WO2001040393A1 - Deckschichtharz - Google Patents

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Thomas Benthien
Gerhard Jonschker
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Nanogate Gmbh
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    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
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    • C09D4/06Organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond in combination with a macromolecular compound other than an unsaturated polymer of groups C09D159/00 - C09D187/00
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    • C08F220/10Esters
    • C08F220/22Esters containing halogen

Definitions

  • the present invention is concerned with top layer resins.
  • the top layer resin so that the finished part can be easily removed from the mold. Furthermore, it is desirable not only to have a high-gloss and resistant surface in the finished product. Often, especially in the case of glass fiber reinforced plastics (GRP), however, the surface properties such as the wetting behavior against grease and / or water, the ability to be cleaned, etc., leave much to be desired. Although it is possible in principle to achieve the desired surface properties by means of separate coating steps or the like, this possibility is often ruled out for cost reasons.
  • GRP glass fiber reinforced plastics
  • the object of the present invention is to provide something new for commercial use.
  • a first essential aspect of the invention therefore consists in the proposal that at least 1% by weight of at least partially fluorinated monomers is contained in a cover layer resin.
  • Cover layer can be obtained which has excellent surface properties such as non-stick behavior against water and 01 and yet does not lead to delamination or other impairment of the connection stability between the cover layer and other resin layers lying inside and the like.
  • fluorochemical additives are effective additives in film-forming coatings, adhesives and
  • sealing compounds and that such compounds can be added to a coating in small quantities as additives, in order to improve cleaning and bonding of the product properties such as oil / dirt and / or water repellency;
  • the additional amounts proposed there should remain low at less than 1%, since thanks to the enrichment of the fluorine compounds at the air / substrate interface, small additional amounts should be sufficient to provide a fluorine-like surface. to create flat ones without negatively influencing the mass properties.
  • the monomers can have a length of the at least partially fluorinated residue of at least 4 C atoms, preferably at least 6 C atoms, particularly preferably at least 8 C atoms. These lengths are preferred to ensure that there are sufficient fluorine atoms.
  • the monomers can comprise at least one functional group which is selected from acrylates, methacrylates, carboxylic acids, amines, alcohols and / or mercaptans.
  • the monomers are preferably adapted to the resin to be used in each case.
  • At least essential parts and preferably all monomers consist of a fully or partially fluorinated radical and only one functional group.
  • the top layer resin is structurally viscous, i.e. thixotropic and / or gel-like after application.
  • the mass transfer is possibly made more difficult after annealing, which initially makes further enrichment of the fluorine compounds on the inner surface difficult.
  • the shear liquid that arises again when the full resins are poured in may then be achieved.
  • fluoride compounds that have already accumulated can possibly get into the full resins.
  • a base layer resin base substance based on polyester facilitates preferred gelling and provides the desired thixotropy.
  • Protection is also claimed for a method for producing a resin cover layer, wherein a cover layer resin is mixed with amounts of at least 1% by weight of at least partially fluorinated monomers and is used to produce the resin cover layer.
  • the resins described can be used for a large number of different applications, owing to their multitude of positive properties, such as non-stick properties against water and oil, improved thermal resistance, and reduced surface friction in moving media, e.g. for all types of GRP materials, such as gliders, yachts, surfboards, vehicle bodies, wind turbines, etc.
  • GRP materials such as gliders, yachts, surfboards, vehicle bodies, wind turbines, etc.
  • mineral additives a mineral casting made of e.g. highly filled polyester can be obtained, which after hardening resembles a ceramic material and can be used in particular for the sanitary area such as wash basins, bathtubs, shower trays, toilet bowls, tiles, etc.
  • Example 1 The invention is illustrated below by means of examples in a non-limiting manner.
  • Example 1 The invention is illustrated below by means of examples in a non-limiting manner.
  • 900 g of a polyester gel coat (eg "Norpol NGA” type) are intimately mixed with 100 g of a fluorinated acrylate (eg 3M FX-189 or Zonyl TM, Zonyl TA-N) with intensive stirring.
  • a fluorinated acrylate eg 3M FX-189 or Zonyl TM, Zonyl TA-N
  • 2% starter is added to the mixture obtained (eg MEKP) and applied to a metal mold with a release agent in a layer thickness of approximately 500 ⁇ m with a conventional spray gun
  • a polyester filler resin is applied (eg Norpol 44M-97) according to the manufacturer, mixed with a starter and poured onto the hardened gelcoat, after 2 hours the mold is removed and the surface is cleaned with a mild cleaning agent if necessary.
  • the molded body obtained shows water and dirt-repellent properties.
  • the contact angle to water is approx. 85 °.
  • the adhesion between the gelcoat and filler resin is checked with a cross cut / wallpaper test (DIN) and rated as 0/0 as excellent.
  • a polyester gelcoat eg type "Norpol NGA"
  • starter eg MEKP
  • MEKP 2% starter
  • a polyester filler resin e.g. Norpol 44M-97
  • the adhesion between gelcoat and full resin is checked with a cross cut / wallpaper test (DIN) and also rated 0/0.
  • the contact angle to water is approx. 65 °.
  • Example 2 The procedure is as in Example 1, except that 40% by mass of inorganic fillers in the form of sand, clays and / or silica are added to the full resin. The result is a molded body with increased hardness and density with water and dirt-repellent behavior.
  • Norpol NGA polyester resin 900 g is mixed intensively with 100 g of Zonyl TM fluoroalkylacrylate (DuPont). Then 2% by mass of MEKP (methyl ethyl ketone peroxide) is added to the mixture and placed on a metal mold in a layer thickness of approx. 500 ⁇ m sprayed on. After approx. 20 minutes, glass fiber fabric soaked with polyester laminating resin (Synolite 0035-Nl) is laminated onto the gel coat. Within approx. The composite is cured for 3 hours and can be removed from the mold. The result is a GRP component with a water- and dirt-repellent surface, in which the gelcoat layer can no longer be detached from the GRP.
  • MEKP methyl ethyl ketone peroxide
  • acrylate potting compound from Silikal
  • fluoroalkyl acrylate from DuPont
  • the contact angle with water is approx. 89 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Deckschichtharz. Hierbei ist vorgesehen, dass wenigstens 1 Gew.- % zumindest teilfluorierter Monomere darin enthalten ist.

Description

Titel: Deckschichtharz
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Deckschichtharzen.
Bei der Herstellung von Korpern unter Verwendung von Kunst- harzen ist es üblich, auf der Außenseite ein Material hoher Qualität einzusetzen, welches eine hinreichend hohe Witte- rungsbestandigkeit oder andere erwünschte positive Eigenschaften aufweist. Wenn αer Korper in einer Form hergestellt wird, befindet sich dieses Material bei der Herstellung un- mittelbar an der Formwand. Nach innen kann im Abstand von z.B. 0,5 mm zur Wand aus Kostengrunden billigeres Material wie Fullharz und/oder stabilitatsver ittelndes, faserverstärkte Material aufgetragen werden. Da dieses innen liegende Material in der Regel erst dann aufgetragen wird, wenn das Deckschichtharz m der Form eine gelartige Konsistenz erreicht hat, um so eine gute und unlösbare Verbindung zwischen dem Deckschichtharz und αem innen liegenden Material zu erzielen, wird das Deckschichtharz auch als Gelcoat bezeichnet.
Es ist dabei zunächst wichtig, das Deckschichtharz so auszubilden, daß sich das fertige Teil gut aus der Form losen laßt. Weiter ist es wünschenswert, im fertigen Produkt nicht nur eine hochglanzende und widerstandsfähige Oberflache zu ernalten. Oftmals, insbesondere bei glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) lassen aber die Oberflacheneigenschaften wie das Benetzungsverhalten gegen Fett und/oder Wasser , die Remigbarkeit usw. stark zu wünschen übrig. Wenngleich es zwar prinzipiell möglich ist, die gewünschten Oberflacheneigenschaften durch separate Beschichtungsschritte oder dergl. zu erzielen, scheidet diese Möglichkeit oftmals schon aus Kostengrunden aus.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Losung dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht. Bevorzugte Ausfuhrungsformen finden sich in den Unteranspruchen.
Ein erster wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht also m dem Vorschlag, daß in einem Deckschichtharz wenigstens 1 Gew.-% zumindest teilfluorierter Monomere enthalten ist.
Es wurde gefunden, daß mit der vorgeschlagenen Weise eine
Deckschicht erhalten werden kann, die hervorragende Oberfla- cheneigenschaften wie Antihaftverhalten gegen Wasser und 01 aufweist und dennoch nicht zu einer Delamination oder anderen Beeinträchtigung der Verbindungsstabilitat zwischen Deck- schicht und innen liegenden anderen Harzschichten und dergl. fuhrt.
Zwar war aus einer Veröffentlichung der Fa. Du-Pont zu fluorchemischen Additiven bekannt, daß Fluorchemikalien wirksame Additive in filmbildenden Beschichtungen, Klebstoffen und
Dichtungsmassen darstellen und daß solche Verbindungen einer Beschichtung in geringen Mengen als Additive zugesetzt werden können, um damit die Produkteigenschaften wie Ol/Schmutz- und/oder Wasserabweisung Reinigung und Verkleben zu verbes- sern; die dort vorgeschlagenen Zusatzmengen sollten jedoch mit unter 1 % gering bleiben, da dank der Anreicherung der Fluorverbindungen an der Grenzflache Luft/Substrat schon geringe zusatzmengen ausreichen sollen, eine fluorartige Ober- flache zu schaffen, ohne die Masseeigenschaften dabei negativ zu beinflussen.
Ausgehend davon mußte erwartet werden, daß, wenn auf der Au- ßenseite der gelierenden Deckschicht die erwünschte Fluoroberflache gebildet wird, dies auch auf der Innenseite der Fall sein mußte und damit eine extrem geringe Haftung der Fullharze usw. an der Deckschicht vorliegen sollte, was zu einer starken Lagentrennungs-Neigung fuhren sollte. Es war daher überraschend festzustellen, daß größere Mengen, also jenseits lGew-% an Fluorchemikalien, zumal in der Form von zumindest teilfluorierten Monomeren, die in Deckschichtharze eingebracht werden, zu positiven Eigenschaften fuhren kann, ohne daß insbesondere Delammation auftritt. Die hohen Anteile von z.B. 30Gew-% an fluorierten Monomeren fuhren dazu, daß die positiven Oberflacheneigenschaften in besonderem Maße und besser als mit geringen Zusätzen erhalten werden.
Die Mechanismen, die zu diesem überraschenden Effekt fuhren, sind noch nicht vollständig verstanden. So wird vermutet werden, daß die fluorierten Monomere zwar zunächst an der Zwischenschicht anreichern, aber bei Eingießen des Harzes auf das nur angelierte Deckschichtharz eine Abreicherung der Flu- orverbidungen von der Oberflache weg durch mechanische Ver- wirbelung erfolgt, so daß noch nicht umgesetzte Monomere mit frischem (Füll-) harz umgesetzt werden können. Bevorzugt sind im Deckschichtharz sogar zwischen 1 und 50 Gew.-%, insbesondere zwischen 3 und 30 Gew.-% und vor allem 5 und 20 Gew.-% Monomere vorhanden. Höhere Anteile verbessern die Eigenschaften nicht merklich und fuhren allenfalls zu einer Beeinträchtigung der Eigenschaften des Deckschichtharz- Grundmaterials, da dieses nicht mehr n ausreichender Menge vorliegt; geringere Mengen können dazu fuhren, daß die gewünschten Eigenschaften nicht erhalten werden.
Die Monomere können eine Lange des zumindest teilfluorierten Restes von zumindest 4C-Atome, bevorzugt zumindest 6 C-Atome, insbesondere bevorzugt zumindest 8 C-Atome aufweisen. Diese Langen sind bevorzugt, um sicherzustellen, daß hinreichend viele Fluoratome vorliegen.
Die Monomere können wenigstens eine funktionelle Gruppe umfaßt, die ausgewählt ist unter Acrylaten, Methacrylaten, Carbonsauren, Ammen, Alkoholen und/oder Mercaptanen. Dabei werden die Monomere bevorzugt an das jeweils zu verwendende Harz angepaßt .
Es sit bevorzugt, wenn zumindest wesentliche Teile und vorzugsweise alle Monomere aus einem ganz- oder teilfluorierten Rest sowie nur einer funktionellen Gruppe bestehen.
In einer besonders bevorzugten Form st das Deckschichtharz strukturviskos, d.h. thixotrop und/oder nach Auftragen gelartig. In einem solchen Deckschichtharz ist nach dem ange- lieren der Stofftransport moglicheπweise erschwert, was zunächst eine weitere Anreicherung der Fluorverbindungen an der Innenflache erschwert. Es wird dann aber womöglich durch die bei Eingießen der Fullharze auftretende Scherung eine wieder ansteigende Dunnflussigkeit erzielt. Hierdurch können bereits angereichreterte Fluorverbmdugenn womöglich in die Fullharze gelangen.
Außerdem ist bevorzugt, wenn im Deckschichtharz zumindest der überwiegende Teil vorhandener Losungsmittel durch Reaktivlo- sungsmittel gebildet ist, da diese nicht abdampfen und damit kein Stofftransport an die Oberfläche erfolgt.
Eine Deckschichtharz-Grundsubstanz auf Polyesterbasis er- leichtert das bevorzugte Gelieren und liefert die gewünschte Thixotropie.
Schutz wird auch beansprucht für ein Verfahren zur Herstellung einer Harz-Deckschicht, wobei ein Deckschichtharz mit Mengen von wenigstens 1 Gew.-% zumindest teilfluorierter Monomere versetzt und zur Herstellung der Harz-Deckschicht verwendet wird.
Es sei erwähnt, daß die beschriebenen Harze dank ihrer Viel- zahl an positiven Eigenschaften wie Antihafteigenschaften gegen Wasser und Öl, verbesserte thermische Beständigkeit, und verringerter Oberflächenreibung bei bewegten Medien für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen einsetzbar sind, z.B. für alle Arten von GFK-Materialien, wie Segelflugzeuge, Yach- ten, Surfbretter, Fahrzeugkarossereien, Windkraftanlagen usw. Unter Zumischung mineralischer Zuschlagstoffe kann auch ein Mineralguß aus z.B. hochgefülltem Polyester erhalten werden, der nach der Aushärtung einem keramischen Material gleicht und insbesondere für den Sanitärbereich wie Waschbecken, Ba- dewannen, Duschwannen, Toilettenbecken, Fliesen usw. einsetzbar ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen in nicht beschränkender Weise erläutert. Ausfuhrungsbeispiel 1:
900 g eines Polyester-Gelcoats (z.B. Typ „Norpol NGA" ) werden unter intensivem Rühren mit 100 g eines fluorierten Acrylats (z.B. 3M FX-189 oder Zonyl TM, Zonyl TA-N) innig vermischt. Zu der erhaltenen Mischung wird 2 % Starter (z.B. MEKP) gegeben und auf eine mit Trennmittel versehene Metallform in ca. 500 μm Schichtdicke mit einer konventionellen Lackierpistole aufgetragen. Nachdem der Härtungsprozeß merklich eingesetzt hat, (ca. 20 Minuten) und der Gelcoat sich zu verfestigen beginnt, wird ein Polyester-Füllharz (z.B. Norpol 44M-97) nach Angaben des Herstellers mit Starter angerührt und auf den angeharteten Gelcoat gegossen. Nach 2 h wird entformt und gegebenenfalls mit einem milden Reinigungsmittel die Oberfläche gesäubert.
Der erhaltene Formkörper zeigt wasser- und schmutzabweisende Eigenschaften. Der Kontaktwinkel zu Wasser beträgt ca. 85°. Die Haftung zwischen Gelcoat und Füllharz wird mit Gitter- schnitt/Tapetest (DIN) überprüft und mit 0/0 als hervorragend beurteilt .
Vergleichsbeispiel
1000 g eines Polyester-Gelcoats (z.B. Typ „Norpol NGA" ) werden unter intensivem Rühren mit 2 % Starter (z.B. MEKP) vermischt und auf eine mit Trennmittel versehene Metallform in ca. 500 μm Schichtdicke mit einer konventionellen Lackierpi- stole aufgetragen. Nachdem der Härtungsprozeß merklich eingesetzt hat, (ca. 20 Minuten) und der Gelcoat sich zu verfestigen beginnt, wird ein Polyester-Füllharz (z.B. Norpol 44M-97) nach Angaben des Herstellers mit Starter angerührt und auf den angeharteten Gelcoat gegossen. Nach 2 h wird entformt und gegebenenfalls mit einem milden Reinigungsmittel die Oberflache gesäubert.
Die Haftung zwischen Gelcoat und Fullharz wird mit Gitter- schnitt/Tapetest (DIN) überprüft und ebenfalls mit 0/0 beurteilt. Der erhaltene Formkorper zeigt aber keine wasser- und schmutzabweisende Eigenschaften. Der Kontaktwinkel zu Wasser betragt ca. 65°.
Ausfuhrungsbeispiel 2:
Es wird wie in Ausfuhrungsbeispiel 1 verfahren, nur daß dem Fullharz 40 Masse % anorganischer Füllstoffe in Form von San- den, Tonen und/oder Kieselerde zugegeben werden. Es resultiert ein Formkorper mit erhöhter Harte und Dichte mit wasser- und schmutzabweisendem Verhalten.
Ausfuhrungsbeispiel 3:
900 g Norpol NGA Polyesterharz wird mit 100 g Zonyl TM Flu- oralkylacrylat (DuPont) intensiv vermischt. Anschließend wird dem Gemisch 2 Masse % MEKP (Methylethylketonperoxid) zugegeben und auf eine Metallform in einer Schichtdicke von ca . 500 μm aufgespritzt. Nach ca. 20 Minuten werden mit Polyester- Laminierharz (Synolite 0035-N-l) getränkte Glasfasergewebe auf den Gelcoat auflaminiert . Innerhalb von ca . 3 h ist der Verbund ausgehartet und kann entformt werden. Es resultiert ein GFK-Bauteil mit wasser- und schmutzabweisender Oberflache, bei dem die Gelcoat Schicht nicht mehr von dem GFK abgelost werden kann.
Ausfuhrungsbeispiel 4:
900 g Acrylat-Fußbodenvergußmasse (Fa. Silikal) werden mit 100 g Fluoralkylacrylat (Zonyl TM, Fa. DuPont) innig ver- mischt und nach Herstellervorschrift mit 2 % Harterpulver versetzt. Unter standigem Ruhren wird die Masse in ca 1 mm Schichtdicke auf unmodiflzierte Fußbodenvergußmasse vor der vollständigen Aushärtung des Untergrundes appliziert.
Nach dem Harten ist eine innige Verbindung zwischen dem unmo- difizierten und dem modifizierten Acrylat entstanden und der Vergußfußboden weist wasser- und olabweisende Eigenschaften auf. Der Kontaktwinkel gegen Wasser betragt 92°.
Ausfuhrungsbeispiel 5
Zu 100 g Kauramin-Trankharz 787 (BASF) als Melamm- Formaldehyd-Aminoplastharz werden 66,7 g Zonyl-BA (Fluoroal- kohol) gelost in 20 g Methanol gegeben und intensiv gerührt. Anschlißend wird das Trankharz wie vom Hersteller gefordert weiterverarbeitet, auf Overlaypapier aufgebracht und getrocknet. Dieses getränkte Overlaypapier wird zusammen mit Dekorpapier auf eine Preßspannplatte aufgelegt und bei 180°C unter Druck zu einem Verbundwerkstoff verpreßt. Es resultiert eine innige untereinander vernetzte Melaminharz-Komposit-
Oberflache mit wasser- und schmutzabweisenden Eigenschaften.
Der Kontaktwinkel gegenüber Wasser betragt ca. 89°. Ausfuhrungsbeispiel 6
Es wird wie im Ausfuhrungsbeispiel 5 verfahren, nur daß der Kauramm-Zonyl-Mischung Nanopartikel in Form von Silikaten, T1O2 Zrθ2, und/oder Boehmit, AlOOH, zugegeben werden. Es resultiert gleichfalls eine innig untereinander vernetzte Mela- minharz-Komposit-Oberflache, die aber neben wasser- und schmutzabweisenden Eigenschaften noch eine im Vergleich zum Ausfuhrungsbeispiel 5 wesentlich verbesserte Abriebsbestan- digkeit aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Deckschichtharz, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 1 Gew.-% zumindest teilfluorierter Monomere darin enthalten ist.
2. Deckschichtharz nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 1 und 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 3 und 30 Gew.-% und insbesondere bevor- zugt zwischen 5 und 20 Gew.-% Monomere vorgesehen werden .
3. Deckschichtharz nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, für zumindest wesentliche Anteile der Monomere die Lange des zumindest teilfluorierten Re- stes zumindest 4C-Atome, bevorzugt zumindest 6 C-Atome, insbesondere bevorzugt zumindest 8 C-Atome betragt.
4. Deckschichtharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Monomere wenigstens eine funktionelle Gruppe umfaßt, die ausgewählt ist unter Acrylaten, Methacrylaten, Carbonsauren, Ammen, Alkoholen und/oder Mercaptanen.
5. Deckschichtharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung mit einem Harz auf Polyesterbasis, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Monome- re wenigstens eine funktionelle Gruppe umfaßt, die ausgewählt ist unter Acrylaten und Methacrylaten.
6. Deckschichtharz nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verwendung mit einem Harz auf Epoxidbasis, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Monomere wenig- stens eine funktionelle Gruppe umfaßt, die ausgewählt ist unter Carbonsauren und Ammen.
7. Deckschichtharz nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verwendung mit einem Harz auf Polyurethanbasis, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Monomere wenigstens eine funktionelle Gruppe umfaßt, die ausgewählt ist unter Alkoholen und/oder Mercaptanen.
8. Deckschichtharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest wesentliche Teile und vorzugsweise alle Monomere aus einem ganz- oder teilfluorierten Rest sowie einer funktionellen Gruppe bestehen.
9. Deckschichtharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest wesentliche Teile und vorzugsweise alle Monomere aus einem ganz- oder teilfluorierten Rest sowie einer funktionellen Gruppe bestehen.
10. Deckschichtharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es strukturviskos ist und/oder nach Auftragen gelartig ist.
11. Deckschichtharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der überwiegende Teil vorhandener Losungsmittel durch Reaktivlosungsmit- tel gebildet ist.
12. Deckschichtharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichtharz- Grundsubstanz auf Polyesterbasis gewählt ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Harz-Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckschichtharz mit Mengen von wenigstens 1 Gew.-% zumindest teilfluorierter Monomere versetzt und zur Herstellung der Harz-Deckschicht verwendet wird.
PCT/DE2000/004252 1999-12-01 2000-11-29 Deckschichtharz WO2001040393A1 (de)

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