DE19529987A1 - Verfahren zur Herstellung hochabriebfester Lackschichten auf festem Trägermaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochabriebfester Lackschichten auf festem Trägermate­ rial mittels Kunstharzlacken, wie Acrylatharz-, Polye­ sterharz- und Polyurethanharzlacken, die mit der an sich bekannten Technologie der UV-Vernetzung, der Elektronenstrahlhärtung, des Impuls-Strahl-Trocknungs­ verfahrens, der Ofen- oder Infrarottrocknung, der Lufttrocknung oder chemisch gehärtet werden.

Für die Strapazierfähigkeit und damit den Gebrauchs­ wert von Lackschichten auf Holzoberflächen, Furnier, Kunststoff, Folien oder Platten unterschiedlicher Materialien ist die Abriebfestigkeit der Lackschicht von besonderer Bedeutung.

Am weitesten verbreitet ist es, in Abhängigkeit von Art, Intensität und Dauer der Nutzung der zu beschich­ tenden Materialien, ob z. B. für Arbeits- und Tisch­ platten, Zahltheken, Bäder und Vertäfelungen, Wohnzim­ mer, Tanzboden oder Sporthalle, eine mehr oder weni­ ger große Menge an Lack auf die betreffende Oberflä­ che aufzutragen. So werden durchschnittlich bei Furnier mit einer Stärke von 2 bis 5 mm etwa, 100 bis 500 g/m² Lack benötigt. Bei langen Nutzungs­ zeiträumen sind dann meist noch ein oder zwei Nachver­ siegelungen erforderlich.

Dieses Verfahren zum Erzielen möglichst abriebfester Lackschichten ist mit relativ hohen Kosten für z. B. Echtholzfurniere und Folien sowie für den Lack auf­ grund der verhältnismäßig hohen Lackeinsatzmenge pro m² verbunden. Der hohe Lackverbrauch hat darüber hinaus Umweltbelastungen, bedingt durch die stärkere Emission an Lösungsmittel, zur Folge. Mit zunehmender Menge an aufgetragenem Lack verlieren außerdem die Holzmaserungen an Klarheit. Die Oberfläche wirkt mehr und mehr kunststoffartig. Abgesehen davon, daß dem Auftragen von immer mehr Lack Grenzen gesetzt sind, geht optisch der Holzeffekt zunehmend verloren.

Es ist auch bekannt, möglichst abriebfeste Oberflä­ chen durch Aufbringen eines Overlays herzustellen. Dieses Verfahren ist jedoch zumindest für Holzoberflä­ chen nicht praktikabel und erfordert zudem einen verhältnismäßig hohen Aufwand.

Um verschleißfeste Lackschichten auf Furnier beliebi­ ger Stärke zu erhalten, ist es ferner bekannt, ver­ schleißhemmende Mittel, wie Korund, zunächst dem Lack beizumischen und etwa 100 bis 200 g/m² Lack mit eingerührtem verschleißhemmenden Mittel auf die betreffende Oberfläche aufzutragen, der dann nach bekannten Technologien ausgehärtet wird.

Ein wesentlicher Mangel bei Einarbeitung verschleiß­ hemmender Mittel in den Lack besteht darin, daß der erreichbare Abriebwert an die Lackauftragsmenge gekoppelt ist und die Korngröße sowie die Art des verschleißhemmenden Mittels nicht frei variierbar sind. Die Menge dieser Stoffe bewegt sich dabei in relativ engen Grenzen, was eine wesentliche Einschrän­ kung bezogen auf die Lackauftragsmenge bei vorgegebe­ ner, d. h. angestrebter Verschleißfestigkeit bedeutet. Die bekannten technischen Lösungen erfordern daher einen verhältnismäßig hohen Materialeinsatz an Lack.

Lacke, die Keramikteilchen oder dergleichen als ver­ schleißhemmendes Mittel enthalten, haben darüber hinaus den Nachteil, daß die mit der abrasiven Lack­ flotte in Kontakt kommenden Anlagenteile der Lackier­ straße, wie Auftragsaggregate (Walzen und Gießmaschi­ nen), Pumpen und Rohrleitungen, einem erhöhten Ver­ schleiß unterliegen. Um dies zu vermeiden, müssen die entsprechenden Anlagenteile aus verschleißfestem Material bestehen. Höhere Anschaffungs- und Unterhal­ tungskosten sind zumeist die Folge.

Außerdem können Verfärbungen der verwendeten Lacke auftreten. Der Lack muß darüber hinaus permanent umgewälzt werden, um ein Absetzen der beigefügten verschleißhemmenden Mittel zu verringern, wobei trotz allem eine gleichmäßige Abriebfestigkeit der Lack­ schicht in der Regel nicht erzielbar ist.

Ferner muß der Lack nach der Zugabe von abrasiven Zuschlagstoffen mehr oder weniger stark modifiziert werden, um eine Verarbeitung mittels der dargelegten Techniken überhaupt zu ermöglichen.

Bei Verwendung hochviskoser Formulierungen - bis hin zu Pasten bei der Imprägnierung von Papierbahnen - wird das Problem des Absetzens zwar minimiert. Aller­ dings sind Herstellung und Applikation der hochvisko­ sen Formulierungen und der Pasten ebenfalls mit gra­ vierenden Nachteilen verbunden. Der Auftrag z. B. der Pasten erfolgt im allgemeinen mit sogenannten Drahtra­ keln, die gleichfalls einem starken Verschleiß unter­ worfen sind, was wiederum zu nachteiligen Veränderun­ gen der Auftragsmenge führt.

Auch die Verwendung von Luftbürsten, die das Ver­ schleißproblem mindert, ist mit spezifischen Nachtei­ len verbunden. Diese äußern sich zum Beispiel in Oberflächenmängeln.

Bekannt ist es auch, gegen Abnutzung widerstandsfähi­ gere Lackschichten durch Elektronenstrahlhärtung zu erzeugen. Dieses Verfahren kann zwar bei geringeren Lackaufträgen als sie ohne Beimischung von verschleiß­ hemmenden Mitteln sonst notwendig sind, angewendet werden. Es erfordert jedoch eine komplizierte Techno­ logie und kostenintensive Ausrüstungen. Das Verfahren setzt die Abwesenheit von Sauerstoff voraus und verlangt daher eine Inertgastechnologie. Durch die bei der Elektronenstrahlhärtung auftretende stark ionisierende Strahlung sind zur Abschirmung des gesam­ ten Strahlenbereiches außerdem aufwendige Arbeits­ schutzmaßnahmen unerläßlich. Die so erreichbaren Ab­ riebwerte sind jedoch nur begrenzt variierbar.

Abrasive Stoffe können darüber hinaus auch mittels dem aus der Schleifmittelherstellung bekannten elek­ trostatischen Verfahren auf Warenbahnen aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist jedoch sehr kosteninten­ siv und erfordert ebenfalls eine Vielzahl aufwendiger Arbeitsschutzmaßnahmen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Material, Vorrichtungen und dergleichen eine abriebfestere Lackschicht auf festen Oberflächen unterschiedlicher Trägermaterialien aufge­ bracht werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 8.

Durch das vorliegende Verfahren entfallen die bisher übliche Zugabe des verschleißhemmenden Mittels in den Lack sowie das ständige Rühren, um eine gleichmäßige­ re Verteilung dieses Mittels im Lack zu erreichen. Auch das während des Bearbeitungsvorganges sonst not­ wendige Rühren, um ein Absetzen des verschleißhemmen­ den Mittels zu verringern, ist nicht mehr erforder­ lich. Neben den damit verbundenen Kosteneinsparungen besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens darin, daß Lack und ver­ schleißhemmendes Mittel in größeren Mengengrenzen variierbar sind und dadurch wesentliche Einsparungen an Lack, verbunden mit einer geringeren Umweltbela­ stung, erzielt werden können. Ein besonders unter ökologischem Aspekt sowie kostenmäßig zu sehender Vor­ teil des vorliegenden Verfahrens besteht außerdem darin, daß deutlich geringere Lackträgerschichten genügen.

Überraschend hat sich nun gezeigt, daß die gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten Lackschichten im Vergleich zum nächstliegenden Stand der Technik nicht nur eine wesentlich höhere Abriebfestigkeit aufwei­ sen, sondern diese höhere Abriebfestigkeit über die gesamte beschichtete Fläche verhältnismäßig gleich ausgebildet ist. Der nach den bekannten Verfahren bei mechanischer Beanspruchung sonst zu beobachtende un­ gleichmäßige Lackschichtabtrag wird dadurch weitge­ hend vermieden.

Von besonderem Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist, daß es zur Beschichtung fester Trägermate­ rialien unterschiedlicher Art, wie mitteldichte und hochdichte Faserplatten, Sperrholzplatten, Spanplat­ ten, Holzwerkstoffe, Parkett sowie verleimtes oder un­ verleimtes Massivholz anwendbar ist. Es kann auch zum Lackieren von mit Furnier, Kunststoffolie oder Papier beschichtetem festen Trägermaterial eingesetzt wer­ den.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens ist, daß es entsprechend den Ver­ schleißanforderungen eine genaue Einstellung der Ab­ riebfestigkeit durch exakte Mengendosierung der ver­ schleißhemmenden Mittel ermöglicht.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens sieht Variationen der Auf­ tragsmenge an verschleißhemmendem Mittel über die Bahnbreite des Trägermaterials vor, so daß bei glei­ chem Aufbau des Untergrundes und bei optimalem Mate­ rialeinsatz sektoral unterschiedliche Abriebfestig­ keiten entsprechend den jeweiligen Verschleißanforde­ rungen gezielt ereichbar sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können als ver­ schleißhemmende Mittel Metalloxide bekannter Art, wie Aluminiumoxid und/oder Siliziumdioxid, aufgetragen werden. Derartige verschleißhemmende Mittel sind bekannt und können bezogen werden.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Verfah­ rens sehen vor, daß das verschleißhemmende Mittel eine Teilchengröße im Bereich von 3,5 µm bis 56 µm aufweist und in einer Menge von 3 g/m² bis 30 g/m², vorzugsweise von 15 g/m², auf die zu lackierende Ober­ fläche aufgestreut wird. Die Bestimmung der Korngrö­ ßenverteilung erfolgt nach dem FEPA-Standard 42-D-1984, Teil 3.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens erfolgt das Auftragen des verschleißhemmenden Mittels in Abhängigkeit von der Art des Lackauftrages bei einer Vorschubgeschwindig­ keit von 1 m/min bis 140 m/min.

Durch Aufstreuen auf die klebrige Lackoberfläche wird eine exakte Fixierung der Verteilung des verschleiß­ hemmenden Mittels erzielt und werden produkt- oder anlagenbedingte Verwehungen vermieden.

Die zu beschichtende Oberfläche des Trägermaterials kann in üblicher Weise vor dem Aufstreuen des ver­ schleißhemmenden Mittels angeschliffen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, nach dem Aufbringen des Lackes und des verschleißhemmenden Mittels sowie der erfolgten Härtung nochmals oder mehrmals Lack oder ab­ wechselnd Lack und das verschleißhemmende Mittel, ge­ gebenenfalls bei jeweiliger Härtung und jeweiligem Zwischenschliff, aufzutragen.

Der Lack kann auf bekannte Weise gewalzt, gegossen oder gespritzt werden.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren an Versuchen näher erläutert werden:

Als Trägermaterial kamen HWS-Platten sowie mittel- und hochdichte Faserplatten zum Einsatz, die auf der Oberseite jeweils mit einem Furnier (Erle und Eiche) belegt waren. Als Gegenzug wurde ein wasserundurchläs­ siges Papier verwendet. Diese Furniere erhielten zunächst einen Holzschliff mittels zweier Querbänder 120/150er Korn und zweier Längsbänder 150/180er Korn. Anschließend wurden 40 g/m² UV-Lack als Grundlack gewalzt aufgetragen und eine UV-Zwischenhärtung vorge­ nommen. Nach einem Zwischenschliff (ein Längsband 400er Korn) wurden weitere 35 g/m² Grundlack aufgetra­ gen. Unter Einsatz einer auf dem Markt erhältlichen Präzisionsstreumaschine wurde danach Aluminiumoxid­ pulver als verschleißhemmendes Mittel aufgestreut. Die Streumaschine war dabei so eingestellt, daß der Abstand zwischen Streukopf und Plattenoberfläche im Bereich von 10 mm bis 300 mm lag. Hervorzuheben ist hier, daß sich dieser Bereich als günstig für die Ver­ meidung ungewollter Verwirbelungen und von Überschüt­ tungen des verschleißhemmenden Mittels erwiesen hat. Die Arbeitsbreite betrug 1300 mm.

Bei den einzelnen Versuchen wurde als verschleißhem­ mendes Mittel Al₂O₃ in g/m² in den Verhältnissen 2 (Versuch I) : 3 (Versuch II) : 4 (Versuch III) aufge­ tragen. Zum Einsatz kam dabei das Aluminiumoxid-Pul­ ver Rhinalux EW F 240 MO 7809 HCST der Firma HC Starck.

Nach dem Aufstreuen des verschleißhemmenden Mittels erfolgten eine UV-Zwischenhärtung und ein weiterer Walzauftrag von 35 g/m² des genannten Grundlackes, eine nochmalige UV-Zwischenhärtung und danach ein Zwischenschliff mit einem Längsband 400er Korn. Anschließend wurden 10 g/m² Endlack aufgetragen und erfolgte die UV-Aushärtung der gesamten Lackschicht.

Die genannten Versuche wurden bei einer Vorschubge­ schwindigkeit von 16 m/min durchgeführt.

Die auf diese Weise lackierten Oberflächen der HWS- und Faserplatten wurden in ihrem Verhalten gegenüber Abriebbeanspruchung, Kratzbeanspruchung und Stoßbean­ spruchung geprüft. Die Prüfungen erfolgten in Anleh­ nung an die DIN EN 438. Die dabei erzielten Ergebnis­ se sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Weitere Versuche mit HWS- und Faserplatten, die mit Furnier aus Esche, Kiefer, Birke oder Kirsche belegt waren, führten zu vergleichbaren positiven Ergebnis­ sen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung hochabriebfester Lackschichten auf festem Trägermaterial mit Kunstharzlack, wie Acrylatharz-, Polyesterharz- oder Polyurethanharzlack und einem verschleiß­ hemmenden Mittel, wobei der Kunstharzlack unter Anwendung einer an sich bekannten Technologie gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißhemmende Mittel unmittelbar auf die Oberfläche des Trägermaterials gestreut und darauf anschließend Lack aufgetragen wird oder das verschleißhemmende Mittel auf die mit Lack bereits versehene Oberfläche des Trägermate­ rials gestreut und jeweils danach der Auftrag aus Lack und verschleißhemmendem Mittel gehär­ tet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der vor dem Aufstreuen des verschleiß­ hemmenden Mittels auf die Oberfläche des Träger­ materials aufgetragene Lack zwischengehärtet und gegebenenfalls geschliffen wird, der an­ schließende Auftrag aus Lack und verschleißhem­ mendem Mittel gehärtet wird und danach ein wei­ terer Lackauftrag mit abschließender Härtung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Trägermaterial Holzwerkstoffe, mitteldichte Faserplatten, hochdichte Faserplat­ ten, Sperrholzplatten, Spanplatten oder in geschliffenem oder ungeschliffenem Zustand ver­ leimtes und unverleimtes Massivholz oder Par­ kett verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Trägermaterial ein mit Furnier, Folie, vorzugsweise Kunststoffolie, oder Pa­ pier, vorzugsweise vorverfestigtem Papier, beschichtetes Trägermaterial verwendet wird, wobei das Furnier gegebenenfalls angeschliffen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als verschleißhemmendes Mittel ein Metalloxid, wie Aluminiumoxid und/oder Siliziumdioxid, vorzugsweise mit einer Teilchengröße im Bereich von 3,5 µm bis 56 µm, verwendet wird (werden).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißhem­ mende Mittel bei einer Vorschubgeschwindigkeit des Trägermaterials im Bereich von 1 m/min bis 140 m/min aufgestreut wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleiß­ hemmende Mittel entsprechend den Verschleißan­ forderungen in sektoral unterschiedlicher Menge auf das Trägermaterial aufgestreut wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Aufbringen des verschleißhemmenden Mittels und der erfolgten Härtung des Auftrages aus Lack und verschleiß­ hemmendem Mittel nochmals oder mehrmals Lack oder abwechselnd Lack und das verschleißhemmen­ de Mittel, gegebenenfalls bei jeweiliger Här­ tung und jeweiligem Zwischenschliff, aufge­ bracht wird (werden).