DE2213831B2 - Vorrichtung zum haerten einer auf einen koerper aufgetragenen schicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art hat parabolzylindrische Reflektoren, die nach unten offen und so angeordnet sind, daß zwischen ihnen und den von der Fördervorrichtung geförderten Körpern noch ein Raum von einigen Zentimetern frei bleibt. Die Symmetrieebenen der parabolzylindrischen Reflektoren sind gegenüber der Ebene, in der die Fördervorrichtung läuft, entgegen der Bewegungsrichtung der Körper geneigt und zwar derart, daß die kürzeren Zweige der parabolzylindrischen Mantel der Reflektoren mit ihren Enden etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung der Fördervorrichtung stehen. Hierdurch wird keine Bündelung sondern eine Streuung der Strahlen erreicht. Im Spalt zwischen den Reflektoren und den auf der Fördervorrichtung geförderten Körpern wird ein Kühlluftstrom aufrecht erhalten, der nicht in den unmittelbaren Bereich der Quecksilberdampf-Hochdrucklampen gelangt. Diese liegen im Windschatten und der Kühlluftstrom bestreicht im wesentlichen nur die Oberflächen der die Schicht tragenden Körper, und zwar am intensivsten dort, wo die UV-Strahlung am intensivsten ist (DT-OS 19 53 074).

Bei einer anderen Vorrichtung dient ein eine Quecksilber-Hochdruckröhre auf deren vom zu trocknenden Gut abgewandten Seite umgebender Reflektor zur Abschirmung nach außen und nicht zur Fokussierung der UV-Strahlung. Die Quecksilberdampfröhre soil in geringer Entfernung von den zu bestrahlenden Körpern angeordnet werden. Entweder können mit einer solchen Quecksilberdampfröhre nur Stoffe gehärtet und Körper verwandt werden, die nicht temperaturempfindlich sind oder bei denen eine hohe Temperatur keine Rolle spielt, wenn keine Quecksilberdampfröhre verwendet wird, deren Oberflächentemperatur verhältnismäßig gering ist (deutsche Patentanmeldung Q 134, bekanntgemacht am 30.4.1953).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen Schicht aus einem exotherm reagierenden organischen Stoff eine Wellenlänge unterhalb von 4CO nm, insbesondere 197,4 nm, erzeugende Quecksilberdampfröhre zu benutzen, ohne daß das Beschichtungsmittel VMi deren hoher Oberflächentemperatur nachteilig beeinflußt wird. Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst.

Die in unmittelbarer Nähe der Röhre vorhandene Strahlendichte würde zur Auslösung einer exothermen Reaktion an sich ausreichen, jedoch kann wegen der Oberflächentemperatur von 600 bis 700⁰C der Röhre das Beschichtungsmittel nur in einem solchen Abstand vorbeigeführt werden, in dem keine nachteilige Einwirkung der Temperatur der Quecksilberdampfröhre auf das Beschichtungsmittel und auf den dieses tragenden Körper ausgeübt wird. Dies ist möglich, wenn in zur Verhinderung von Schäden ausreichendem Abstand eine solche Strahlendichte erzeugt wird, daß der Schwellenwert zur Auslösung der exothermen Reaktion mit Sicherheit überschritten wird. Durch die besondere Ausbildung des Reflektors wird dies bei ausreichendem Abstand der Quecksilberdampfröhre ohne zusätzliche Mittel erreicht.

Der Reflektor kann durch eine die Strahlen in parallele Bündel ausrichtende Linse aus Quarz ersetzt werden, deren Fokus auf Wellenlängen eingerichtet ist, die unter 200 nm liegen.

In der Zeichnung sind zwei Vorrichtungen zum Bündeln von Strahlen einer Quecksilberdampf-Hochdruckröhre als Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung jeweils im lotrechten Schnitt schematisch dargestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Quecksilberdampf-Hochdruckröhre 1 in einem Reflektor 2 untergebracht. Röhre 1 und Reflektor 2 sind quer zur Förderrichtung einer als Rollenbahn 3 ausgebildeten Fördervorrichtung angeordnet, auf der ein eine Schicht 4 aus einem exotherm reagierenden Stoff, d. h. ein Beschichtungsmittel tragender Körper in Form einer Platte 5 in Richtung des Pfeiles A förderbar ist.

Das Ganze ist in einem Gehäuse 6 untergebracht. In

Längsrichtung der Rollenbahn 3 können mehrere Röhren 1 vorzugsweise parallel in Förderrichtung hiß'ereinander angeordnet sein.

Die Quecksilberdampf-Hochdruckröhre hat einen Elektrodenabstand von z. B. 600 mm. Ihre Hülle besteht aus Quarz, vorzugsweise synthetischem Quarz. In der Röhre herrscht eine durchschnittliche Stromdichte von 33 A/cm² effektiv bei einer Wechselspannung von 220 Volt und einer Frequenz von 50 Hz, wodurch einhundert Impulse je Sekunde erzeugt werden. Die to Röhre 1 ist an einen nicht dargestellten Streutransformator angeschlossen.

Die Quecksilberdampf-Hochdruckröhre 1 erzeugt Ultraviolet.strahlen, die einen ausreichenden Anteil einer Frequenz aufweisen, welche der Resonanzschwin- , gung der Moleküle entspricht, die sich mit Sauerstoff verbinden. Diese Frequenz entspricht bei allen das Verfahren betreffenden Beschichtungsmitteln, insbesondere handelsüblichen Lacken, einer Wellenlänge von 197,4 nm.

Das Beschichtungsmitiel reagiert beim Härten energieerzeugend oder exotherm. Diese Reaktion wird durch mindestens einen impuls angeregt, der einen ausreichenden Anteil einer bestimmten Wellenlänge hat. Das Beschichtungsmittel reagiert tn gewissen ₂, Grenzen nach. Bei dem angestrahlten organischen Stoff wird dessen Radikal in Eigenfrequenz angeregt. Das Radikal ist an der Härtung von oxydativ trocknenden Beschichtungsmitteln beteiligt, wodurch Sauerstoff aktiviert wird. Die an Wechselstrom aus dem Netz angelegte Röhre 1 erzeugt zwei Impulse je Phase.

Die Strahlendichte an der Oberfläche der Röhre 1 ist so groß, daß bei einem in der Näh° befindlichen Beschichtungsmittel die erwünschte exotherme Reaktion eintritt. Das Beschichtungsmittel 4 und die häufig ,₅ aus einem brennbaren Werkstoff bestehende Platte 5 können jedoch nicht in die unmittelbare Nähe der Röhre gebracht werden, da diese als Arbeitstemperatur eine Oberflächentemperatur von 600 bis 700^:C aufweist. In ausreichendem Abstand von der Röhre 1 ist jedoch _4Ü keine ausreichende Strahlendichte vorhanden, wenn die aus der Röhre 1 austretenden Strahlen nicht gebündelt werden oder wenn eine Fokussierung nicht in der Weise erreicht wird, daß sich in ausreichendem Abstand von der Röhre 1 eine Strahlendichte ergibt, die etwa der Strahlendichte in unmittelbarer Nähe der Lampe entspricht. Zu diesem Zweck ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein Reflektor vorgesehen, dessen Innenfläche und Gestalt empirisch gefunden wurde und der oberhalb der Mitte der Röhre zwei im Querschnitt nach Art eines Viertelkreises ausgebildete Reflektionsteile 7 bzw. Td aufweist, die im Abstand von der Röhre 1 angeordnet sind und etwa deren Radium entsprechen. Nach unten daran anschließende Teile 8 bzw. 8dder Innenfläche sinü im Querschnitt parabelartig ausgebildet. Der empirisch gefundene Reflektor erzeugt vier quer zur Förderrichtung A verlaufende Strahlenbündel 9, deren Energie jeweils über dem Schwellenwert liegt, welcher die exotherme Reaktion in Gang setzt.

Die Flächen 7,8 bzw. 7d, Sdund zuerst mit Aluminium und anschließend mit Quarz bedampft. Der Körper des Reflektors 2 kann ganz aus Aluminium bestehen, das mit Quarz bedampft ist. Die Flächen 7,8 bzw. 7J. Sd müssen Wellenlängen reflektieren, die unterhalb von 200 nrn ₍,< liegen. Die Rauhtiefe darf nicht größer sein als die zu reflektierende Wellenlänge, vorzugsweise ist sie kleiner nk Hip 7Ii reflektierende halbe Wellenlänge. Statt Aluminium kann als Oberflächenschicht jede Substanz verwendet werden, die in der Lage ist, die gewünschten Wellenlängen, insbesondere unter 200 nm zu reflektieren.

Die A/t der Fokussierung und die Form des Reflektors muß so ausgebildet sein, daß mindestens ein Strahlenbündel entsteht, welches einen höheren Schwellenwert aufweist als zum Ingangsetzen der exothermen Reaktion erforderlich ist.

Entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel kann anstelle eines Reflektors eine erhabene oder konvexe Zylinderlinse 10 (Sammellinse) treten, die aus Quarz, vorzugsweise synthetischem Quarz, besteht und ebenfalls zur Strahlenbündelung dient. Die Linse 10 ist teurer als der Reflektor 2. Ihr Fokus muß auf Wellenlängen eingerichtet werden, die unter 200 nm liegen. Wegen des von der Wellenlängen abhängigen Grades der Brechung der Ultraviolettstrahlen muß die Linse to je nach dem Abstand des Beschichtungsmittels 4 von der Röhre ί eingestellt werden können, was eine an einem die Röhre 1 umgebenden und im Querschnitt parabolischen Reflektor 2e seitlich angeordnete Einstelleinrichtung ermöglicht. Die Linse kann auch auf nur einer Seite erhaben ausgebildet sein. Die Linse muß zum Sammeln der Strahlen dienen.

Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz ergeben sich 100 Impulse je Sekunde. Die Bestrahlungszeit ist verhältnismäßig kurz und beträgt etwa ein hundertste! Sekunde. Für die von einem Strahlenbündel getroffene Fläche beträgt die Breite etwa 5 mm. Es reichen daher normale Fördergeschwindigkeiten von 1 bis 400 m/Min, aus, um jeden Flächenteil von einem Strahl zu treffen. In der Praxis werden wie beim Ausführungsbeispiel mehrere Strahlenbündel hintereinander angeordnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen Schicht aus einem nach Anregen durch Bestrahlung exotherm reagierenden und nachreagierenden organischen Stoff, insbesondere einem oxydativ trocknenden Lack. Dies ist z. B. ein Kunstharz- oder Öllack. Diese Art von Lacken ist verhältnismäßig preiswert und hat insgesamt einen größeren Marktanteil als die üblichen Lacke.

Beim Auftreffen eines Strahles mit einem Anteil einer wirksamen Wellenlänge von 197,4 nm auf die Oberfläche des Beschichtungsmittels 4 wird in diesem eine Reaktion ausgelöst, die sich als Kettenreaktion ins Innere der Schicht fortpflanzt. Diese Reaktion ist sehr intensiv, da viele Moleküle der Oberflächenschicht daran teilnehmen.

Die Zahl der für die Trocknung eines Lackes notwendigen Impulse hängt von der Art des Lackes, der Stärke der Röhre 1, von dem Anteil der wirksamen Strahlung an der Gesamtstrahlung der Röhre, von der Dicke des Beschichtungsmittels, von der Durchlässigkeit der Schicht für die verwendete Strahlung und dgl. ab.

Bei den zur Verwendung kommenden Stoffen muß die Energie erzeugende oder exotherme Reaktion mindestens eine gewisse Zeit nachlaufen und durch Impulse bestimmter Frequenz anzuregen sein. Die zu trocknenden Lacke können mit niedrig siedenden Lösungsmitteln mit hoher Verdunstungszahl, z. B. Essigsäure Äthylester. Butanol, Aceton oder dgl. verset/' sein, wodurch eine Verringerung von Härtungszeilen erreicht v.erden kann. Zum gleichen Zweck können auch l'hotosensibiiisatoren oder Photoinitiatoren oder andere lichtempfindliche Stoffe, z. B. Ammoniumbichromat. Chromsäure und dg., als Zusatz dienen. Diese

Stoffe sind jedoch für das Härten der Schicht nicht notwendig. Aus dem Ammoniumbichromat im Augenblick der Bestrahlung entstehende Chromsäure wirkt zusätzlich härtend.

In der nachstehenden Tabelle sind sechs verschiedene Versuche mit handelsüblichen Beschichtungsstoffen aufgeführt, wobei sechs in Förderrichtung hintereinander angeordnete, eine Bogenlänge von je 600 mm aufweisende Quecksilberhochdruckbrenner verwendet wurden. Die Hochdruckbrenner wurden an Wechsel-

!O

strom angeschlossen und nahmen 5 kW je Brenner an Leistung auf. Der Abstand zwischen der Röhre 1 und dem Beschichtungsmittel 4 bzw. der Platte 5 betrug jeweils 300 mm. Die Platte 5 bestand aus entfettetem Blech und die Schichtdicke betrug 30 my.

In der letzten Spalte sind Trocknungszeiten von Körpern angegeben, die an einem Drehgehänge aufgehängt wurden, das eine Drehung je Sekunde ausführt. Die Röhre 1 war in einem Abstand von 1,5 η von der Drehachse lotrecht angeordnet.

Beschichtungsstoff

Abdunsl- Trocknungsdaten nach Trockenzeit
zeit Angaben des Herstellers

(Min.) (Temperatur/Zeit)

(see)

Trockenzeit

(Drehgehänge)
(see)

Holzöl	0	48 Stunden bei Raum-	6 (Polymerisa	30
		Temperatur (Polymeri	tionsbeginn)
		sationsbeginn)
Phenol-modifizierter Ein	20	180°C/30 Min.	10	45
brennlack auf Alkydbasis
Alkydharzlack	15	160X/30 Min.	15	60
Alkydharzlack luft	(6)	20°C/2-3 Std.	10	45
trocknend
Kunststoffbeschichiung	6	200°C/10 Min.	15	60
auf Vinyl-Basis
Einbrennlack, Acrylharz	6	160cC/12 Min.	15 (ohne Ab-	60
			dunstung)
	Hierzu	1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

22 13 83! Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen Schicht aus einem exotherm reagierenden organischen Stoff, insbesondere oxydativ trocknendem Beschichtungsmittel, ohne Erfordernis des Gehaltes an Photoinitiatoren, mit einer Fördervorrichtung für die Körper und mit in Form mindestens eines Impulses von einer eine Hülle aus to Quarz aufweisenden Quecksilberdampf-Hochdruckröhre erzeugten Ultraviolettstrahlen, welche unter anderen Wellenlängen eine Wellenlänge von 197,4 nm aufweisen, wobei der quei zur Förderrichtung des Körpers sich erstreckenden Röhre eine längs dieser sich erstreckende Einrichtung zum Ausrichten von Strahlen, z. B. ein Reflektor /.ugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei bezüglich der die Schicht (4) beeinträchtigenden Temperatur der Quecksilberdampf-Hochdruckröhre (1) ausreichendem Abstand der Röhre von dieser Schicht der Reflektor (2) zum Ausrichten der Strahlen in parallele Strahlenbündel mit einer Rauhtiefe seiner Reflektionsschicht, die kleiner als die Wellenlänge von 400 nm, besonders kleiner als die halbe Wellenlänge von 200 nm ist, ausgebildet ist und daß die Reflektionsfläche im Querschnitt im Bereich der Röhre beidseitig je bogenförmig (7, Td) und im Abstand von der Röhre ebenfalls je bogenförmig (8, Sd) jeweils mit nach außen gewölbten, unterschiedlichen Bögen derart ausgebildet ist, daß mindestens je ein Strahlenbündel mit für die Anregung zur Reaktion ausreichendem Schwellenwert entsteht und daß der das Beschichtungsmittel tragende Körper mit einer solchen Geschwindigkeit gegenüber der Hochdruckröhre bewegt wird, daß in seinem Vorbeigang an der Strahlenquelle seine ganze Fläche von den Impulsstrahlen getroffen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bögen im Querschnitt der Reflektionsfläche im Bereich der Quecksilberdampf-Hochdruckröhre (1) viertclkreisförmig (7, Td) und im Abstand von der Röhre parabelförmig (8, 8a) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor durch eine die Strahlen in parallele Bündel ausrichtende Linse (10) aus Quarz ersetzt ist, deren Fokus auf Wellenlängen eingerichtet ist, die unter 200 nm liegen.