BESCHICHTUNGSSYSTEM FÜR FURNIERHOLZ AUF BASIS VON POLYURETHAN-DISPERSIONEN, VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG UND SEINE VERWENDUNG.
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles und/oder postformingfähiges Beschichtungssystem für Furnierholz und weitere Beschichtungsmaterialien auf Basis von Polyurethan-Dispersionen, Verfahren zu seiner Herstellung und dessen Verwendung.
Das Postforming-Direktverfahren für melaminbeschichtete Holzwerkstoffplatten ist seit geraumer Zeit Stand der Technik. Weiterentwicklungen des Verfahrens und Innovationen im Werkzeug- und Maschinenbereich ermöglichen heute auch die Herstellun furnierbeschichteter Platten im Postforming-Direktverfahren. Der polykristalline Diamantschneidstoff (PKD) leistet dabei einen wichtigen Beitrag.
Furniere sind aus Vollholz durch unterschiedliche Schneidearten hergestellte Holzschichten mit 0,3 bis 10 mm Dicke. Die dünneren dekorativen Deckfurniere ("Edelfurniere") werden auf dem zu verdeckenden Blindmaterial (Holzwerkstoffe, z.B. Spanplatten oder Hartfaserplatten u.a.) einseitig oder zweiseitig flächig verleimt und vermitteln dadurch den Eindruck von Massivholz. Der Begriff "Furnierholz" kennzeichnet daher Verbundmaterialien aus Furnier und Holzwerkstoffen.
Die Weiterentwicklung des mehrstufigen Postforming-Verfahrens zum Postforming-Direktverfahren führte bei der Homag Maschinenbau AG in
Schopfloch zum Bau von speziell dafür geeigneten Maschinen, die der
Verwendung von Furnier anstelle von gebräuchlichen Laminaten angepasst
sind. Sie gewährleisten unter anderem ein einfacheres Handling der zu bearbeiteten Platten, schnellere und einfachere Produktionsabläufe und den Wegfall einer Zwischenlagerung.
Die Herstellung eines Postformingelements geschieht in einem Arbeitsgang. Die spanende Bearbeitung erfolgt dabei in mehreren Schritten unter Einsatz mehrerer PKD-Werkzeuge. In einem ersten Schritt wird der entsprechende Kantenbereich der Trägerplatte bis auf einen Rest von etwa 3 mm zerspant. Ein PKD-Kombinationswerkzeug mit 250 mm Durchmesser trägt im nächsten Arbeitsgang das verbliebene Material bis auf die Furnierbeschichtung ab und fräst einen Profilradius von unten am Übergang von der Trägerplatte zur Beschichtung vor. Die Bearbeitung muss im Gleichlauf erfolgen, da sonst die Furnierfaser durch das Werkzeug erfasst und das Furnier beschädigt werden kann.
Von besonderer Bedeutung für die spätere Leimaufnahme ist das Ausspitzen des Werkstücks am Übergang von der Trägerplatte zur Beschichtung. Kommt normalerweise ein Werkzeug mit einer Breite von 1 ,75 mm zur Anwendung, so wird bei furnierbeschichteten Elementen ein speziell entwickeltes PKD-Werkzeug mit deutlich reduzierter Werkzeugbreite eingesetzt. Die Bearbeitung erfolgt bei 9000 U/min, wobei die Schnitttiefe in Abhängigkeit vom Profilradius gewählt werden kann. Die Vorschubgeschwindigkeit wird bei allen Operationen generell zwischen 14 und 25 m/min gewählt. Trotz der hohen Flankenbelastung und der damit verbundenen hohen thermischen Beanspruchung der Schneidkanten liegt der Standweg bei 25000 lfm Schnittlänge. Abgeschlossen wird die spanende Bearbeitung durch den Einsatz eines PKD-Abplattwerkzeugs, mit dem die Deckschicht abgefräst wird, sowie mit dem Einsatz eines weiteren Radius- und Profilfräsers zum Fräsen der oberen Profilkante.
In einem abschließenden Kleberauftrags-Teil der Maschine wird im unteren Radiusbereich der bearbeitenden Kante am Übergang zwischen Spanplatte
und Furnier eine Schmelzkleberraupe aufgetragen. Im Gegensatz zu dem ansonsten gebräuchlichen PVAc-Kleber, der bei Furnier wegen des hohen Wasseranteils zu Rissbildung während der Trocknung führt, werden EVA/PO-Schmelzkleber eingesetzt. Durch den Einsatz einer speziell
5 entwickelten Benetzungseinrichtung wird die Furnierfaser vorbehandelt, um eine Verformung ohne Rückkaschierung zu erreichen. Die Verwendung von Schlitzdüsen bei Leimauftrag ermöglicht es, auch schwierige Profilgeometrien zu realisieren. Nach dem Leimauftrag wird das Furnier aktiviert und belüftet. In der sich anschließenden Druckzone wird das o überstehende Furnier verformt und an die profilierte Spanplatte angedrückt. Dabei werden Druckschuhe in Kombination mit Rollen eingesetzt. Ein Nachbearbeitungsteil bildet den Abschluss der "Postforming- Direktmaschine".
5 Nach dem Direktpostformingverfahren werden die furnierbeschichteten Spanplatten also in einer Einspannung im Durchlauf formatiert und postformatiert.
Verfahrensbeschreibung: 0
1. Klebstoffe zum Beschichten des Furniers auf die Spanplatte:
Der zur Flächenverklebung verwendete Klebstoff hat folgende Funktion: a) Der Klebstoff verhindert das Durchdringen der von außen 5 aufgebrachten Feuchtigkeit nach innen. Dadurch wird eine gute
Benetzung des mit der Leimwalze aufgebrachten Schmelzklebers erreicht. b) Der Klebstoff unterstützt den Zusammenhalt von offenporigen Furnieren. 0 - Als Klebstoff wird Harnstoffleim mit max. 20 % PVAC-Zusatz verwendet. Die Leimauftragsmenge beträgt ca. 100 - 120 gτn"2.
Bei der Flächenverpressung muss darauf geachtet werden, dass der Leimdurchschlag (Leim der durch das Furnier auf die Oberfläche durchdringt) möglichst gering ist.
2. Zerspanung der Spanplatte bis zur richtigen Furnierstärke:
Das Furnier wird von unten mit einem Stirnplanfräser um ca. 0, 1 mm auf eine Furnierstärke von ca. 0,6 mm abgeplattet.
Grund:
Abfräsen des Leimdurchschlags Aufrauen des Furniers für bessere Benetzung Reduzierung der Oberflächenspannung durchgehend gleiche Furnierdicke
3. Erreichen des geeigneten Feuchtigkeitsgrades zur Profilierung der Platten und Verformen des Furniers:
a) Beim Profilieren der beschichteten Platten sollte das Furnier eine Feuchtigkeit von ca. 8 % haben, um ein Aussplittern zu vermeiden.
Ein zu hoher Feuchtigkeitsgehalt ist nachteilig, da das Furnier infolge Eigenspannung (d. h. Feuchtigkeitsunterschied Innen-Außenseite) zum "Aufstehen" neigt und beim Fräsen von der Schneide erfasst und danach abgerissen wird. b) Zum Verformen des Furniers wird eine Furnierfeuchtigkeit von ca. - 1 2 % benötigt.
Daraus ergibt sich folgende Vorgehensweise:
Zu a) Hat das Furnier, wenn es zur Maschine kommt, weniger als 8 % Feuchtigkeit, muss dem Furnier die fehlende Feuchtigkeit durch eine
Bedampfungseinheit am Einlauf zugeführt werden, oder es wird in einem Klimaraum gelagert (vorbereitet). Zu b) Die notwendige Feuchtigkeit zur Verformung wird in der Maschine erreicht. Durch ein beheiztes Wasserauftragsbecken mit Auftragswalzen wird das heiße Wasser in das Furnier eingewalzt. Durch eine nachfolgende Heizzone wird die Feuchtigkeitsaufnahme verstärkt. Um eine Feuchtigkeit von 12 % zu erreichen, ist es erforderlich, dass Wasserauftrags- und Heizzone zweimal hintereinander aufgebaut sind.
4. Geometrie des Fertigteilproduktes:
Je geringer der Biegeradius, desto höher ist die Spannung im Furnier.
Bei gut verformbaren Furnieren (z. B. Buche) liegt der kleinste
Biegeradius bei ca. R = 5 mm
Bei schlechteren Furnieren (z. B. Eiche) liegt der kleinste Biegeradius bei ca. R = 6 mm
5. Leimauftrag zur Verklebung des Furnierüberstandes:
Die Verleimung des Furnierüberstandes muss mit Schmelzkleber erfolgen, da bei PVAC-Verleimung durch die Ablüftung des Klebers das Furnier zu trocken wird und es zur Rissbildung kommt. Die Aufbringung des Schmelzklebers auf die Rückseite erfolgt durch eine horizontale Leimauftragswalze.
Für die Flächenverleimung können alle gängigen Soft-Postforming-
Schmelzklebersorten verwendet werden.
Die Einbringung des Schmelzklebers in den Hohlraum erfolgt durch eine Spritzdüse.
Für den Hohlraum haben sich wegen ihrer kurzen Erstarrungszeit bei trotzdem noch vorhandener Flexibilität weiche Polyamid-Sorten bewährt.
Grundsätzlich muss dafür gesorgt werden, dass der Hohlraum am Radiusauslauf zur Spannplatte so klein wie möglich ist. Es muss unbedingt vermieden werden, dass zuviel Kleber in den Hohlraum eingespritzt wird, da dies beim Verformen zum "Aufbürsten" des Furniers führt.
6. Die Verformung des Furniers:
Der kritische Bereich beim Umlegen und Anpressen desTurnierüberstandes ist der untere Radius im Bereich des mit Schmelzkleber gefüllten Hohlraumes. Der untere Radiusbereich muss durchgehend mit Formschuhen gehalten werden, um ein Reißen des Furniers zu verhindern. Die Druckzone ist folgendermaßen aufgebaut.
a) Biegestab und Formrolle zum Vorformen des Furniers und Anheben auf die Formschuhe. b) 6 Schuhe in 15 °, Abstufung 15 - 90 °, zum Umlegen und Anpressen des Furniers. c) Danach folgen seitlich durchweg gerade Rollen mit Abstreifer V2A- Stahl zum seitlichen Anpressen des Furniers auf der Schmalseite. d) Im Bereich des Hohlraums sitzen durchweg Formschuhe, die den Radius 90 ° umschließen. e) Der obere Radius wird mittels Biegestab und Gummiformrollen umgelegt. f) Danach folgen gerade, von oben auf die Einlegetiefe einstellbare, Anpressrollen.
7. Einlegetechnik bei U-Profil.
Um das Furnier in der Deckfläche mit möglichst unsichtbarer Fuge einlegen zu können, wird in der Druckzone mittels einer Säge das Furnier angeritzt und anschließend über Druckrollen eingedrückt. Die Ritzsäge arbeitet dabei im Gleichlauf.
Mit UV-Lacken kann Holz, ähnlich wie mit Wasserlacken, besonders umweltschonend lackiert werden. UV steht für ultraviolett und bezeichnet die Art der Lackhärtung. Die dabei ablaufende chemische Reaktion wird durch energiereiches UV-Licht in Gang gesetzt: Sogenannte Photoinitiatoren nehmen Lichtenergie auf und zerfallen in reaktionsfreudige Spaltprodukte, die eine rasche Kettenreaktion auslösen - der Lackfilm härtet in nur wenigen Sekunden völlig aus. Das Verfahren der UV-Härtung ist in lösemittelhaltigen und in wasserbasierenden Lacksystemen zu finden. Letztere werden zumeist als UV-Spritzlacke angewendet, weil damit die Lösemittelemissionen in der Produktion minimiert werden. Auf ebenen Flächen können per Walze sogar völlig lösemittelfrei UV-Lacke aufgetragen werden. Ein Überblick über Chemie und Technologie der Strahlenhärtung wird in P. G. Garratt, "Strahlenhärtung" (Herausgeber: U. Zorll), Verlag: Curt R. Vincentz, Hannover gegeben.
UV-Lacke zeichnen sich durch extrem widerstandsfähige Filme aus. Unmittelbar nach der Härtung hat die Lackoberfläche bereits ihre Eigenschaften erreicht: Die Bauteile sind sofort verpackungs- oder weiterbearbeitungsfähig. Nahezu alle Produkte erfüllen die VdL-Richtlinie 02 sowie die Möbelnorm nach DIN 68861 (EN 12720). Ihr Einsatz ist ausschließlich für die Serienproduktion bestimmt.
Wie weit die UV-Härtung bereits Standardproduktionsmethode geworden ist, lässt sich anhand zahlreicher Beispiele erläutern. So werden neben Wohn- und Schlafzimmermöbeloberflächen, Tischplatten, Küchenfronten,
Türen und Paneelen auch schon ganze Stühle bzw. Sesselgestelle sowie andere Profile und Korpusteile mit UV-härtenden Lacken im Walz-, Gieß- und Spritzverfahren lackiert und gehärtet, zudem Fertigparkette und Dielenbretter mit solchen hochwiderstandsfähigen Systemen beschichtet.
Konventionelle strahlenhärtende Beschichtungssysteme enthalten häufig Lösemittel und/oder Monomere (Reaktivverdünner). Eine umweltfreundliche Alternative dazu stellen wässerige strahlenhärtende Beschichtungssysteme dar, die sich jedoch im Bereich der industriellen Anwendung (Holzveredelungs- und Möbelindustrie) erst langsam durchsetzen.
Derzeit sind am Markt verschiedene wässrige strahlenhärtende Bindemittelsysteme erhältlich. Sie können prinzipiell in zwei Klassen unterteilt werden, und zwar einerseits in wasserlöslich oder wasserverdünnbar sowie Emulsionen und andererseits in kolloidale Dispersionen. Im Gegensatz zu den konventionellen Systemen lassen sich die wässrigen Systeme nicht unmittelbar nach dem Lackauftrag aushärten. Voraussetzung für raschen Härtungsbeginn ist schnelles und komplettes Abdunsten des Wassers aus dem aufgetragenen Film. Die Abdunstung erfordert Energie, Platz und Zeit. Unmittelbar nach der Wasserabgabe aber kann die Härtung stattfinden.
Trotzdem bieten wässrige strahlenhärtende Beschichtungssysteme eine Reihe von ökologischen, physiologischen und nicht zuletzt anwendungstechnischen Vorteilen:
geringe oder keine Emissionen keine Hautreizung, keine Sensibilisierung, kein Geruch Verringerung der Brand- und Explosionsgefahr - Auftrag mit herkömmlichen Lackauftragsmaschinen
Reinigen der Auftragsmaschinen sowie Entfernen verschütteten Lacks mit Wasser
physikalische Trocknung vor der Aushärtung, d.h. Ausbesserung der
Filme möglich
Viskositätseinstellung mit Wasser und/oder Rheologieadditiven neue Formulierungsmöglichkeiten, d.h. niedriger Filmschrumpf infolge Abwesenheit von Monomeren
Formulierung von Lacksystemen mit niedrigem Festkörper (ohne
Mitanwendung organischer Lösemittel)
Die Oberflächenvergütung des Furnierholzes mit strahlenhärtenden Beschichtungssystemen erfolgt gemäss dem bekannten Stand der Technik erst nach dem Direktpostformingverfahren.
Bei der bisherigen Vorgehensweise erfolgt die Beschichtung des postgeformten Furnierholzes also in zwei getrennten Stufen. In der ersten Stufe wird die postgeformte Kante des Furnierholzes beschichtet. In der zweiten Stufe wird die nicht postgeformte Fläche des Furnierholzes beschichtet. Bei der ersten Stufe kann noch zwischen Walzauftrag und Spritzauftrag unterschieden werden. Diese Vorgehensweise ist im Hinblick auf den geforderten hohen Durchsatz nicht sehr effizient. Die Erzielung eines sauberen und nahezu unsichtbaren Übergangs zwischen der Kanten- und der Flächenbeschichtung stellt zudem höchste Anforderungen an die Beschichtungstechnologie.
Wünschenswert wären (strahlenhärtende) Beschichtungssysteme, die eine flächige Beschichtung des Furnierholzes im Bereich der späteren Flächen und Kanten des Formteiles erlauben und deren Applikation vor dem Direktpostformingverfahren erfolgt. Mit derartigen Systemen könnten die erforderlichen Arbeitsschritte deutlich reduziert und der Gesamtprozess dementsprechend wirtschaftlicher gestaltet werden. Die bisher bekannten strahlenhärtenden Beschichtungssysteme sind jedoch aufgrund ihrer Materialeigenschaften für die anspruchsvollen Verarbeitungsbedingungen des Direktpostformingverfahrens nicht geeignet. Das gilt sowohl für
konventionelle Beschichtungssyteme wie ungesättigte Polyesterharze, Epoxyacrylate, ungesättigte Harze aus N-heterocyclischen Verbindungen, Polyesteracrylate, Urethanacrylate, Siliconacrylate, monomerhaltige gesättigte Harze, ungesättigte Acrylharze, ungesättigte Amine, Thiol-En- Systeme und deren Kombination mit Monomeren als auch für wasserbasierende strahlenhärtende Beschichtungssysteme.
Strahlenhärtende Beschichtungssysteme für Furnierholz, die bereits vor dem Direktpostformingverfahren appliziert werden können, waren bisher nicht bekannt.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein flexibles postformingfähiges Beschichtungssystem zu entwickeln, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern gute anwendungstechnische Eigenschaften besitzt und gleichzeitig unter Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer und physiologischer Aspekte hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines flexiblen und/oder postformingfähigen Beschichtungssystems auf Basis von
Polyurethan-Dispersionen gelöst, welches dadurch erhältlich ist, dass man
a) 25 bis 250 Gew. -Teile einer Polyol-Komponente (A) umfassend a,) 10 bis 100 Gew. -Teile eines ungesättigten polymeren Polyols (A)(i) mit einer oder mehreren radikalisch polymerisierbaren
Doppelbindungen und zwei oder mehreren Hydroxyl-Gruppen und einer Molekularmasse von 200 bis 6 000 Dalton und/oder
10 bis 100 Gew.-Teile eines polymeren Polyols (A)(ii) mit zwei oder mehreren Hydroxyl-Gruppen und einer Molekularmasse von 500 bis 6 000 Dalton,
a2) 2,5 bis 25 Gew. -Teile einer niedermolekularen Polyol- Komponente (A)(iii) mit zwei oder mehreren Hydroxyl-Gruppen und einer Molekularmasse von 50 bis 249 Dalton, a3) 2,5 bis 25 ' Gew. -Teile einer niedermolekularen und anionogenen Polyol-Komponente (A)(iv) mit zwei oder mehreren Hydroxyl-Gruppen und einer oder mehreren inerten
Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppe(n) und einer
Molekularmasse von 100 bis 1000 Dalton,
b) 50 bis 250 Gew. -Teile einer Polyisocyanat-Komponente (B), umfassend mindestens ein Polyisocyanat, Polyisocyanat-Derivat und/oder Polyisocyanat-Homologes mit. zwei oder mehreren aliphatischen und/oder aromatischen Isocyanat-Gruppen,
c) 2 bis 50 Gew. -Teile einer Polyamin-Komponente (C), umfassend c«) 1 bis 25 Gew. -Teile eines tertiären Amins als Neutralisations- Komponente (C)(i) und c2) 1 bis 25 Gew. -Teile eines Polyamins mit zwei oder mehreren primären und/oder sekundären Amino-Gruppen als
Kettenverlängerungs-Komponente (C)(ii),
d) 0 bis 100 Gew.-Teile einer Lösemittel-Komponente (D), umfassend ein inertes organisches Lösemittel und/oder einen copolymerisierbaren Reaktivverdünner mit einer oder mehreren radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen, und
e) 50 bis 1 500, insbesondere 250 bis 1 500 Gew.-Teile Wasser
zu einer lösemittelfreien oder lösemittelarmen Polyurethan-Dispersion umsetzt und diese anschließend durch Zugabe von
f) ggf. 0,5 bis 50 Gew. -Teilen einer Photoinitiator-Komponente (E) und
g) 0,5 bis 500 Gew. -Teilen einer Formulierungs-Komponente (F)
zum Endprodukt (Postforming-Beschichtung) weiterverarbeitet.
Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass durch die Verwendung deserfindungsgemäßen flexiblen und/oder postformingfähigen Beschichtungssystems auf Basis von (strahlenhärtenden) Polyurethan- Dispersionen nicht nur die Herstellung von industriell beschichteten Furnierholz-Formteilen bedeutend vereinfacht werden kann, sondern dass darüber hinaus auch noch im Postformingverfahren durch die Plastifizierung des Furniers bzw. des Beschichtungsmaterials ein Pflastereffekt erzielt werden kann, der in Abhängigkeit von der Verformbarkeit des Furniers kleinere Biegeradien ermöglicht und eine Bedampf ung oder Befeuchtung des Furniers erübrigt. Zudem war nicht vorhersehbar, dass das e rfi nd u n gsgemäße fl exible und/ode r postformingfäh i g e Beschichtungssystem sich auch als Klebstoff für die Verleimung des Furniers bzw. der Beschichtungsmaterialien auf dem Blind- und/oder Trägermaterial eignet.
Das erfindungsgemäße flexible und/oder postformingfähige Beschichtungssystem ist definiert durch sein mehrstufiges Herstellverfahren.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird unter Anwendung der in der Polyurethan-Chemie üblichen Techniken in der Reaktionsstufe a^ ein Premix aus 10 bis 100 Gew.-Teilen eines polymeren Polyols (A)(i) mit einer oder mehreren radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen und/oder 10 bis 100 Gew.-Teilen eines polymeren Polyols (A)(ii), 2,5 bis 25 Gew.-Teilen einer niedermolekularen Polyol-Komponente (AMiii), 2,5 bis 25 Gew.-Teilen einer niedermolekularen und anionogenen Polyol-Komponente (A)(iv) und 0
bis 100 Gew.-Teilen einer Lösemittel-Komponente (D) hergestellt und in der Reaktionsstufe a2) mit 50 bis 250 Gew.-Teilen einer Polyisocyanat- Komponente (B) ggf. stufenweise und ggf. in Gegenwart eines Katalysators zu einem Polyurethan-Prepolymer umgesetzt werden. Die Herstellung des Polyurethan-Prepolymers gemäss Reaktionsstufe a2) erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass die Komponente (B) innerhalb eines Zeitraumes von einigen Minuten bis zu einigen Stunden dem Gemisch aus den Komponenten (A)(i) und/oder (A)(ii), (A)(iii), (A)(iv) und (D) zugesetzt bzw. zudosiert wird und/oder alternativ dazu das Gemisch aus Komponenten (A)(i) und/oder (A)(ii), (A)(iii), (A)(iv), (D) ggf. stufenweise innerhalb eines Zeitraumes von einigen Minuten bis zu einigen Stunden der Komponente (B) zugesetzt bzw. zudosiert wird.
Alternativ dazu können in der Reaktionstufe a,) auch 10 bis 100 Gew.-Teile eines polymeren Polyols (A)(i) mit einer oder mehreren radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen und/oder 10 bis 100 Gew.-Teile eines polymeren Polyols (A)(ii), 2,5 bis 25 Gew.-Teile einer niedermolekularen Polyol-Komponente (A)(iii) und 0 bis 100 Gew.-Teile einer Lösemittel- Komponente (D) mit 50 bis 250 Gew.-Teilen einer Polyisocyanat- Komponente (B) ggf. in Gegenwart eines Katalysators zu einem Polyurethan-Preaddukt umgesetzt werden. Die Herstellung des Polyurethan- Preaddukts gemäss Reaktionsstufe a erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass die Komponente (B) innerhalb eines Zeitraumes von einigen Minuten bis zu einigen Stunden dem Gemisch aus den (A)(i) und/oder (A)(ii), (A)(iii) und (D) zugesetzt bzw. zudosiert wird oder alternativ dazu das Gemisch aus den Komponenten (A)(i) und/oder (A)(ii), (A)(iii), und (D) innerhalb eines Zeitraumes von einigen Minuten bis zu einigen Stunden der Komponente (B) zugesetzt bzw. zudosiert wird. In der nachfolgenden Reaktionssstufe a2) wird das ganz oder teilweise abreagierte Polyurethan- Preaddukt aus Stufe a.,) mit 2,5 bis 25 Gew.-Teilen einer niedermolekularen und anionogenen Polyol-Komponente (A)(iv) zum entsprechenden Polyurethan-Prepolymer umgesetzt. Die Herstellung des Polyurethan-
Prepolymers gemäss Reaktionsstufe a2) erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass die feingemahlene Polyol-Komponente (A)(iv) mit einer mittleren Teilchengröße < 150 μm innerhalb eines Zeitraums von einigen Minuten bis zu einigen Stunden dem Poiyurethan-Preaddukt aus Stufe a^ zugesetzt bzw. zudosiert wird. Das in Reaktionstufe a2) eingesetzte Poiyurethan- Preaddukt aus Reaktionsstufe a.,) kann bei entsprechender Prozessführung bzw. unvollständiger Umsetzung neben Isocyanat-Gruppen und/oder Polyisocyanat-Monomeren ggf. auch noch freie Hydroxyl-Gruppen aufweisen.
Die Durchführung der Reaktionsstufen a.,) und a2) ist im Hinblick auf die Reaktionsbedingungen relativ unkritisch. Der Reaktionsansatz wird in den Reaktionsstufen a^ und a2) unter Ausnutzung der Exothermie der Polyadditions-Reaktion bis zum Erreichen des berechneten bzw. theoretischen NCO-Gehaltes bei 60 bis 120 °C, vorzugsweise bei 80 bis 100 °C, unter Inertgas-Atmosphäre gerührt. Die erforderlichen Reaktions- Zeiten liegen üblicherweise im Bereich von einigen Stunden und werden durch Reaktions-Parameter wie die Reaktivität der Komponenten, die Stöchiometrie der Komponenten und die Temperatur maßgebend beeinflusst.
Die Umsetzung der Komponenten (A), (B) und (D) in den Reaktionsstufe a^ und/oder a2) kann in Gegenwart eines für Polyadditions-Reaktionen an Polyisocyanaten üblichen Katalysators erfolgen. Bei Bedarf erfolgt ein Zusatz dieser Katalysatoren in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-% bezogen auf die Komponenten (A) und (B). Gebräuchliche Katalysatoren für Polyadditions-Reaktionen an Polyisocyanate sind beispielsweise Dibutylzinnoxid, Dibutylzinndilaurat (DBTL), Triethylamin, Zinn(ll)-octoat, 1 ,4-Diaza-bicyclo[2,2,2]octan (DABCO), 1 ,4-Diaza-bicyclo[3,2,0]-5-nonen (DBN), 1 ,5-Diaza-bicyclo[5,4,0]-7-undecen (DBU).
Die Komponente (A)(i) besteht aus mindestens einem ungesättigten polymeren Polyol mit einer oder mehreren radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen und zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 200 bis 6 000 Dalton, vorzugsweise 250 bis 6000 Dalton. Als geeignete polymere Polyole (A)(i) können ungesättigte Polyester-Polyole und andere Verbindungen eingesetzt werden. Geeignete ungesättigte Polyester-Polyole sind beispielsweise Kondensationsprodukte auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Alkoholen, insbesondere Polyolen wie Ethylenglykol und/oder 1 ,2(1 ,3)-Propylenglykol und/oder 1 ,4-Butylenglykol und/oder Diethylenglykol und/oder Dipropylengiykoi und/ Neopentylglykol und/oder Glycerol und/oder Trimethylolpropan, Epoxiden, gesättigten aliphatischen oder aromatischen Carbonsäuren und deren Derivaten (Anhydride, Ester) wie Glutarsäure und/oder Adipinsäure und/oder Phthalsäure und/oder Isophthalsäure und/oder Terephthalsäure, ungesättigten aliphatischen oder aromatischen Carbonsäuren wie Maleinsäure(anhydrid), Fumarsäure, Itaconsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure. Bevorzugt werden lineare bzw. difunktionelle aliphatische und/oder aromatische Polyester-Polyole mit einem Gehalt an radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen von 100 bis 1000 meq ( 100 g)"1 und mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 200 bis 3000 Dalton eingesetzt.
Ebenfalls geeignete Verbindungen sind beispielsweise Umsetzungsprodukte aus Epoxiden und (Meth)acrylsäure wie Bisphenol A-glycerolat Diacrylat, sowie Umsetzungsprodukte aus Hydroxyalkyl(meth)acrylaten, Polyisocyanaten und Verbindungen mit drei gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Gruppen. Bevorzugt werden Verbindungen mit einem Gehalt an radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen von 100 bis 1000 meq- (100 g)"1 und mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 500 bis 3000 Dalton eingesetzt. Prinzipiell können auch mit radikalisch polmerisierbaren Gruppen modifizierte Polyalkylenglykole, Polycaprolactone,
Polycarbonate, αr,£<;-Polymethacrylatdiole, a,ω- Dihydroxyalkylpolydimethyl- siloxane, Makromonomere, Telechele oder Gemische daraus eingesetzt werden.
Die Komponente (A)(ii) besteht aus mindestens einem polymeren Polyol mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl- Gruppen und einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 500 bis 6000 Dalton. Als geeignete polymere Polyole (A)(ii) können polymere Polyole wie Polyalkylenglykole, aliphatische und/oder aromatische Po lyester, Polycaprolactone, Polycarbonate, Al kyd h arze, Umsetzungsprodukte aus polyfunktionellen Epoxidharzen und ungesättigten Fettsäuren, σ,α>-Polymethacrylatdiole, α,ω-Dihydroxyalkylpolydimethyl- siloxane, Makromonomere, Telechele oder Gemische daraus eingesetzt werden . Geeignete Polyalkylenglykole sind beispielsweise Polypropylenglykole, Polytetramethylenglykole bzw. Polytetrahydrofurane, Umsetzungsprodukte aus monofunktionellen Polyalkylenglykolen, Polyisocyanaten und Verbindungen mit drei gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Gruppen sowie hydrophobierte Blockcopolymere, hydrophobe" Blockcopolymere und hydrophobierte statistische Copolymere auf Basis von Polyalkylenglykolen. Bevorzugt werden lineare bzw. difunktionelle Polypropylenglykole mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 1000 bis 3000 Dalton eingesetzt.
Geeignete aliphatische und/oder aromatische Polyester sind beispielsweise Kondensationsprodukte auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Alkoholen, insbesondere Polyolen wie Ethylenglykol und/oder 1 ,2(1 ,3)- Propylenglykol und/oder 1 ,4-Butylenglykol und/oder Diethylenglykol und/oder Dipropylengiykoi und/oder 1 ,6-Hexamethylenglykol und/oder Neopentylglykol und/oder Glycerol und/oder Trimethyloipropan sowie aliphatischen und/oder aromatischen Carbonsäuren und deren Derivaten (Anhydride, Ester) wie Glutarsäure und/oder Adipinsäure und/oder Phthalsäure und/oder Isophthalsäure und/oder Terephthalsäure und/oder 5-
Sulfoisophthalsäure(dimethylester)-Natrium. Bevorzugt werden lineare bzw. difunktionelle aliphatische und/oder aromatische Polyester-Polyole mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 1000 bis 3000 Dalton eingesetzt.
Polycaprolactone auf Basis von e-Caprolacton, Polycarbonate auf Basis von Dialkylcarbonaten und Glykolen und Kombinationen daraus gehören ebenfalls zur Gruppe der Polyester. Bevorzugt werden lineare bzw. difunktionelle Typen mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 1000 bis 3000 Dalton eingesetzt.
Als α,ω-Polymethacrylatdiole (z.B. TEGO® Diol BD 1000, TEGO® Diol MD 1000 N, TEGO® Diol MD 1000 X, Fa. Tego Chemie Service GmbH) und α,ü/-Dihydroxyalkylpolydimethyisiloxane werden bevorzugt lineare bzw. difunktionelle Typen mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 500 bis 3000 Dalton eingesetzt.
Die Komponente (A)(iii) besteht aus mindestens einem niedermolekularen Polyol mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und einer mittleren Molekularmasse von 50 bis 249 Dalton. Als geeignete niedermolekulare Polyole können beispielsweise Ethylenglykol, 1 ,2( 1 ,3)-Propylenglykol, 1 ,4-Butylenglykol, 1 ,6- Hexamethylenglykol, 2-Methyl-1 ,3-propandiol, Neopentylglykol, Cyclohexandimethanol, Glycerol, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Gemische davon eingesetzt werden.
Die Komponente (A)(iv) besteht aus mindestens einem niedermolekularen und anionogenen Polyol mit einer Molekularmasse von 100 bis 1000 Dalton sowie zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und einer oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten inerten Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppen, die in Gegenwart von Basen ganz oder teilweise in Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen
überführt werden können. Die Komponente (A)(iv) kann auch bereits in Form ihrer Salze mit Basen eingesetzt werden. Als niedermolekulare und anionisch modifizierbare Polyole können beispielsweise 2-Hydroxymethyl-3- hydroxypropansäure bzw. Dimethylolessigsäure, 2-Hydroxymethyl-2- methyl-3-hydroxypropansäure bzw. Dimethylolpropionsäure, 2- Hydroxymethyl-2-ethyl-3-hydroxypropansäurebzw.Dimethylolbuttersäure, 2 - H y d r o xy m eth y l - 2- p ro p y l - 3 - h y d r o x y p ro p a n s ä u re b z w . Dimethylolvaleriansäure, Citronensäure, Weinsäure, [Trfs-(hydroxymethyl)- methyl]-3-aminopropansulfonsäure (TAPS, Fa. Raschig GmbH), Building Blocks auf Basis von 1 ,3-Propansulton (Fa. Raschig GmbH) und/oder 3- Mercaptopropansulfonsäure, Natrium-Salz (MPS, Fa. Raschig GmbH) eingesetzt werden. Diese Building Blocks können ggf. auch Amino-Gruppen anstelle von Hydroxyl-Gruppen aufweisen. Bevorzugt werden Bishydroxyalkancarbonsäuren mit einer Molekularmasse von 100 bis 200 Dalton eingesetzt und insbesondere 2-Hydroxymethyl-2-methyl-3- hydroxypropansäure bzw. Dimethylolpropionsäure (Handelsname DMPA® der Fa. Trimet Technical Products, Inc.).
Die Polyisocyanat-Komponente (B) besteht aus mindestens einem Polyisocyanat, Polyisocyanat-Derivat oder Polyisocyanat-Homologen mit zwei oder mehreren aliphatischen und/oder aromatischen Isocyanat-
Gruppen. Geeignet sind insbesondere die in der Polyurethan-Chemie hinreichend bekannten Polyisocyanate oder Kombinationen daraus. Als geeignete aliphatische Polyisocyanate können bspw. 1 ,6-Diisocyanato- hexan (HDI), 1 -lsocyanato-5-isocyanatomethyl-3,3,5-trimethyl-cyclohexan bzw. Isophorondiisocyanat (IPDI), Bis-(4-isocyanatocyclo-hexyl)-methan
(H12MDI), 1 ,3-Bis-(1 -isocyanato-1-methyl-ethyl)-benzol (m-TMXDI) bzw. technische Isomeren-Gemische der einzelnen aliphatischen Polyisocyanate eingesetzt werden. Als geeignete aromatische Polyisocyanate können beispielsweise 2,4-Diisocyanatoluol bzw. Toluoldiisocyanat (TDI), Bis-(4- isocyanatophenyD-methan (MDl) und ggf. dessen höhere Homologe
(Polymeric MDl) bzw. technische Isomeren-Gemische der einzelnen
aromatischen Polyisocyanate eingesetzt werden. Weiterhin sind auch die sogenannten "Lackpolyisocyanate" auf Basis von Bis-(4-isocyanatocyclo- hexyl)-methan (H12MDI), 1 ,6-Diisocyanatohexan (HDI), 1 -lsocyanato-5- isocyanatomethyl-3, 3, 5-trimethyl-cyclohexan(lPDI) grundsätzlichgeeignet. Der Begriff "Lackpolyisocyanate" kennzeichnet Allophanat-, Biuret-, Carbodiimid-, Isocyanurat-, Uretdion-, Urethan-Gruppen aufweisende Derivate dieser Diisocyanate, bei denen der Rest-Gehalt an monomeren Diisocyanaten dem Stand der Technik entsprechend auf ein Minimum reduziert wurde. Daneben können auch noch modifizierte Polyisocyanate eingesetzt werden, die beispielsweise durch hydrophile Modifizierung von "Lackpolyisocyanaten" auf Basis von 1 ,6-Diisocyanatohexan (HDI) zugänglich sind. Die aliphatischen Polyisocyanate sind gegenüber den aromatischen Polyisocyanaten zu bevorzugen. Weiterhin werden Polyisocyanate mit Isocyanat-Gruppen unterschiedlicher Reaktivität bevorzugt. Vorzugsweise werden Polyisocyanate mit Isocyanat-Gruppen unterschiedlicher Reaktivität eingesetzt, um engere Molekular-Massen- Verteilungen mit geringerer Uneinheitlichkeit zu erhalten. Dementsprechend werden Polyurethan-Prepolymere mit linearer Struktur bevorzugt, die sich aus difunktionellen Polyol- und Polyisocyanat-Komponenten zusammensetzen.
Das NCO/OH-Equivalentverhältnis der Komponenten (A) und (B) wird vorzugsweise auf einen Wert von 1 ,25 bis 2,5, besonders bevorzugt 1 ,4 bis 2,0 eingestellt.
Die Lösemittel-Komponente (D) besteht aus mindestens einem inerten organischen Lösemittel und/oder mindestens einem Reaktivverdünner mit einer oder mehreren radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen. Als geeignete organische Lösemittel können beispielsweise niedrigsiedende Lösemittel wie Aceton und Methylethylketon und/oder hochsiedende Lösemittel wie N-Methylpyrrolidon und Dipropylenglykoldimethylether (Proglyde DMMS) eingesetzt werden. Nach der Herstellung können die
niedrigsiedenden organischen Lösemittel ggf. durch Redestillation wieder entfernt werden. Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Polyurethan-Dispersion weniger als 10 Gew.-% an organischen Lösemitteln.
Als geeignete Reaktivverdünner können beispielsweise monofunktionelle Monomeren wie(Meth)acrylsäurebutylester,(Meth)acrylsäureisobutylester, (Meth)acrylsäure-tert.-butylester, (Meth)acrylsäurehexylester, (Meth)acrylsäurecyclohexylester, (Meth)acrylsäureoctylester, (Meth)acrylsäure-(2-ethylhexylester), ( Meth) acrylsäure- (3,3, 5- trimethylhexylester), (Meth)acrylsäuredecylester, (Meth)acrylsäuredodecylester, (Meth)acrylsäureisododecylester, (Meth)acrylsäureoctadecylester, (Meth)acrylsäure-(2-hydroxyethylester), (Meth)acrylsäure-(hydroxypropylester) (Isomere n-Gemisch), (Meth)acrylsäurebenzylester, (Meth)acrylsäurephenoxyethylester (Meth)acrylsäureisobornylester, (Meth)acrylsäuretetrahydrofurfurylester, (Meth)acrylsäuredicyclopentylester, (Meth)acrylsäureester mit einer radikalisch polymerisierbaren Doppelbindung auf Basis von Methoxypolyethylenglykol, bifunktionelle Monomeren wie 1,6- Hexandioldiacrylat, Dipropylenglykoldiacrylat, Tripropylenglykoldiacrylat, Triethylenglykoldiacrylat, Tetraethylenglykoldiacrylat, Polyethylenglykol (200 und 400) diacrylat, ethoxyliertes und propoxyliertes Neopentylglykoldiacrylat, polyfunktionelle Monomere wie Trimethylolpropantriacrylat, ethoxyliertes und propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Ditrimethylolpropantetraacry lat, propoxyliertes Glycerintriuacrylat,Tris-(2-hydroxyethyl)-isocyanurattriacrylat,alkoxylierte Tetraacrylate und hoch alkoxylierte Tetraacrylate sowie weitere (Meth)acrylsäureester mit zwei oder mehreren radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen auf Basis von niedermolekularen und/oder hochmolekularen polymeren Polyolen oder Gemische davon eingesetzt werden.
Die Viskosität der Polyurethan-Prepolymere ist relativ niedrig und weitgehend unabhängig von der Struktur der verwendeten Polyol- und Polyisocyanat-Komponenten. Ein Zusatz von Lösemitteln zur Viskositätsverminderung oder zur Verbesserung der Dispergier- Eigenschaften der Polyurethan-Prepolymere ist daher - wenn überhaupt - meist nur in geringem Umfang erforderlich.
Die Aufarbeitung des Polyurethan-Prepolymers mit 2 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-Teilen, der Polyamin-Komponente (C) erfolgt in den Reaktionsstufen a3) und a4).
Das Polyurethan-Prepolymer aus Reaktionsstufe a2) wird in der Reaktionsstufe a3) vor und/oder während der Dispergierung in 50 bis 1 500 Gew.-Teilen Wasser, vorzugsweise 250 bis 1 500 Gew.-Teilen Wasser, mit 1 bis 25 Gew.-Teilen, vorzugsweise 2,5 bis 25 Gew.-Teilen, einer Neutralisations-Komponente (C)(i) zur vollständigen oder teilweisen Neutralisation der Carbonsäure-und/oder Sulfonsäure-Gruppen umgesetzt (direkte oder indirekte Neutralisation). Im Falle einer direkten Neutralisation wird die Neutralisations-Komponente (C)(i) bereits vor der Dispergierung in Wasser in das Polyurethan-Prepolymer eingebracht, im Falle einer indirekten Neutralisation wird die Neutralisations-Komponente (C)(i) vor der Dispergierung im Wasser vorgelegt. Bei Bedarf kann auch eine Kombination aus direkter und indirekter Neutralisation angewendet werden.
Bei der Dispergierung wird das Polyurethan-Prepolymer in das Dispergier- Medium überführt und bildet dabei eine Polyurethan-Prepolymer-Dispersion aus. Das neutralisierte Polyurethan-Prepolymer bildet dabei Micellen, die an der Oberfläche stabilisierende Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen und im Inneren reaktive Isocyanat-Gruppen aufweisen. Alle kationischen Gegen- Ionen zu den anionischen Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen sind im Dispergier-Medium gelöst. Die Begriffe "Dispergierung" bzw. "Dispersion" beinhalten, dass neben dispergierten Komponenten mit micellarer Struktur
auch solvatisierte und/oder suspendierte Komponenten enthalten sein können. Für die Überführung des Polyurethan-Prepolymers in die wässrige Phase kann entweder das Polyurethan-Prepolymer in das Dispergier- Medium oder das Dispergier-Medium in das Polyurethan-Prepolymer (Invers- Verfahren) eingerührt werden.
Der Härtegrad des verwendeten Wassers ist für das Verfahren unerheblich, die Verwendung von destilliertem oder entsalztem Wasser ist daher nicht erforderlich. Hohe Härtegrade bewirken eine weitere Verringerung der Wasseraufnahme der Polyurethan-Dispersionen, ohne deren Material- Eigenschaften negativ zu beeinflussen.
Die Reaktions-Stufe a3) wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 40 bis 60 °C, insbesondere bei ca. 50 °C, durchgeführt.
Die Neutralisations-Komponente (C)(i) besteht aus einer oder mehreren
Basen, die zur vollständigen oder teilweisen Neutralisation der Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppen dienen. Sofern die Komponente (B)(i) bereits in Form ihrer Salze vorliegt, kann auf die Neutralisations- Komponente (D) verzichtet werden. Als geeignete Basen können beispielsweise tertiäre Amine wie N,N-Dimethylethanolamin, N- Methyldiethanolamin, Triethanolamin, N,N-Dimethylisopropanolamin, N- Methyldiisopropanolamin, Triisopropylamin, N-Methylmorpholin, N- Ethylmorpholin, Triethylamin, Ammoniak oder Alkalihydroxide wie Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Gemische davon eingesetzt werden. Bevorzugt werden tertiäre Amine und insbesondere Triethylamin eingesetzt.
Die Neutralisations-Komponente (C)(i) wird in einer solchen Menge zugegeben, dass der Neutralisations-Grad bezogen auf die freien Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppen des Polyurethan-Prepolymers vorzugsweise bei 50 bis 100 Equivalent-%, besonders bevorzugt bei 80 bis 90
Equivalent-%, liegt. Bei der Neutralisation werden aus den Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppen Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen gebildet, die zur anionischen Modifizierung bzw. Stabilisierung der Polyurethan-Dispersion dienen.
Das neutralisierte und dispergierte Polyurethan-Prepolymer (Polyurethan- Prepolymer-Dispersion) aus Reaktonsstufe a3) wird in der anschließenden Reaktionsstufe a4) mit 1 bis 25 Gew.-Teilen, vorzugsweise 2,5 bis 25 Gew.-Teilen, einer Kettenverlängerungs-Komponente (C)(ii) umgesetzt.
Die Kettenverlängerungs-Komponente (C)(ii) besteht aus mindestens einem Polyamin mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven primären und/oder sekundären Amino-Gruppen. Als geeignete Polyamine können beispielsweise Adipinsäuredihydrazid, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin , Pentaethylenhexamin, Dipropylentriamin, Hexamethylendiamin, Hydrazin, Isophorondiamin, N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethanol, Addukte aus Salzen der 2-Acrylamido-2-methylpropan-1 -sulfonsäure (AMPSS) und Ethylendiamin, Addukte aus Salzen der (Meth)acrylsäure und Ethylendiamin, Addukte aus 1 ,3-Propansulfon und Ethylendiamin oder beliebige Kombination dieser Polyamine. Bevorzugt werden difunktionelle primäre Amine und insbesondere Ethylendiamin eingesetzt.
Die Kettenverlängerungs-Komponente (C)(ii) wird in einer solchen Menge zugegeben, dass der Kettenverlängerungs-Grad bezogen auf die freien Isocyanat-Gruppen des Polyurethan-Prepolymers bei 50 bis 100 Equivalent- %, vorzugsweise bei 70 bis 80 Equivalent-%, liegt. Die Kettenverlängerungs-Komponente (C)(ii) kann in vorab entnommenen Anteilen des Wassers im Gewichtsverhältnis 1 :1 bis 1 : 10 verdünnt werden, um die zusätzliche Exothermie durch die Hydratisierung der Amine zurückzudrängen.
Die Kettenverlängerung der Polyurethan-Prepolymer-Dispersion führt zum Aufbau der Molekularmasse innerhalb der Micellen und zur Bildung einer Polyurethan-Polyharnstoff-Dispersion hoher Molekularmasse. Die Kettenverlängerungs-Komponente (C)(ii) reagiert dabei mit reaktiven Isocyanat-Gruppen wesentlich rascher als Wasser. Im Anschluss an die Reaktions-Stufe a4) werden evtl. noch vorhandene freie Isocyanat-Gruppen mit Wasser vollständig kettenverlängert.
Der Gehalt an radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen im Polyurethan-Polymer aus den Komponenten (A) bis (C) bzw. (A) bis (D) bei
Anwesenheit eines Reaktivverdünners wird vorzugsweise auf 0 bis 100 rneq d 00 g)"1, besonders bevorzugt auf 30 bis 50 meq (100 g)"1 eingestellt.
Der Gehalt an Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen im Polyurethan- Polymer aus den Komponenten (A) bis (C) bzw. (A) bis (D) bei Anwesenheit eines Reaktivverdünners wird vorzugsweise auf 10 bis 50 rneq d 00 g)"\ besonders bevorzugt auf 15 bis 45 meq (100 g)"\ und die Säurezahl vorzugsweise auf 5 bis 25 meq KOH g"1, besonders bevorzugt auf 7,5 bis 22,5 meq KOH g"1, eingestellt.
Die mittleren Partikelgrössen der Polyurethan-Dispersion aus den Komponenten (A) bis (D) betragen vorzugsweise 50 bis 500 nm, besonders bevorzugt 100 bis 400 nm.
Die mittleren Molekularmassen (Zahlenmittel) der Polyurethan-Dispersion aus den Komponenten (A) bis (D) betragen vorzugsweise 50 000 bis 50 0000 Dalton.
Die lösemittelarme oder lösemittelfreie Polyurethan-Dispersion aus Reaktionsstufe a4) wird in der Stufe a5) mit ggf. 0,5 bis 50 Gew.-Teilen einer Photoinitiator- Komponente (E) und 0,5 bis 500 Gew.-Teilen einer
Formulierungs-Komponente (F) in beliebiger Reihenfolge formuliert. Die
Bestandteile der Komponenten (E) und (F) werden dazu gleichzeitig oder sequentiell in die Polyurethan-Dispersion eingebracht. Alternativ dazu können bereits in den Reaktionsstufen a3) und/oder a4) die Bestandteile der Komponenten (E) und/oder (F) ganz oder teilweise zugegeben werden. Die zur UV-induzierten radikalischen Polymerisation benötigte Photoinitiator- Komponente (F) ist nur dann erforderlich, wenn in der Polyurethan- Dispersion aus den Komponenten (A) bis (D) die Komponente (A)(i) enthalten ist und/oder die Komponente (D) einen Reaktivverdünner enthält.
Als geeignete Photoinitiatoren können Verbindungen eingesetzt werden, bei denen die Radikalbildung durch eine homolytische Spaltung (intramolekulare Spaltung) oder durch eine intermolekulare Wasserstoff abstraktion hervorgerufen wird. Geeignete Photoinitiatoren sind beispielsweise α-Spalter wie Benzoinether, Benzilketale, σ,σ-Dialkoxy- acetophenone, σ-Hydroxyalkylphenone bzw. σ-Hydroxyalkylarylketone, a- Aminoalkylphenone, Acylphosphinoxide, Phosphinoxidketale und Wasserstoffabstraktoren (H-Abstraktoren) wie Benzil, Benzophenon und substituierte Benzophenone, Thioxanthone oder Gemische daraus.
Bevorzugt werden σ-Spalter wie Benzoinisopropylether, Benzoinbutylether, Benzildimethylketal, σ,αr-Diethoxyacetophenon, σ-Hydroxy-σ-methyl- propiophenon (HMEPK), α-Hydroxy-4-(2-hydroxyethoxy)-or-methyl- propiophenon (HMEPK-EO), 2-Hydroxy-2-methyl-1 -phenylpropan-1-on, (1 - Hydroxycyclohexyl)-phenylketon(HCPK),Poly[2-hydroxy-2-methyl-1-[4-(1 - methylvinyl)phenyl]propan-1 -on], 2-Methyl-1 -[4(methylthio)phenyl]-2- morpholin-propan-2-on (MMMP), 2-Benzyl-2-dimethylamino-1 -(4- morpholinphenyl)-butan-1 -on (BDMP), Diphenyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)- phosphinoxid (MAPO), Phenylpropoxy-(2,4,6-trimethylbenzoyl)- phosphinoxid (MAPO-L), Phenyl-bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphinoxid (BAPO), Bis(2,6-dimethoxybenzoyl)-2,4,4-trimethylpentylphosphinoxid in Kombination mit tf-Hydroxyacetophenon und Wasserstoffabstraktoren (H- Abstraktoren) wie Benzil, Benzophenon (BP), 3-Benzophenonylacrylat
(BPA), 2,4,6-Trimethylbenzophenon, 4-Methylbenzophenon, 3,3-Dimethyl- 4-methoxybenzophenon, 4-Phenylbenzophenon, 4,4'-Bis(dimethylamino)- benzophenon (Michlersketon) , Mischungen aus 2- und 4- Chlorthioxanthonen, Mischungen aus 2- und 4-lsopropylthioxanthonen, 2,4-Dimethylthioxanthon oder Gemische davon eingesetzt.
Photoinitiatoren bilden die Grundvoraussetzung für die Aushärtung von UV- strahlenhärtenden Lacken. Da die Energiedichte der UV-Strahlen nicht ausreicht, die für die Polymerisation notwendige Aktivierungsenergie einzubringen, muss der Umweg über den Einsatz von Photoinitiatoren bzw. Photosensibilisatoren gehen. Die Auswahl der Photoinitiatoren ist sehr kritisch. Sie sind mitverantwortlich für die Reaktivität des Systems sowie für wesentliche Eigenschaften des ausgehärteten Filmes. Die Einflüsse und Wechselwirkungen, die von Photoinitiatoren bzw. Photosensibilisatoren ausgehen sind vielschichtig und wurden oft in der Fachliteratur beschrieben.—
Die Photoinitiierung von radikalischen Polymerisationsprozessen lässt sich in drei Stufen unterteilen:
a) Bildung des chemisch angeregten Zustandes des Initiatormoleküls durch direkte Lichtabsorption bzw. durch Energieübertragung von einem photochemisch angeregten Photosensibilisator. b) Bildung der Startradikale aus dem angeregten Zustand, entweder durch Photodefragmentierung oder durch Wasserstoffabstraktion von einem Wasserstoff-Donator. c) Kettenstart durch Reaktion des Startradikals mit dem reaktiven Bindemittel-System, bestehend aus Monomeren, Oligomeren, Prepolymeren, Polymeren.
Prinzipiell sollen die Absorptionsbanden des Initiators möglichst gut mit den Hauptemissionsbanden der UV-Lampen übereinstimmen. Entscheidend ist
die Größe des Extinktionskoeffizienten des Photoinitiators bei diesen Wellenlängen. Zu hohe Extinktionskoeffizienten bewirken, dass das Licht praktisch schon an der Oberfläche absorbiert wird. Dadurch kommt es zwar zu einer günstigeren Oberflächentrocknung des Lackes, aber auch zu mangelhafter Durchhärtung, was sich z.B. in starker Runzelbildung äußert. Bei pigmentierten Systemen wiederum sollte der Extinktionskoeffizient des Photoinitiators möglichst groß sein, damit er auch in Gegenwart der Pigmente absorbieren kann.
Als geeignete UV-Strahlungsquellen können beispielsweise Quecksilberhochdruckstrahler bzw. Quecksilbermitteldruckstrahler, ozonfreie Strahler, dotierte Quecksilberlampen, mikrowellenangeregte UV- Strahler (H-Lampen, D-Lampen, V-Lampen), superaktinische Leuchtstofflampen (TL-03- und TL-05-Leuchtstofflampen) sowie UV- Blitzlampen eingesetzt werden, die eine Lampenleistung bis zu 275 W em"1, vorzugsweise 80 bis 120 W em"1, aufweisen.
Als geeignete Formulierungs-Kompönente (F) können Entschäumer, Entlüfter, Gleit- und Verlaufadditive, strahlenhärtende Additive, Dispergieradditive, Substratnetzadditive, Hydrophobierungsmittel, Rheologieadditive wie Polyurethan-Verdicker, Koaleszenzhilfsmittel, Mattierungsmittel sowie ggf. Füllstoffe, Pigmente und weitere Additive in geeigneter Kombination oder Gemische davon eingesetzt werden.
Der Festkörper-Gehalt des postformingfähigen Beschichtungssystems aus den Komponenten (A) bis (F) wird vorzugsweise auf 10 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt auf 20 bis 70 Gew.-% und am meisten bevorzugt auf 30 bis 60 Gew.-%, eingestellt.
Der Lösemittel-Gehalt des postformingfähigen Beschichtungssystems aus den Komponenten (A) bis (F) wird vorzugsweise auf 0 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt auf 0 bis 5 Gew.-% eingestellt.
Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne Weiteres möglich, die lösemittelfreie oder lösemittelarme Polyurethan-Dispersion aus Stufe a5) mit weiteren wässrigen Polymerdispersionen oder anderen Polymeren in der nachfolgenden Stufe a6) zu kombinieren.
Das erfindungsgemäße Beschichtungssystem eignet sich hervorragend für den Systemaufbau aus Grund- und/oder Deckbeschichtung(en) für Furnierholz und weitere Beschichtungsmaterialien, wobei eine oder mehrere Polyurethan-Dispersion(en) auf Basis der Komponenten (A) bis (D) sowie ggf. weitere Polymere und/oder Reaktivharze bevorzugt als Bindemittel eingesetzt werden.
Als weitere Beschichtungsmaterialien sind gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere Papiere und/oder Kartonagen und/oder Kunststoff- Folien und/oder Metall-Folien anzusehen.
Die als Bindemittel verwendeten Polyurethan-Dispersionen auf Basis der Komponenten (A) bis (D) sind bei physikalischer Trocknung vorzugsweise zur Filmbildung befähigt.
Die Applikation auf Furnierholz und weitere Beschichtungsmaterialien als Grund- und/oder Deckbeschichtung erfolgt in einer oder mehreren Schichten in einer Menge von vorzugsweise insgesamt 1 bis 1000 g m"2 der zu beschichtenden Fläche und pro Arbeitsgang mit einer Trockenschichtdicke von vorzugsweise insgesamt 5 bis 500 μm mit den aus der Lacktechnologie bekannten Methoden, wie z.B. Fluten, Gießen, Rakeln, Spritzen, Streichen, Tauchen, Walzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Applikation des erfindungsgemäßen Beschichtungssystems in folgenden Schritten:
In Stufe b^ werden die Furniere und weitere Beschichtungsmaterialien auf einem ggf. profilierten Blind- und/oder Trägermaterial mit geeigneten Leimen verklebt.
In Stufe b2) wird das vorgefertigte Werkstück aus Stufe b^ einem Schliff und einer Entstaubung unterzogen sowie ggf. durch Applikation von Entharzungsmitteln und/oder Aufhellungsmitteln und/oder Färbe- und Beizmitteln und/oder Porenfüllern und forcierte Trocknung vorbehandelt. Die Applikation der Vorbehandlungsmittel kann dabei automatisch oder manuell erfolgen und ggf. eine Nachbearbeitung implizieren.
Anschließend wird die Polyurethan-Dispersion aus Stufe a4), a5) oder a6) in der Stufe b3) ggf. in Kombination mit weiteren Polymeren und/oder Reaktivharzen in einer oder mehreren Schichten als Grund- und/oder Deckbeschichtung ggf. pigmentiert auf das ggf. vorbehandelte Werkstück aus Stufe b,) durch Gieß-, Spritz- oder Walzauftrag appliziert, forciert getrocknet, ggf. mittels UV-induzierter radikalischer Polymerisation ausgehärtet und ggf. einem Schliff und einer Entstaubüng (Zwischenschliff) unterzogen, wobei diese Verfahrensschritte ggf. wiederholt und in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können.
Die forcierte Trocknung kann bei Temperaturen von z.B. 30 bis 150 °C durchgeführt werden.
Das auf Furnierholz bzw. weitere Beschichtungsmaterialien applizierte und ausgehärtete Beschichtungssystem aus Stufe b3) wird daraufhin in Stufe b4) einem Postforming-Direktverfahren oder einem Postforming- Normalverfahren unterzogen. Die Verfahrensparameter des Postformingverfahrens bzw. der Postformingmaschine sind abhängig vom Typ des Werkstücks und der Geometrie des herzustellenden Formteiles und können daher nicht verallgemeinert werden.
ln Abhängigkeit von der Verformbarkeit der zu bearbeiteten Furniere bzw. Beschichtungsmaterialien sind beim Postformingverfahren Biegeradien von 1 bis 100 mm, vorzugsweise 5 bis 6 mm, herstellbar.
Aus der Verwendung des erfindungsgemäßen flexiblen und/oder postformingfähigen Beschichtungssystems im Rahmen des Postformingverfahrens (PV) ergeben sich folgende anwendungs- und verfahrenstechnischen Vorteile:
- P l a sti f i z i e r u n g d e r b e a rb e itete n F u r n i e re b z w .
Beschichtungsmaterialien
Pflastereffekt auf dem bearbeiteten Werkstück
Verwendung während des PV glatte und rissfreie Oberfläche auf dem bearbeiteten Werkstück nach- dem PV auf eine Bedampfung oder Befeuchtung des Furniers bzw.
Beschichtungsmaterials kann verzichtet werden
Nach erfolgtem Postformingverfahren kann ggf. noch eine Nachhärtung des flexiblen und/oder postformingfähigen Beschichtungssystems durch Selbstvernetzung im Rahmen einer oxidativen Trocknung oder einer anders gearteten chemischen Vernetzung erfolgen.
Das in Stufe b4) hergestellte Formteil wird in Stufe b5) abgekühlt und abgestapelt. Die geforderte Blockfestigkeit wird dabei sofort erreicht.
Das flexible und/oder postformingfähige Beschichtungssystem kann alternativ zu Stufe b3) auch erst nach dem Direktpostformingverfahren gemäss Stufe b4) einer Strahlenhärtung mittels UV-induzierter radikalischer Polymerisation unterzogen werden.
Außerdem kann alternativ zu Stufe b3) die Applikation der Polyurethan- Dispersion (Postforming-Beschichtung) aus Stufe a4), a5) oder a6) zweikomponentig in Kombination mit geeigneten Härtern erfolgen.
Das flexible und/oder postformingfähige Beschichtungssystem weist nach forcierter Trocknung und ggf. nach Strahlenhärtung mittels UV-induzierter radikalischer Polymerisation eine Zugfestigkeit von vorzugsweise 1 0 bis 75 MPa, eine Dehnung bei der Zugfestigkeit oder eine Reißdehnung von vorzugsweise 50 bis 500 % und eine Pendelhärte nach König von vorzugsweise 50 bis 1 50 s bei einer Schichtdicke von 5 bis 500 μm auf.
Das erfindungsgemäße Beschichtungssystem auf Basis von Polyurethan- Dispersionen kann als Grund- und Deckbeschichtung für alle Arten von Furnierhölzern in Form von Möbeln, Fenstern, Leisten, Türen, Zargen, Parkettböden, Fumettböden sowie weiteren Fertigteilprodukten, Postformingelementen und Formteilen beliebiger Geometrie eingesetzt werden.
Es ist hierbei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne Weiteres möglich, dass als Grundbeschichtung die Polyurethan-Dispersion
(Postforming-Beschichtung) aus Stufe a4), a5) oder a6) und als
Deckbeschichtung ein ein- oder mehrschichtiger Acryilack eingesetzt wird.
Als geeignete Furniere können Vollhölzer auf Basis von Buche, Eibe, Fichte, Kiefer, Lärche, Tanne, Weymouthskiefer, Zirbelkiefer, Ahorn, Birke, Birnbaum, Eiche, Erle, Esche, Kirschbaum, Linde, Nußbaum, Pappel, Platane, Rüster/Ulme, Brasilkiefer, Abachi, Afrormosia, Afzelia, Ebenholz/ Makassarebenholz, Limba, Mahagoni, Makore, Mansonia, Okoume/ Gabun, Padouk, ostindischer Palisander, Rio-Palisander, Ramin, Rosenholz, Sapelli/Sapelli-Mahagoni, Sen, Sipo, Teak, Wenge, Whitewood oder Zingana/Zebrano verwendet werden.
Dem Verarbeiter wird ermöglicht, vorgefertigte Furniere, Furnierholzplatten oder weitere Beschichtungsmaterialien, die mit dem erfindungsgemäßen flexiblen und/oder postformingfähigen Beschichtungssystem oberflächenbehandelt wurden, im Rahmen des Postforming- Direktverfahrens, des Postforming-Normalverfahrens oder weiterer Anwendungen einzusetzen, ohne dafür entsprechende Lackieranlagen vorhalten zu müssen. Das damit verbundene Einsparungspotential ist beträchtlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des erfindungsgemäßen, flexiblen und/oder postformingfähigen Beschichtungssystems auf Basis von Polyurethan-Dispersionen aus Stufe a4), a5) oder a6) als Klebstoff für die Verklebung von Furnieren bzw. weiteren beliebigen Beschichtungsmaterialien mit beliebigen Blind- oder Trägermaterialien, wie z.B. Holz, Holzwerkstoffen aller Art, Kunststoffen aller Art, Metallen aller Art, MDF, HDF sowie Verbundwerkstoffen aller Art. Außerdem kann die Polyurethan-Dispersion aus Stufe a4), a5) oder a6) auch für die Kaschierung, Ummantelung, Membranpresstechnick, Softforming an Kantenanleimmaschinen, Verformung sonstiger Materialien, wie z.B. lackierte OSB-Platten, eingesetzt werden.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Beispiele A: Polyurethan-Dispersionen
Beispiel A.1 : Bindemittel für Grund- und/oder Deckbeschichtung
In einem Vierhalskolben ausgerüstet mit KPG-Rührer, Rückflußkühler, Thermometer und Stickstoff-Deckung wird die erste Hälfte eines vorgefertigten Polyol-Gemisches aus 36,47 g eines Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 80 mg KOH g"1 und einem Gehalt an radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen von 389 rneqd 00 g)"1 (Laromer81 LR
8800, Fa. BASF AG), 145,90 g eines weiteren Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 56, 1 mg KOH g"1 (Bester® 42 H, Fa. Poliolchimica S.p.A.), 14,59 g 1 ,4-Butandiol, 21 ,88 g Dimethylolpropionsäure (DMPA, Fa. Trimet Technical Products, Inc.), 0,58 g 2,6-Di-tert.-butyl-p-kresol und 72,95 g N-Methylpyrrolidon mit 136, 14 g Isophorondiisocyanat (Vestanat IPDI, Fa. Creanova Spezialchemie GmbH) unter Stickstoff-Deckung ca. 1 h bei 80-90 °C gerührt. Nach Zugabe der zweiten Hälfte des vorgefertigten Polyol-Gemisches wird unter Stickstoff-Deckung bei 80-90 °C weiter gerührt, bis der berechnete NCO-Gehalt erreicht ist (Theorie: 3,70 Gew.- %). Der Verlauf der Reaktion wird acidimetrisch verfolgt.
Das Prepolymer wird dann unter intensivem Rühren in ein Gemisch aus 547,05 g Leitungswasser und 16,51 g an Triethylamin dispergiert und anschließend zum Aufbau der Polyurethan-Dispersion mit 1 1 ,32 g an Ethylendiamin kettenverlängert.
Es wird eine stabile Polyurethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
Beispiel A.2: Bindemittel für Grund- und/oder Deckbeschichtung
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Beispiel A.1.
Eingesetzt werden 36,46 g eines Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 80 mg KOH g"1 und einem Gehalt an radikalisch polymerisierbaren
Doppelbindungen von 389 rneqd 00 g)"1 (Laromer® PE 44 F, Fa. BASF AG),
145,84 g eines weiteren Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 56, 1 mg KOH g 1 (Bester® 42 H, Fa. Poliolchimica S.p.A.), 14,58 g 1 ,4-Butandiol, 21 ,88 g Dimethylolpropionsäure, 0,73 g 2,6-Di-tert.-butyl-p-kresol, 72,92 g N-Methylpyrrolidon, 136,08 g Isophorondiisocyanat, 547,08 g Leitungswasser, 16,50 g Triethylamin, 7,92 g Ethylendiamin. NCO-Gehalt des Polyurethan-Prepolymers (Theorie): 3,69 Gew.-%
Es wird eine stabile Polyurethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
Beispiel A.3: Bindemittel für Grund- und/oder Deckbeschichtung
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Beispiel A.1.
Eingesetzt werden 48,48 g eines Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 80 mg KOH g"1 und einem Gehalt an radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen von 389 meq (100 g)"1 (Laromer® LR 8800, Fa. BASF AG), 138,50 g eines weiteren Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 56, 1 mg KOH g"1 (Bester® 42 H, Fa. Poliolchimica S.p.A.), 13,85 g 1 ,4- Butandiol, 20,78 g Dimethylolpropionsäure, 0,69 g 2,6-Di-tert.-butyl-p- kresol, 69,25 g N-Methylpyrrolidon, 134,02 g Isophorondiisocyanat, 550,75 g Leitungswasser, 15,67 g Triethylamin, 8,01 g Ethylendiamin. NCO-Gehalt des Polyurethan-Prepolymers (Theorie): 3,70 Gew.-%
Es wird eine stabile Polyurethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
Beispiel A.4: Bindemittel für Grund- und/oder Deckbeschichtung
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Beispiel A.1.
Eingesetzt werden 35,23 g eines Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 80 mg KOH g"1 und einem Gehalt an radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen von 389 rneqd 00 g)"1 (Laromer® LR 8800, Fa. BASF AG), 140,91 g eines weiteren Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 56, 1 mg KOH g"1 (Bester® 42 H, Fa. Poliolchimica S.p.A.), 14,09 g 1 ,4- Butandiol, 2,82 g Trimethylolpropan, 21 , 14 g Dimethylolpropionsäure, 0,42 g 2,6-Di-tert.-butyl-p-kresol, 70,45 g N-Methylpyrrolidon, 141 ,27 g Isophorondiisocyanat, 549,55 g Leitungswasser, 15,95 g Triethylamin, 8, 18 g Ethylendiamin. NCO-Gehalt des Polyurethan-Prepolymers (Theorie): 3,83 Gew.-%
Es wird eine stabile Polyurethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
Beispiel A.5: Bindemittel für Grundbeschichtunq
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Beispiel A.1
Eingesetzt werden 133,40 g eines Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 56, 1 mg KOH g"1 (Bester® 42 H, Fa. Poliolchimica S.p.A.), 14,82 g eines Polypropylenglykols mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 56, 1 mg KOH g"1 (Dow Voranol P 2000, Fa. Dow Chemical), 23,72 g 1 ,4-Butandiol, 1 ,48 g Trimethylolpropan, 22,23 g Dimethylolpropionsäure, 74, 1 1 g N- Methylpyrrolidon, 1 61 ,37 g Isophorondiisocyanat, 545,89 g Leitungswasser, 16,77 g Triethylamin, 6,20 g Ethylendiamin. NCO-Gehalt des Polyurethan-Prepolymers (Theorie): 4,02 Gew.-%
Es wird eine stabile Polyurethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
Beispiel A.6: Bindemittel für Grundbeschichtunq
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Beispiel A.1 .
Eingesetzt werden 35,47 g Bisphenol A-glycerolat Diacrylat, 141 ,88 g eines Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 56, 1 mg KOH g"1 (Bester9 42 H, Fa. Poliolchimica S.p.A.), 14,19 g 1 ,4-Butandiol, 21 ,28 g, Dimethylolpropionsäure, 0,57 g 2,6-Di-tert.-butyl-p-kresol, 70,94 g N- Methylpyrrolidon, 142,88 g Isophorondiisocyanat, 549,06 g Leitungswasser, 16,06 g Triethylamin, 7,68 g Ethylendiamin.
NCO-Gehalt des Polyurethan-Prepolymers (Theorie): 3,59 Gew.-%
Es wird eine stabile Polyurethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
Beispiel A.7: Bindemittel für Grundbeschichtung
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Beispiel A.1 .
Eingesetzt werden 56,72 g Bisphenol A-glycerolat Diacrylat, 126,05 g eines Polyesters mit einer Hydroxyl-Zahl von ca. 56,1 mg KOH g"1 (Bester® 42 H, Fa. Poliolchimica S.p.A.), 12,60 g 1 ,4-Butandiol, 18,91 g Dimethylolpropionsäure, 0,63 g 2,6-Di-tert.-butyl-p-kresol, 63,02 g N- Methylpyrrolidon, 143,13 g Isophorondiisocyanat, 556,98 g Leitungswasser, 14,26 g Triethylamin, 7,70 g Ethylendiamin.
NCO-Gehalt des Polyurethan-Prepolymers (Theorie): 3,65 Gew.-%
Es wird eine stabile Polyurethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
Materialeigenschaften der Polyurethan-Dispersionen aus den Beispielen A.1 bis A.7 nach Trocknung bei Normklima
Materialeigenschaften nach EN ISO 527 (Aufzug: 250 μm Nassfilmstärke) Pendelhärte nach König nach DIN 53157 (Aufzug: 1 50 m Nassfilmstärke) Normklima: 7 d Trocknung bei 23° C und 50 % relative Luftfeuchtigkeit
Beispiele B: Flexible und postforminfähige Beschichtungssysteme auf Basis von Polyurethan-Dispersionen
Beispiel B.1 : Grund- und Deckbeschichtung
d ) 500,0 g Polyurethan-Dispersion aus Beispiel A.1 (Bindemittel)
(2) 8,0 g Acematt TS 100 (Mattierungsmittel)
(3) 30,0 g Dowanol DPnB (Koaleszenzhilfsmittel)
(4) 5,0 g Byk-341 (Entlüfter)
(5) 4,0 g Byk-024 (Entschäumer)
(6) 40,0 g Butylgly kol ( Koaleszenzhilfsmittel)
(7) 1 140,0 g Polyurethan-Dispersion aus Beispiel A.1 (Bindemittel)
(8) 169,0 g Leitungswasser
(9) 10,0 g Acrysol RM-8 (Rheologieadditiv)
(10) 2,0 g Byk-024 (Entschäumer)
(1 1 ) 24,6 g Darocur 1 173 (Photoinitiator)
(σ-Hydroxy-α-methylpropiophenon (HMEPK))
Bezugsquellen: (2) Fa. Degussa-Hüls AG (3) Fa. Dow Chemical Europa SA
(4), (5), (10) Fa. Byk Chemie GmbH (1 1 ) Fa. Ciba Spezialitätenchemie AG
Beispiel B.2: Grund- und Deckbeschichtung
Die Herstellung erfolgte in Analogie zu Beispiel A.1.
Eingesetzt werden 500,0 g + 1 140,0 g der Polyurethan-Dispersion aus Beispiel A.2.
Materialeigenschaften des flexiblen und postformingfähigen Beschichtungssystems aus Beispiel B.1 nach forcierter Trocknung und Strahlenhärtung mittels UV-induzierter radikalischer Polymerisation
Materialeigenschaften nach EN ISO 527 (Aufzug: 250 μm Nassfilmstärke)
Pendelhärte nach König nach DIN 531 57 (Aufzug: 1 50 μm Nassfilmstärke)
Strahlenhärtung: Quecksilberhochdruckstrahler Typ IST-CK, 80 W cm"1
Normklima: 7 d Trocknung bei 23 ° C und 50 % relative Luftfeuchtigkeit (ohne Strahlenhärtung)
Materialeigenschaften des flexiblen und postformingfähigen Beschichtungssystems aus Beispiel B.2 nach forcierter Trocknung und Strahlenhärtung mittels UV-induzierter radikalischer Polymerisation
Materialeigenschaften nach EN ISO 527 (Aufzug: 250 μm Nassfilmstärke)
Pendelhärte nach König nach DIN 531 57 (Aufzug: 1 50 m Nassfilmstärke)
Strahlenhärtung: Quecksilberhochdruckstrahler, 80 W cm'1
Normklima: 7 d Trocknung bei 23° C und 50 % relative Luftfeuchtigkeit (ohne Strahlenhärtung)
Beispiel C: Fertigteilprodukte
Die flexiblen und postformingfähigen Beschichtungssysteme aus den Beispielen B.1 und B.2 werden in einer Auftragsmenge von insgesamt ca. 100 gm"2 (ca. 10 bis 20 μm Trockenschichtdicke) in zwei Arbeitsgängen als Grund- und Deckbeschichtung auf verschiedene Furnierholzplatten
(Furniere: Buche, Eiche, Esche) maschinell durch Spritzbeschichtung appliziert, bei 80 °C 5 min bzw. 10 min forciert getrocknet, strahlengehärtet (Quecksilberhochdruckstrahler Typ IST-CK, 80 W cm'1, 800 bis 1200 mJ cm'2) und anschließend einem Direktpostformingverfahren unterzogen.
Die resultierenden Fertigteilprodukte weisen bei Biegeradien von 5 mm glatte und rissfreie Oberflächen auf.
Die Materialeigenschaften entsprechen den Beispielen B.1 bis B.2.