufshilfsmittel vorzugsweise im Bereich von 0,01 :1 bis 1 :1 , besonders bevorzugt 0,05:1 bis 0,3:1.If both an anionic and a nonionic leveling aid are added to the coating composition to produce the inorganic coating, the weight ratio of anionic leveling aid to nonionic leveling aid is preferably in the range from 0.01: 1 to 1: 1, particularly preferably 0.05: 1 to 0.3: 1st
Die so aufgetragenen Lacke lassen sich im allgemeinen in relativ kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb 0,5 Minute bis 1 Stunde, in der Regel innerhalb ca. 1 Minute bis 30 Minuten, vorzugsweise innerhalb von 3 Minuten bis 20 Minuten und bei vergleichsweise niedriger Temperatur, beispielsweise bei 60 - 110°C, vorzugsweise bei ca. 80°C zu hervorragend haftfesten Beschichtungen aushärten. Die Schichtdicke der anorganischen Beschichtung (a) ist relativ unkritisch, jedoch die Summe der Schichtdicken der anorganische Beschichtung (a) und der Zwischenschicht (b) höchstens 700 nm betragen darf. Im allgemeinen liegt diese Größe nach der Härtung aber in einem Bereich von 50 nm bis 600 nm, bevorzugt 100 nm bis 400 nm und besonders bevorzugt 150 nm bis 250 nm, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.The lacquers applied in this way can generally be in a relatively short time, for example within 0.5 minute to 1 hour, generally within about 1 minute to 30 minutes, preferably within 3 minutes to 20 minutes and at a comparatively low temperature, for example Cure at 60 - 110 ° C, preferably at approx. 80 ° C, to create excellent adhesive coatings. The layer thickness of the inorganic coating (a) is relatively uncritical, but the sum of the layer thicknesses of the inorganic coating (a) and the intermediate layer (b) may not exceed 700 nm. In general, however, this size after curing is in a range from 50 nm to 600 nm, preferably 100 nm to 400 nm and particularly preferably 150 nm to 250 nm, without any intention that this should impose a restriction.
Die Summe der Summe der Schichtdicken der anorganische Beschichtung (a) und der Zwischenschicht (b) darf höchstens 700 nm betragen, wobei dieser Wert vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 nm liegt.The sum of the sum of the layer thicknesses of the inorganic coating (a) and the intermediate layer (b) may not exceed 700 nm, this value preferably being in the range from 100 to 500 nm.
Die Kunststoffkörper der vorliegenden Erfindung lassen sich hervorragend thermisch umformen, ohne dass hierdurch deren wasserspreitende Beschichtung beschädigt werden würde. Das Umformen ist dem Fachmann bekannt. Hierbei wird der Kunststoffkörper erhitzt und über eine geeignete Schablone umgeformt. Die Temperatur, bei der die Umformung stattfindet ist abhängig von der Erweichungstemperatur des Substrats, aus dem der Kunststoffkörper hergestellt wurde. Die weiteren Parameter, wie beispielsweise die Umformgeschwindigkeit und Umformkraft sind ebenfalls vom Kunststoff abhängig, wobei diese Parameter dem Fachmann bekannt sind. Von den Umformverfahren sind insbesondere Biegeumformverfahren bevorzugt. Derartige Verfahren werden insbesondere zur Verarbeitung von Gussglas eingesetzt. Nähere Ausführungen finden sich in "Acrylglas und Polycarbonat richtig Be- und Verarbeiten" von H.Kaufmann et al. herausgegeben vom Technologie-Transfer-Ring Handwerk NRW und in VDI- Richtlinie 2008 Blatt 1 sowie DIN 8580/9/.The plastic bodies of the present invention can be thermoformed very well without damaging their water-spreading coating. The shaping is known to the person skilled in the art. The plastic body is heated and shaped using a suitable template. The temperature at which the forming takes place depends on the softening temperature of the substrate from which the plastic body was produced. The other parameters, such as the forming speed and forming force, are also dependent on the plastic, these parameters being known to the person skilled in the art. Of the forming processes, bending forming processes are particularly preferred. Such methods are used in particular for processing cast glass. More detailed information can be found in "Acrylic glass and polycarbonate correct machining and processing" by H.Kaufmann et al. published by the technology transfer ring Handwerk NRW and in VDI guideline 2008 sheet 1 and DIN 8580/9 /.
Die mit einer wasserspreitenden Beschichtung versehenen Kunststoffkörper der vorliegenden Erfindung zeigen eine hohe Scheuerfestigkeit. Bevorzugt ist die Scheuerfestigkeit gemäß DIN 53778 größer oder gleich 3 000 Zyklen, insbesondere größer oder gleich 5 000 Zyklen und besonders bevorzugt größer oder gleich 10 000 Zyklen. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Kunststoffkörper transparent, wobei die Transparenz TDÖS/IO gemäß DIN 5033 mindestens 70%, bevorzugt mindestens 75% beträgt.The plastic bodies of the present invention provided with a water-spreading coating show a high abrasion resistance. The abrasion resistance according to DIN 53778 is preferably greater than or equal to 3,000 cycles, in particular greater than or equal to 5,000 cycles and particularly preferably greater than or equal to 10,000 cycles. According to a particular aspect of the present invention, the plastic body is transparent, the transparency TDÖS / I O according to DIN 5033 being at least 70%, preferably at least 75%.
Bevorzugt weist der Kunststoffkörper einen E-Modul nach ISO 527-2 von mindestens 1000 MPa, insbesondere mindestens 1500 MPa auf, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.The plastic body preferably has a modulus of elasticity according to ISO 527-2 of at least 1000 MPa, in particular at least 1500 MPa, without this being intended to impose a restriction.
Die erfindungsgemäßen Kunststoffkörper sind im allgemeinen sehr beständig gegenüber Bewitterung. So ist die Bewitterungsbeständigkeit gemäß DIN 53387 (Xenotest) mindestens 5000 Stunden.The plastic bodies according to the invention are generally very resistant to weathering. The weather resistance according to DIN 53387 (Xenotest) is at least 5000 hours.
Auch nach einer langen UV-Bestrahlung von mehr als 5000 Stunden ist der Gelbindex gemäß DIN 6167 (D65/10) von bevorzugten Kunststoffkörpern kleiner oder gleich 8, bevorzugt kleiner oder gleich 5, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.Even after a long UV irradiation of more than 5000 hours, the yellow index according to DIN 6167 (D65 / 10) of preferred plastic bodies is less than or equal to 8, preferably less than or equal to 5, without this being intended to impose a restriction.
Die Kunststoffkörper der vorliegenden Erfindung können beispielsweise im Baubereich, insbesondere zur Herstellung von Gewächshäusern oder Wintergärten, oder als Lärmschutzwand dienen.The plastic bodies of the present invention can be used, for example, in the construction sector, in particular for producing greenhouses or conservatories, or as a noise barrier.
Nachfolgend wird die Erfindung durch Beispiele und Vergleichsbeispiele eingehender erläutert, ohne dass die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt werden soll. Beispiel 1The invention is explained in more detail below by means of examples and comparative examples, without the invention being restricted to these examples. example 1
Herstellung der haftvermittelnden Zwischenschicht Ein Copolymer aus 87,6 % Methylmethacrylat und 12,4 % gamma- Methacryloyloxy-propyl-trimethoxysilan in Butylacetat gelöst, wobei der Feststoffgehalt 0,7 Gew.-% betrug, und durch Fluten in einer dünnen Schicht auf PMMA-Platten über eine Länge von 3m aufgetragen. Die Verdunstungszahl von Butylacetat beträgt 11. Nach dem Abtropfen wird die beschichtete Platte 20 min bei 80°C im Ofen getrocknet.Preparation of the adhesion-promoting intermediate layer A copolymer of 87.6% methyl methacrylate and 12.4% gamma-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane dissolved in butyl acetate, the solids content being 0.7% by weight, and by flooding in a thin layer on PMMA- Plates applied over a length of 3m. The evaporation number of butyl acetate is 11. After draining, the coated plate is dried in an oven at 80 ° C. for 20 minutes.
Herstellung der wasserspreitenden SchichtProduction of the water-spreading layer
25 Gewichtsteile eines anionischen Kieselsols (Feststoffgehalt 30 %; ©Levasil erhältlich von Bayer AG) werden mit 0,1 Gewichtsteile (O-Ethyl- dithiokohlensäure-(3-sulfopropyl)-ester, Kaliumsalz; ©Raschig OPX erhältlich von Raschig AG) und 0,4 Gewichtsteile eines ethoxylierten Fettsäurealkohols (©Genapol X80) mit vollentsalztem Wasser zu 100 Gewichtsteilen ergänzt, mit NaOH auf einen pH-Wert von 9,5 eingestellt und durch Fluten in dünner Schicht auf die mit der haftvermittelnden Schicht versehene Platte beschichtet. Die Flutweglänge betrug 3m (Plattenlänge), die Vorschubgeschwindigkeit der Flutdüse 0,75 m/min.25 parts by weight of an anionic silica sol (solids content 30%; © Levasil available from Bayer AG) are mixed with 0.1 part by weight (O-ethyl-dithiocarbonic acid (3-sulfopropyl) ester, potassium salt; © Raschig OPX available from Raschig AG) and 0 , 4 parts by weight of an ethoxylated fatty acid alcohol (© Genapol X80) supplemented with deionized water to 100 parts by weight, adjusted to a pH of 9.5 with NaOH and coated by flooding in a thin layer on the plate provided with the adhesion-promoting layer. The flood path length was 3 m (plate length), the feed speed of the flood nozzle was 0.75 m / min.
Nach dem Ablüften wird die mit haftvermittelnder Schicht und wasserspreitender Schicht versehene Platte 20 min bei 80°C im Umlufttrockenschrank getrocknet.After flashing off, the plate provided with an adhesion-promoting layer and a water-spreading layer is dried for 20 minutes at 80 ° C. in a forced-air drying cabinet.
Die Bestimmung der Schichtdicke der extrem dünnen Schichten kann mittels Dünnschnitt im Transmissionselektronenmikroskop erfolgen. Die Dicke der Zwischenschicht betrug in Abhängigkeit von der Flutrichtung im Bereich von 140 bis 220 nm die der anorganischen Beschichtung 170 bis 270 nm. Die Bestimmung der Haftung der Beschichtung wurde gemäß dem Nassscheuertest nach DIN 53778 mit einem Nassscheuertestgerät der Fa. Gardner, Modell M 105/A durchgeführt. Es wurde ein Wert von 10000 Zyklen bei einer Schichtdicke von insgesamt 310 nm bestimmt (oberer Bereich der beschichteten Platte, in Flutrichtung gesehen). Bei einer Schichtdicke von insgesamt 490 nm wurde ein Wert von 17000 Zyklen bestimmt (unterer Bereich der Platte)The layer thickness of the extremely thin layers can be determined using a thin section in a transmission electron microscope. Depending on the direction of the flood, the thickness of the intermediate layer was in the range from 140 to 220 nm, that of the inorganic coating 170 to 270 nm. The determination of the adhesion of the coating was carried out in accordance with the wet abrasion test according to DIN 53778 with a wet abrasion tester from Gardner, model M 105 / A. A value of 10,000 cycles with a total layer thickness of 310 nm was determined (upper area of the coated plate, seen in the direction of the flood). With a total layer thickness of 490 nm, a value of 17000 cycles was determined (lower area of the plate)
Des weiteren wurde der Kunststoffkörper thermisch umgeformt. Thermische Umformung erfolgte durch Aufheizen der beschichteten Platten im Umlufttrockenschrank auf 150 - 170°C. Die Wahl der Temperatur hängt von der Wärmeformbeständigkeit des Substrats ab. Im Falle von extrudiertem PMMA, das sich im Vergleich zu gegossenem PMMA durch weichmachende Comonomere, z.B. Acrylate, auszeichnet und ein niedrigeres Molekulargewicht hat, genügt bereits eine niedrigere Temperatur. Im Falle von gegossenem PMMA, das Molekulargewichte über 1 Mio bis zu mehreren Millionen aufweist, häufig aus reinem MMA-Homopolymer besteht und ggf. schwach vernetzt ist, kommt eine höhere Temperatur zur Anwendung. Nachdem die Platten erweicht sind, werden sie über eine halbrunde Form mit einem vorgegebenen Biegungsradius gebogen und erkalten gelassen, wobei nähere Ausführungen zum Biegeumformen in "Acrylglas und Polycarbonat richtig Be- und Verarbeiten" von H.Kaufmann et al. herausgegeben vom Technologie-Transfer-Ring Handwerk NRW dargelegt sind. Die nach Beispiel 1 hergestellten Platten weisen nach Umformen mit einem Biegeradius von 47,5 mm keine Trübungen oder Risse in der Beschichtung auf und spreiten Wasser gut mit niedrigen Randwinkeln.The plastic body was also thermally formed. Thermal forming was carried out by heating the coated plates in a forced-air drying cabinet to 150-170 ° C. The choice of temperature depends on the heat resistance of the substrate. In the case of extruded PMMA, which in comparison to cast PMMA is characterized by plasticizing comonomers, e.g. Acrylates, distinguished and having a lower molecular weight, already suffice a lower temperature. In the case of cast PMMA, which has molecular weights of more than 1 million to several million, often consists of pure MMA homopolymer and is possibly weakly crosslinked, a higher temperature is used. After the plates have softened, they are bent over a semicircular shape with a predetermined radius of curvature and left to cool, with further details on bending forming in "Acrylic glass and polycarbonate correct machining and processing" by H.Kaufmann et al. published by Technologie-Transfer-Ring Handwerk NRW. After forming with a bending radius of 47.5 mm, the plates produced according to Example 1 have no clouding or cracks in the coating and spread water well with low contact angles.
Die Beurteilung der Wasserspreitung kann an den gekrümmten Substraten nur visuell erfolgen, da gekrümmte Proben im Goniometer nicht mehr vermessen werden können. Sie wurde hierbei qualitativ mit gut beurteilt. An den gekrümmten Proben kann auch kein Nassscheuertest erfolgen, da dieser auch plane Substrate erfordert.The water spread can only be assessed visually on the curved substrates, since curved samples can no longer be measured in the goniometer. It was assessed qualitatively as good. A wet scrub test cannot be carried out on the curved samples either, since this also requires flat substrates.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Das Beispiel 1 wurde im wesentlichen wiederholt, wobei jedoch die haftvermittelnde Zwischenschicht aus einer Mischung des Copolymeren mit MOP (1-Methoxypropanol-2) durch Fluten aufgetragen wurde. Die Verdunstungszahl von MOP beträgt 22.Example 1 was essentially repeated, except that the adhesion-promoting intermediate layer composed of a mixture of the copolymer with MOP (1-methoxypropanol-2) was applied by flooding. The evaporation rate of MOP is 22.
Die Schichtdicken der Beschichtungen waren identisch mit denen des Beispiels 1. Die Wasserspreitung war ebenfalls gut.The layer thicknesses of the coatings were identical to those of Example 1. The water spread was also good.
Die Scheuerfestigkeit betrug ebenfalls 10000 bis 17000 Zyklen, in Abhängigkeit von Fließweglänge des Lösung beim Fluten. Bei einer thermischen Umformung zeigten sich starke Trübungen, wobei die visuell beurteilte Wasserspreitung schlecht war. The abrasion resistance was also 10,000 to 17,000 cycles, depending on the flow path length of the solution during flooding. Thermal deformation showed severe clouding, although the visually assessed water spread was poor.

Claims

Patentansprüche claims
1. Umformbarer, wasserspreitender Kunststoffkörper aufweisend ein Kunststoffsubstrat, mindestens eine wasserspreitende, anorganische Beschichtung (a) und eine haftvermittelnde, sich zwischen dem Kunststoffsubstrat und der anorganischen Beschichtung befindliche Zwischenschicht (b), dadurch erhältlich, dass man die Zwischenschicht (b) aus einer Mischung mit einem Lösungsmittel aufträgt, das eine Verdunstungszahl kleiner oder gleich als 20 aufweist, wobei die Summe der Schichtdicken der anorganische Beschichtung (a) und der Zwischenschicht (b) höchstens 700 nm beträgt.1. Formable, water-spreading plastic body comprising a plastic substrate, at least one water-spreading, inorganic coating (a) and an adhesion-promoting intermediate layer (b) located between the plastic substrate and the inorganic coating, obtainable by making the intermediate layer (b) from a mixture with a solvent which has an evaporation number less than or equal to 20, the sum of the layer thicknesses of the inorganic coating (a) and the intermediate layer (b) being at most 700 nm.
2. Kunststoffkörper gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel eine Verdunstungszahl kleiner oder gleich 15 aufweist.2. Plastic body according to claim 1, characterized in that the solvent has an evaporation number less than or equal to 15.
3. Kunststoffkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung, aus der die Zwischenschicht aufgetragen wird, mindestens 70 Gew.-% einer Lösungsmittels umfasst, das eine Verdunstungszahl kleiner oder gleich als 20 aufweist.3. Plastic body according to claim 1 or 2, characterized in that the mixture from which the intermediate layer is applied comprises at least 70% by weight of a solvent which has an evaporation number less than or equal to 20.
4. Kunststoffkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Verdunstungszahl kleiner oder gleich als 20 aufweisende Verbindung einen Delta-Haze von mindestens 6% nach 60 Minuten Einwirkzeit und 10 Reibradumdrehungen aufweist.4. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the compound having an evaporation number less than or equal to 20 has a delta haze of at least 6% after an exposure time of 60 minutes and 10 friction wheel rotations.
5. Kunststoffkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel ein Carbonsäureester ist.5. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the solvent is a carboxylic acid ester.
6. Kunststoffkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffsubstrat Cycloolefin-Copolymere, Polyethylenterephthalate, Polycarbonate und/oder Poly(meth) acrylate umfasst. 6. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic substrate comprises cycloolefin copolymers, polyethylene terephthalates, polycarbonates and / or poly (meth) acrylates.
7. Kunststoffkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffsubstrat aus Polymethylmethacrylat besteht.7. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic substrate consists of polymethyl methacrylate.
8. Kunststoffkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffsubstrat eine Schlagzähigkeit von mindestens 10 kJ/m2 gemäß ISO 179/1 aufweist.8. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic substrate has an impact strength of at least 10 kJ / m 2 according to ISO 179/1.
9. Kunststoff körper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffsubstrat eine Dicke im Bereich von9. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic substrate has a thickness in the range of
1 mm bis 200 mm aufweist.1 mm to 200 mm.
10. Kunststoffkörper gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der haftvermittelnden Zwischenschicht (b) im Bereich von 50 und 400 nm liegt.10. Plastic body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the thickness of the adhesion-promoting intermediate layer (b) is in the range of 50 and 400 nm.
11. Kunststoffkörper gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde Zwischenschicht mit polaren Gruppen modifizierte Vinylpolymere umfasst.11. Plastic body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the adhesion-promoting intermediate layer comprises vinyl polymers modified with polar groups.
12. Kunststoff körper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt der anorganische Beschichtung (a) höchstens 17 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Beschichtung (a), beträgt.12. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon content of the inorganic coating (a) is at most 17 wt .-%, based on the weight of the coating (a).
13. Kunststoff körper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Beschichtung (a) durch Härtung von kolloidalen Lösungen anorganischer und/oder metallorganischer Verbindungen erhältlich ist.13. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the inorganic coating (a) is obtainable by curing colloidal solutions of inorganic and / or organometallic compounds.
14. Kunststoffkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Beschichtung (a) durch Kondensation einer Zusammensetzung erhältlich ist, die mindestens 80 Gew.-% Alkyltrialkoxysilane und/oder Tetraalkoxysilane, bezogen auf den Gehalt an kondensierbaren Silanen, umfasst.14. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the inorganic coating (a) is obtainable by condensation of a composition which is at least 80 % By weight of alkyltrialkoxysilanes and / or tetraalkoxysilanes, based on the content of condensable silanes.
15. Kunststoffkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Beschichtungen (a) und (b) im Bereich von 100 bis 500 nm liegt.15. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness of the coatings (a) and (b) is in the range from 100 to 500 nm.
16. Kunststoffkörper gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheuerfestigkeit des Kunststoffkörpers gemäß DIN 53778 mindestens 10 000 Zyklen beträgt.16. Plastic body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the abrasion resistance of the plastic body according to DIN 53778 is at least 10,000 cycles.
17. Kunststoff körper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper einen E-Modul nach ISO 527-2 von mindestens 1500 MPa aufweist.17. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic body has a modulus of elasticity according to ISO 527-2 of at least 1500 MPa.
18. Kunststoffkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff körper eine Bewitterungsbeständigkeit gemäß DIN 53 387 von mindestens 5000 Stunden aufweist.18. Plastic body according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic body has a weather resistance according to DIN 53 387 of at least 5000 hours.
19. Kunststoff körper gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff körper eine Transparenz gemäß DIN 5033 von mindestens 70% aufweist.19. Plastic body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the plastic body has a transparency according to DIN 5033 of at least 70%.
20. Verfahren zur Herstellung von wasserspreitenden Kunststoffkörpern gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass man auf ein Kunststoffsubstrat a) eine haftvermittelnde Beschichtung (b) aus einer Mischung mit einer Verbindung, die eine Verdunstungszahl kleiner oder gleich 20, aufbringt und härtet, und anschließend b) eine wasserspreitende, anorganische Beschichtung (a) aufbringt und härtet.20. A process for the production of water-spreading plastic bodies according to one or more of claims 1 to 19, characterized in that a) an adhesion-promoting coating (b) made from a mixture with a compound which has an evaporation number less than or equal to 20 is applied to a plastic substrate and cures, and then b) a water-spreading, inorganic coating (a) is applied and cured.
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass man die Beschichtung b) durch Fluten aufträgt.21. The method according to claim 20, characterized in that the Coating b) applied by flooding.
22. Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Beschichtung (a) durch Fluten aufträgt. 22. The method according to claim 20 or 21, characterized in that the coating (a) is applied by flooding.
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