DE19942993A1

DE19942993A1 - Verfahren zur Herstellung eines Holzbeschichtungsmittels

Info

Publication number: DE19942993A1
Application number: DE19942993A
Authority: DE
Inventors: Stefan Friebel; Rudi Danz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2001-03-15
Also published as: AU7507300A; WO2001018131A1; EP1228152A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Überzugsmittels für die Beschichtung von Holz, bei dem ein Bindemittel aus der Gruppe der physikalisch trocknenden Acrylatharze oder strahlenvernetzenden Acrylatharze ausgewählt und dann mit zumindest einem hocheffizienten und lichtstabilen Laserfarbstoff dotiert wird, der in Form von 0,1-5,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung in dem Bindemittelmolekular dispers gelöst wird und den UV-Anteil des UV-Lichtes sowie spektrale Lichtanteile im Wellenlängenbereich zwischen 280 nm und 500 nm vollständig oder selektiv absorbiert und mit einer Konversionseffizienz von L 30% in längerwellige, die Holzsubstrate und das Bindemittel nicht schädigende Strahlung umwandelt, wobei zumindest ein Photoinitiator, Hilfsstoffe und gegebenenfalls Lösemittel beigemischt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Überzugsmittels für die Beschichtung von Holz mit speziellen wetter- und lichtschützenden Eigenschaften. Anwen dungsgebiet ist die Beschichtung von Holzfassaden, Fenstern, Türen, Holzverkleidungen und dergleichen.

Werden zum Schutz von Holz lasierende oder farblose Beschichtun gen angewendet, führt energiereiche Strahlung aus dem Sonnen spektrum zu Abbaureaktionen im Lackfilm. Aber auch das Lignin in der darunterliegenden Holzoberfläche wird zerstört und führt in Kombination mit Feuchte zum Ablösen des farblosen Lackfilmes.

In der Patentschrift US 5,338,613 werden photopolymerisierbare Polyurethanacrylate für wetterbeständige Beschichtungen be schrieben. Zur Lichtstabilisierung werden dem Lack organische UV-Absorber und Pigmente zugegeben. Die organischen UV-Absorber absorbieren zwar die photonische Energie, sie haben aber den Nachteil, daß ihre Wirksamkeit im Laufe der Zeit abnimmt und somit die absorbierte Lichtenergie an das Gitter des Polymerbin ders weitergeben und auf diese Weise langfristig zu einem lichtinduzierten Abbau des Polymers führt. Weiterhin sind Pig mente enthaltende Lackformulierungen für Holzanstriche weniger gut geeignet, da sie zum einen die Holzmaserung verdecken und zum anderen nach einer Anwendung länger als 5 Jahre zum Abblät tern neigen.

In der US 5,840,788 sind Urethan-Beschichtungen für Golfbälle beansprucht. Die dabei verwendeten Aufheller sind nicht lang zeit-photostabil. Ihre Strahlungsumwandlungseffizienz ist nicht ausreichend. Diese Beschichtungen sind für einen ausreichenden Holzschutz ebenfalls nicht geeignet. Insbesondere beachten die bisherigen erfinderischen Lösungen nicht, daß Holz auch durch Strahlung im blauen Spektralbereich abgebaut wird.

Als eine Alternative werden nano-Metalloxide in der Patent schrift 5,817,160 beschrieben, wie z. B. TiO₂, die die Eigenschaf ten besitzen, UV-Licht zu absorbieren, im sichtbaren Licht je doch transparent zu sein. Diese Technik des UV-Schutzes hat den Vorteil, daß sich die nano-Metalloxide im Gegensatz zu den orga nischen UV-Absorbern nicht verbrauchen. Der Nachteil hier bei Klarlacken ist der unzureichende Schutz von UV-Licht des Spek tralbereichs von 400 bis 440 nm, was nur einen unzureichenden Schutz für das Holz gewährt.

Eine andere Schutzmaßnahme gegen die schädigende UV-Strahlung ist die UV-Abschirmung. Das Wirkprinzip dieser Methode ist die komplette Abschirmung der UV-Strahlung durch Zusatz von UV-ab sorbierenden Eisenoxidpigmenten. Diese Eisenoxidpigmente weisen aber den entscheidenden Nachteil von farbgebenden und deckenden Eigenschaften auf, so daß sie zur Herstellung farbloser Überzüge nicht geeignet sind. Im Gegensatz zu den UV-Absorbern und Licht schutzmitteln lassen sich Überzüge, die Eisenoxid enthalten, nur schwer mit UV-Licht vernetzen. Sie neigen außerdem, wie schon erwähnt, nach nur wenigen Jahren zum Abblättern des Lackfilms und Auskreiden des Pigmentes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsver fahren für ein weitgehend witterungs- und UV-stabiles Holz-Über zugsmittel zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Überzugsmittels für die Be schichtung von Holz, bei dem ein Bindemittel aus der Gruppe der physikalisch trocknenden Acrylatharze oder strahlenvernetzenden Acrylatharze ausgewählt und dann mit zumindest einem hocheffi zienten und lichtstabilen Laserfarbstoff dotiert wird, der in Form von 0,1-5,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung in dem Bindemittel molekular dispers gelöst wird und den UV-An teil des UV-Lichtes sowie spektrale Lichtanteile im Wellenlän genbereich zwischen 280 nm und 500 nm vollständig oder selektiv absorbiert und mit einer Konversionseffizienz von ≧ 30% in län gerwellige, die Holzsubstrate und das Bindemittel nicht schädi gende Strahlung umwandelt, wobei zumindest ein Photoinitiator, Hilfsstoffe und gegebenenfalls Lösemittel beigemischt werden.

Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn als Photoinitiator Me thylbenzoylformat, Irgacure 184, Irgacure 819 oder P37 (Benzo phenonderivat) allein oder in Kombination eingesetzt werden, wobei auch andere Photoinitiatoren denkbar sind. Dabei können als Acrylatharze UV-vernetzende Polyurethanacrylate verwendet werden.

Eine auf einem anderen Bindemittel basierende erfindungsgemäße Alternativlösung ist ein Verfahren zur Herstellung eines trans parenten Überzugsmittels für die Beschichtung von Holz, bei dem ein Bindemittel aus der Gruppe mittel- bis langöliger Alkydhar ze auf Basis trocknender Fettsäuren und/oder trocknender Öle ausgewählt und dann mit zumindest einem hocheffizienten und lichtstabilen Laserfarbstoff dotiert wird, der in Form von 0,1- 5,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung in dem Binde mittel molekular dispers gelöst wird und den UV-Anteil des UV- Lichtes sowie spektrale Lichtanteile im Wellenlängenbereich zwi schen 280 nm und 500 nm vollständig oder selektiv absorbiert und mit einer Konversionseffizienz von ≧ 30% in längerwellige, die Holzsubstrate und das Bindemittel nicht schädigende Strahlung umwandelt, wobei Hilfsstoffe und gegebenenfalls Lösemittel bei gemischt werden.

Die erfindungsgemäße Beschichtung übt gegenüber dem Holzsubstrat auch im blauen Spektralbereich einen hohen Lichtschutz aus und ist lichtstabil. Die erfindungsgemäßen Beschichtungssysteme kön nen durch die wirtschaftliche Technik der Strahlenhärtung (z. B. durch UV-Strahlung) vernetzt werden. Darüberhinaus sind die Be schichtungen transparent, so daß die Holzmaserung voll zur Wir kung kommen kann und nicht durch Pigmente verdeckt wird. Die Herstellungstechnologie der Schichten ist ökonomisch effizient und leicht umsetzbar. Dabei ist die Schichtdicke des Anstrichs mit der Konzentration des jeweiligen Laserfarbstoffs abzustim men.

Der zumindest eine Laserfarbstoff ist auf den Anwendungszweck abzustimmen und wird aus speziellen Rhodaminen, Pyrromethenen, Exaliten, Furan oder Lumogenen ausgewählt. Dabei kommen von den Rhodaminen insbesondere Rhodamin 560, Rhodamin 575, Rhodamin 590 und Rhodamin 610 in Frage. Als Pyrromethene eignen sich insbe sondere Pyrromethen 546, Pyrromethen 556, Pyrromethen 567, Pyr romethen 580, Pyrromethen 597 und 1,4-Di[2-(5-phenyloxazolyl)]benzen. Von den Exaliten haben sich als besonders geeignet erwiesen Exalit 428, Exalit 400E, Exalit 404, Exalit 411, Exalit 417, LD466, LD473 und LD489. Bevorzugte Lumogene sind Lumogen F240, Lumogen F Rot 300, Lumogen F Violett 570 und Lumogen F Gelb 083.

Da nicht alle Laserfarbstoffe den gewünschten Wellenlängenbe reich absorbieren, können ein oder mehrere Laserfarbstoffe in Kombination mit einem organischen UV-Absorber verwendet werden.

Als Hilfsstoffe kommen Verlaufsadditive, Netzadditive oder der gleichen in Frage. Zur Preisreduzierung des Überzugsmittels kön nen außerdem Füllstoffe beigegeben werden.

Bei hoher Viskosität des Lacksystems ist die Zugabe eines Löse mittels, z. B. Aceton, erforderlich.

Ausführungsbeispiel 1

0,04 g Lumogen F Violett 570 werden in 4 g Hexandioldiacrylat und 1 g Ebecryl 112 gelöst und anschließend mit 5 g IRR 245 ver setzt. Diesem Gemisch werden 0,3 g Tinuvin 400, 0,05 g BYK 333, 0,04 g BYK 088 und 0,3 g P37 (Benzophenonderivat - Photoinitia tor) zugegeben. Nach Applikation auf dem Holz wird der Lackfilm mit W-Strahlung (Quecksilber (Hg) oder Gallium (Ga)-dotierte Hg-Lampe) vernetzt. Die Vernetzung kann unter Normalatmosphäre oder besser unter Inertgas (z. B. Stickstoff) stattfinden.

Ausführungsbeispiel 2

0,05 Lumogen F Violett 570 werden in 4 g Hexandioldiacrylat und 1 g Ebecryl 111 gelöst und anschließend mit 2 g Ebecryl 284 und 3 g IRR 245 versetzt. Diesem Gemisch werden 0,2 g Tinuvin 400, 0,04 g BYK 333, 0,04 g BYK 088 und 0,3 g P37 (Benzophenonderivat- Photoinitiator) zugegeben. Nach Applikation auf dem Holz wird der Lackfilm mit UV-Strahlung (Hg oder Ga-dotierte Hg-Lampe) vernetzt. Die Vernetzung kann unter Normalatmosphäre oder besser unter Inertgas (z. B. Stickstoff) stattfinden.

Ausführungsbeispiel 3

0,1 g Lumogen F Violett 570 werden in 3 g Hexandioldiacrylat, 1 g Ebecryl 112 und 1 g Aceton gelöst und anschließend mit 2 g Ebecryl 284 und 4 g IRR 245 versetzt. Diesem Gemisch werden 0,04 g BYK 333, 0,04 g BYK 088 und 0,3 g P37 (Benzophenonderivat - Photoinitiator) zugegeben. Nach Applikation auf dem Holz wird der Lackfilm mit UV-Strahlung (Hg oder Ga-dotierte Hg-Lampe) vernetzt. Die Vernetzung kann unter Normalatmosphäre oder besser unter Inertgas (z. B. Stickstoff) stattfinden.

Ausführungsbeispiel 4

300 mg des Laserfarbstoffes Lumogen F 240 und/oder des Laser farbstoffes Pyrromethen 546 werden in 100 ml Dimethylformamid im Ultraschallbad gelöst und der Rückstand abgefiltert. 10 g des Filtrats wird mit 10 g Ebecryl 284, 4 g HDDA, 1 ml Aceton und 0,3 g des Photoinitiators Benzoinethylether gemischt. Der herge stellte Lack wird auf einem Holzsubstrat aufgebracht und mit UV- Strahlung im Wellenlängenbereich von 340 bis 380 nm mit an schließender Temperaturbehandlung bei 100°C ausgehärtet. Es ent stehen lichtstabile Schichten, die im Wellenlängenbereich unter halb 450 nm eine Absorption < 95% aufweisen und damit einen ausreichenden Lichtschutz für Holz bieten.

Ausführungsbeispiel 5

Die Laserfarbstoffe Lumogen F Rot 300 und/oder F Violett 570 werden Xylen gelöst (je 300 mg in 20 ml Xylen). 1,33 g der La serfarbstoff-Lösung werden dann dem Gemisch aus 2,0 g Ebecryl und 0,90 g HDDA zugegeben unter Zusatz des Photoinitiators Me thylbenzoylformat (3%). Die Laserfarbstoff-Lackformulierung wird auf Holzsubstraten mit UV-Strahlung ausgehärtet.

Ausführungsbeispiel 6

8 g Primal E 3083 (Acrylatharz) werden mit 0,3 g Butylglycol 0,25 g Mobilcer M, 0,01 g Ammoniak und 0,5 g Wasser dispergiert. Zu dieser Emulsion wird eine Lösung von 0,05 g Lumogen F Violett 570, 0,2 g Tinuvin 400, 0,04 g BYK 333, 0,05 g BYK 022 in 5 ml Aceton gegeben. Nach Applikation auf dem Holz vernetzt das Harz zu einem witterungsbeständigen Lackfilm.
Ebecryl 111, Ebecryl 112, Ebecryl 284, IRR 245 und P37 sind Schutzmarken von UCB Chemicals
BYK 333, BYK 088 sind Schutzmarken von BYK-Chemie GmbH
Tinuvin 400 ist eine Schutzmarke von Ciba Speciality Chemicals

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines transparenten Überzugsmit tels für die Beschichtung von Holz, bei dem ein Bindemittel aus der Gruppe der physikalisch trocknenden Acrylatharze oder strahlenvernetzenden Acrylatharze ausgewählt und dann mit zumindest einem hocheffizienten und lichtstabilen La serfarbstoff dotiert wird, der in Form von 0,1-5,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung in dem Bindemittel molekular dispers gelöst wird und den UV-Anteil des UV- Lichtes sowie spektrale Lichtanteile im Wellenlängenbereich zwischen 280 nm und 500 nm vollständig oder selektiv absor biert und mit einer Konversionseffizienz von ≧ 30% in län gerwellige, die Holzsubstrate und das Bindemittel nicht schädigende Strahlung umwandelt, wobei zumindest ein Photoinitiator, Hilfsstoffe und gegebenenfalls Lösemittel beigemischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Photoinitiator Methylbenzoylformat, Irgacure 184, Irgacure 819 oder P37 (Benzophenonderivat) allein oder in Kombina tion eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Acrylatharze UV-vernetzende Polyurethanacrylate verwendet werden.

4. Verfahren zur Herstellung eines transparenten Überzugsmit tels für die Beschichtung von Holz, bei dem ein Bindemittel aus der Gruppe mittel- bis langöliger Alkydharze auf Basis trocknender Fettsäuren und/oder trocknender Öle ausgewählt und dann mit zumindest einem hocheffizienten und lichtsta bilen Laserfarbstoff dotiert wird, der in Form von 0,1- 5,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung in dem Bindemittel molekular dispers gelöst wird und den UV-Anteil des UV-Lichtes sowie spektrale Lichtanteile im Wellenlän genbereich zwischen 280 nm und 500 nm vollständig oder se lektiv absorbiert und mit einer Konversionseffizienz von ≧ 30% in längerwellige, die Holzsubstrate und das Binde mittel nicht schädigende Strahlung umwandelt, wobei Hilfs stoffe und gegebenenfalls Lösemittel beigemischt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Laserfarbstoff auf den Anwendungszweck abgestimmt und aus speziellen Rhodami nen, Pyrromethenen, Exaliten, Furan oder Lumogenen ausge wählt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Laserfarbstoff in Kombination mit einem organischen UV-Absorber verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch den Zuschlag von Füllstoffen.