DE19851139A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gehärteten Lackschichten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gehärteten LackschichtenInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer Lackschicht an mindestens einer Stelle einer Substratoberfläche, das mindestens die folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge aufweist: DOLLAR A a) Initiieren mindestens einer Vernetzungsreaktion in mindestens einer reaktiven Lackformulierung; DOLLAR A b) Aufbringen der mindestens einen reaktiven Lackformulierung vor Einsetzen der mindestens einen Vernetzungsreaktion an der mindestens einen Stelle der Substratoberfläche. DOLLAR A Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung mindestens einer Lackschicht an mindestens einer Stelle einer Substratoberfläche, die mindestens die folgenden Elemente aufweist: DOLLAR A a) mindestens einen Vorratsbehälter für mindestens eine reaktive Lackformulierung, DOLLAR A b) mindestens eine Belichtungseinheit, bevorzugt eine UV-Belichtungseinheit, weiter bevorzugt einen UV-Laser, und DOLLAR A c) mindestens eine Applikationseinheit mit einer Düse, insbesondere ein Sprühkopf und/oder DOLLAR A d) eine Glocke für eine elektrostatische Applikation (ESTA-Glocke), DOLLAR A wobei die mindestens eine Belichtungseinheit so ausgebildet ist, daß die in der mindestens einen Belichtungseinheit generierte Strahlung in der mindestens einen Applikationseinheit mit der mindestens einen reaktiven Lackformulierung in Kontakt gebracht wird. DOLLAR A Letzlich wird auch eine Lackschicht beansprucht, die durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbar ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstel
lung von gehärteten, insbesondere von strahlungsgehärteten Lackschichten auf einer
Substratoberfläche.
Lackschichten werden heutzutage u. a. mit Hilfe der Methode der Strahlungshärtung
hergestellt. Bei der Strahlungshärtung wird ein leicht verarbeitbares Gemisch von
reaktiven Einsatzstoffen und Additiven durch Belichtung in ein dreidimensionales,
mechanisch stabiles Polymernetzwerk überführt. Dabei wird die reaktive Lackfor
mulierung zunächst auf das zugehörige Substrat aufgebracht und in einem zweiten
Schritt durch optische Belichtung, vorzugsweise mit einem UV-Belichter, oder mit
tels Elektronenstrahlhärtung vernetzt. Beispiele hierfür sind die optisch über Photo
initiatoren gestarteten Polymerisationen von niederviskosen Lackformulierungen
reaktiver Monomere, Oligomere und Präpolymere, beispielsweise die radikalische
Acrylatpolymerisation oder die kationische Vinylether- oder Epoxidpolymerisation,
oder die optische Vernetzung linearer Polymere mit reaktiven Seitenketten. Ferner
finden Polymerisate auf der Basis von (Meth)acrylaten, (Meth)acrylamiden, Ma
leinimid-Vinylether, Wasserstoffabstraktionssysteme, ungesättigte Polyester sowie
säurehärtbare Harze Verwendung. Typische Anwendungen sind Beschichtungen von
Papier, Skiern, Möbeln, Fußböden, Metallen, Kunststoffen, bzw. Klebstoffe.
Bei einer strahlungshärtbaren Lackierung wie beispielsweise der UV-Lackierung
oder der Elektronenstrahlhärtung von komplex gestalteten dreidimensionalen Ober
flächen wie beispielsweise der von Kraftfahrzeugen muß die Belichtung gleichmäßig
erfolgen, um zu vermeiden, daß an kritischen Stellen wie beispielsweise an Kanten
oder auf innenliegenden Flächen ungehärtete Bereiche zurückbleiben. Zurückblei
bende ungehärtete Bereiche können mitunter zu Verklebungen, zur Emission nie
dermolekularer Verbindungen, teilweise verbunden mit einer Geruchsbelästigung
und/oder einer Gesundheitsgefährdung, sowie zu mangelhaftem Glanz und mangel
hafter Schutzwirkung des Lackes führen. Dies macht oftmals ein teueres Nacharbei
ten erforderlich, wenn nicht gar die mit hohen Kosten verbundene Entsorgung wert
voller Substrate. Um eine gleichmäßige Belichtung von großflächigen Substraten
gewährleisten zu können, müssen bislang großflächige Strahler, insbesondere UV-
Strahler in Kombination mit 3D-Robotik eingesetzt werden. Dies erfordert hohe In
vestitionen in maßgeschneiderte Belichteranlagen mit entsprechend hohen Betriebs
kosten und langsamen Durchsatzzeiten und eventuell teurer thermischer Nachbe
handlung, wie beispielsweise bei Dualcure-Formulierungen. Ein weiteres Problem
herkömmlicher Lackierungsverfahren tritt bei der Verwendung pigmentierter oder
mit Lichtschutzadditiven versehener Lackformulierungen auf. Letztere werden
hauptsächlich bei Außenanwendungen eingesetzt. In beiden Fällen kann es hier zu
Wechselwirkungen mit dem zur Belichtung eingestrahlten Licht kommen, so zum
Beispiel zur Absorption oder zur Streuung von UV-Licht. Dies wiederum hat zur
Folge, daß wegen des "Abschattungseffektes" des zur Aktivierung notwendigen
Lichts eventuell eine nur unzureichende Aktivierung der Vernetzungsreaktion durch
das Photoinitiatorsystem erfolgt. Es ist somit sehr schwierig, zu einer homogenen
Durchhärtung, insbesondere in tieferen Lackschichten, zu gelangen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Ver
fahren bereitzustellen, mit deren Hilfe einfach und vergleichsweise schnell eine
gleichmäßige Lackschicht ohne Auftreten oben dargelegter Probleme hergestellt
werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und
der entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein Verfahren zur Herstellung mindestens
einer Lackschicht, vorzugsweise einer gehärteten Lackschicht an mindestens einer
Stelle einer Substratoberfläche dar, wobei das Verfahren mindestens die folgenden
Schritte in der folgenden Reihenfolge aufweist:
- a) Initiieren mindestens einer Vernetzungsreaktion in mindestens einer re aktiven Lackformulierung;
- b) Aufbringen, vorzugsweise homogenes Aufbringen der mindestens einen reaktiven Lackformulierung vor Einsetzen der mindestens einen Vernet zungsreaktion an der mindestens einen Stelle der Substratoberfläche.
Dabei wird unter "Initiieren mindestens einer Vernetzungsreaktion" verstanden, daß
die Vernetzungsreaktion zu diesem Zeitpunkt zwar noch nicht läuft, in der minde
stens einen reaktiven Lackformulierung aber ein Zustand geschaffen wird, aufgrund
dessen nach einer gewissen Zeitspanne die Vernetzungsreaktion ablaufen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich demgemäß insbesondere dadurch
aus, daß die mindestens eine Vernetzungsreaktion im Gegensatz zu aus dem Stand
der Technik bekannten Lackierungsverfahren nun bereits vor Aufbringung der Lack
formulierung auf die zugehörige Substratoberfläche initiiert wird. Dies erlaubt eine
homogene Initiierung der Vernetzungsreaktion und vermeidet so eine ungleichmäßi
ge Vernetzung, so zum Beispiel von komplex geformten dreidimensionalen Substra
ten, bei denen oftmals bei herkömmlichen Lackierungsverfahren ein erheblicher
Aufwand betrieben werden muß, um tatsächlich jede Stelle der zu lackierenden
Oberfläche gleichermaßen zu behandeln, um so eine gleichmäßige Lackschicht zu
erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in
Schritt a) die Vernetzungsreaktion in der mindestens einen reaktiven Lackformulie
rung optisch initiiert. Vorzugsweise erfolgt dies durch UV-Belichtung oder Elektro
nenbestrahlung der mindestens einen reaktiven Lackformulierung. In einer dabei
verwendbaren reaktiven Lackformulierung muß eine Vernetzungsreaktion optisch
aktivierbar sein, so daß aus einer niederviskosen Lackformulierung eine hochviskose,
mechanisch stabile Lackschicht entstehen kann.
Vorzugsweise umfaßt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die mindestens eine
reaktive Lackformulierung mindestens einen Photoinitiator. Dieser mindestens eine
Photoinitiator kann mit entsprechend eingestrahltem Licht in einer Weise wechsel
wirken, daß er dadurch in die Lage versetzt wird, die Vernetzungsreaktion in der
mindestens einen Lackformulierung einzuleiten. Beispiele hierfür sind die optisch
über Photoinitiatoren gestarteten Polymerisationen von niederviskosen Lackformu
lierungen reaktiver Monomere, Oligomere und Präpolymere oder die optische Ver
netzung linearer Polymere mit reaktiven Seitenketten. Hier können unter anderem die
radikalische Acrylatpolymerisation und die kationische Vinylether- oder Epoxidpo
lymerisation genannt werden. Die noch niederviskose Lackformulierung wird nun
vor Aufbringen auf die betreffende Substratoberfläche mit Licht bestrahlt, vorzugs
weise mit UV-Licht. Dabei ist es verhältnismäßig einfach, eine homogene UV-
Belichtung zu erreichen. So kann zum Beispiel an der Ausspritzdüse für die reaktive
Lackformulierung oder in der entsprechenden Zuleitung eine homogene Durchflu
tung mit UV-Licht dadurch vorgenommen werden, daß von verschiedenen Seiten
belichtet wird oder die Zuleitung als UV-Lichtleiter ausgelegt ist. Vorteilhaft ist es
hier auch, daß bei diesen kleinen Abmessungen bzw. Geometrien nicht nur mit kon
ventionellen UV-Strahlern, sondern auch mit UV-Lasern gearbeitet werden kann.
Letztere werden bevorzugt eingesetzt aufgrund ihrer einfachen Strahlführung und der
Möglichkeit der optimalen Anpassung der Laserwellenlänge an die Absorption des in
der reaktiven Lackformulierung enthaltenen Photoinitiatorsystems, wie sie bei
spielsweise in J.-P. Fouassier, Photoinitiation, Photopolymerization and Photocu
ring, Hanser Publishers, München, 1995 beschrieben sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in Schritt a) die Vernetzungsreaktion in der mindestens einen reaktiven Lack
formulierung thermisch initiiert. Das bedeutet, daß hier die Vernetzungsreaktion in
nerhalb der mindestens einen reaktiven Lackformulierung durch Einstellen einer be
stimmten Temperatur initiiert wird. Auch hier ist es, ebenso wie bei der optischen
Initiierung, relativ einfach, die noch nicht auf das entsprechende Substrat aufge
brachte Lackformulierung auf eine einheitliche, zur Initiierung der Vernetzungsreak
tion nötige Temperatur zu bringen, was nach Aufbringen der Lackformulierung auf
das Substrat erheblich erschwert wird, nicht zuletzt auch aufgrund der möglichen
thermischen Wechselwirkungen der Lackformulierung mit dem Substrat.
Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Vorkehrungen getrof
fen, die es ermöglichen, die Vernetzungsreaktion in der reaktiven Lackformulierung,
die initiiert, eingeleitet und letztlich ablaufen soll, kinetisch zu steuern; entscheidend
ist hierfür die Induktionsperiode, wie in J.-P. Fouassier, Photolnitiation, Photopoly
merization and Photocuring, Hanser Publishers, München, 1995, S. 165, Fig. 5.1
beschrieben. Durch die entsprechende kinetische Einstellung der Vernetzungsreakti
on wird verhindert, daß die belichtete reaktive Lackformulierung nicht schon vor
dem Auftreffen auf der entsprechenden Substratoberfläche und vor ihrem dortigen
Verteilen, vorzugsweise homogenen Verteilen vernetzt und somit in einen Zustand
übergeht, der ein gleichmäßiges Verteilen der Lackformulierung auf der Substrat
oberfläche erheblich erschweren würde. Die Zeitspanne zwischen der Initiierung der
Vernetzungsreaktion und ihrem tatsächlichen Einsatz muß mindestens so groß sein,
daß die noch niederviskose reaktive Lackformulierung zur Substratoberfläche gelan
gen und dort zu einem Film der gewünschten Homogenität verlaufen kann. Erst an
schließend setzt die Vernetzungsreaktion ein, wodurch letztlich eine gehärtete Lack
schicht erhalten wird. Diese weist alle mechanischen Eigenschaften auf, wie bei
spielsweise Kratzfestigkeit und Elastizität, sowie eine gute Chemikalienbeständig
keit, wie sie von den nach den bisherigen Verfahren hergestellten strahlungsgehärte
ten Lackschichten bekannt sind. Neben der Steuerung der Kinetik der Vernetzungs
reaktion wird vorzugsweise auch darauf geachtet, daß die Initiierung, beispielsweise
die UV-Belichtung der Lackformulierung, unmittelbar, d. h. etwa Sekundenbruchteile
vor der Aufbringung der Lackformulierung auf das Substrat vorgenommen wird. Die
Lackformulierung wird also erst kurz vor oder nach dem Verlassen der Aufbringein
heit belichtet, und es wird des weiteren vorzugsweise auf einen kurzen Abstand der
Aufbringeinheit zur Substratoberfläche geachtet.
Vorzugsweise wird die Temperatur der reaktiven Lackformulierung derart einge
stellt, daß die Vernetzungsreaktion auch nach ihrem Initiieren nicht sofort, sondern
erst verzögert einsetzt. Dabei wird die reaktive Lackformulierung in der Weise prä
pariert, daß die notwendige Applikationsviskosität erhalten bleibt, so beispielsweise
durch höhere Anteile an Reaktivverdünnern. Letztere gewähren auch noch bei er
niedrigten Temperaturen ein homogenes Verteilen der Lackformulierung auf der
entsprechenden Substratoberfläche. Vorzugsweise erfolgt nach der Aufbringung der
kalten Lackformulierung auf das Substrat eine Temperung des Substrats auf bis zu
140°C, vorzugsweise auf eine Temperatur unter 100°C. Dadurch wird der Einsatz
und der Verlauf der Vernetzungsreaktion beschleunigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine ausreichend langsame Vernetzungsreaktion verwendet. Das bedeutet, daß
man die reaktive Lackformulierung so wählt bzw. so synthetisiert, daß die darin aus
zulösende Vernetzungsreaktion genügend langsam abläuft, so daß nach ihrer Initiie
rung für die noch niederviskose Lackformulierung ausreichend Zeit bleibt, um zur
entsprechenden Substratoberfläche zu gelangen und zu einem homogenen Film zu
verlaufen. Ein Beispiel für einen solchen Reaktionstyp stellt die kationische Polyme
risation dar. Nach J.-P. Fouassier, Photoinitiation, Photopolymerization and Pho
tocuring, Hanser Publishers, München, 1995, S. 214, ist mit der Verwendung des
Diglycidylethers von Bisphenol-A ein solches System gezeigt.
Weiterhin bevorzugt wird die Vernetzungsreaktion durch eine räumliche Trennung
von Photoinitiatoren und den reaktiven, zu vernetzenden Lackformulierungsbe
standteilen, wie beispielsweise reaktiven Monomeren und Präpolymeren, verzögert.
Dabei wird dies vorzugsweise über Nanostrukturierung der Lackformulierung vorge
nommen. Vorzugsweise werden beispielsweise die in der Lackformulierung enthal
tenen Photoinitiatoren in Partikel eingebettet. Diese Partikel weisen hierbei vorzugs
weise einen Durchmesser im nm- bis µm- Bereich, besonders bevorzugt im Bereich
von 10 nm bis 100 µm auf. Somit kann die Vernetzungsreaktion um die Zeit verlang
samt werden, die die Photoinitiatoren bzw. ihre Spaltprodukte zum Herausdiffundie
ren aus den Partikeln benötigen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
werden die Photoinitiatoren nicht nur in Partikeln eingebettet, sondern in Latices
oder Dendrimeren fixiert. Die Verzögerungszeit der Vernetzungsreaktion, die da
durch erreicht wird, entspricht nun der Zeit, die die reaktiven Bestandteile der Lack
formulierung, wie beispielsweise reaktive Monomere oder Oligomere, zum Hinein
diffundieren in die Latices benötigen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfundungsgemäßen Verfahrens
wird die kinetische Steuerung der Vernetzungsreaktion über eine sogenannte Dualcu
re-Applikation erreicht. Eine Dualcure-Applikation bezeichnet ein Harzsystem, das
nach zwei Mechanismen gehärtet werden kann, z. B. durch physikalische Trocknung
und anschließende UV-Härtung, kombinierte UV- und Elektronenstrahl-Härtung,
Kombination von Strahlungshärtung und Vernetzung über Isocyanate, evtl. in Kom
bination mit Alkoholen oder Aminen, wobei die Isocyanate ggfs. verkappt sein kön
nen; Kombination von Strahlungshärtung und Vernetzung über Epoxide, ggfs. mit
Aminen, die verkappt sein können, oder über Säuren; Aminoharze, die sowohl säu
rehärtbar als auch thermisch härtbar sind; Sauerstoff-härtende Systeme, wie z. B. Al
lylverbindungen oder ungesättigte Fettsäureester von z. B. in der reaktiven Lackfor
mulierung enthaltenen Epoxiden und NCO-Gruppen-haltigen Verbindungen auf der
entsprechenden Substratoberfläche in Gegenwart einer optisch aktivierbaren Säure
oder Base, wie z. B. in J.-P. Fouassier, Photoinitiation, Photopolymerization and
Photocuring, Hanser Publishers, München, 1995 erwähnt. Dies führt zu einer relativ
schnellen Vorvernetzung der Epoxide und einer verzögerten Nachvernetzung über
die NCO-Gruppen und die zuvor gebildeten OH-Reaktionsprodukte der Polyadditi
on. Es liegt somit letztlich eine doppelte Vernetzung vor. Auf diese Weise kann der
Verlauf und die endgültige Vernetzung zeitlich aufeinander abgestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
durch die kinetische Steuerung der Vernetzungsreaktion, d. h. durch gezielte Reakti
onsführung, die rheologischen Eigenschaften während der Applikationsphase der
Lackformulierung auf der Substratoberfläche dynamisch eingestellt. Dadurch können
Viskositätsmodifier (Rheologieadditive) ersetzt werden, was wiederum typische
Lackierprobleme wie beispielsweise die Ablaufneigung an senkrechten Flächen be
seitigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zwischen Schritt a), d. h. dem Initiieren der Vernetzungsreaktion in mindestens
einer reaktiven Lackformulierung, und Schritt b), nämlich dem homogenen Aufbrin
gen der mindestens einen reaktiven Vernetzungsreaktion vor Einsetzen der Vernet
zungsreaktion an mindestens einer Stelle der Substratoberfläche, ein weiterer Schritt
a') eingeführt, nämlich ein Zumischen von mindestens einem UV-Schutzmittel zu
der mindestens einen reaktiven Lackformulierung. Dabei werden die UV-
Schutzmittel vorzugsweise in Reaktivverdünnern gelöst und kurz nach der UV-
Belichtung der photoinitiatorhaltigen reaktiven Lackformulierung und kurz vor deren
Aufbringen auf der Substratoberfläche in vorzugsweise turbulenter Strömung homo
gen zugemischt. Durch diese Art der Beimischung der UV-Schutzmittel entstehen
keine Beeinträchtigungen der Homogenität der UV-Belichtung, d. h. die UV-
Strahlungshärtung der Lackformulierung wird nicht beeinträchtigt, während gleich
zeitig aber durch Zusatz der UV-Schutzmittel eine UV-Langzeitstabilisierung ge
währleistet wird.
Vorzugsweise ist in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver
fahrens zwischen Schritt a) und Schritt b) ein weiterer Schritt a") vorgesehen, in
dem mindestens ein Pigment der mindestens einen reaktiven Lackformulierung zu
gemischt wird. Hierbei wird das Pigment, beispielsweise für Basecoats, vorzugswei
se kurz nach dem Initiieren der Vernetzungsreaktion in der mindestens einen reakti
ven Lackformulierung, beispielsweise durch UV-Belichtung einer photoinitiatorhal
tigen Lackformulierung, und kurz vor Aufbringung derselben in turbulenter Strö
mung zugemischt. Das Pigment ist dabei vorzugsweise in Reaktiwerdünnem disper
giert. Als Pigmente lassen sich hier beispielsweise die in J.-P. Fouassier, Photo
initiation, Photopolymerization and Photocuring, Hanser Publishers, München, 1995,
S. 285 bis 297 beschriebenen verwenden; durch die nachträgliche Zumischung sind
jedoch auch alle anderen konventionellen, mit der Strahlunghärtung nicht kompati
blen, weil absorbierend und damit nicht durchhärtbaren Pigmente, wie sie z. B. im
Automobilbereich verwendet werden, denkbar. Durch diese Art der Beimischung
eines Pigments wird insbesondere im Falle der Strahlungshärtung, d. h. der Initiierung
der Vernetzungsreaktion durch Belichtung, insbesondere durch UV-Belichtung, diese
in ihrer Homogenität nicht beeinträchtigt.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Ausbesserung bzw.
zur Reparatur von Lackschichten auf einer Substratoberfläche verwendet. Hierbei
wird zum Aufbringen der mindestens einen reaktiven Lackformulierung vor Einset
zen der mindestens einen Vernetzungsreaktion an der mindestens einen Stelle der
Substratoberfläche eine Handspritzpistole verwendet. Dabei ist die nötige lokale
Aufbringung der Lackformulierung auf der Substratoberfläche, nämlich genau an der
defekten bzw. auszubessernden Stelle gewährleistet. Darüber hinaus ist die Verwen
dung einer Handspritzpistole sehr praktisch und überall unmittelbar vor Ort möglich.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung
mindestens einer vorzugsweise gehärteten Lackschicht an mindestens einer Stelle
einer Substratoberfläche, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens die
folgenden Elemente aufweist:
- a) mindestens einen Vorratsbehälter für mindestens eine reaktive Lackfor mulierung,
- b) mindestens eine Belichtungseinheit, bevorzugt eine UV- Belichtungseinheit, weiter bevorzugt einen UV-Laser, und
- c) mindestens eine Applikationseinheit mit einer Düse, insbesondere ein Sprühkopf und/oder
- d) eine Glocke für eine elektrostatische Applikation (ESTA-Glocke), wobei die mindestens eine Belichtungseinheit so ausgebildet ist, daß die in der minde stens einen Belichtungseinheit generierte Strahlung in der mindestens einen Ap plikationseinheit mit der reaktiven Lackformulierung in Kontakt gebracht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist min
destens ein Lichtleiter vorgesehen, mit dessen Hilfe das in der mindestens einen Be
lichtungseinheit generierte Licht in der mindestens einen Applikationseinheit mit der
reaktiven Lackformulierung in Kontakt gebracht wird. Dieser mindestens eine, vor
zugweise mehrere Lichtleiter, vorzugsweise UV-Lichtleiter werden kurz vor der Dü
se der Applikationseinheit eingebracht. Bei der Applikationseinheit handelt es sich
vorzugsweise um einen Sprühkopf oder um eine ESTA-Glocke. Mittels der Lichtlei
ter wird ohne großen Aufwand eine homogene Belichtung, insbesondere UV-
Belichtung, der reaktiven Lackformulierung kurzzeitig vor Verlassen der Applikati
onseinheit erreicht. Man kann hierbei konventionelle Aufbringanlagen, beispielswei
se Lackierroboter, verwenden und diese mit einer fasergekoppelten Belichtung, vor
zugsweise einer fasergekoppelten UV-Belichtung nachrüsten. Dadurch werden er
hebliche Investitionskosten und Betriebskosten eingespart, da teure Einbrennöfen
und Flächenbelichter entfallen. Auch aus ökologischer Sicht ist dieser minimale
Energieaufwand als erheblicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik zu sehen.
Alle weiteren positiven Eigenschaften der Strahlungslackierung, wie beispielsweise
Lösungsmittelfreiheit und Fehlen von Monomeremission, bleiben erhalten. Des wei
teren steigt auch der Durchsatz, da der geschwindigkeitsbestimmende Schritt unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Applikation der reaktiven
Lackformulierung, wie beispielsweise das Aufsprühen der reaktiven Lackformulie
rung auf die Substratoberfläche, und nicht mehr zusätzlich, wie bisher, die zum Teil
langwierige Belichtung ist. Außerdem beträgt der Platzbedarf einer erfindungsgemä
ßen Vorrichtung einen Bruchteil des Platzbedarfs einer bisher verwendeten Anlage.
Damit ist man bei einem beliebigen Lackiervorgang wesentlich flexibler in der
Handhabung. So ist es beispielsweise in der Autoindustrie von großem Vorteil, den
Lackiervorgang auch auf engerem Raum durchführen zu können.
Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Lackschicht, die durch ein Ver
fahren, wie oben beschrieben, herstellbar ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in
Verbindung mit der entsprechenden Figur. Es zeigt:
Fig. 1 schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung
mindestens einer gehärteten Lackschicht an mindestens einer Stelle einer
Substratoberfläche.
In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
Über eine Zuführung 5 wird die mindestens eine reaktive Lackformulierung aus ei
nem Vorratsbehälter in die mit einer Düse 6 versehene Applikationseinheit geleitet.
Unmittelbar vor dem Düsenausgang sind zwei Lichtleiter 3 und 4, vorzugsweise UV-
Lichtleiter angebracht. Von der Belichtungseinheit 1, bei der es sich vorzugsweise
um einen UV-Belichter, besonders bevorzugt um einen UV-Laser, handelt, wird das
Licht durch einen an der Belichtungseinheit angeordneten Verschluß 2, an dem die
Lichtleiter 3, 4 angebracht sind, über diese beiden Lichtleiter 3, 4 zur Applikations
einheit geleitet, und zwar unmittelbar vor die Düse 6 der Applikationseinheit. Durch
diese hier dargestellte erfindungsgemäße Anordnung der Lichtleiter 3, 4 wird eine
homogene UV-Belichtung der reaktiven Lackformulierung kurz vor Verlassen der
Applikationseinheit unmittelbar an der Ausgangsöffnung der Düse 6 erreicht. Die
Vernetzungsreaktion in der reaktiven Lackformulierung wird somit an dieser Stelle
initiiert. Die Vernetzungsreaktion wird dabei so gewählt oder mit Hilfe anderer Me
thoden kinetisch so gesteuert, daß sie an dieser Stelle, d. h. unmittelbar vor der Aus
gangsöffnung der Düse 6 initiiert, aber noch nicht eingeleitet wird oder abläuft. Die
Applikationseinheit wird in einem kurzen Abstand zur betreffenden, zu lackierenden
Substratoberfläche angeordnet. Somit soll sichergestellt werden, daß die Zeitspanne
zwischen UV-Belichtung der reaktiven Lackformulierung kurz vor der Ausgangsöff
nung der Düse 6 und dem Auftreffen der reaktiven Lackformulierung auf der Sub
stratoberfläche ausreichend groß ist, so daß die noch nicht vernetzte Lackformulie
rung noch ausreichend Zeit hat zu einer homogenen Schicht auf der Substratoberflä
che zu verlaufen. Erst anschließend wird durch die einsetzende Vernetzungsreaktion
eine gehärtete Lackschicht erhalten, die alle Eigenschaften, wie zum Beispiel Kratz
festigkeit und Elastizität, sowie eine gute Chemikalienbeständigkeit besitzt, wie sie
von strahlungsgehärteten Lackschichten bekannt sind.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung mindestens einer Lackschicht an mindestens einer Stelle
einer Substratoberfläche, das mindestens die folgenden Schritte in der folgenden
Reihenfolge aufweist:
- a) Initiieren mindestens einer Vernetzungsreaktion in mindestens einer reakti ven Lackformulierung;
- b) Aufbringen der mindestens einen reaktiven Lackformulierung vor Einsetzen der mindestens einen Vernetzungsreaktion an der mindestens einen Stelle der Substratoberfläche.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) die Vernet
zungsreaktion der mindestens einen reaktiven Lackformulierung optisch initiiert
wird, insbesondere durch UV-Belichtung.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die reaktive Lackformulierung mindestens einen Photoinitiator umfaßt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vernetzungsreaktion kinetisch steuerbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kinetische Steuerung
der Vernetzungsreaktion über Variation der Temperatur der reaktiven Lackformulie
rung erfolgt und/oder über Verwendung einer ausreichend langsam ablaufenden
Vernetzungsreaktion, insbesondere einer kationischen Polymerisation, und/oder
über ein räumliches Trennen des mindestens einen Photoinitiators von den zu ver
netzenden Lackformulierungsbestandteilen und/oder über Verringerung der Reakti
vität des mindestens einen Photoinitiators erfolgt.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das
räumliche Trennen des mindestens einen Photoinitiators von den zu vernetzenden
Lackformulierungsbestandteilen durch eine Nanostrukturierung der Lackformulie
rung erreicht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verfahren nach Schritt a) und vor Schritt b) mindestens den folgenden weiteren
Schritt aufweist:
- 1. a') Zumischen von mindestens einem UV-Schutzmittel zu der mindestens einen reaktiven Lackformulierung.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verfahren nach Schritt a) und vor Schritt b) mindestens den folgenden weiteren
Schritt aufweist:
- 1. a") Zumischen von mindestens einem Pigment zu der mindestens einen reakti ven Lackformulierung.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt b) das Aufbringen der mindestens einen reaktiven Lackformulierung vor
Einsetzen der mindestens einen Vernetzungsreaktion an der mindestens einen Stelle
der Substratoberfläche mit Hilfe einer Handspritzpistole erfolgt.
10. Vorrichtung zur Herstellung mindestens einer Lackschicht an mindestens einer
Stelle einer Substratoberfläche, die mindestens die folgenden Elemente aufweist:
- a) mindestens einen Vorratsbehälter für mindestens eine reaktive Lackformu lierung,
- b) mindestens eine Belichtungseinheit, bevorzugt eine UV-Belichtungseinheit, weiter bevorzugt einen UV-Laser, und
- c) mindestens eine Applikationseinheit mit einer Düse, insbesondere ein Sprühkopf und/oder
- d) eine Glocke für eine elektrostatische Applikation (ESTA-Glocke);
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Licht
leiter verwendet wird, um das in der mindestens einen Belichtungseinheit generierte
Licht in der mindestens einen Applikationseinheit mit der mindestens einen reakti
ven Lackformulierung in Kontakt zu bringen.
12. Lackschicht, herstellbar durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Priority Applications (10)
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