Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau, insbesondere von zwei- oder mehrfarbigen Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau.
Zwei- oder mehrfarbige Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau sind bereits bekannt und werden gelegentlich als Bicolor - bzw. Multicolor-Platten bezeichnet. Sie werden zur Zeit insbesondere im Bereich der Lichtwerbung, der Möbelindustrie, beispielsweise für Verblendungen, und für den Laden- und Messebau eingesetzt.
Die Herstellung dieser Bicolor- bzw. Multicolor-Platten erfolgt bisher üblicherweise durch eine Flächenver klebung oder durch Verwalzen, wobei diese Norgehensweise jedoch mit mehreren Nachteilen behaftet ist.
Die Flächenverklebung von unterschiedlich gefärbten Kunststoff-Platten führt zu einer zumindest von der Stirnseite aus sichtbaren Klebenaht, welche häufig einen Gelbstich aufweist und auf diese Weise den optischen Gesamteindruck der Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau empfindlich stört.
Weiterhin weist die Klebeschicht zwischen den beiden Kunststoff-Platten einen vergleichsweise hohen Restmonomergehalt auf, der bei thermischer Beanspruchung, wie sie beispielsweise bei der Weiterverarbeitung der Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau auftritt (z. B. Laser schneiden) zu einer Blasenbildung an der Klebekante fuhren kann. Aus diesem Grund muss die Klebenaht in der Regel nach dem Verkleben durch Tempern vergütet werden, wobei der hohe Restmonomergehalt häufig eine Weißverfärbung der Klebefläche bedingt.
Ein weiterer Nachteil der Fächenverklebung ist darin zu sehen, dass sich Fehler bei der Herstellung des Klebers sowie bei der Durchführung des Verklebens
extrem auf die Güte der resultierenden Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau auswirken. So können Fehler bei der Herstellung des Klebers, wie beispielsweise bei der Einstellung des Verhältnisses von Härter (Katalysator) zu Klebstoff, Abwiegefehler, Fehler bei der Berechnung der benötigten Klebermenge sowie eine ungleichmäßige Auftragung des Klebers schnell eine unzureichende Flächenverklebung bedingen und auf diese Weise die Materialeigenschaften der resultierenden Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau deutlich verschlechtern. Eine ungleichmäßige Verklebung wird darüber hinaus vom Betrachter als optisch störend empfunden.
Bei der Flächenverklebung besteht weiterhin die Gefahr, dass durch Wasseraufnahme des Klebers ein „Schwert-,, oder „Schüsseleffekt" auftritt, welcher eine Bombierung (Verwölbung) der Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau nach einer oder nach beiden Seiten zur Folge hat.
Ein weiterer Nachteil der Flächenverklebung, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders im Vordergrund steht, ist die Tatsache, dass diese Vorgehensweise für die Herstellung von grossformatigen Kunststoff-Bicolor- bzw. Multicolor-Platten nur bedingt geeignet ist, weil sie häufig zu einer Blasenbildung in der Klebefläche und auf diese Weise zu einer Verschlechterung der mechanischen und optischen Eigenschaften der Kunststoff-Bicolor- bzw. Multicolor-Platten führt und somit eine hohe Ausschussquote bedingt.
Als Alternative zur Flächenverklebung ist auch das Verwalzen von Kunststoff- Platten zu der gewünschten Bicolor- bzw. Multicolor-Kunststoff-Platte aus den deutschen Patentanmeldungen DE 44 39 419 und DE 44 39 420 bekannt. Dieses Verfahren ist jedoch ebenfalls nicht für die Herstellung von großformatigen Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau größer DIN A2 geeignet, weil hierbei eine zu schnelle Abkühlung an der Oberfläche erfolgen würde, so dass die gewünschte Verschmelzung der Kunststoff-Platten nicht erreicht wird. Weiterhin neigen dünne verwalzte Platten, insbesondere solche mit einer
Einzelplatten-Stärke kleiner 6 mm, zu einer unruhigen und aus diesem Grund für verschiedene Anwendungen unbrauchbare Oberfläche. Bei asymmetrischen Verbunden ist auch ein Verzug (Schüsseleffekt) durch ungleiche Ableitung der Wärme zu beobachten. Die Herstellung von dicken Platten erfordert lange Erwärmungsphasen und somit hohe Energiekosten. Weiterhin müssen ältere Platten vor dem Verfahren getrocknet werden, um eine Bombierung (Verwölbung) aufgrund der aufgenommenen Wassermenge zu vermeiden.
Neben den vorstehend beschriebenen Verfahren (Flächenverklebung und Verwalzen) ist aus der japanischen Patentanmeldung JP 01-138211 A2 ein Verfahren zur Herstellung einer Acrylglas-Platte bekannt, bei welchem man eine gefärbte polymerisierbare Zusammensetzung aus Methylmethacrylat, Sumipex B-LG (I), Sumiplast blue S (Farbstoff), Sumiplast green G, Sumiplast red HL BB (Farbstoff), BaSO4 (Tischgestellgeschirr) und AIBN im Kammerverfahren zwischen zwei Polymethylmethacrylat-Platten polymerisiert, wobei die eine Platte eine Dicke von 2 mm und die andere eine Dicke von 3 mm aufweist. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass eine in Richtung der dünneren Platte verwölbte Acrylglas-Platte erhalten wird. Diese Bombierung (Verwölbung) ist aufgrund der Erkenntnisse der vorliegenden Erfindung auf den Einsatz von PMMA-Platten mit deutlich unterschiedlicher mechanischer Stabilität zurückzuführen.
Darüber hinaus ist bei dem in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung von Bicolor-Platten problematisch, dass man eine durch Zusatz von Pigmenten angefärbte Zusammensetzung zwischen zwei farblosen Acrylglas-Platten polymerisiert, da auf diese Weise Unregelmäßigkeiten in der Dicke der Zwischenschicht sowie Inhomogenitäten (Wolkenbildung) durch unterschiedlich starke Anfärbung sofort deutlich sichtbar werden. Es ist daher mit einer relativ hohen Menge an Ausschuss zu rechnen.
In Anbetracht des vorstehend genannten und beschriebenen Standes der Technik war es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoff-Platten bereit zu stellen, welches die Herstellung von, vorzugsweise mehrfarbigen, nicht verwölbten Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau erlaubt. Diese sollten vorzugsweise eine derartige Planität aufweisen, dass die Durchwölbung der Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau, gemessen analog der Norm EN ISO 12017, höchstens 3 mm bezogen auf eine Länge von 1 m beträgt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war auch darin zu erblicken, ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoff-Platten bereit zu stellen, welches die Herstellung einer nach optischen Kriterien perfekten Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau ermöglicht. Insbesondere sollte die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältliche Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau möglichst keine von der Stirnseite sichtbare Klebenaht aufweisen und eine Gelbverfärbung der verbindenden Schicht sowie die Bildung von Blasen zwischen den Kunststoff-Platten sollte ebenfalls nach Möglichkeit vermieden werden.
Darüber hinaus sollte das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung von Bicolor- bzw. Multicolor-Platten geeignet sein und dabei vorzugsweise eine gleichmäßige Anfärbung der jeweiligen äußeren Kunststoffplatten ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoff-Platten anzugeben, welches auch die Herstellung von Großformaten, insbesondere von Formaten größer DIN A2 auf einfache Art und Weise erlaubt.
Der vorliegenden Erfindung lag ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau mit
unterschiedlichen Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise glatt, matt und/oder strukturiert, zugänglich zu machen. Dabei sollten nach Möglichkeit auf beiden Seiten unterschiedliche Oberflächenstrukturen realisierbar sein.
Der vorliegenden Erfindung lag weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau zugänglich zu machen, bei dem die beiden äußeren Kunststoff-Platten entweder aus dem gleichen Material oder aber aus verschiedenem Polymeren bestehen. Dabei sollten nach Möglichkeit auch mit mineralischen Füllstoffen und/oder mit weiteren funktionalen Additiven (z. B. Flammschutzmittel) ausgestattete Platten verwendet werden können, entweder für eine oder für beide Außenseiten der erfmdungsgemäß hergestellten Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau.
Auch war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoff-Platten anzugeben, welches auf einfache Art und Weise, großtechnisch, kostengünstig und möglichst umweltverträglich durchführbar ist.
Ferner bestand eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoff-Platten bereit zu stellen, welches die Herstellung von Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau mit verbesserten mechanischen Eigenschaften erlaubt. Die Weiterverarbeitung der durch dieses Verfahren hergestellten Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau sollte möglichst einfach und unkompliziert, wie beispielsweise die Bearbeitung von normalen Monoplatten, sein. Insbesondere sollten die vorstehend im Zusammenhang mit dem Flächenverkleben genannten Probleme beim Laser schneiden vermieden werden.
Gelöst werden diese Aufgaben sowie weitere Aufgaben, die zwar nicht im Einzelnen wörtlich genannt wurden, die sich jedoch aus der einleitenden Diskussion des Standes der Technik ohne weiteres erschließen oder wie selbstverständlich ableiten lassen, durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau mit allen Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der auf den unabhängigen Verfahrensanspruch rückbezogenen Ansprüche.
Dadurch, dass man ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau bereitstellt, bei welchem man ein Acrylharz im Kammerverfahren zwischen zwei äußeren Kunststoff-Platten polymerisiert, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass man das Dickenverhältnis der beiden äußeren Kunststoff-Platten im Bereich von größer oder gleich 2:3 bis kleiner oder gleich 3:2 wählt und durch die Polymerisation eine Acrylglas- Zwischenschicht mit einer Dicke von mindestens 2 mm erzeugt, gelingt es auf überraschende Art und Weise, ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff- Platte mit schichtförmigem Aufbau anzugeben, welches die Herstellung von einer nicht verwölbten Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau auf einfache Art und Weise erlaubt. Dabei weist die Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau in der Regel eine derartige Planität auf, dass die Durchwölbung der Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau, gemessen analog der Norm EN ISO 12017, höchstens 3 mm bezogen auf eine Länge von 1 m beträgt.
Darüber hinaus sind durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise zahlreiche weitere Vorteile zu erzielen. Hierzu gehören unter anderem:
= Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau sind nach optischen Gesichtpunkten perfekt. Sie weisen insbesondere keine den optischen Gesamteindruck störende Klebenaht
auf. Eine Gelbverfärbung der verbindenden Zwischenschicht sowie eine Blasenbildung in der Zwischenschicht ist ebenfalls nicht zu beobachten.
=> Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Bicolor- und Multicolor-Platten.
=> Es können unterschiedliche Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise glatt, matt und/oder strukturiert, sowohl einseitig als auch beidseitig realisiert werden.
=> Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch die Herstellung von Großformaten größer DIN A2 auf einfache Art und Weise. Dabei wird insbesondere das Problem der Blasenbildung vermieden.
=> Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Materialeigenschaften der resultierenden Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau nicht nachteilig beeinflusst. Im Gegenteil die mechanischen Eigenschaften der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau entsprechen den von Monoplatten vergleichbarer Zusammensetzung und Dicke, d. h. ihre Weiterverarbeitung kann wie bei normalen Monoplatten erfolgen. Insbesondere sind keine Nachteile beim Laserschneiden usw. zu beobachten.
=> Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf besonders einfache Art und Weise großtechnisch, kostengünstig und umweltverträglich durchgeführt werden. Insbesondere wird durch das geschlossene Kammersystem eine Emissionsbelastung während der Produktion vermieden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Kunststoffsubstrate sind an sich bekannt. Derartige Substrate umfassen insbesondere Polycarbonate,
Polystyrole, Polyester, beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT), Polyether, cycloolefinische Polymere(COC), ABS, Nylon, PVC und/oder Poly(meth)acrylate.
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), l,l-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan (Bisphenol C), 2,2'-Methylendiphenol (Bisphenol F), 2,2-Bis(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)propan (Tetrabrombisphenol A) und 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan (Tetramethy Ibisphenol A).
Üblicherweise werden derartige aromatische Polycarbonate durch Grenzflächenpolykondensation oder Umesterung hergestellt, wobei Einzelheiten in Encycl. Polym. Sei. Engng. 11, 648-718 dargestellt sind.
Polycarbonat-Formmassen sind beispielsweise unter dem Handelsnamen ® Makrolon von Bayer oder ®Lexan von General Electric erhältlich.
Cycloolefinische Polymere sind Polymere, die unter Verwendung von cyclischen Olefinen, insbesondere von poly cyclischen Olefinen erhältlich sind.
Cyclische Olefine umfassen beispielsweise monoeyclische Olefϊne, wie Cyclopenten, Cyclopentadien, Cyclohexen, Cyclohepten, Cycloocten sowie
Alkylderivate dieser monocyclischen Olefme mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Efhyl oder Propyl, wie beispielsweise Methylcyclohexen oder Dimethylcyclohexen, sowie Acrylat- und/oder Methacrylatderivate dieser monocyclischen Verbindungen. Darüber hinaus können auch Cycloalkane mit olefinischen Seitenketten als cyclische Olefme verwendet werden, wie beispielsweise Cyclopentylmethacrylat .
Bevorzugt sind verbrückte, polycyclische Olefmverbindungen. Diese polycyclischen Olefmverbindungen 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.
Beispielhafte polycyclische Verbindungen sind, ohne daß hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll, Bicyclo[2.2.1]hept-2-en (Norbornen), Bicyclo[2.2. l]hept-2,5-dien (2,5-Norbornadien), Ethyl-bicyclo[2.2. l]heρt-2-en (Ethylnorbornen), Ethylidenbicyclo[2.2. l]hept-2-en (Ethyliden-2-norbornen), Phenylbicyclo[2.2. l]hept-2-en, Bicyclo[4.3.0]nona-3 ,8-dien, Tricyclo[4.3.0. l25]-3-decen, Tricyclo[4.3.0. l25]- ,8-decen- (3,8-dihydrodicyclopentadien), Tricyclo[4.4.0. l2'5]-3-undecen, Tetracyclo[4.4.0.12'5, l7 10]-3-dodecen, Ethyliden-tetracyclo[4.4.0.12'5. l7'I0]-3- dodecen, Methyloxycarbonyltetracyclo[4.4.0. I2,5, l7'I0]-3-dodecen, Ethyliden-9- ethyltetracyclo[4.4.0.12'5,r ιo]-3-dodecen, Pentacyclo[4.7.0.12'5,O,O3 13,l9>I2]-3- pentadecen, Pentacyclo[6.1. l3'6.02'7.09'13]-4-pentadecen, Hexacyclo[6.6.1.13'6.l10'I3.0 ,7.09 1 ]-4-heptadecen, Dimethylhexacyclo[6.6.1.13,0. l1(M3.02,7.09'14]-4-heptadecen, Bis(allyloxycarboxy)tricyclo[4.3.0.12'5]-decan,
Bis(mefhacryloxy)tricyclo[4.3.0. l2,5]-decan, Bis(acryloxy)tricyclo[4.3.0.12,5]- decan.
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 Olefme verwendet werden, die mit den zuvor genannten cycloolefinischen Monomeren copolymerisiert werden können. Hierzu gehören u.a. Ethylen, Propylen, Isopren, Butadien, Methylpenten, Styrol und Vinyitoluol.
Die meisten der zuvor genannten Olefine, insbesondere auch die Cycloolefine und Poly cycloolefine, können kommerziell erhalten werden. Darüber hinaus sind viele cyclische und polycyclische Olefine durch Diels-Alder- Additionsreaktionen erhältlich.
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.
Die cycloolefinischen Polymere können beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumverbindungen, Vanadiumverbindungen, Wolframverbindungen oder Borverbindungen als Katalysator in einem Lösungsmittel polymerisiert werden.
Formmassen, die cycloolefinische Polymere umfassen, können beispielsweise unter dem Handelsnamen ®Topas von Ticona und ©Zeonex von Nippon Zeon bezogen werden.
Die verwendeten Polyester sind im allgemeinen thermoplastische Polyalkylenterephthalate, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT), mit mittleren Molekulargewichten Mw zwischen
5 x 103 und 2 x 105 g/mol (zu Polyestern siehe beispielsweise Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd. Ed. Vol. 18, Seiten 549 bis 574, J. Wiley, New York, 1982).
Als Polyamide werden im allgemeinen amorphe Polyamide des Nylon-Typs verwendet, wie z. B. Copolyamide oder Polyamide mit verzweigten Alkylengruppen in der Polymerkette (zu Polyamiden vgl. beispielsweise Kirk- Ofhmer, loc.cit, Vol. 18, Seiten 328 bis 371).
Weiterhin können die Kunststoffe aus der Gruppe amorpher aromatischer Polyether, die Polyketone und Polysulfone einschließen, ausgewählt sein. Beispielhaft für aromatische Polyether seien genannt: Polyphenylenoxide, Polyethersulfone, Polyetherketone oder Polyetherimide (zu aromatischen Polyethern vgl. beispielsweise Kirk-Othmer, loc.cit., Vol. 18, Seiten 594 bis 615).
Ein weiteres Kunststoffsubstrat umfasst Poly(meth)acrylate. Derartige Platten sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt und bezeichnen Kunststoff- Platten, welche im wesentlichen aus einem oder mehreren Poly(meth)acrylaten bestehen. 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.
Die Poly(meth)acrylate bestehen vorzugsweise aus Polymerisaten des Methylmethacrylats, die bis zu 50 Gew.-% aus anderen, mit Methylmethacrylat copolymerisierbaren Monomeren aufgebaut sein können. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Methylmethacrylats 80 bis 100 Gew.-%. Als Comonomere kommen in erster Linie Alkylacrylate mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen im Alkylesterrest, Alkyl- und/oder Methacrylnitril, Styrol und/oder substituierte Styrole sowie Maleinsäureanhydrid in Betracht.
Zur Verwendung kommen können beispielsweise thermoplastisch oder thermoelastisch verformbare Poly(meth)acrylate vorstehender Zusammensetzung mit spezifischen Viskositäten nach DIN 51562 in Chloroform bei 25 °C im Bereich zwischen 20 und 1000 ml/g, entsprechend ungefähren mittleren Molekulargewichten Mw zwischen 3 x 104 und ca 5 x 106 g/mol.
In gleicher Weise kann aber auch als Poly(meth)acrylat gegossenes Material eingesetzt werden, welches im Kammerverfahren oder als sogenanntes Bandmaterial hergestellt werden kann. (Vgl. H.F. Mark et al. Encyclopedia of Polymer Science & Engineering. 2nd. Ed. Vol. 1, 276 - 278, J. Wiley 1985).
Die verwendeten Poly(meth)acrylat-Kunststof latten können gegebenenfalls zweckmäßig modifiziert, z. B. vernetzt, mit an sich bekannten Stabilisatoren oder auch sonstigen Additiven z. B. flammfest oder antistatisch ausgerüstet sein. Ferner können sie an den späteren Außenseiten der schichtförmig aufgebauten Platten kratzfest beschichtet sein (vgl. Ulimann' s Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed., Vol A20, 459 - 507, VCH 1992).
Formmassen, die Poly(meth)acrylate umfassen, sind unter dem Handelsnamen PLEXIGLAS® von der Fa. Degussa AG kommerziell erhältlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können als Kunststoffsubstrate schlagzäh modifizierte Poly(meth)acrylate verwendet werden, die eine Schlagzähigkeit gemäß ISO 179/1 von mindestens 10 kJ/m2, bevorzugt vonmindestens 15 kJ/m2 aufweisen.
Bevorzugte Kunststoffsubstrate für die äußeren Kunststoffplatten sind Polycarbonate, cycloolefinische Polymere und Poly(meth)acrylate, wobei Poly(meth)acrylate besonders bevorzugt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann mindestens eine der äußeren Kunststoff-Platten einen mineralischen Füllstoff oder ein funktionales Additiv enthalten.
Als Füllstoffe geeignet sind die einschlägig für Gießharze verwendeten anorganischen Materialien, wie beispielsweise Aluminiumoxide, Alkali- und/oder Erdalkalioxide, Siliciumdioxid und/oder Titandioxid in verschiedenen Modifikationen, Tone, Silikate, Oxide, Kohle, Metalle oder Metallegierungen, synthetische Materialien wie Keramik, Glasmehl, Porzellan, Schlacke oder feinverteiltes Siliciumdioxid, Quarze, Koalin, Talkum, Glimmer, Feldspat, Apatit, Baryte, Gips, Kreide, Kalkstein, Dolomit oder Gemische der vor- und nachstehend genannten Komponenten. Bevorzugt verwendet werden anorganische Materialien, die beim Erhitzen flammhemmende, in der Regel gasförmige Substanzen, wie beispielsweise Wasser, Kohlendioxid oder Schwefeltrioxid abspalten. Darunter fallen beispielsweise anorganische Verbindungen mit Hydratwasser, Erdalkalihydroxide, Aluminiumhydroxide, Metallhydroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Phosphate, Sulfide,
Hyposulfide, Hypophosphate, Borsäurederivate und dergleichen. Besonders bevorzugt wird Aluminiumhydroxid und Aluminiumoxid-Hydrat verwendet.
Zweckmäßig wird bei den anorganischen Füllstoffen eine mittlere Korngröße der Füllstoffteilchen von 100 μm (Durchmesser), vorzugsweise von 75 μm nicht überschritten.
Der Füllstoff kann auch ein Gemisch aus mindestens 2 Komponenten darstellen, deren mittlere Durchschnitts-Korngrößen solchermaßen beschaffen sind, dass ein Größenverhältnis zwischen den mittleren Durchschnittskorngrößen der großen Füllstoffteilchen und denjenigen der kleinen Füllstoffteilchen zwischen 10 : 1 und 2 : 1, bevorzugt zwischen 6 : 1 und 4 : 1 vorliegt. Füllstoffteilchen mit einer Korngröße < 0,1 μm sollen dabei nicht mehr als 10 % des Volumens aller Füllstoffteilchen ausmachen. Die Teilchengröße wird gemäß den üblichen Verfahren bestimmt, wobei zur Teilchengrößenbestimmung die jeweils größten Abmessungen der Partikel herangezogen werden (vgl. beispielsweise B. Scarlett, Filtration & Separation, Seite 215, 1965). Das Mengenverhältnis zwischen großen und kleinen Füllstoffteilchen liegt im allgemeinen zwischen 4 : 1 und 1 : 4, bevorzugt zwischen 2 : 1 und 1 : 2, besonders bevorzugt bei 1 : 1.
Bevorzugt ist der anorganische Füllstoff so beschaffen, dass das ausgehärtete Gießharz einen elastischen Schermodul von wenigstens 5 GNm-2, bevorzugt von wenigstens 10 GNm-2 aufweist, wobei bei der Einstellung der mechanischen Eigenschaften die vorgesehene Anwendung der Gießharze im Auge zu behalten ist.
Der Füllstoffanteil der gefüllten Kunststoffplatten beträgt in der Regel mindestens 40 Gew.-% . Im allgemeinen wird ein Anteil von 80 Gew.-% nicht überschritten, wobei als Richtwert ein Füllgehalt von 50 bis 80 Gew.-% angegeben sei. Die Herstellung der Füllstoffe in den zweckmäßigen Korngrößen
kann nach den bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Brechen und Mahlen.
Die äußeren Kunststoff-Platten können ein oder mehrere funktionale Additive enthalten. Deren Anteil kann je nach zu erzielender Eigenschaft von 10-3 bis 20 Gew.-% betragen, bezogen auf das Gewicht der äußeren Kunststoffplatte.
Als funktionale Additive kommen übliche Kunststoff- Additive, wie beispielsweise Lichtschutzmittel, Stabilisatoren gegen thermische Zersetzung, Gleitmittel, Antistatika, Antioxidantien, Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Schmiermittel, Fliess Verbesserungsmittel, organische Phosphorverbindungen, wie Phosphite, Phosphorinane, Phospholane oder Phosphonate, Pigmente, Verwitterungsschutzmittel und Weichmacher in Frage.
In einer vorteilhaften Ausführungsform bestehen die beiden äußeren Kunststoffplatten aus dem gleichen Polymer, wobei die eine aus dem unmodifizierten Polymer und die andere aus dem Polymer, enthaltend mindestens einen Füllstoff und/ oder funktionalen Hilfsstoff besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen beide Platten die identische Zusammensetzung, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen diese beiden Platten auch noch die gleiche Dicke auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Herstellung der Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau, indem man ein Acrylharz im Kammerverfahren zwischen zwei äußeren Kunststoff-Platten polymerisiert. Dabei unterliegen die äußeren Kunststoff-Platten erfindungsgemäß keinen besonderen
Beschränkungen. Im Gegenteil es können die bekannten, in der Regel kommerziell erhältlichen Kunststoff-Platten eingesetzt werden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung hat es sich jedoch als ganz besonders günstig erwiesen, dass man zwei äußere Kunststoff-Platten einsetzt, welche jeweils unabhängig voneinander eine Dicke im Bereich von 1 bis 7 mm, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 5 mm, aufweisen.
Die Herstellungsweise der äußeren Kunststoff-Platten ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung im allgemeinen unkritisch. Diese können auf an sich bekannte Art und Weise, beispielsweise durch Extrusion oder durch Gießverfahren hergestellt werden. Jedoch haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung Kunststoff-Platten ganz besonders bewährt, welche durch ein Gießverfahren, vorzugsweise im Kammerverfahren, erhalten wurden. Ganz besonders vorteilhafte Ergebnisse können unter Verwendung von PLEXIGLAS ® GS-Platten der Fa. Röhm GmbH & Co. KG erhalten werden.
Im Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mindestens eine farbige, äußere Kunststoff-Platte verwendet. Derartige Kunststoff-Platten können unter Verwendung an sich bekannter Pigmente, welche im Bereich des sichtbaren Lichtes (380 bis 700 nm) absorbieren und auf diese Weise den komplementären Farbeindruck beim Betrachter hervorrufen, erhalten werden. Für weitere Details wird auf die gängige Fachliteratur, beispielsweise auf Römpp Lexikon Chemie, Version 2.0, Stuttgart/New York, Georg Thieme Verlag, 1999 und die dort zitierten Publikationen verwiesen.
Das Dickenverhältnis der beiden äußeren Kunststoff-Platten ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von zentraler Bedeutung. Dieses muss im Bereich von
größer oder gleich 2:3 bis kleiner oder gleich 3:2 liegen, um insbesondere eine Verwölbung (Bombierung) der Kunststoff-Platte mit schichtförmigem Aufbau nach einer oder nach beiden Seiten zu vermeiden. Zweckmäßigerweise wird ein Dickenverhältnis im Bereich von 3:4 bis 4:3, vorzugsweise im Bereich von 4:5 bis 5:4, besonders bevorzugt im Bereich von 9:10 bis 10:9, insbesondere von 1: 1, gewählt.
Dabei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die mittlere Dicke der äußeren Platten abzustellen, wobei die Dickenunterschiede entlang einer äußeren Platte vorzugsweise maximal 10 % bezogen auf die mittlere Dicke der äußeren Platte betragen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann gleichermaßen für die Herstellung von dicken als auch von dünnen Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau verwendet werden. Besonders vorteilhaft wird es jedoch für die Herstellung von Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau mit einer Gesamtdicke im Bereich von 4 bis 20 mm, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 15 mm, eingesetzt.
Weiterhin hat sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von großformatigen Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau, insbesondere für Formate größer DIN A2, als ganz besonders günstig erwiesen. Aus diesem Grund werden vorzugsweise zwei äußere Kunststoff-Platten gewählt, welche jeweils eine Länge von mindestens 2 m, vorzugsweise mindestens 3 m, insbesondere mindestens 4 m, und eine Breite von mindestens zwei 2 m , vorzugsweise mindestens 3 m, insbesondere mindestens 4 m, aufweisen.
Die durch erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau zeichnen sich insbesondere durch ihre Planität aus. Sie erfüllen vorzugsweise die Anforderungen, dass die Durchwölbung der Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau, gemessen nach einer
modifizierten Vorschrift analog der Norm EN ISO 12017, höchstens 3 mm, vorzugsweise von höchstens 2 mm, insbesondere von höchstens 1 mm, bezogen auf eine Länge von 1 m beträgt.
Die Zusammensetzung des erfindungsgemäß zu polymerisierenden Acrylharzes kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell beliebig gewählt werden. Es weist jedoch zweckmäßigerweise die folgenden Komponenten in den angegebenen Mengen auf:
A)a) (Meth)acrylat 30 - 100 Gew.-% al) Methyl(meth)acrylat 0 - 100 Gew.-% a2) C2-C4 (Meth)acrylat 0 - 100 Gew.-% a3) > C5 (Meth)acrylat 0 - 100 Gew.-% a4) mehrwertige (Meth)acrylate 0 - 50 Gew.-% b) Comonomere 0 - 70 Gew.-% bl) Vinylaromaten 0 - 35 Gew.-% b2) Vinylester 0 - 35 Gew.-%, wobei sich Angaben jeweils auf das Gesamtgewicht der Acrylharz- Zusammensetzung beziehen und die Komponenten al) bis a4) so ausgewählt werden, dass sie 30 bis 100 Gew.-% a) ergeben und die Komponenten bl) bis b2) so ausgewählt werden, dass sie 0 bis 70 Gew.- % b) ergeben, während a) und b) zusammen zweckmäßigerweise 100 Gew.-% der Komponente A) ergeben,
B) auf 1 Gew. -Teil A) 0 - 12 Gew.-Teile eines in A) löslichen oder quellbaren Polymers oder Prepolymers (Sirup)
C) Initiator in einer Menge ausreichend zur Härtung der Komponente A)
D) gegebenenfalls Mittel zur Einstellung der Viskosität des Systems,
E) übliche Additive in einer Menge von bis zu 3 Gewichtsteilen auf 1 Gewichtsteil A).
Im Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Acrylharz bestehend aus den vorstehend genannten Komponenten A) bis E) eingesetzt.
Die in Klammern gesetzten Bestandteile stehen für deren optionale Verwendbarkeit, d. h. (Meth)acrylat steht für Acrylat und/oder Methacrylat.
Die Monomerkomponente A) enthält vorzugsweise zumindest 30 Gew.-% (Meth)acrylat, wobei einwertige (Meth)acrylate mit einem Cι-C4-Esterrest bevorzugt sind. Längerkettige Ester, d. h. solche mit einem C5- oder längerkettigem Esterrest sind zweckmäßigerweise auf 50 Gew.-% in der Komponente A) beschränkt. Bevorzugt enthält die Komponente A) zumindest 40 Gew.-% Methylmethacrylat.
Die langkettigen (Meth)acrylate machen in der angegebenen Menge das System schlagzäher. Sie werden vorzugsweise in Mengen kleiner 50 Gew.-% eingesetzt.
Neben den (Meth)acrylaten kann die Komponente A) auch andere Comonomere enthalten, wobei deren Anteil zweckmäßigerweise auf 70 Gew.-% beschränkt ist. Unter diesen Comonomeren werden Vinylaromaten und/oder Vinylester vorzugsweise zu jeweils bis zu 35 Gew.-% in der Komponente A) eingesetzt. Höhere Anteile an Vinylaromaten lassen sich schwer einpolymerisieren und können zu einer Entmischung des Systems führen. Höhere Anteile an Vinylester können weiterhin bei tiefen Temperaturen nur ungenügend durchhärten und neigen zu einem größeren Schrumpfverhalten.
Vorzugsweise ist die Komponente A) zu 80 - 100 Gew.-% und besonders bevorzugt zu 90 - 100 Gew.-% aus (Meth)acrylaten aufgebaut, da sich mit diesen Monomeren Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau mit für die Anwendungstechnik günstigen Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften erreichen lassen. Der Anteil an C2-C4-Estern in (Meth)acrylaten ist
vorzugsweise auf 50 Gew.-% in der Komponente A) beschränkt, bevorzugt sind diese Ester zu max. 30 Gew.-% und besonders vorteilhaft zu max. 20 Gew.-% in der Komponente A) enthalten.
Geeignete monofunktionelle (Meth)acrylate sind insbesondere Methylmethacrylat, Butylmethacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Ethyltriglykolmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat.
Als Comonomere eignen sich insbesondere Vinyltoluol, Styrol, Vinylester.
Vorzugsweise ist Styrol auf max. 20 Gew.-% in A) beschränkt, da ein höherer Gehalt zu Störungen bei der Polymerisation führen kann.
Die Komponente A) kann auch mehrwertige (Meth)acrylate in einer Menge von bis zu 50 Gew.-% enthalten. Vorzugsweise sind mehrwertige (Meth) acrylate im (Meth)acrylatsystem in der Komponente A) in einer Menge von 0,1 - 30 Gew. - %, besonders zweckmäßig in einer Menge von 0,2 - 5 Gew.- , enthalten. Die polyfunktionellen (mehrwertigen) (Meth)acrylate dienen zur Polymerverknüpfung zwischen linearen Molekülen. Dadurch können Eigenschaften wie Flexibilität, Kratzfestigkeit, Glasumwandlungstemperatur, Schmelzpunkt oder Härtungsabläufe beeinflusst werden.
Zu vorzugsweise einsetzbaren mehrfachftinktionellen (Meth)acrylaten gehören unter anderem:
(1) Difunktionelle (Meth)acrylate
Verbindungen der allgemeinen Formel:
r r
CH2=C-CO-0 -(CH2)^j-OCO-C=CH2 worin R Wasserstoff oder Methyl ist und n eine positive ganze Zahl zwischen 3 und 20, wie z. B. Di(meth)acrylat des Propandiols, Butandiols,
Hexandiols, Octandiols, Nonandiols, Decandiols und Eicosandiols, Verbindungen der allgemeinen Formel:
CH2=C-CO-(0-CH2-CH)^OCO-C=CH2 worin R Wasserstoff oder Methyl ist und n eine positive ganze Zahl zwischen 1 und 14, wie z. B. Di(meth)acrylat des Ethylenglycols, Diethylenglycols, Triethylenglycols, Tetraethylenglycols, Dodecaethylenglycols, Tetradecaethylenglycols, Propylenglycols, Dipropylenglycols und Tetradecapropylenglycols; und Glycerindi(meth)acrylat, 2,2'-Bis[p-(γ-methacryloxy-ß-hydroxypropoxy)- phenylpropan] oder Bis-GMA, Biphenol-A-dimethacrylat, Neopentylglycoldi(meth)acrylat, 2,2' -Di-(4- mefhacryloxypolyethoxyphenyl)propan mit 2 bis 10 Ethoxygruppen pro Molekül und 1 ,2-Bis(3-methacryloxy-2-hydroxypropoxy)butan.
(2) Tri- oder mehrfachfunktionelle (Meth)acrylate
Trimethylolpropantri(meth)acrylate und Pentaerythritoltetra(meth)acrylat.
Bevorzugte übliche polyfunktionelle (Meth)acrylate umfassen neben anderen Triethylenglykoldimethacrylat (TEDMA) , Trimethylolpropantrimethacrylat (TRIM), 1,4-Butandioldimethacrylat (1,4-BDMA), Ethylenglykoldimethacrylat (EDMA).
Die Komponente B) ist eine optionale Komponente, die jedoch sehr bevorzugt eingesetzt wird.
Grundsätzlich kann man bei der Bereitstellung von B) auf zwei voneinander verschiedenen Weisen vorgehen. Zum einen kann man B) als separat hergestellte polymere Substanz einsetzen und mit der Komponente A) mischen, wobei sich B) in A) auflöst. Zum anderen kann man die Komponente A) einsetzen und teilweise vorpolymerisieren, wobei man einen sogenanntes Prepolymer erhält,
welches auch als Sirup bezeichnet wird. Dieser Sirup enthält dann neben unverändert gebliebenen monomeren Bestandteilen aus der Gruppe A) noch polymere Bestandteile aus der Gruppe B) in Mischung. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen kann dieser Sirup entweder direkt verwendet oder noch mit weiteren Anteilen der Komponente A) gemischt werden.
Die Zugabe des Polymers B) oder des Sirup zur Komponente A) kann - wie ausgeführt - zur Einstellung der Viskosität des Harzes und der gesamten Rheologie des Systems sowie der besseren Durchhärtung vorgenommen werden.
Die Komponente B) kann ein beliebiges Polymerisat sein. Besonders zweckmäßig handelt es sich um ein Suspensionspolymerisat, Emulsionspolymerisat und/oder Mahlgranulat aus Recyclingprozessen. Der mittlere Teilchendurchmesser der Polymerpartikel liegt dann üblicherweise bei < 0,8 mm.
Beim Polymer B) handelt es sich bevorzugt um ein Copolymer, wobei sich Härte und Löslichkeit durch Art und Menge des Comonomeren im Polymer B) beeinflussen lassen. Zu einsetzbaren Comonomeren, welche am Aufbau des jeweiligen Polymeren B) beteiligt sind, gehören u. a. Acrylate und Methacrylate, die von Methylmethacrylat (MMA) verschieden sind, Vinylester, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Styrol, α-Methylstyrol und die verschiedenen halogensubstituierten Styrole, Vinyl- und Isopropeny lether, Diene, wie beispielsweise 1,3 -Butadien und Divinylbenzol.
Bevorzugte Comonomere sind für Methylacrylat u. a. , Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Ethylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, i-
Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, Methacrylsäure, Ethyltriglykolmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat.
Dieses Polymer B) soll in A) löslich oder quellbar sein. Hierbei hängt die Löslichkeit von B) sowie die Geschwindigkeit des Lösevorgangs naturgemäß vom Molekulargewicht der Komponente B) ab. Als Richtwert gilt, dass sich Polymere B) mit niedrigeren Molekulargewichten schneller und in größeren Anteilen in der Komponente A) auflösen, als dies bei Komponenten B) mit Molekulargewichten am oberen Rand des angegebenen Bereichs der Fall ist. Auf 100 Gewichtsteile A) werden 0,1 bis 75 Gewichtsteile des Polymers B) eingesetzt, bevorzugt 0,5 bis 25 Gewichtsteile B) und besonders bevorzugt 1 bis 10 Gewichtsteile B).
Geeignet als Komponente B) sind insbesondere Poly(meth)acrylate. Weiterhin sind Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polystyrol, Epoxydharze, Epoxy(meth)acrylate, ungesättigte Polyester, Polyurethane oder Mischungen hiervon geeignet. Diese Polymere bewirken z. B. spezielle Flexibilitätseigenschaften, Schrumpfregulierung, wirken als Stabilisator oder Verlauf s verbesserer .
Das Molekulargewicht (Gewichtsmittel Mw) des Polymeren B) liegt üblicherweise zwischen 50.000 g/mol und 10 Mio. g/mol, bevorzugt zwischen 100.000 g/mol und 5 Mio. g/mol, oder besonders bevorzugt zwischen 150.000 g/mol und 1 Mio. g/mol. Die Bestimmung des Molekulargewichts kann beispielsweise durch die dem Fachmann geläufige Bestimmungsmethode der Größenausschlußchromatographie (SEC) unter Verwendung der üblichen Standards, z. B. Polystyrol, erfolgen.
Wenn als Komponente B) ein Sirup verwendet wird, kann dieser entweder alleine oder in Mischung mit weiteren Anteilen der Komponente A) eingesetzt werden. Hierbei treten üblicherweise keine Probleme in Bezug auf die Lösegeschwindigkeit oder das Mischungsverhalten der Komponenten auf, was von Vorteil ist. Auf einen Gewichtsteil A) werden 0 bis 12 Teile des Sirups B) eingesetzt. Bevorzugt werden 2 bis 11 Gewichtsteile B) auf 1 Gewichtsteil A) eingesetzt. Besonders zweckmäßig sind 4 bis 10 Gewichtsteile B) auf 1 Gewichtsteil A). Ganz besonders bevorzugt nimmt man 6 bis 9 Gewichtsteile eines Sirups und mischt sie mit einem Gewichtsteil polymerisierbaren Monomeren A).
Vorzugsweise wird als Komponente B) Sirup verwendet und in A) gelöst.
Die Komponente C) ist eine essentielle Komponente, die zur Härtung (Polymerisation) des polymerisierbaren Systems unerlässlich ist.
Die Polymerisation kann radikalisch sowie ionisch erfolgen, wobei die radikalische Polymerisation bevorzugt ist. Sie kann thermisch, durch Strahlen und durch Initiatoren erfolgen, wobei vorzugsweise Initiatoren verwendet werden, die Radikale bilden. Die jeweiligen Bedingungen der Polymerisation hängen von den gewählten Monomeren und dem Initiatorsystem ab und sind in der Fachwelt weithin bekannt.
Zu den bevorzugten Initiatoren gehören unter anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren, wie AIBN bzw. 1,1- Azobiscyclohexancarbonitril, sowie Peroxyverbindungen, wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, 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, l,l-Bis(tert.- butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Bis (tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan, Cumylhydroperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Dicumylperoxid, 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.
Es kommen ebenfalls Redoxsysteme in Frage, wobei auch phlegmatisierte Systeme in organischen Lösungsmitteln oder in wässrigen Lösungen oder in wässriger Suspension bekannt und einsetzbar sind. Ein solches System ist unter der Marke Cadox von der Firma Akzo erhältlich.
Auch Mischungen mehrerer Initiatoren mit abgestufter Halbwertszeit sind möglich. Auf diese Weise lässt sich die Polymerisationsreaktion besser beherrschen, örtliche Unregelmäßigkeiten lassen sich vermeiden und es wird ein gleichmäßigeres Ergebnis erhalten. Auch kann man dadurch die Nachpolymerisationszeit (Tempern in Thermoschränken) verkürzen.
Die Menge der Komponente C) ist in weiten Grenzen variabel. Sie richtet sich nach der Zusammensetzung der Monomeren, der Art und Menge des Polymeren oder Prepolymeren sowie der gewünschten Polymerisationstemperatur und dem angestrebten Molekulargewicht des herzustellenden Polymers. Richtwerte ergeben sich etwa für Molekulargewichte von 10.000 bis 200.000 (Gewichtsmittel des Molekulargewichts) zu 2xl0"5 bis etwa lxlO"4 Mol Initiator pro Mol polymerisierbaren Bestandteilen des Monomersystems. Je nach Molekulargewicht der eingesetzten Initiatorverbindung(en) kommen pro Gewichtsteil der Komponente A) etwa lxlO3 bis 5xl0"5 Gewichtsteile der Komponente C) in Frage. Durch entsprechend geringere Wahl der Initiatormenge kann das Molekulargewicht der polymerisierten Zwischenschicht
bis zu 10 Millionen g/mol betragen.
Bei der Komponenten D) handelt es sich um einen optionalen Bestandteil des polymersierbaren (Meth)acrylat-Systems, der allerdings bevorzugt im System enthalten ist. Beispiele sind Emulgatoren. Bevorzugt sind Lecithine, z. B. Soja- Lecithin. Die Menge der einzusetzenden Substanzen kann über weite Bereiche variiert werden. Bevorzugt sind 0,01 bis 1 Gewichtsteil D) auf 1 Gewichtsteil A). Besonders zweckmäßig sind 0,1 bis 0,2 Gewichtsteil D) auf 1 Gewichtsteil A).
Die Komponente E) ist optional. Es handelt sich hierbei um die üblichen Zusatzstoffe, die an sich bekannt sind. Hierzu gehören also u. a. Farbpigmente, Antistatika, Antioxidantien, Flammschutzmittel, Schmiermittel, Farbstoffe, Fließverbesserungsmittel, Füllstoffe, Lichtstabilisatoren und organische Phosphorverbindungen, wie Phosphite oder Phosphonate, Pigmente, Thixotropiermittel, UV-Schutzmittel, Verwitterungsschutzmittel und Weichmacher.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Menge an Acrylharz derart gewählt, dass durch die Polymerisation eine Acrylglas-Zwischenschicht mit einer Dicke von mindestens 2 mm erzeugt wird. Besonders vorteilhafte Dicken der Zwischenschicht liegen im Bereich von 2 mm bis 10 mm, insbesondere im Bereich von 3 mm bis 9 mm. Dabei ist im allgemeinen eine dickere Zwischenschicht besser in der Lage, eventuelle Unregelmäßigkeiten in der Dicke der äußeren Kunststof -Platten auszugleichen.
Erfindungsgemäß wird die Zusammensetzung des Acrylharzes weiterhin vorzugsweise derart gewählt, dass die resultierende Acrylglas-Zwischenschicht eine von mindestens einer äußeren Kunststoff-Platten verschiedene Farbe aufweist. Im Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Acrylglas-Zwischenschicht farblos.
Die Durchführung der Kammerpolymerisation kann für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auf an sich bekannte Weise erfolgen, bis auf die Tatsache, dass man anstelle der ansonsten üblichen Glasscheiben zwei Kunststoff-Platten einsetzt. Zweckmäßigerweise geht man so vor, dass man a) die zwei äußeren Kunststoff-Platten mit Hilfe einer Dichtung so distanziert, dass zwischen den beiden Platten ein Spalt von mindestens 2 mm entsteht, b) in diesen Spalt durch eine Öffnung in der Dichtung die Acrylharz- Zusammensetzung einfüllt und c) die Polymerisation der Acrylharz-Zusammensetzung initiiert.
In diesem Zusammenhang hat es sich als ganz besonders günstig erwiesen, die Kammer waagerecht zu legen und zu polymerisieren. Dabei wird die untere äußere Kunststoff-Platte zweckmäßigerweise auf eine Glasscheibe mit einer Dicke von vorzugsweise mindestens 10 mm aufgelegt, um ein Durchwölben der unteren Kunststoff-Platte bestmöglich zu verhindern. Weiterhin kann es auch von Vorteil sein, oben auf die Kammer eine zweite Glasscheibe mit einer Dicke von vorzugsweise mindestens 10 mm zu legen, um die Kammer weiter zu stabilisieren.
Für weitere Details wird auf die gängige Fachliteratur verwiesen, beispielsweise auf M. Stickler et al. in „Polymefhacrylates", Ulimann' s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 21, VCH Publishers Inc., Weinheim, 1992, Seite 473 ff oder W. Wunderlich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band E 20 „Makromolekulare Stoffe", G. Thieme Verlag, Stuttgart, 1987, Teilband 2, Seite 1145 ff, auf deren Offenbarung hiermit explizit Bezug genommen wird.
Mögliche Anwendungsgebiete der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Kunststoff-Platten mit schichtförmigem Aufbau sind für den Fachmann unmittelbar offensichtlich. Sie eignen sich insbesondere für solche Anwendungen, die für mehrschichtige, gefärbte Kunststoff-Platten mit
schichtförmigem Aufbau vor gezeichnet sind. Hierzu gehören insbesondere die Sichtwerbung, die Möbelindustrie, beispielsweise für Verblendungen, sowie der Laden- und Messebau.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Beispiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert, ohne das hierdurch eine Beschränkung des Erfindungsgedankens erfolgen soll.
I. Allgemeine Versuchsvorschrift
A) Kammeraufbau
Die Beschreibung des Kammeraufbaues erfolgt von unten nach oben.
Als unterste Scheibe, zur Stützung des Gesamtpaketes, liegt eine 10mm dicke Glasscheibe ( Float-Glas ). Sie wird verwendet, um die Paketunterseite vor Beschädigungen (z. B. Gestellabdrücken u. ä.) zu schützen. Darauf liegt die farbige PLEXIGLAS ® Platte, die auf der Unterseite mit SH-Folie (= selbsthaftende Folie ) beklebt ist. Die Folie wird verwendet, um im späteren Temperprozess eine optisch einwandfreie Oberfläche zu erhalten. Dabei weist die Folie eine entsprechend Temperaturbeständigkeit auf. Die Oberseite der farbigen Platte ist unbeklebt.
Auf der farbigen Platte wird die Dichtschnur (Rundprofil, PVC oder PE) fixiert.
Zusätzlich wird der zum Füllen der Kammer benötigte Füllschlauch (darmähnliches Material mit geringer Wandstärke) eingelegt.
Danach erfolgt die Abdeckung mit einer klaren PLEXIGLAS ® Scheibe. Diese ist nur auf der Oberseite wieder mit SH-Folie beklebt.
Als Deckel kann eine 10 mm Glasscheibe zur Stabilisierung des Gesamtpaketes aufgelegt werden. Ohne Verwendung des Deckel kann es vorkommen, dass sich die farblose Scheibe stark durchbiegt, was zu Toleranzproblemen führt.
B) Füllen der Kammer, Zwischenschicht
Das unter A) beschriebene Paket wird an drei Seiten mit elastischen Federstahlklammern geklammert. Die ungeklammerte Frontseite wird aufgekeilt (ca. 30 mm). Über die so entstandene Öffnung, wird über den vorher eingelegten Füllschlauch die schräggestellte Kammer mit Sirup befüllt. Hierbei wird der Sirup in die Kammer von unten beginnend nach oben gefüllt, um zu vermeiden, dass sich Füllblasen im Sirup bilden und die PLEXIGLAS ® Scheiben im oberen Bereich mit Sirup benetzt werden.
Es wird genau die für die gewünschte Schichtdicke erforderliche Menge eingefüllt. Der Fülldarm wird bei Füllende wieder herausgezogen.
Danach wird die Frontseite mit gleichen Federstahlklammern verschlossen. Das gesamte Paket wird anschließend waagerecht gelegt und entlüftet. Für die weiteren Prozessschritte wird es in ein Polymerisationsgestell eingefahren.
C) Lösungsherstellung
Verwendet wird ein niedermolekularer, UV-geschützter Sirup, mit ca. 25 % Polymeranteil. Als Initiator wird eine Kombination aus hoch- und niedrigzerfallenden Peroxiden verwendet. Die Lösung wird vor dem Füllen evakuiert.
D) Polymerisation
Die Polymerisation erfolgt im Wasserbad, je nach Stärke der Zwischenschicht, im Temperaturbereich von 30 bis 55 °C Die Verweildauer ist je nach
Schichtdicke zwischen 1,5 ( 3 m ) und 15 (10 mm) Stunden. Der so erzielte Umsatz liegt bei ca. 90 % .
Bei der Verwendung von PE-Schnur, wird diese im Polymerisationsverlauf entfernt, hierzu werden die Klammern abgenommen.
Bei der Verwendung von PVC-Schnur verbleibt die Schnur im Zwischenbereich und die Klammern auf dem Paket.
E) Endpolymerisation
Das Gesamtpaket wird in den Temperschrank eingefahren.
Die Endpolymerisation erfolgt im Temperschrank bei ca. 100 °C, zwischen 4 bis 10 Stunden. Der Umsatz beträgt danach größer 99 % .
F) Demontage
Nach der Abkühlphase werden die Klammern abgenommen (PVC-Schnur). Zur Demontage wird die obere Glasscheibe abgehoben. Das zusammenpolymer isierte, beidseitig mit SH-Folie beklebte Paket wird anschließend von der Bodenscheibe heruntergehoben und auf einer Transportpalette abgesetzt.
G) Kontrolle
Zur Kontrolle wird die oberste Folie abgezogen und die Platte auf Fehler und Toleranz kontrolliert. Abschließend erfolgt wieder das Aufbringen einer Schutzkaschierung. Die Bicolor-Platte kann nun zugeschnitten werden.
Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise kann sinngemäß auf das Rostero- Kammerverfahren (z. B. DE-OS 2040 849, Polymerisation bei vertikaler Anordnung der Kammern ) oder die Luftpolymerisation übertragen werden.
II. Messvorschrift zur Bestimmung der Durchbiegung
Die Bestimmung der Durchbiegung der Platten (Planität) wird nach einer modifizierten Form der Deutschen Norm 12017 EN ISO wie folgt durchgeführt:
Prüfbedingungen, Probenentnahme, Probenherstellung, etc. werden wie in der Norm beschrieben durchgeführt mit dem Unterschied, dass statt der in der Norm beschriebenen Stegplatten die flachen, monolithischen Platten der vorliegenden Anmeldung untersucht werden.
Die Messung der Durchbiegung erfolgt in vertikaler Lage der Platten, so wie in Punkt 6.6 „Durchbiegung der Plattenoberfläche" beschrieben. Hierzu wird ein quadratisches Stück von 1 m x 1 m Kantenlänge aus der zu messenden Platte herausgeschnitten und nach beidseitigem Entfernen der Schutzfolie (SH-Folie) auf eine ebene, horizontale Fläche gestellt. Durch mehrfaches Anlegen des langen, geraden Lineals (Länge 1000 mm) an verschiedene Stellen der konkav gekrümmten Oberfläche wird der maximale Abstand zwischen Plattenoberfläche und dem Lineal bestimmt (z.B. Messschieber oder Tiefenmaß). Nachdem es bei den Platten der vorliegenden Anmeldung keine Extrusionsrichtung gibt, wird nur der Wert der maximalen Durchbiegung angegeben, unabhängig ob er bei horizontaler oder bei vertikaler Haltung des Lineals ermittelt wurde, und es wird bei der Angabe des Wertes mit angegeben, dass der Wert auf eine Länge von 1 m bezogen ist.
Beispiel 1
Gemäß der allgemeinen Versuchsvorschrift wurde eine Acrylglas-Platte im Format 3,15 m x 2,13 m (Glasformat) hergestellt. Es wurde eine untere äußere, farbige Acrylglasplatte mit einer Dicke von 3 mm und eine obere äußere, farblose Acrylglasplatte mit einer Dicke von 3 mm eingesetzt. Die Dicke der Zwischenschicht wurde auf 3 mm eingestellt.
Die erhaltene Acrylglas-Platte mit schichtförmigem Aufbau weist die gleichen Eigenschaften und Verarbeitbarkeit wie PLEXIGLAS ® GS der Fa. Röhm GmbH & Co. KG auf, z. B. Transparenz, Laserschneidbarkeit, Umformbarkeit, Verklebbarkeit usw. Auch zeichnet sie sich durch eine hohe Planität aus und zeigt eine Durchwölbung, gemessen nach der modifizierten Vorschrift analog der Norm EN ISO 12017, von weniger als 3 mm bezogen auf eine Länge von I m.
Beispiel 2
Gemäß der allgemeinen Versuchsvorschrift wurde eine Acrylglas-Platte im Format 2,25 m x 1,45 m (Glasformat) hergestellt. Es wurde eine untere äußere, farbige Acrylglasplatte mit einer Dicke von 4 mm und eine obere äußere, farblose Acrylglasplatte mit einer Dicke von 4 mm eingesetzt. Die Dicke der Zwischenschicht wurde auf 6 mm eingestellt.
Die erhaltene Acrylglas-Platte weist die gleichen Eigenschaften und Verarbeitbarkeit wie PLEXIGLAS ® GS der Fa. Röhm GmbH & Co. KG auf, z.B. Transparenz, Laserschneidbarkeit, Umformbarkeit, Verklebbarkeit usw. Auch zeichnet sie sich durch eine hohe Planität aus und zeigt eine Durchwölbung, gemessen nach der modifizierten Vorschrift analog der Norm EN ISO 12017, von weniger als 3 mm bezogen auf eine Länge von 1 m.
Vergleichsbeispiel 1
Gemäß der allgemeinen Versuchsvorschrift wurde eine Acrylglas-Platte im Format 2,25 m x 1,45 m (Glasformat) hergestellt. Es wurde eine untere äußere, farbige Acrylglas-Platte mit einer Dicke von 3 mm und eine obere äußere, farblose Acrylglas-Platte mit einer Dicke von 4 mm eingesetzt. Die Dicke der Zwischenschicht wurde auf 6 mm eingestellt.
Die erhaltene Acrylglas-Platte mit schichtförmigem Aufbau zeigt eine Durchwölbung, gemessen nach der modifizierten Vorschrift analog der Norm EN ISO 12017, von über 3 mm bezogen auf eine Länge von 1 m.
Vergleichsbeispiel 2
Gemäß der allgemeinen Versuchsvorschrift wurde eine Acrylglas-Platte im Format 2,25 m x 1,45 m (Glasformat) hergestellt. Es wurde eine untere äußere, farbige Acrylglas-Platte mit einer Dicke von 4 mm und eine obere äußere, farblose Acrylglas-Platte mit einer Dicke von 5 mm eingesetzt. Die Dicke der Zwischenschicht wurde auf 6 mm eingestellt.
Die erhaltene Acrylglas-Platte mit schichtförmigem Aufbau zeigt eine Durchwölbung, gemessen nach der modifizierten Vorschrift analog der Norm EN ISO 12017, von über 3 mm bezogen auf eine Länge von 1 m.
Gemäß der allgemeinen Versuchsvorschrift allerdings ohne die obere äußere Acrylglas-Platte wurde eine Acrylglas-Platte mit schichtförmigem Aufbau im Format 2,25 m x 1,45 m (Glasformat) hergestellt. Jedoch musste dieses Paket verworfen werden, da die Durchwölbung der so erhaltenen Platte mit ca. 6 - 9 mm bezogen auf eine Länge von 1 m, gemessen nach der modifizierten Vorschrift analog der Norm EN ISO 12017, viel zu hoch war.