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Die
Erfindung betrifft eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen,
mit der sich ausgezeichnet Kunststoffmaterialien beschichten lassen,
insbesondere Materialien aus Polyolefinen.
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Als
Kunststoffmaterialien, die für
Automobilpolsterungen verwendet werden, wird je nach den physikalischen
Anforderungen, die das Produkt zu erfüllen hat, beispielsweise Polypropylen
(PP), Acrylnitril-Styrol (AS), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyphenylenoxid
(PPO), Poly(vinylchlorid) (PVC), Polyurethan (PU) und Polycarbonat
(PC) verwendet. Wegen ihrer ausgezeichneten Wiederaufarbeitbarkeit
werden in jüngerer Zeit
aus Umweltschutzgedanken vermehrt Materialien aus Polyolefinen eingesetzt.
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Auf
diese Kunststoffmaterialien werden für Polsterungen geeignete Beschichtungen
aufgebracht. Da Materialien aus Polyolefinen eine niedrige Oberflächenaktivität aufweisen
und kristallin sind, treten dabei jedoch Schwierigkeiten bei der
Haftung der Beschichtungsfilme auf den Polyolefinmaterialien auf.
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Um
eine Haftung sicherzustellen, wird daher eine Vorbehandlung durchgeführt, wie
eine Plasmabehandlung oder eine Flammenbehandlung. Das Beschichtungsverfahren
wird dadurch aufwendig und die Vorbehandlung verursacht einen Anstieg
der Kosten.
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Um
die Beschichtbarkeit des Polyolefins zu verbessern, wird im Allgemeinen
eine Zusammensetzung für
die Beschichtung verwendet, die ein Polyvinylchloridharz enthält, um eine Lösung der
Beschichtungszusammensetzung zu erhalten, in der das Polyvinylchloridharz
in einem organischen Lösungsmittel
gelöst
ist. Bei der Lagerung und der Verarbeitung derartiger Lösungen von
Beschichtungsmitteln treten jedoch nicht nur Probleme im Hinblick
auf eine Umweltverschmutzung auf (wie die Zerstörung der Ozonschicht und das
Auftreten von photochemischem Smog), sondern es bestehen wegen der
hohen Flüchtigkeit
der Lösungsmittel
auch Bedenken wegen der Feuergefahr und der negativen Wirkung auf
den menschlichen Körper.
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Für eine Verwendung
im Automobilbereich wird weiter eine Beständigkeit gegen Motorenöl und Schmierfett
gefordert.
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WO
93/03104 A1 offenbart eine wässrige
Grundieranstrichzusammensetzung als Adhäsionsverbesserer für Polyolefinsubstrate.
Die Zusammensetzung umfasst ein chloriertes Polyolefin mit einem
Molekulargewicht im Bereich von 9.000 zu 150.000 und einem Chlorgehalt
im Bereich von 15–35
Gewichts. % und weiter ein funktionelles Carbonsäureharz. Das Gewichstsverhältnis zwischem
dem chlorierten Polyolefin und der Carbonsäure liegt im Bereich von 70:30
bis 30:70.
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US
5-258 444 offenbart eine wässrige
Beschichtungszusammensetzung zum Beschichten von Kunststoffsubstraten,
die eine wässrige
chlorierte Polyolefindispersion und eine wässrige Polyurethandispersion
enthält.
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EP 0 774 500 A1 offenbart
eine wässrige
Einschichtanstrichzusammensetzung für ein Polypropylensubstrat,
die eine Mischung aus einem Latex aus chloriertem Polyolefinharz
und einem Latex aus einem Acrylharz umfasst. Das Verhältnis zwischen
dem chlorierten Polyolefinharz und dem Acrylharz liegt im Bereich
von 35:65 bis 65:35.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Beschichtungszusammensetzung für Automobilpolsterungen
zur Verfügung
zu stellen, mit der ein Einschichtanstrich (1-coat finish) von noch
nicht oberflächenbehandelten Kunststoffmaterialien,
wie Polyolefinmaterialien, erreicht werden kann, die wässrig verarbeitet
werden kann und die eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien
aufweist.
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Die
Erfinder haben zur Lösung
dieser Aufgabe verschiedene Experimente durchgeführt. Als Ergebnis habe sie
die vorliegende Erfindung fertiggestellt aus der Erkenntnis, dass
bei Verwendung des Poly(olefinchlorid)harzes in Form einer Emulsion,
wobei der Chlorierungsgrad auf einen bestimmten Wert eingestellt
ist und wobei dieses Poly(olefinchlorid)-harz mit einer großen Menge
einer Emulsion eines reinen Acrylatharzes innerhalb eines bestimmten
Bereichs in einem bestimmten Verhältnis vermischt wird, die Verwendung
eines organischen Lösungsmittels
vermieden oder verringert werden kann, und dass weiter ein höchsten Ansprüchen genügendes Finish
des Kunststoffmaterials, wie einem Polyolefinmaterial, erreicht
werden kann, und ferner die Beständigkeit
gegenüber
Chemikalien erhöht
werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen
umfaßt
als wesentlichen Bestandteil eine Harzemulsion, wobei die Harzemulsion
eine Emulsion A eines Poly(olefinchlorid)harzes und eine Emulsion
B eines reinen Acrylatharzes in einem Gewichtsverhältnis (A/B)
bezogen auf den Feststoffgehalt von 25/75–30/70 enthält, wobei die Emulsion A des
Poly(olefinchlorid)harzes eine Emulsion eines Poly(olefinchlorid)harzes
mit einem Chlorgehalt von bezogen auf den Feststoffgehalt 22–25 Gew.-%
ist, sowie mit einer gewichtsgemittelten Molekülmasse von 60.000–80.000,
und mit einem Emulgator oder einer basischen Substanz ist und wobei
die Emulsion B des reinen Acrylatharzes eine Emulsion eines reinen
Styrol-freien Acrylatharzes ist, das eine Glasübergangstemperatur von wenigstens
40 °C aufweist.
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Sofern
die oben beschriebene erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen
eine Lackfarbe ist, enthält
die Zusammensetzung vorzugsweise weiter ein schuppiges anorganisches
Pulver in einem Anteil von 60–75
Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzemulsion, bezogen auf
den Feststoffgehalt.
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden
detaillierten Beschreibung näher
erläutert.
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(Wäßrige Beschichtungszusammensetzung):
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Die
erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen
umfaßt als
wesentlichen Bestandteil eine Harzemulsion, wobei die Harzemulsion
eine Emulsion A eines Polyolefinchoridharzes und eine Emulsion B
eines reinen Acrylatharzes enthält.
Der gesamte Anteil dieser beiden Arten von Harzemulsionen an der
Beschichtungszusammensetzung beträgt, berechnet als Feststoffgehalt,
15–30 Gew.-%.
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Im
Allgemeinen wird bei der Ausführung
der Erfindung das Poly(olefinchlorid)harz und das reine Acrylatharz
getrennt voneinander in eine Emulsion überführt und diese dann miteinander
vermischt.
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Bei
der oben beschriebenen Harzemulsion ist das Poly(olefinchlorid)harz
oder das reine Acrylatharz insbesondere in einem wäßrigen Medium
verteilt und die Oberflächen
der Teilchen werden zum Beispiel mit Emulgatoren, Tensiden oder
einem Dispergiermittel stabilisiert.
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(Poly(olefinchlorid)harz):
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Das
Poly(olefinchlorid)harz verleiht der Beschichtungszusammensetzung
ein ausreichendes Beschichtungsvermögen für Polyolefinmaterialien, da
das Polyolefin eine Affinität
zu Kunststoffmaterialien aufweist, die mit diesem beschichtet werden
sollen, insbesondere Polyolefinmaterialien, und weil weiter das
Polyolefin durch die Chlorierung polarisiert wird, wodurch sich
seine Filmbildungseigenschaften verbessern.
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Beispiele
für Polyolefine
umfassen: Homopolymere von z.B. Ethylen oder Propylen; statistische
Copolymere oder Blockcopolymere, die durch Copolymerisation von
zwei oder mehr Monomeren erhalten werden, wie Olefinmonomere (z.B.
Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hepten und 1-Octen) sowie
Vinylmonomere mit einer terminalen Vinylgruppe (z.B. Vinylalkylether,
Vinylchlorid und Vinylacetat); hydrierte Produkte von Copolymeren
von beispielsweise Styrol, Butadien, Isopren, und Dicyclopentadien.
Diese können
jeweils allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Polypropylen ist besonders bevorzugt, da es leicht verfügbar ist
und eine hohe Adhäsion
aufweist.
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Das
Poly(olefinchlorid) muß eine
gewichtsgemittelte Molekülmasse
im Bereich von 60.000–80.000 aufweisen.
Liegt die gewichtsgemittelte Molekülmasse unterhalb des angegebenen
Bereichs, tritt leicht ein Quellen bei der Einwirkung von Motorenöl auf, weshalb
die Beständigkeit
gegenüber
Motorenöl
gering ist. Liegt die gewichtsgemittelte Molekülmasse oberhalb des oben angegebenen
Bereichs, steigt die Viskosität während des
Emulgierens stark an, weshalb die Herstellung einer Emulsion schwierig
ist und weiter auch die Stabilität
während
der Lagerung gering ist.
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Das
Poly(olefinchlorid) muß bezogen
auf den Feststoffgehalt einen Chlorgehalt von 22–25 Gew.-% aufweisen. Liegt
der Chlorgehalt unterhalb des angegebenen Bereichs, sind die Affinität und die
Verträglichkeit zwischen
dem Poly(olefinchlorid) und dem reinen Acrylatharz jeweils so gering,
das es schwierig ist, einen gleichmäßigen Beschichtungsfilm zu
erhalten. Liegt andererseits der Chlorgehalt oberhalb des oben angegebenen
Bereichs, ist die Adhäsion
zum Polyolefinmaterial schlecht.
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Um
die Verteilbarkeit in Wasser zu verbessern, kann das Poly(olefinchlorid)
mit einer ungesättigten Polycarbonsäure und/oder
ihrem Anhydrid modifiziert (gepfropft) werden, da dadurch die Verträglichkeit
zwischen dem Poly(olefinchlorid) und dem reinen Acrylatharz verbessert
wird. Wird das Poly(olefinchlorid) mit dem Säureanhydrid und/oder Carbonsäure modifiziert,
liegt deren Anhydridgruppe und/oder deren Carbonsäuregruppe
als freier Rest vor, und/oder reagiert mit einer basischen Substanz
unter Ausbildung eines Carboxylatanions, wodurch eine Löslichkeit
in Wasser erreicht wird. Das modifizierte Poly(olefinchlorid) läßt sich
daher leicht emulgieren und zeigt eine hohe Verteilbarkeit in Wasser.
Dadurch läßt sich
die Lagerfähigkeit
der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
verbessern.
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Beispiele
für ungesättigte Säureanhydride
und/oder Carbonsäuren
umfassen Maleinsäure,
Fumarsäure,
Maleinsäureanhydrid,
Citraconsäure,
Citraconsäureanhydrid,
Itaconsäure
und Itaconsäureanhydrid.
Diese können
jeweils allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Maleinsäure
und Maleinsäureanhydrid
sind wegen ihrer leichten Verfügbarkeit
besonders bevorzugt.
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(reines Acrylatharz):
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Da
die Festigkeit des Beschichtungsfilms und die Witterungsbeständigkeit
des oben beschriebenen Poly(olefinchlorids) nur gering ist, ist
das in der Erfindung verwendete reine Acrylatharz eine Komponente,
mit der diese Eigenschaften ausgeglichen werden können und
die der erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
neben der Festigkeit des Beschichtungsfilms und der Witterungsbeständigkeit
eine Beständigkeit
gegenüber
Motorenöl,
eine Beständigkeit
gegen Verschmutzung und eine Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln
zu verleiht.
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Das
reine Acrylatharz wird durch Homopolymerisation oder Copolymerisation
von Acrylatmonomeren erhalten, wie (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylsäuremonomere
mit einer Hydroxylgruppe, (Meth)acrylsäureester und (Meth)acrylnitril.
Kurz gesagt ist das reine Acrylatharz ein Acrylharz, das frei von
Styrol ist. Die Ursache liegt darin, daß Styrol die Beständigkeit
gegenüber
Motorenöl
verschlechtert, da die Lösungsmittelbeständigkeit
von Styrol gering ist.
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Insbesondere
wird das reine Acrylatharz durch Homopolymerisation oder Copolymerisation
von Acrylatmonomeren erhalten, die eine Hydroxygruppe, eine Carboxylgruppe
oder eine Estergruppe enthalten. Beispiele für Acrylatmonomere mit einer
Hydroxygruppe sind 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat,
4-Hydroxybutyl(meth)acrylat sowie deren Addukte mit ε-Caprolacton.
Beispiele für
Acrylatmonomere mit einer Carboxylgruppe umfassen (Meth)acrylsäure. Beispiele
für Acrylatmonomere
mit einer Estergruppe umfassen Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat,
Isobutyl(meth)acrylat, sowie Lauryl(meth)acrylat.
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Das
reine Acrylatharz muß eine
Glasübergangstemperatur
(Tg) von mindestens 40 °C
aufweisen. Ist die Glasübergangstemperatur
des reinen Acrylatharzes geringer als 40 °C, kann keine für Automobilpolsterungen
erforderliche Härte
des Beschichtungsfilms erreicht werden, weshalb die Kratzfestigkeit
nicht zufriedenstellend ist. Unter der Glasübergangstemperatur wird ein
Wert verstanden, wie er mit dem Verfahren zur Messung der Übergangstemperatur
in den plastischen Zustand gemäß JIS-K-7121
bestimmt wird.
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(Ausbildung der Emulsion):
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Das
Poly(olefinchlorid)harz oder das reine Acrylatharz weist eine so
hohe Hydrophobie auf, daß sie nur
schwierig in Wasser dispergiert werden können. Das Poly(olefinchlorid)harz
wird daher mit einem Emulgator oder einer basischen Substanz emulgiert.
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Der
Mischungsanteil des Emulgators wird entsprechend dem Mischungsanteil
des Poly(olefinchlorid)harzes gewählt, des reinen Acrylatharzes,
der basischen Substanz oder des Wassers, jedoch wird im Fall des
Poly(olefinchlorid)harzes der Mischungsanteil des Emulgators vorzugsweise
im Bereich von 3–40
Gewichtsteilen, insbesondere bevorzugt 10–25 Gewichtsteilen pro 100
Gewichtsteilen des Harzes gewählt.
Beträgt
der Anteil des Emulgators weniger als 3 Gewichtsteile, ist die Lagerstabilität der Emulsion
gering und außerdem
tritt bei dem unten beschriebenen Herstellungsverfahren der Emulsion
während
der Polymerisation leicht Aggregation oder Präzipitation auf. Beträgt der Anteil
des Emulgators mehr als 40 Gewichtsteile, verbleibt ein großer Anteil
des Emulgators in dem Beschichtungsfilm, was bewirkt, daß sich die
Wasserbeständigkeit
oder die Witterungsbeständigkeit
des Beschichtungsfilms verschlechtert.
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Der
Emulgator unterliegt an sich keinen besonderen Beschränkungen,
als Beispiele können
angeführt werden:
nichtionische Emulgatoren, wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylphenolether,
aliphatische Polyoxyethylenester, Fettsäureester von mehrere Hydroxygruppen
enthaltenden Polyoxyethylenalkoholen, Fettsäureester von mehrere Hydroxygruppen
enthaltenden Alkoholen, Polyoxyethylenpropylenpolyole, sowie Alkylolamide;
anionische Emulgatoren, wie Salze von Alkylsulfatestern, Salze von
Alkylphenolsulfonsäuren,
Ester von Thiobernsteinsäure;
amphothere Emulgatoren, wie Alkylbetaine und Alkylimidazoline; harzartige
Emulgatoren, wie Urethanharze mit Polyoxyethylengruppen und Urethanharze
mit Carboxylatgruppen; sowie kationische Emulgatoren, wie Imidazolinlaurat,
Lauryltrimethylammoniumchlorid, Stearylbetain, und Distearyldimethylammoniumchlorid.
Diese können
jeweils allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Die nicht-ionischen Emulgatoren sind bevorzugt, da diese keine ionische
polare Gruppe mit einer starken Hydrophilie aufweisen, weshalb sie
die Wasserbeständigkeit
des Beschichtungsfilms verbessern.
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Als
Emulgatoren können
neben den oben beschriebenen unreaktiven Emulgatoren auch reaktive Emulgatoren
verwendet werden. Die gleichzeitige Verwendung von reaktiven Emulgatoren
und nicht-reaktiven Emulgatoren verbessert die Wasserbeständigkeit
des Beschichtungsfilms. Der reaktive Emulgator kann beispielsweise
eine reaktionsfähige
Gruppe umfassen, wie eine radikalisch polymerisierbare ungesättigte Bindung,
sowie eine hydrophile Gruppe (z.B. eine Polyethylenoxidgruppe, eine
Hydroxygruppe, eine Carboxylgruppe, eine Sulfonsäuregruppe, eine Schwefelsäuregruppe,
eine Aminogruppe) sowie eine hydrophobe Gruppe (z.B. eine Alkylgruppe,
eine Phenylgruppe, eine Fluoralkylgruppe, eine Polysiloxangruppe).
Beispiele für
reaktive Emulgatoren umfassen: Adeka Reasoap NE-10, NE-20, NE-30,
die eine Allylethergruppe, eine Polyethylenoxidgruppe und eine Nonylphenylgruppe
umfas sen (hergestellt durch Asahi Denka Kogyo K.K.); SE-10N, das
eine Allylethergruppe, eine Polyethylenoxidgruppe eine Schwefelsäuregruppe
sowie eine Nonylphenylgruppe umfaßt (hergestellt von Ashai Denka
Kogyo K.K.); NOIGEN RN-20, RN-30,
RN-50, die eine Propenylgruppe auf einer Phenylgruppe in einer Polyoxyethylennonylphenylethergruppe
umfassen (hergestellt durch Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.); HS-10, HS-20, die eine
Propenylgruppe auf einer Phenylgruppe in einem Polyoxyethylennonylphenylethersulfatestergruppe
enthalten (hergestellt durch Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.);
S-120A, S-180A, die eine Allylgruppe und eine Sulfonsäuregruppe
umfassen (hergestellt durch die Kao Corporation); sowie Verbindungen,
die eine Methacrylylgruppe oder eine Acrylylgruppe enthalten (hergestellt
durch NIPPON NYUKAZAI Co., Ltd.), wie z.B. Antox MS-60 (=cyclisches
Bis(polyoxyethylenpolyphenylether)methacrylatsulfatester salz) RMA-564,
RMA-568, RMA-506 (=Polyoxyethylenonylphenyletheracrylate), RMA-1120,
MPG130-MA (= Polyoxyethylenalkyletheracrylate), sowie MA-30, MA-50,
MA-100 (=Polyoxyethylenmethacrylatester). Diese können jeweils
einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die reaktiven
Emulgatoren, welche eine Methacrylylgruppe oder eine Acrylylgruppe
umfassen, sind bevorzugt, da sie in dem unten beschriebenen Herstellungsverfahren
der Emulsionszusammensetzung leicht mit Acrylsäuremonomeren copolymerisiert
werden können.
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Der
Mischungsanteil der basischen Verbindung, die zum Neutralisieren
verwendet wird, kann ebenfalls in Abhängigkeit von dem Mischungsanteil
des Poly(olefinchlorid)harzes, des reinen Acrylatharzes, des Emulgators
oder des Wassers eingestellt werden. Der Mischungsanteil der basischen
Verbindung wird in der Weise ausgewählt, daß eine saure funktionelle Gruppe
in dem Poly(olefinchlorid)harz oder im Emulgator ausreichend neutralisiert
werden kann, und beträgt
bezogen auf die gesamte Emulsion beispielsweise 0,1–5 Gew.-%. Der pH der Emulsion,
der durch Zugabe der basischen Sub stanz eingestellt wird, beträgt vorzugsweise
7–11,
insbesondere 7,5–10,5,
insbesondere bevorzugt 8–10.
Liegt der pH der Emulsion unterhalb von 7, ist die Neutralisation
nicht ausreichend, weshalb die Lagerstabilität der Emulsion gering sein
kann. Beträgt
der pH der Emulsion mehr als 11, liegt in der Emulsion ein Überschuß an basischer
Substanz vor, weshalb die Emulsion einen so starken Geruch nach
Aminen aufweist, daß sie
nur schwer verwendbar ist.
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Die
für die
Erfindung verwendete basische Substanz addiert sich an die Säureanhydridgruppe und/oder
an die Carboxylgruppe des Poly(olefinchlorid)harzes und/oder neutralisiert
diese Gruppen, wodurch die Hydrophilie des modifizierten Poly(olefinchlorids)
erhöht
wird und deshalb die Lagerungsstabilität der Emulsion verbessert werden
kann.
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Die
basische Substanz unterliegt an sich keinen bestimmten Beschränkungen,
Beispiele umfassen jedoch zumindest Aminverbindungen und Ammoniak.
Beispiele für
Aminverbindungen sind Monoamine, wie Trimethylamin, Triethylamin,
Butylamin, Dibutylamin und N-Methylmorpholin; Polyamine, wie Ethylendiamin,
Hexamethylendiamin, Piperazin, Isophorondiamin, Triethylendiamin
und Diethylentriamin; sowie Alkanolamine, wie Monoethanolamin, Diethanolamin,
Triethanolamin, N-Methyldiethanolamin,
N,N-Dimethylethanolamin sowie 2-Amino-2-methylpropanol. Diese können jeweils
einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Sie können auch
gemeinsam mit Ammoniak verwendet werden.
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Der
Mischungsanteil des Wassers liegt bezogen auf die gesamte Emulsion,
bevorzugt in einem Bereich von 50–95 Gew.-%, insbesondere 60–85 Gew.-%, insbesondere bevorzugt
65–80
Gew.-%. Liegt der Mischungsanteil von Wasser unterhalb von 50 Gew.-%,
ist der nicht-flüchtige
feste Anteil der Emulsion zu hoch, weshalb sich die Lagerungsbeständigkeit
der Emulsion wegen des leichten Auftretens von z.B. Aggregation verschlechtern
kann. Liegt der Mischungsanteil des Wassers bei mehr als 95 Gew.-%,
ist die Verarbeitbarkeit im unten beschriebenen Herstellverfahren
der Emulsion schlecht, und wird die Emulsion weiter z.B. für eine Beschichtung
wie eine wäßrige Beschichtungszusammensetzung
zum Grundieren oder als Farbe verwendet, ist die Menge an Poly(olefinchlorid)harz,
das die wesentliche Komponente bildet, vergleichsweise gering, weshalb
keine zufriedenstellenden Eigenschaften erhalten werden können.
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Der
mittlere Partikeldurchmesser der Polymerteilchen, welche einen größeren Anteil
an Poly(olefinchlorid)harz oder reinem Acrylatharz enthalten, ist
in der Emulsion an sich keinen Beschränkungen unterworfen, sie liegt
jedoch bevorzugt im Bereich von 0,01–10 μm, insbesondere 0,03–5 μm, insbesondere
bevorzugt 0,05–1 μm. Ist der
mittlere Partikeldurchmesser der Polymerteilchen geringer als 0,01 μm, wird eine
große Menge
an Emulgator benötigt,
weshalb die Wasserbeständigkeit
und die Witterungsbeständigkeit
des Beschichtungsfilms verschlechtert werden. Ist der mittlere Partikeldurchmesser
der Polymerteilchen andererseits größer als 10 μm, verschlechtert sich die Lagerstabilität, außerdem ist
das Volumen der Polymerpartikel zu groß, weshalb eine große Schmelzwärme sowie
ein hoher Zeitbedarf für
die Ausbildung des Beschichtungsfilms benötigt werden, ferner verschlechtern
sich die Wärmefließfähigkeit
in der Wärme
und die Eigenschaften des Beschichtungsfilms, wie das Erscheinungsbild,
die Wasserbeständigkeit
und die Lösungsmittelbeständigkeit
können
sich verschlechtern, wenn sie zum Beispiel für eine Beschichtung, wie eine
wäßrige Beschichtungszusammensetzung,
zum Grundieren verwendet werden.
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(Mischungsverhältnis zwischen
den Emulsionen A und B):
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Das
Mischungsverhältnis
(A/B) zwischen der Emulsion A des Poly(olefinchlorid)harzes und
der Emulsion B des reinen Acrylatharzes wird bezogen auf das Gewicht
des Feststoffgehalts im Bereich von 25/75–30/70 gewählt. Liegt das Mi schungsverhältnis (A/B)
unterhalb von 25/75, ist die Menge des Poly(olefinchlorids) zu gering,
weshalb die Haftung an Materialien zu gering ist. Liegt das Mischungsverhältnis (A/B)
oberhalb von 30/70, ist die Menge an reinem Acrylatharz zu gering,
weshalb die chemische Beständigkeit,
beispielsweise gegenüber
Motorölen,
zu gering ist.
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(Lackfarbe):
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Wird
die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung
als Lackfarbe ausgeführt,
umfaßt
die Zusammensetzung gewöhnlich
zusätzlich
ein schuppiges anorganisches Pulver, wie Talk, Glimmer oder Aluminiumschuppen.
Der Anteil des schuppigen anorganischen Pulvers liegt vorzugsweise
im Bereich von 60–75 Gewichtsteilen
pro 100 Gewichtsteilen der Harzemulsion bezogen auf den Feststoffgehalt.
Beträgt
der Mischungsanteil des schuppigen anorganischen Pulvers weniger
als 60 Gewichtsteile, können
leicht Verschmutzungen eindringen, mit dem Ergebnis, daß die chemische
Widerstandsfähigkeit,
wie die Beständigkeit
gegenüber
Motorenöl,
sich verschlechtern kann. Beträgt
der Mischungsanteil des schuppigen anorganischen Pulvers mehr als
75 Gewichtsteile, kann sich die Beständigkeit gegenüber alkalischen
Substanzen verschlechtern.
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(Weitere Bestandteile):
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Falls
erforderlich, kann für
die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen
die oben beschriebene, die wesentlichen Bestandteile umfassende
Harzzusammensetzung geeignet mit anderen wäßrigen Harzen kombiniert werden.
Besonders bevorzugt als weiteres wäßriges Harz sind wasserlösliche Acrylatharze.
Neben diesen wasserlöslichen
Acrylatharzen kann jedoch auch mit anderen Harzemulsionen kombiniert
werden, wie zum Beispiel mit Polyesterharzemulsionen, Polyurethanharzemulsionen,
Epoxyharzemulsionen oder Aminharzemulsionen.
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Falls
erforderlich kann die erfindungsgemäße wäßrige Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen
auch andere Komponenten umfassen, die gewöhnlich zu Beschichtungen gegeben
werden. Beispiele umfassen: Additive, wie oberflächenaktive Substanzen, Substanzen
zum Neutralisieren, Stabilisatoren, Verdickungsmittel, Anti-Schaummittel,
Oberflächenkonditionierungsmittel,
Absorptionsmittel für
ultraviolettes Licht, sowie Antioxidationsmittel; anorganische Füllmittel,
wie Siliziumdioxid; leitfähige
Füllstoffe,
wie leitfähiger
Kohlenstoff, leitfähige
Füllstoffe,
wie Metallpulver; Hilfsstoffe, wie organische Reformer, Weichmacher und
Additive.
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Beispiele
für Färbemittel,
die mit der wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen
vermischt werden können,
umfassen: anorganische Pigmente, wie Titandioxid, Ruß, Eisenoxid,
Chromoxid, und Preussisch Blau; organische Pigmente, wie Azopigmente,
Anthracenpigmente, Perylenpigmente, Chinacridonpigmente, Indigopigmente,
sowie Phthalocyaninpigmente; und Farbstoffe.
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Die
erfindungsgemäße wässerige
Beschichtungszusammensetzung für
Automobilpolsterungen kann weiter ein organisches Lösungsmittel
umfassen, sofern dessen Anteil nicht mehr als 20 Gew.-% des Wassers in
der Harzemulsion ausmacht. Der Einschluß des organischen Lösungsmittels
verbessert die Verarbeitbarkeit und erleichtert die Verteilung beispielsweise
von Pigmenten. Die Abwesenheit des organischen Lösungsmittels verbessert jedoch
im Allgemeinen die Lagerfähigkeit
der Emulsion und entspricht den in jüngerer Zeit erlassenen restriktiven
Vorschriften für
organische Lösungsmittel.
Beispiele für
derartige organische Lösungsmittel umfassen:
aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol und Xylol; aliphatische
Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan und Octan; alicyclische Kohlenwasserstoffe,
wie Cyclohexan, Methylcyclohexan und Cyclopentan; Ester, wie Ethyla cetat,
n-Butylacetat, Isobutylacetat und Amylacetat; Ether, wie n-Butylether
und Isobutylether; Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon
und Cyclohexanon; Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Isopropanol,
n-Butanol, 2-Butanol,
n-Propylenglycol und Isopropylenglycol; Cellosolve, wie Ethylenglycolmonomethylether,
Ethylenglycolmonobutylether und Ethylenglycolmonoethyletheracetat;
Carbitole, wie Diethylenglycolmonoethylether; Propylenglycolmonoalkylether,
wie Propylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonoethylether
und Propylenglycolmonobutylether; sowie andere Lösungsmittel, wie Dioxan, N-Methylpyrrolidon,
Dimethylformamid und Diacetonalkohol.
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(Materialien der zu beschichtenden
Gegenstände):
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Das
Kunststoffmaterial, das den Gegenstand darstellt, der mit der erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen
beschichtet wird, unterliegt keinen besonderen Beschränkungen.
Geeignete Beispiele sind: Polyolefine, wie Polypropylen (PP) und
Polyethylen (PE); Acrylnitril-Styrol (AS), Acrylnitril-Butadien-Styrol
(ABS), Polyphenylenoxid (PPO), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU)
und Polycarbonat (PC).
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(Beschichtungsverfahren):
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Das
Verfahren, mit dem das Kunststoffmaterial mit der erfindungsgemäßen wäßrigen Beschichtungszusammensetzung
beschichtet wird, kann entweder durch Sprühbeschichten mit Luft oder
luftloses Sprühbeschichten
durchgeführt
werden.
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Die
wäßrige Beschichtungszusammensetzung
wird beispielsweise in der Weise aufgebracht, daß die Stärke des trockenen Films bevorzugt
im Bereich von 10–50 μm liegt,
insbesondere 15–25 μm. Beträgt die Stärke des
getrockneten Films weniger als 10 μm, kann die Stärke zu gering
sein, um einen gleichmäßigen Film
zu erhalten. Beträgt
die Stärke
des ge trockneten Films andererseits mehr als 50 μm, treten Schwierigkeiten wie
ein Brechen des Films auf.
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Der
Schritt, in dem der Beschichtungsfilm getrocknet wird, kann bei
Raumtemperatur durchgeführt werden,
bevorzugt wird er jedoch unter Erwärmen auf 60–80 °C durchgeführt, was die Verarbeitbarkeit
und die physikalischen Eigenschaften verbessert.
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Wirkungen und Vorteile
der Erfindung):
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Die
erfindungsgemäße wässrige Beschichtungszusammensetzung
für Automobilpolsterungen
ermöglicht
es, dass mit dieser wässrigen
Beschichtungszusammensetzung ein Einschichtanstrich von Kunststoffmaterialien,
wie Polyolefinmaterialien, durchgeführt wird, die noch nicht einer
Oberflächenbehandlung
(Vorbehandlung) unterzogen wurden und die, da sie auf einer wässrigen
Basis beruht, keine Umweltgefährdung
darstellt, keine Feuergefahr verursacht und keine negativen Auswirkungen
auf den menschlichen Körper
hat und die ferner eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Chemikalien
aufweist, wie eine Beständigkeit
gegen Motorenöl
und gegen Schmierfett, und die auch als Lackfarbe ausgeführt werden
kann.
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Im
Weiteren wird die Erfindung anhand von Beispielen besonderer Ausführungsformen
im Vergleich zu Vergleichsbeispielen, die nicht erfindungsgemäß sind,
näher erläutert. Die
Erfindung beschränkt
sich jedoch nicht auf die unten beschriebenen Beispiele. Die Einheiten "Teil(e)" und "%" beziehen sich im Weiteren auf Gewicht.
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Die
in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen verwendete Emulsion
A wurde auf die folgende Weise hergestellt.
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Einhundert
Gewichtsteile des Poly(olefinchlorid)harzes (Anteil nichtflüchtiger
Bestandteile: 100 %, Chlorgehalt: 22 %, Maleinsäuregehalt 5 %, gewichtsgemittelte
Molekülmasse:
65.000), 40 Teile Xylol sowie 25 Teile Emulgen 920 (hergestellt
von der Kao Corporation) wurden in einen Reaktor gegeben, der mit
einem Flügelrührer, einem
Thermometer, einem Draht zur Temperaturüberwachung und einem Rückflußkühler ausgestattet
war. Die sich ergebende Mischung wurde auf 80 °C erhitzt und diese Temperatur
wurde für
eine Stunde beibehalten. Dann wurden 2 Teile Diethylmethylamin (DEMA)
und 255 Teile warmes Wasser tropfenweise während einer Stunde in den Reaktor
zugegeben, und die erhaltene Mischung wurde anschließend bei
80 °C gerührt und
dann gekühlt,
wobei eine Emulsion A eines Poly(olefinchlorid)harzes erhalten wurde,
die einen Anteil an nichtflüchtigen
Stoffen von 30 % und einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,05–0,1 μm aufwies.
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Die
in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen verwendete Emulsion
B des reinen Acrylatharzes wurde auf die folgende Weise hergestellt.
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Siebenundsechzig
Teile n-Butylmethacrylat, 21 Teile Methylmethacrylat, 2 Teile Methacrylsäure und 14
Teile Emulgen 920 (hergestellt von der Kao Corporation) wurden in
einen Reaktor gegeben, der mit einem Flügelrührer, einem Thermometer, einem
Draht zur Temperatursteuerung, sowie einem Rückflußkühler ausgestattet war. Die
erhaltene Mischung wurde auf 100 °C
erhitzt und dann für
30 Minuten gerührt,
wodurch eine gleichförmige
Lösung
erhalten wurde. Nachdem die Lösung
auf 50 °C
abgekühlt
war, wurde eine Lösung
von 1,5 Teilen Azobisisobutyronitril (AIBN) und 10 Teilen Methylmethacrylat
in den Reaktor gegeben. Weiter wurden 135 Teile entionisiertes Wasser
während
30 Minuten unter Rühren
bei 1000 Upm tropfenweise in den Reaktor gegeben, wodurch eine wäßrige Suspension
erhalten wurde. Die wäßrige Suspension
wurde erneut für 3
Stunden auf 85 °C
erhitzt, um bei 150 Upm eine Reaktion durchzuführen, wodurch eine Emulsion
B des Acrylats erhalten wurde. Diese Emulsion B des Acry lats hatte
einen Anteil an nichtflüchtigen
Bestandteilen von 45 %, einen mittleren Partikeldurchmesser von
0,21 um und eine Glasübergangstemperatur
des Polymers von 47°C.
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Die
weiteren verwendeten Komponenten waren wie folgt:
wasserlösliches
Acrylatharz: hergestellt von Nippon Paint Co., Ltd., NV = 23 %,
Säurewert
des Harzes = 55 KOH mg/g
Ruß: Special Black 4A (DEGUSSA
CORP)
Titanoxid: R-960 (EI DUPONT DE NEMOURS CO)
Glättungsmittel
Siliziumdioxid: SILCRON G601(SCM CHEMICALS AND COLORS)
Oberflächenkonditionierer:
TEGO WET KL 245 CHIDLEY & PETO
COMPANY)
Entschäumer:
SURFYNOL 104PA (hergestellt von Air Products Japan, Inc.)
Filmbildungshilfsmittel:
N-Methyl-2-pyrrolidon
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– BEISPIELE 1–2 UND VERGLEICHSBEISPIELE
1–5 –
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Aus
den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen wurden lackartige
wässrige
Beschichtungszusammensetzungen hergestellt. In Tabelle 1 bezeichnet
Emulsion A die Emulsion A des Poly(olefinchlorid)harzes und Emulsion
B die Emulsion 1 des reinen Acrylatharzes.
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Das
Verfahren der Lackbeschichtung wurde auf die folgende Weise ausgeführt: Die
lackartigen wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen
der Beispiele 1–2
und der Vergleichsbeispiele 1–5
wurden mit Luft auf die Oberfläche
eines Polypropylenmaterials als Beschichtung aufgesprüht und anschließend für 30 Minuten
bei 80 °C
getrocknet, so daß die
Dicke des getrockneten Films im Bereich zwischen 15 und 20 μm lag.
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Die
Eigenschaften der erhaltenen Beschichtungsfilme wurden in der unten
beschriebenen Weise bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
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(Bewertungsverfahren):
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Erscheinungsbild:
Nadelstichporen, Krater und Flecken u. dgl. wurden mit dem Auge
bewertet.
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Haftung:
Gemäß dem Schachbrettmuster-Testverfahren
JIS K5400 (6,15) wurden in einem Abstand von 2 mm Schnitte in den
getrockneten Film eingebracht und ein druckempfindliches Klebeband
auf die Schnitte aufgeklebt und anschließend ein Ende des Bandes angehoben
um das Band nach oben abzuziehen. Dieses Abziehverfahren wurde zweimal
an derselben Stelle durchgeführt.
Die Haftung wurde beurteilt aus der Anzahl der Quadrate, in denen
die Beschichtung in einem Anteil von nicht weniger als 50 % der
Fläche
abgezogen wurde. Betrug die Anzahl 0, wurde dies als erfolgreich
bewertet, war die Anzahl nicht geringer als 1 wurde dies als Mißerfolg
gewertet.
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Wasserbeständigkeit:
Da Teststück
wurde für
24 Stunden in ein auf 40 °C
thermostatisiertes Wasser getaucht und dann herausgenommen, um zu
beurteilen, ob auf dem Beschichtungsfilm Unregelmäßigkeiten aufgetreten
waren oder nicht, und um die oben beschriebene Haftung genauer zu
bewerten. Als Erfolg wurde gewertet, wenn kein Unterschied zum Erscheinungsbild
gegenüber
dem Ausgangszustand festzustellen war und wobei keine Ablösungen auftraten.
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Beständigkeit
gegenüber
Motorenöl
und Beständigkeit
gegenüber
Schmierfett: Eine bestimmte Menge der unten angegebenen Chemikalien
wurde auf ein horizontal angeordnetes Teststück gegeben. Anschließend wurde
das Teststück
in einem Thermostaten für
2 Stunden auf 80 °C
erhitzt und dann herausgenommen und anschließend dessen Oberfläche mit
einem weichen Tuch abgerieben, das ein neutrales Tensid enthielt.
Als Erfolg wurde gewertet, wenn sich der Oberflächenfilm nicht ablöste, wenn
er mit einem Nagel angekratzt wurde. Bei der Bewertung der Beständigkeit
gegenüber
Motorenöl
wurden 0,2 ml des Motorenöls "Pure Ultra Oil" (Marke) der Honda
Giken Kogyo Kabushiki Kaisha aufgetragen. Bei der Beurteilung der
Beständigkeit
gegenüber
Schmierfett wurde 1 g extra feines Schmieröl "Multipurpose Grease" (Marke) der Honda Access Kabushiki
Kaisha in einem Durchmesser von 25–30 mm aufgetragen.
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Wärme-Kratzbeständigkeit:
Bei einem mit dem Beschichtungsfilm beschichteten Teststück wurde
ein 1 cm breiter Streifen des Beschichtungsfilm abgezogen, so daß ein Teststück erhalten
wurde, bei dem an einem Ende die Oberfläche des Basismaterials freigelegt
war. Das Teststück
wurde für
30 Minuten bei 80 °C
in einem Ofen belassen und dann aus dem Ofen herausgenommen. Ein
Werkzeug für
den Kratztest, das eine Breite von 1 cm aufwies, einen Kantenwinkel
von 90 ° und
eine Belastung von 1 kg wurde auf den Beschichtungsfilm in einem
Winkel von 30 ° angewandt,
um diese mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/s zu zerkratzen, wobei
geprüft
wurde, ob sich der Beschichtungsfilm ablöste oder nicht. Als Erfolg
wurde gewertet, wenn sich der Film nicht ablöste und als Mißerfolg
wurde gewertet, wenn sich der Beschichtungsfilm ablöste.
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Verschiedene
Details der Erfindung können
verändert
werden, ohne den Kern der Erfindung oder ihren Umfang zu verlassen.
Weiter soll die oben dargelegte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung nur der Erläuterung
dienen und soll die Erfindung, wie sie in den folgenden Patentansprüchen und
deren Äquivalenten
definiert ist, nicht beschränken.
