EP4329997A2 - Flammhemmend ausgerüstetes holzsubstrat - Google Patents

Flammhemmend ausgerüstetes holzsubstrat

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Publication number
EP4329997A2
EP4329997A2 EP22727036.0A EP22727036A EP4329997A2 EP 4329997 A2 EP4329997 A2 EP 4329997A2 EP 22727036 A EP22727036 A EP 22727036A EP 4329997 A2 EP4329997 A2 EP 4329997A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flame retardant
impregnation
wood substrate
substrate according
flame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22727036.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Moritz Reifferscheid
Matthias Schultz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lufthansa Technik AG
Original Assignee
Lufthansa Technik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lufthansa Technik AG filed Critical Lufthansa Technik AG
Publication of EP4329997A2 publication Critical patent/EP4329997A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C09K21/06—Organic materials
    • C09K21/12—Organic materials containing phosphorus

Definitions

  • the invention relates to a flame-retardant Holzsub strate and a method for its production.
  • wooden surfaces in particular wood veneers
  • the wooden surfaces should contribute to an improvement in the appearance of the surface, whereby the wooden surfaces, and in particular the veneers, must be protected against mechanical stress. In some cases, this can be achieved by coating the veneer. In certain cases, such a coating also serves to improve fire protection.
  • Crystal-clear lacquered wooden surfaces which are provided with polyurethane lacquers or polyester lacquers, are known from prior public use.
  • a flame-retardant impregnation is often additionally used (e.g. DE102010054341B3 and DE102013202493A1).
  • the disadvantage of this is that such an impregnation can discolour the wood and, under certain circumstances, acts as a plasticizer in a clear coat that is subsequently applied.
  • the adhesion of a paint layer on the impregnated surface can be impaired.
  • clear coats are coated with chemical fire retardants.
  • discoloration of the wood surface can occur and the flame retardants can act as plasticizers in an undesired manner.
  • the fire-retardant properties of the known paint systems are not always sufficient to protect the wood surfaces adequately. Impregnations in the wood impair the quality of the surfaces either directly or indirectly.
  • An example of a direct negative influence is the formation of a milky surface due to fire protection salts that have crystallized out.
  • An example of an indirect negative influence is a greatly increased paint loss or paint aging due to non-chemically bound flame retardants in the substrate, which slowly migrates through the overlying paint layers and accelerates the aging through the substrate/paint layer interactions.
  • the invention is based on the object of creating a flame-retardant wood substrate and a method for producing such a material, which makes it possible to combine good surface properties of crystal-clear lacquered wood surfaces of the substrate with good fire protection.
  • the disadvantages of the prior art explained above are to be overcome.
  • the invention solves this problem with a flame-retardant wooden substrate, characterized in that the wooden substrate has a crystal-clear coating, impregnation and/or the filling primer with a flame retardant containing at least one compound selected from phosphorus compounds and a lacquer layer arranged thereon.
  • a wood substrate is, for example, a piece of furniture, wall paneling or the like.
  • the sub strate can be made of solid wood or preferably consist of a wood veneer on a support structure.
  • the support structure can be chipboard, a sandwich structure or the like.
  • the woods used can be, for example, maple, aningre, oak, macassar, rosewood, redwood and wenge.
  • the mixture according to the invention is applied to the substrate as a coating, impregnation and/or filling primer or pore filler.
  • a coating essentially remains on the surface, while impregnation involves full or partial penetration into cell walls, pores and other interstices of the substrate.
  • a filling primer or pore filler means that the pores of the wood are completely filled or closed.
  • it can also be a mixed form of coating, impregnation and/or filling primer.
  • the properties of the mixtures applied to the substrate can be changed, for example, by different dilutions. In highly diluted form, the mixture works preferably as flame retardant impregnation. In slightly diluted form, the mixture is preferably used as a flame retardant filler.
  • crystal-clear coating, impregnation, filling primer or layer is understood within the scope of the invention to mean a coating, impregnation, filling primer or layer that is transparent and untarnished, i.e. transparent in the actual sense, so that when looking at the underlying substrate surface practically no optical change is caused.
  • the transparent coating, impregnation and/or filling primer with flame retardant preferably also comprises at least one hardener and/or at least one binder.
  • the hardener is preferably selected from amino hardeners, polyamine hardeners and mixtures thereof.
  • the binder is preferably selected from epoxy resins. It is preferably a crystal-clear epoxy resin. However, epoxy resins can also be used which are crystal clear only after the coating, impregnation and/or filling primer has dried or cured.
  • the epoxy resin is preferably an epoxy resin based on bisphenol A.
  • the epoxy resin is preferably an unfilled epoxy resin.
  • the flame retardant according to the invention is preferably a transparent flame retardant.
  • the flame retardant can also contain phosphorus compounds which are crystal clear only after the coating, impregnation and/or filler primer has dried or cured.
  • the flame retardant containing the phosphorus compound is preferably a reactive flame retardant.
  • a reactive flame retardant at least one, several or all of the compounds used in the flame retardant themselves become part of the material used for the coating, impregnation and/or filler base material. This can be done in particular by polymerisation.
  • additive flame retardants on the other hand, the flame retardant compounds are only worked in as an additive, but without reacting chemically with other components of the composition.
  • the phosphorus compounds contained in the flame retardant are preferably organic phosphorus compounds.
  • the flame retardant is preferably halogen-free.
  • the flame retardant containing the phosphorus compound preferably has an epoxy functionality. It is preferably an epoxy-equivalent phosphorus-based flame retardant. It can also have broad epoxy compatibility.
  • the flame retardant is preferably a liquid, low-viscosity flame retardant.
  • the viscosity of the flame retardant is preferably less than 150 Pa*s, more preferably less than 100 Pa*s, even more preferably less than 50 Pa*s (measured at 80° C., 20 s-1).
  • the density of the flame retardant is preferably 1.1 to 1.3 g/ 3 m, more preferably 1.15 to 1.25 g/ 3 m, measured using a pycnometer at a temperature of 20.degree.
  • the flame retardant according to the invention is particularly preferably a liquid, halogen-free, preferred wise low-viscosity flame retardant based on organic phosphorus compounds with epoxy functionality. These are flame retardants that are highly effective, easy to process and have little or no toxicity in the event of a fire. If the flame retardant is of low viscosity, it can also be processed without solvents.
  • the epoxide equivalent weight of the flame retardant is preferably at most 600 g/mol, more preferably at most 550 g/mol, even more preferably at most 500 g/mol, measured according to DIN 16945:1989-03.
  • the epoxide equivalent weight is an index of compounds containing epoxide groups.
  • the epoxide equivalent weight describes the mass in grams which contains one mole of epoxide groups.
  • a mass fraction of the flame retardant in the uncured resin material containing flame retardant and binder may be from 20 to 99% by weight, more preferably from 20 to 50% by weight, based on the total mass of flame retardant and binder in the uncured resin material for the coating, impregnation and/or filling primer.
  • the flame retardant in which preferably 100% by weight of the flame retardant is present, the flame retardant is used without a carrier resin. However, a hardener must then be added to harden the flame retardant.
  • the flame retardant or a mixture comprising binder and flame retardant for producing the coating, impregnation and/or filling primer present on the wood substrate preferably has a viscosity of 5 to 100 s, more preferably 5 to 60 s, even more preferably 5 to 30 s , measured according to DIN EN ISO 2431 with a 4 mm DIN measuring cup. If the flame retardant or the mixture is applied to the substrate surface in a highly diluted form, it preferably acts as a flame retardant impregnation. The viscosity is then preferably 5 to 15 s, more preferably about 10 s. If the flame retardant or the mixture is applied to the substrate surface in a slightly diluted form, it preferably acts as a flame retardant filler or pore filler. The viscosity is then preferably 20 to 30 s, more preferably about 25 s.
  • the flame retardant or a mixture comprising flame retardants and binders is preferably applied to the substrate surface.
  • a thinner preferably selected from xylene, acetone and mixtures thereof, can be added to the flame retardant or a mixture of flame retardant and binder to produce the coating, impregnation and/or filler primer present on the wood substrate. This thinner preferably serves to adjust the viscosity.
  • a lacquer layer is arranged on the impregnated, filler-primed and/or coated substrate.
  • the lacquer layer can be applied directly to the impregnated, filler-primed and/or coated substrate or one or more intermediate layers can be arranged between the impregnated, filler-primed and/or coated substrate and the lacquer layer.
  • the paint layer is applied directly to the impregnated, primed and/or coated substrate.
  • the coat of paint can be a top coat or a clear coat.
  • a clear coat is a transparent coat that is transparent and is untarnished so that no optical change is effected when the underlying substrate surface is viewed.
  • the paint layer is preferably selected from the group consisting of polyurethane coatings, thioisocyanate coatings, polyester coatings, poly(meth)acrylate coatings and epoxy coatings. These are coatings that are used in particular for coating wood and wood veneer surfaces in the prior art.
  • the lacquers can be filled and colored as desired or they can be transparent lacquer systems. According to the invention, a further flame retardant to increase the overall flame resistance and/or solvents can be added to the paint.
  • polyisocyanates react with hydroxyl-containing compounds to harden them.
  • the hydroxyl component can be, for example, polyester, polyether or acrylic resin. Polyester coatings usually cure through polyaddition of unsaturated compounds. The same applies to poly(meth)acrylates. Suitable coatings are described, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th edition, volume 24, page 594 et seq. (Paints and Coatings); and Volume 39, page 515 et seq. (Wood, surface treatment) specifically for wood surfaces. The cited disclosure is also made the subject matter of the present application.
  • the invention has the advantage that the wood substrate with a flame-retardant finish according to the invention makes it possible to provide wood substrates which have crystal-clear lacquered wood surfaces of very good surface quality and which also meet high flame-retardant requirements.
  • Another advantage is that the phosphorus compounds used as flame retardants are hardened by the hardener or the epoxy resin used as a binder is chemically bonded so that the flame retardant cannot interact with the wood substrate or the overlying varnish or intermediate layer.
  • the subject matter of the invention is also a method for producing a wood substrate according to the invention, preferably according to one of claims 1 to 13, which has the following steps: a. Application of a curable flame retardant or a mixture of a flame retardant containing at least one compound selected from phosphorus compounds and a binder selected from epoxy resins to the substrate surface, with a crystal-clear coating, impregnation and/or filler primer being provided on the substrate surface ; and b. Arranging a layer of lacquer on the substrate surface provided with the coating, impregnation and/or filling primer.
  • step b. means in the context of the invention that the lacquer layer can be applied directly to the impregnated, glallprimed and/or coated substrate or one or more intermediate layers can be arranged between the impregnated, glallprimed and/or coated substrate and the lacquer layer.
  • the lacquer layer is applied directly to the the coating, impregnation and/or filling primer applied to the prepared substrate surface.
  • the curable flame retardant or the mixture comprising binder and flame retardant from step a applied by a method selected from the group consisting of coating, spraying, pressureless dipping, and pressure impregnation.
  • the wood treated in this way can be used in the form of veneers or as solid wood.
  • the wood In aviation, the wood is usually used as a veneer and combined with lightweight materials (sandwich materials made of GRP or CFRP cover layers and a core made of honeycomb material or otherwise) in order to save weight.
  • lightweight materials such as GRP or CFRP cover layers and a core made of honeycomb material or otherwise
  • the application should not be limited to this.
  • Other conceivable applications are the furniture industry (solid wood and veneer), yacht and boat building (furniture and floors made of solid wood or veneered materials), rail vehicles and others.
  • Figure 1 Schematic of a wooden substrate (10) according to the invention that has been flame-retarded, a crystal-clear coating, impregnation and/or filling primer (30) with a flame retardant containing at least one phosphorus compound and a binder being selected on the wooden substrate (20). made of epoxy resins, and a lacquer layer (40) applied directly thereto.
  • FIG. 1 Schematic of an inventive flame-retardant wood substrate (10), wherein between the on the wood substrate (20) existing crystal-clear coating, impregnation and / or filling primer tion (30) and the paint layer (40) an intermediate layer (50) is arranged.
  • Figure 1 shows schematically a wood substrate (10) according to the invention with a flame-retardant finish, a crystal-clear coating, impregnation and/or filling primer (30) with a flame retardant containing at least one phosphorus compound and a binder being selected on the wood substrate (20).
  • Epoxy resins, and a lacquer layer (40) applied directly thereto are present.
  • Solid wood or veneer can be used as the wood substrate.
  • the wood used can be, for example, maple, aningre, oak, macassar, rosewood, redwood and wenge.
  • a crystal-clear impregnation (30) with a flame retardant selected from a phosphor compound and a binder selected from epoxy resins may be present.
  • a mixture of 50% by weight epoxy resin with a polyamine hardener and 50% by weight of a flame retardant based on phosphorus compounds with an epoxy equivalent weight of max. 550 g/mol and xylene as a diluent can be produced as impregnation.
  • the viscosity of such an impregnation is 10 s.
  • the impregnation can be applied to the wood substrate by spray application.
  • the mixture listed as impregnation with a higher viscosity of 25 s can be used as a pore filler.
  • the pore filler can be applied to the wood substrate by spatula and/or spraying.
  • Clear lacquers or top coats can be used as the lacquer layer (40).
  • Figure 2 shows a schematic of a wood substrate (10) with a flame-retardant finish according to the invention, with an optional intermediate layer (50) being arranged between the crystal-clear coating, impregnation and/or filling primer (30) present on the wood substrate (20) and the lacquer layer (40).
  • an optional intermediate layer (50) being arranged between the crystal-clear coating, impregnation and/or filling primer (30) present on the wood substrate (20) and the lacquer layer (40).
  • light-curing systems can be used as an intermediate layer, and a flame retardant can optionally be added to the light-curing system.
  • the intermediate layer can be applied by spray application and cured by subsequent exposure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein flammhemmend ausgerüstetes Holzsub- strat, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Holzsubstrat eine glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung mit einem Flammschutzmittel, enthaltend mindestens eine Ver- bindung ausgewählt aus Phosphorverbindungen sowie eine darauf angeordnete Lackschicht vorhanden sind; und ein Verfahren zum Herstellen eines flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrates.

Description

Flainmheinmend ausgerüstetes Holzsubstrat
Die Erfindung betrifft ein flammhemmend ausgerüstetes Holzsub strat sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Beim Innenausbau von Räumen werden häufig Verkleidungen, Möbel oder dergleichen mit Holzoberflächen, insbesondere Holzfurnie ren, eingesetzt. Die Holzoberflächen sollen zu einer Verbesse rung der Optik der Oberfläche beitragen, wobei die Holzober flächen, und insbesondere die Furniere, vor mechanischen Bean spruchungen geschützt werden müssen. Dieses kann im manchen Fällen durch eine Beschichtung auf dem Furnier erreicht wer den. In bestimmten Fällen dient eine solche Beschichtung auch dazu, den Brandschutz zu verbessern.
Beispielsweise müssen beim Einbau von Möbeln oder Verkleidun gen in den Innenraum eines Flugzeuges luftrechtliche Anforde rungen an das Brandverhalten erfüllt werden. Beispielsweise wird ein solches Bauteil bei einem Bunsenbrenner-Brandtest für 60 s einer Flamme mit einer Temperatur von 860° C ausgesetzt. Nach dem Entfernen der Beflammung muss das Bauteil binnen 15 s verlöschen. Die Strecke zwischen Angriffspunkt der Flamme und dem am weitesten von der Flamme entfernten verbrannten Punkt auf der Probenoberfläche darf nicht mehr als 150 mm betragen (FAA CS 25.853 (a)).
Aus der offenkundigen Vorbenutzung sind glasklar lackierte Holzoberflächen, die mit Polyurethanlacken oder Polyesterla cken versehen sind, bekannt. Um die Brandeigenschaften des Substrates zu reduzieren, wird häufig zusätzlich eine flamm hemmende Imprägnierung eingesetzt (wie z.B. DE102010054341B3 und DE102013202493A1). Zum einen ist bekannt, das Holz dafür direkt mit einer flammhemmenden Imprägnierung zu versehen. Nachteilig daran ist, dass eine solche Imprägnierung das Holz verfärben kann und unter Umständen als Weichmacher in einer anschließend aufgebrachten Klarlackschicht wirkt. Ferner kann die Haftung einer Lackschicht auf der imprägnierten Oberfläche beeinträchtigt werden. Aus offenkundiger Vorbenutzung ist wei ter bekannt, Klarlack mit chemischen Brandschutzmitteln zu versehen. Auch hier ist von Nachteil, dass es zu Verfärbungen der Holzoberfläche kommen kann und die Flammschutzmittel in unerwünschter Weise als Weichmacher wirken können.
Die brandhemmenden Eigenschaften der bekannten Lacksysteme reichen nicht immer aus um die Holzoberflächen ausreichend zu schützen. Imprägnierungen im Holz beeinträchtigen entweder di rekt oder indirekt die Qualität der Oberflächen. Ein Beispiel für einen direkten negativen Einfluss ist die Bildung einer milchigen Oberfläche durch auskristallisierte Brandschutz salze. Ein Beispiel für indirekten negativen Einfluss ist ein stark erhöhter Lackeinfall bzw. Lackalterung durch chemisch nicht gebundenes Flammschutzmittel im Substrat, welches lang sam durch die darüber liegenden Lackschichten migriert und durch die Wechselwirkungen Substrat/Lackschicht die Alterung beschleunigt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen zu schaffen, das bzw. die es ermöglichen, gute Oberflächeneigenschaften von glasklar lackierten Holzoberflä chen des Substrates mit gutem Brandschutz zu verbinden. Insbe sondere sollen die zuvor erläuterten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein flammhemmend ausge rüstetes Holzsubstrat, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Holzsubstrat eine glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/o der Füllgrundierung mit einem Flammschutzmittel, enthaltend mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Phosphorverbindungen sowie eine darauf angeordnete Lackschicht vorhanden sind.
Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Be griffe erläutert.
Bei einem Holzsubstrat handelt es sich beispielsweise um ein Möbelstück, eine Wandverkleidung oder dergleichen. Das Sub strat kann aus Massivholz gefertigt sein oder vorzugsweise aus einem Holzfurnier auf einer Tragstruktur bestehen. Bei der Tragstruktur kann es sich um eine Spanplatte, eine Sandwich struktur oder dergleichen handeln. Bei den verwendeten Hölzern kann es sich beispielsweise um Ahorn, Aningre, Eiche, Makas- sar, Palisander, Redwood und Wenge handeln.
Die erfindungsgemäße Mischung wird als eine Beschichtung, Im prägnierung und/oder Füllgrundierung bzw. Porenfüller auf das Substrat aufgebracht. Eine Beschichtung verbleibt im Wesentli chen auf der Oberfläche, während eine Imprägnierung ein voll ständiges oder teilweises Eindringen in Zellwände, Poren und sonstige Zwischenräume des Substrats beinhaltet. Eine Füll grundierung bzw. eine Porenfüller beinhaltet, dass die Poren des Holzes vollständig gefüllt bzw. geschlossen werden. Erfin dungsgemäß kann es sich auch um eine Mischform aus Beschich tung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung handeln. Die Ei genschaften der auf dem Substrat aufgebrachten Mischungen kön nen beispielsweise durch unterschiedliche Verdünnungen verän dert werden. In stark verdünnter Form fungiert die Mischung vorzugsweise als Flammschutzimprägnierung. In schwach verdünn ter Form dient die Mischung vorzugsweise als Flammschutzfüll grund.
Unter dem Begriff einer „glasklaren" Beschichtung, Imprägnie rung, Füllgrundierung oder Schicht wird im Rahmen der Erfin dung eine Beschichtung, Imprägnierung, Füllgrundierung oder Schicht verstanden, die durchsichtig und ungetrübt, also transparent im eigentlichen Sinne ist, so dass bei einer Be trachtung der darunterliegenden Substratoberfläche praktisch keine optische Veränderung bewirkt wird.
Vorzugsweise umfasst die glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung mit Flammschutzmittel ferner mindes tens einen Härter und/oder mindestens ein Bindemittel.
Der Härter ist vorzugsweise ausgewählt aus Aminohärtern, Poly- aminhärtern und Gemischen hiervon.
Das Bindemittel ist vorzugsweise ausgewählt aus Epoxidharzen. Es handelt es sich vorzugsweise um ein glasklares Epoxidharz. Es können jedoch auch Epoxidharze verwendet werden, die erst nach Trocknung oder Aushärtung der Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung glasklar sind. Das Epoxidharz ist vorzugsweise ein Epoxidharz basierend auf Bisphenol A. Vor zugsweise ist das Epoxidharz ein ungefülltes Epoxidharz.
Bei dem erfindungsgemäßen Flammschutzmittel handelt es sich vorzugsweise um ein glasklares Flammschutzmittel. Das Flamm schutzmittel kann jedoch auch Phosphorverbindungen enthalten, die erst nach Trocknung oder Aushärtung der Beschichtung, Im prägnierung und/oder Füllgrundierung glasklar sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Flammschutzmittel, ent haltend die Phosphorverbindung, um ein reaktives Flammschutz mittel. Bei einem reaktiven Flammschutzmittel werden zumindest eine, mehrere oder alle der in dem Flammschutzmittel verwende ten Verbindungen selbst ein Bestandteil des für die Beschich- tungs-, Imprägnierungs- und/oder Füllgrundmaterials verwende ten Materials. Dieses kann insbesondere durch Polymerisation erfolgen. Bei additiven Flammschutzmitteln werden hingegen die brandhemmenden Verbindungen lediglich als Zusatzstoff eingear beitet, ohne jedoch mit anderen Bestandteilen der Zusammenset zung chemisch zu reagieren.
Bei den im Flammschutzmittel enthaltenen Phosphorverbindungen handelt es sich vorzugsweise um organischen Phosphorverbindun gen. Bevorzugt ist das Flammschutzmittel halogenfrei.
Das Flammschutzmittel enthalten die Phosphorverbindung weist vorzugsweise eine Epoxidfunktionalität auf. Vorzugsweise han delt es sich um ein Epoxid-äquivalentes Flammschutzmittel auf Phosphorbasis. Es kann zudem eine breite Epoxidkompatibilität aufweisen.
Bei dem Flammschutzmittel handelt es sich vorzugsweise um ein flüssiges, niedrigviskoses Flammschutzmittel. Die Viskosität des Flammschutzmittel beträgt bevorzugt weniger als 150 Pa*s, bevorzugter weniger als 100 Pa*s, noch bevorzugter weniger als 50 Pa*s (gemessen bei 80°C, 20 s-1). Die Dichte des Flamm schutzmittels beträgt bevorzugt 1,1 bis 1,3 g/3m, weiter bevor zugt 1,15 bis 1,25 g/3m, gemessen mittels Pyknometer bei einer Temperatur von 20°C.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Flammschutzmittel um ein flüssiges, halogenfreies, Vorzugs- weise niedrigviskoses, Flammschutzmittel auf Basis von organi schen Phosphorverbindungen mit Epoxidfunktionalität. Es han delt sich um gut wirksame, gut verarbeitbare und im Brandfall nicht oder wenig toxische Flammschutzmittel. Ist das Flamm schutzmittel niedrigviskos, kann es auch lösungsmittelfrei verarbeitet werden.
Das Epoxid-Äquivalentgewicht des Flammschutzmittels beträgt bevorzugt höchstens 600 g/mol, bevorzugter höchstens 550 g/mol, noch bevorzugter höchstens 500 g/mol, gemessen nach DIN 16945:1989-03. Das Epoxid-Äquivalentgewicht ist eine Kennzahl für Verbindungen, die Epoxid-Gruppen enthalten. Das Epoxid- Äquivalentgewicht beschreibt diejenige Masse in Gramm, welche ein Mol Epoxidgruppen enthält.
Ein Massenanteil des Flammschutzmittels in dem nicht ausgehär teten Harzmaterial enthaltend Flammschutzmittel und Bindemit tel kann von 20 bis 99 Gew.-%, bevorzugter von 20 bis 50 Gew.- % betragen, bezogen auf die Gesamtmasse von Flammschutzmittel und Bindemittel in dem nicht ausgehärten Harzmaterial für die Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung. In einer alternativen Ausführungsform, in der vorzugsweise 100 Gew.-% des Flammschutzmittels vorhanden sind, wird das Flammschutz mittel ohne Trägerharz eingesetzt. Zur Härtung des Flamm schutzmittels muss dann jedoch ein Härter beigefügt werden.
Vorzugsweise weist das Flammschutzmittel oder eine Mischung, umfassend Bindemittel und Flammschutzmittel, zur Herstellung der auf dem Holzsubstrat vorhandenen Beschichtung, Imprägnie rung und/oder Füllgrundierung eine Viskosität von 5 bis 100 s, weiter vorzugsweise 5 bis 60 s, noch weiter vorzugsweise 5 bis 30 s, gemessen nach DIN EN ISO 2431 mit 4 mm DIN-Messbecher, aufweist. Wird das Flammschutzmittel oder die Mischung in stark verdünnter Form auf die Substratoberfläche aufgebracht, so fungiert sie vorzugsweise als Flammschutzimprägnierung. Die Viskosität beträgt dann vorzugsweise 5 bis 15 s, weiter vor zugsweise etwa 10 s. Wird das Flammschutzmittel oder die Mi schung in schwach verdünnter Form auf die Substratoberfläche aufgebracht, so fungiert sie vorzugsweise als Flammschutzfüll grund bzw. Porenfüller. Die Viskosität beträgt dann vorzugs weise 20 bis 30 s, weiter vorzugsweise etwa 25 s.
Zur Herstellung der auf dem Holzsubstrat vorhandenen Beschich tung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung wird vorzugsweise das Flammschutzmittel oder eine Mischung umfassen Flammschutz mittel und Bindemittel auf die Substratoberfläche aufge brachte. Dem Flammschutzmittel oder einer Mischung aus Flamm schutzmittel und Bindemittel kann zur Herstellung der auf dem Holzsubstrat vorhandenen Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung ein Verdünner, vorzugsweise ausgewählt aus Xy lol, Aceton und Gemischen hiervon, zugegeben. Dieser Verdünner dient vorzugsweise der Einstellung der Viskosität.
Auf dem imprägnierten, füllgrundierten und/oder beschichteten Substrat wird erfindungsgemäß eine Lackschicht angeordnet. Dieses bedeutet, dass die Lackschicht direkt auf das impräg nierte, füllgrundierte und/oder beschichtete Substrat aufge bracht werden kann oder zwischen dem imprägnierten, füllgrun dierten und/oder beschichteten Substrat und der Lackschicht eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein können. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Lackschicht direkt auf das imprägnierte, füllgrundierte und/oder beschichtete Substrat aufgebracht.
Bei der Lackschicht kann es sich um einen Decklack oder um ei nen Klarlack handeln. Bei einem Klarlack handelt es sich er findungsgemäß, um einen transparenten Lack, der durchsichtig und ungetrübt ist, so dass bei einer Betrachtung der darunter liegenden Substratoberfläche keine optische Veränderung be wirkt wird. Vorzugsweise ist die Lackschicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethancoatings, Thioisocyanat- coatings, Polyestercoatings, Poly(meth)acrylatcoatings und Epoxidcoatings umfasst. Es handelt sich hierbei um Beschich tungen bzw. Coatings, die insbesondere zur Beschichtung von Holz und Holzfurnieroberflächen im Stand der Technik Verwen dung finden. Die Lacke können beliebig gefüllt und eingefärbt sein oder aber transparente Lacksysteme sein. Erfindungsgemäß können dem Lack ein weiteres Flammschutzmittel zur Erhöhung der Gesamtflammfestigkeit und/oder Lösungsmittel zugesetzt werden.
Bei Polyurethancoatings reagieren zur Aushärtung Polyisocya- nate mit hydroxylhaltigen Verbindungen. Bei der Hydroxyl- 5 komponente kann es sich beispielsweise um Polyester, Polyether oder Acrylharze handeln. Polyestercoatings härten üblicher weise durch Polyaddition ungesättigter Verbindungen aus. Glei ches gilt für Poly(meth)acrylate. Geeignete Coatings sind bei spielsweise beschrieben in Ullmann's Encyclopedia of Indust rial Chemistry, 6. Auflage, Band 24, Seite 594 ff. (Paints and Coatings); sowie Band 39, Seite 515 ff. (Wood, surface treat- ment) speziell für Holzoberflächen. Die zitierte Offenbarung wird zum Gegenstand auch der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch das erfindungsgemäße flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat, Holzsubstrate bereit gestellt werden können, die glasklar lackierte Holzoberflächen von sehr guter Oberflächenqualität aufweisen, die zudem hohen Flammschutzanforderungen genügen. Der erfindungsgemäße Einsatz des Flammschutzmittels enthaltend Phosphorverbindungen, welche vorzugsweise in glasklarer Form verwendet werden, erlaubt die Herstellung von glasklar lackierten Holzoberflächen. Dieses bedeutet, dass die erhaltene Substratoberfläche glasklar ist und die Holzfarbe z.B. nicht durch das verwendete Flammschutz mittel oder durch andere Substanzen, wie Härter oder Bindemit tel, eingetrübt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass die als Flammschutzmittel eingesetzten Phosphorverbindungen durch den Härter gehärtet oder das als Bindemittel verwendete Epoxidharz chemisch gebunden werden, so dass das Flammschutzmittel keine Wechselwirkung mit dem Holzsubstrat oder der darüber liegenden Lack- oder Zwischenschicht eingehen kann.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstel lung eines erfindungsgemäßen Holzsubstrats, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das folgende Schritte aufweist: a. Aufbringen eines aushärtbaren Flammschutzmittels oder ei ner Mischung aus einem Flammschutzmittels, enthaltend mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Phosphorverbin dungen, und einem Bindemittel, ausgewählt aus Epoxidhar zen, auf die Substratoberfläche, wobei auf der Substrat oberfläche eine glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung bereitgestellt wird; und b. Anordnen einer Lackschicht auf der mit der Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung ausgerüsteten Sub stratoberfläche .
Das Anordnen im Schritt b. bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die Lackschicht direkt auf das imprägnierte, füllgrun dierte und/oder beschichtete Substrat aufgebracht werden kann oder zwischen dem imprägnierten, füllgrundierten und/oder be schichteten Substrat und der Lackschicht eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet werden können. In einer bevorzug ten Ausführungsform wird die Lackschicht direkt auf die mit der Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung aus gerüstete Substratoberfläche aufgebracht.
Vorzugsweise wird das aushärtbare Flammschutzmittel oder die Mischung, umfassend Bindemittel und Flammschutzmittel, aus Schritt a. aufgebracht durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aufträgen, Aufsprühen, druckloses Tauchen und Druckimprägnierung.
Die auf diese Weise behandelten Hölzer können in Form von Fur nieren oder als Massivholz eingesetzt werden. In der Luftfahrt werden die Hölzer in der Regel als Furnier eingesetzt und mit Leichtbauwerkstoffen (Sandwichmaterialien aus Decklagen aus GFK bzw. CFK und einem Kern aus Wabenmaterial oder anders ge artet) kombiniert, um Gewicht einzusparen. Die Anwendung soll hierauf jedoch nicht beschränkt sein. Weitere denkbare Anwen dungen sind die Möbelindustrie (Vollholz und Furnier), der Yacht- und Bootsbau (Möbel und Fußböden aus Vollholz oder fur nierten Materialien), Schienenfahrzeuge und weitere.
Die Erfindung wird nun anhand einiger vorteilhafter Ausfüh rungsformen unter Bezugnahmen auf die beigefügte Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:
Figur 1: schematisch ein erfindungsgemäßes flammhemmend aus gerüstetes Holzsubstrat (10), wobei auf dem Holz substrat (20) eine glasklare Beschichtung, Impräg nierung und/oder Füllgrundierung (30) mit einem Flammschutzmittel, enthaltend mindestens eine Phos phorverbindung, und einem Bindemittel, ausgewählt aus Epoxidharzen, vorhanden ist sowie eine direkt darauf aufgebrachte Lackschicht (40).
Figur 2. schematische ein erfindungsgemäßes flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat (10), wobei zwischen der auf dem Holzsubstrat (20) vorhandenen glasklaren Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundie rung (30) und der Lackschicht (40) eine Zwischen schicht (50) angeordnet ist.
Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat (10), wobei auf dem Holzsubstrat (20) eine glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füll grundierung (30) mit einem Flammschutzmittel, enthaltend min destens eine Phosphorverbindung, und einem Bindemittel, ausge wählt aus Epoxidharzen, sowie eine direkt darauf aufgebrachte Lackschicht (40) vorhanden sind.
Als Holzsubstrat kann ein Vollholz oder Furnier verwendet wer den. Bei dem verwendeten Holz kann es sich z.B. um Ahorn, Aningre, Eiche, Makassar, Palisander, Redwood und Wenge han deln.
Auf dem Holzsubstrat (20) kann eine glasklare Imprägnierung (30) mit einem Flammschutzmittel, ausgewählt aus einer Phos phorverbindung und einem Bindemittel, ausgewählt aus Epoxid harzen vorhanden sein.
Als Imprägnierung kann beispielsweise eine Mischung aus 50 Gew.-% Epoxidharz mit einem Polyaminhärter und 50 Gew.-% eines Flammschutzmittels auf Basis von Phosphorverbindungen mit ei ner Epoxid-Äquivalenzgewicht von max. 550 g/mol und Xylol als Verdünner hergestellt werden. Die Viskosität einer solchen Im prägnierung beträgt 10 s. Die Imprägnierung kann durch Spritzapplikation auf das Holzsubstrat aufgebracht werden.
Alternativ kann die als Imprägnierung aufgeführte Mischung mit einer höheren Viskosität von 25 s als Porenfüller eingesetzt werden. Der Porenfüller kann durch Spachteln und/oder Spritzen auf das Holzsubstrat aufgebracht werden. Als Lackschicht (40) können Klarlacke oder Decklacke zum Ein satz kommen. Alternativ ist es auch möglich, die oben als Po renfüller aufgeführte Mischung als Decklack zu verwenden, wo bei anstelle von Xylol Aceton als Verdünner verwendet wird und das Fliess-/Streckverhalten der Mischung optimal auf die Ver arbeitung als Decklack eingestellt werden muss. Auf diese Weise kann die Decklackschicht eine zusätzliche flammhemmende Wirkung aufweisen. Ein solcher Decklack kann aufgespritzt wer den.
Figur 2 zeigt schematische ein erfindungsgemäßes flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat (10), wobei zwischen der auf dem Holzsubstrat (20) vorhandenen glasklaren Beschichtung, Impräg nierung und/oder Füllgrundierung (30) und der Lackschicht (40) eine optionale Zwischenschicht (50) angeordnet ist. Um höhere Schichtstärken zu erzeugen, können zum Beispiel lichthärtende Systeme als Zwischenschicht verwendet werden, wobei dem licht härtenden System optional zusätzlich ein Flammschutzmittel beigefügt werden kann. Die Zwischenschicht kann durch Spritzapplikation aufgetragen und durch anschließendes Belich ten ausgehärtet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Flammhemmend ausgerüstetes Holzsubstrat, dadurch gekenn zeichnet, dass auf dem Holzsubstrat eine glasklare Be schichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung mit einem Flammschutzmittel, enthaltend mindestens eine Ver bindung ausgewählt aus Phosphorverbindungen sowie eine darauf angeordnete Lackschicht vorhanden sind.
2. Holzsubstrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die glasklare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung, enthaltend das Flammschutzmittel, ferner mindestens einen Härter und/oder mindestens ein Bindemit tel umfasst.
3. Holzsubstrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass der Härter ausgewählt ist aus Aminohärtern, Po- lyaminhärtern und Gemischen hiervon.
4. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ausgewählt ist aus Epoxidharzen, vorzugsweise ausgewählt ist aus Epoxidharz basierend auf Bisphenol A.
5. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammschutzmittel ein reaktives Flammschutzmittel ist.
6. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammschutzmittel mindestens eine Verbindung ausgewählt aus organischen Phosphorver bindung enthält und das Flammschutzmittel vorzugsweise halogenfrei ist.
7. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Flammschutzmittel um ein flüssiges, halogenfreies, vorzugsweise niedrigvisko ses Flammschutzmittel auf Basis von Phosphorverbindungen mit Epoxidfunktionalität handelt.
8. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenanteil des Flammschutzmit tels in dem nicht ausgehärteten Harzmaterial enthaltend Flammschutzmittel und Bindemittel von 20 bis 99 Gew.-%, bevorzugt von 20 bis 50 Gew.-% oder 100 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse von Flammschutzmittel und Bindemittel in dem nicht ausgehärten Harzmaterial für die Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung.
9. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammschutzmittel oder eine Mi schung, umfassend Bindemittel und Flammschutzmittel, zur Herstellung der auf dem Substrat vorhandenen Beschich tung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung eine Visko sität von 5 bis 100 s, vorzugsweise 5 bis 60 s, weiter vorzugsweise 5 bis 30 s, gemessen nach DIN EN ISO 2431 mit 4 mm Messbecher, aufweist.
10. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammschutzmittel oder die Mi schung in stark verdünnter Form als Flammschutzimprägnie rung dient, wobei die Flammschutzimprägnierung vorzugs weise eine Viskosität von 5 bis 15 s aufweist.
11. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammschutzmittel oder die Mi schung in schwach verdünnter Form als Flammschutzfüll grund dient, wobei der Flammschutzfüllgrund vorzugsweise eine Viskosität von 20 bis 30 s aufweist.
12. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Flammschutzmittel oder einer Mi schung aus Flammschutzmittel und Bindemittel zur Herstel lung der auf dem Holzsubstrat vorhandenen Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung ein Verdünner, vorzugsweise ausgewählt aus Xylol, Aceton und Gemischen hiervon, zugegeben ist.
13. Holzsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht eine Decklack oder Klarlackschicht ist und die Lackschicht vorzugsweise Coatings ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Po lyurethancoatings,Thioisocyanatcoatings, Polyester coatings, Poly(meth)acrylatcoatings und Epoxidcoatings umfasst.
14. Verfahren zur Herstellung eines Holzsubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das folgende Schritte aufweist: a. Aufbringen eines aushärtbaren Flammschutzmittels o- der einer Mischung aus einem Flammschutzmittels, enthaltend mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Phosphorverbindungen, und einem Bindemittel, ausgewählt aus Epoxidharzen, auf die Substratober fläche, wobei auf der Substratoberfläche eine glas klare Beschichtung, Imprägnierung und/oder Füll grundierung bereitgestellt wird; und b. Anordnen einer Lackschicht auf der mit der Be schichtung, Imprägnierung und/oder Füllgrundierung ausgerüsteten Substratoberfläche.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Flammschutzmittel oder die Mischung, um fassend Bindemittel und Flammschutzmittel, aufgebracht wird durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus Aufträgen, Aufsprühen, druckloses Tauchen und Druckimprägnierung.
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