DE102012023428A1

DE102012023428A1 - Verfahren zur Trocknung von mit UV-Lacken lackierten Bauteilen mit UV-Strahlen

Info

Publication number: DE102012023428A1
Application number: DE201210023428
Authority: DE
Inventors: Jörg Eisenlohr; Harald Sommer
Original assignee: PLASMA TECHNOLOGY GmbH; SOMMER INDUSTRIELACKIERUNG GmbH
Current assignee: PLASMA TECHNOLOGY GmbH; SOMMER INDUSTRIELACKIERUNG GmbH
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-05
Also published as: DE202013003716U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung von mit UV-Lacken lackierten Bauteilen mit UV-Strahlen. Damit auch dreidimensionale Lackierungen auf den Bauteilen getrocknet werden können, wobei ein wesentlich geringerer Energieaufwand erforderlich ist und eine bessere Vernetzung zwischen dem Bauteil und der Lackschicht erreicht wird, sieht die Erfindung vor, dass die dreidimensional lackierten Bauteile in zwei Arbeitsschritten getrocknet werden, wobei einer kurzen, rundum auf das Bauteil gerichteten Vorbehandlung mit UV-Strahlen eine Nachbehandlung in einem Niederdruckplasma mit weitergeführter Vorbehandlung mit UV-Strahlen folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung von mit UV-Lacken lackierten Bauteilen mit UV-Strahlen.
Im Gegensatz zur Holzbehandlung sind UV-Lacke für Kunststoffbeschichtungen von Metallen hinsichtlich der Beschichtungsqualität und Prozess-Stabilität bis heute nur für UV-härtende Klarlacke für flache Bauteile, auch in der Autoindustrie, zugelassen. Die Trocknung dieser Lackschichten erfolgt dabei über die UV-Strahlung von UV-emittierenden Gasentlackungslampen, z. B. Quecksilberdampflampen. Gerade diese gleichausgerichtete UV-Strahlung hat jedoch nur auf flachen, zweidimensionalen Oberflächen von Bauteilen eine durchgängige Wirkung. Bei strukturierten oder dreidimensionalen Oberflächen der Bauteile ergeben sich für die Trocknung dieser Lackierungen dieser Bauteile bisher ungelöste Probleme. Es bilden sich Schattenbereiche heraus, in denen keine oder nur eine schwache Vernetzung zwischen Bauteil und Lackschicht stattfindet. Dies hat häufig zur Folge, dass in diesen Bereichen Staubeinschlüsse zur Beschädigung der Oberfläche bei der Behandlung der lackierten Bauteile oder zu einer inhomogenen Oberflächenoptik und zu hohen Ausschussquoten führen. Zudem müssen gerade für Innenanwendungen benutzte Bauteile die Oberflächen komplett emissionsfrei sein, was bei einer unzureichenden Vernetzung nicht immer sichergestellt ist.
Neben den qualitativen Defiziten der UV-Beschichtungen dreidimensionaler Bauteile ist die Tatsache relevant, dass diese Lackschichten bei der Herstellung sehr energieaufwändig sind und dem immensen Energieverbrauch von Konvektionstrocknern in nichts nachstehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Trocknung von mit UV-Lacken lackierten Bauteilen mit UV-Strahlen ohne die Nachteile der Trocknung mit Quecksilberdampflampen zu entwickeln, das mit wesentlich geringerem Energieaufwand realisiert werden kann und eine bessere Vernetzung zwischen dem Bauteil und der Lackschicht bringt.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Dies wird dadurch erreicht, dass dreidimensionale Bauteile in zwei Arbeitsschritten getrocknet werden, wobei einer kurzen, rundum auf das Bauteil gerichteten Vorbehandlung mit UV-Strahlen eine Nachbehandlung in einem Niederdruckplasma mit weitergeführter Vorbehandlung mit den UV-Strahlen und dadurch erhöhtem UV-Anteil folgt.
Dadurch werden bei der zweistufeigen Trocknung nicht nur die Oberflächen der Bauteile in der optischen Qualität verbessert, durch die dabei entstehende Aushärtung der Lackschicht wird auch deren Kratz-, Creme- und Klimabeständigkeit sichergestellt. Die zweistufige Behandlung der Beschichtungen ergibt sehr hohe Schichthärten, die sogar über die der konventionell belichteten UV-Lacke hinausgehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen, wobei es insbesondere auf den Einfluss der Parameter des Niederdruckplasmas ankommt.
Anstelle von UV-emittierenden Gasentlackungslampen können auch UV-emittierende LED's verwendet werden, die die UV-Stabilität und die Integrationsbedingungen positiv beeinflussen.
Für die Erzeugung des Niederdruckplasmas wird vorzugsweise ein Wechselstromgenerator mit höherer Frequenz (im KHz-Bereich) verwendet und dadurch die Intensität der UV-Strahlung erhöht. Die thermischen Effekte im Niederdruckplasma können genützt werden, um insbesondere bei DC-Lacken mit höheren Lösemittelanteilen eine schonende Lösemittelevaluierung aus der Lackschicht und eine bessere Durchhärtung der Lackschicht zu erreichen.
Bei kurzzeitig gepulstem Niederdruckplasma wird der Stromfluss erhöht, was zu einer höheren IR- und UV-Ausbeute führt. Dabei wird bei kleinen Taktfrequenzen die UV-Intensität erhöht.
Als Prozessgas für die Erzeugung des Niederdruckplasmas hat sich Luft bewährt und liefert bessere Ergebnisse als Stickstoff oder Stickstoffverbindungen und auch als O₂, CO₂, CH₄, Ar etc.
Bei einem gepulsten Niederdruckplasma ist es vorteilhaft, zwischen Puls und Pause keinen kompletten Leistungsabfall vorzunehmen und zudem wird bei kurzen Pausen eine hohe Zündspannung bewirkt, die sich in starken UV-Emissionen auswirkt.
Auch die Leistungsenergie des Niederdruckplasmas ist ein weiterer Parameter. Durch eine Leistungserhöhung (100 W bis 500 W) der Niederdruckplasma-Einkopplung ist die Temperatur auf dem Bauteil beeinflussbar. Dabei wird bei zunehmender Prozessdauer die Temperatur des Bauteils erhöht und die Erwärmungsgeschwindigkeit ist stark von der Masse des Bauteils abhängig.
Durch die Variation des Druckes (0,1 mbar bis 0,5 mbar) kann der Erwärmungsverlauf auf der Oberfläche des Bauteils verändert werden, wobei bei geringerem Druck das Bauteil stärker erwärmt wird.
Mit dem UVC-Bereich der UV-Strahlung wird vornehmlich eine Oberflächentrocknung und mit dem UV-A-Bereich der UV-Strahlung eine Tiefentrocknung erreicht.
Der Vorbehandlung des Bauteils mit UV-Stahlen von UV-Gasentlackungslampen oder UV-LED's geht eine Reinigung der Oberfläche des Bauteils mit erhitztem Wasserdampf von 140°C bis 180°C voraus. Dies führt zu einer kurzzeitigen Senkung des pH-Wertes auf der Oberfläche des Bauteils. In dem erzeugten sauren Milieu entfaltet sich eine sehr gute Reinigungswirkung.
Zur Verbesserung der Eigenschaften einer auf der Oberfläche des Bauteils aufgebrachten Beschichtung kann nach der zweistufigen Behandlung der Lackschicht eine Polymerisationsschicht von weinigen Atomlagen aufgebracht werden.

Claims

Verfahren zur Trocknung von mit UV-Lacken lackierten Bauteilen mit UV-Strahlen, dadurch gekennzeichnet, dass dreidimensional lackierte Bauteile in zwei Arbeitsschritten getrocknet werden, wobei einer kurzen, rundum auf das Bauteil gerichteten Vorbehandlung mit UV-Strahlen, eine Nachbehandlung in einem Niederdruckplasma mit weitergeführter Vorbehandlung mit UV-Strahlen folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass UV-Gasentladungslampen oder UV-LED's für die Erzeugung der UV-Strahlen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung des Niederdruckplasmas ein Wechselstromgenerator mit höherer Frequenz (im kHz-Bereich) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Effekte im Niederdruckplasma genutzt werden, damit insbesondere bei DC-Lacken mit höheren Lösemittelanteilen eine schonende Lösemittelevaluierung aus der Lackschicht und eine bessere Durchhärtung der Lackschicht erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei kurzzeitig gepulstem Niederdruckplasma der Stromfluss erhöht wird, damit eine höhere IR- und UV-Ausbeute erreicht wird und dass bei kleinen Taktfrequenzen die UV-Intensität erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas für die Nachbehandlung Luft verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Puls und Pause bei gepulstem Niederdruckplasma kein kompletter Leistungsabfall zur Pause vorgenommen wird und das bei kurzen Pausenlängen eine hohe Zündspannung bewirkt wird, die zu starken UV-Emissionen führt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Leistungserhöhung (100 W bis 500 W) der Niederdruckplasma-Einkopplung bei zunehmender Prozessdauer die Temperatur des Bauteils erhöht wird und dass die Erwärmungsgeschwindigkeit stark von der Masse des Bauteils abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Variation des Druckes (0,1 mbar bis 0,5 mbar) der Erwärmungsverlauf auf der Oberfläche des Bauteils verändert wird, wobei bei geringerem Druck das Bauteil stärker erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem UV-C-Bereich der UV-Strahlung vornehmlich eine Oberflächentrocknung und mit dem UV-A-Bereich der UV-Strahlung eine Tiefentrocknung erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vorbehandlung mit UV-Strahlen eine Reinigung der Oberfläche des Bauteils mit überhitztem Wasserdampf (140°C bis 180°C) durchgeführt wird, die zu einer kurzzeitigen Senkung des pH-Wertes auf der Oberfläche des Bauteils führt und dass in dem erzeugten sauren Milieu eine sehr gute Reinigungswirkung erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften der auf der Oberfläche aufgebrachten Lackierung nach der zweistufigen Behandlung der Lackschicht eine Polymerisationsschicht in der Stärke von wenigen Atomlagen aufgebracht wird.