DE2637728A1 - Verfahren zur beschichtung von oberflaechen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen, d.h. die Auftragung eines zusammenhängenden, dichten und vor allem dauerhaften Films gewünschter Dicke und Zusammensetzung auf die Oberfläche verschiedener Gegenstände, z.B. zum Zweck des Korrosionsschutzes oder dergleichen.
• Zur Beschichtung von Oberflächen hat man vorher überwiegend sogenannte Naßlacke wie auch Pulver-Dispersionen mit verschiedenartigen Lösungsmitteln als Dispersionträger benutzt.
• Auf Grund der allgemein bekannten mit der Benutzung von Lösungsmitteln verbundenen, Jetzt immer mehr in den Vordergrund tretenden Nachteile mit Hinblick auf u.a0 Umweltschutz, besteht seit ein paar Jahrzehnten ein Bestreben zu der Benutzung von sogenannten Pulverfarben überzugehen, die durch das Wirbelsinterverfahren, das Pulver-Flammspritzverfahren oder das elektrostatische Pulversprühverfahren aufgetragen werden.
• Obwohl viele von den mit Naßlacken verbundenen Nachteile durch den Übergang zu Pulverfarben aus der Welt geräumt wurden, ist auch noch die Benutzung von Pulverfarben mit gewissen Problemen und Beschränkungen verbunden, die z.B.
• darin bestehen, daß die Größe der Werkstücke durch die Einbringbarkeit in den Ofen bzw. in das Pulverbett begrenzt ist. Nachteilig ist weiterhin, daß die zu behandelnden Gegenstände häufig im Ganzen auf eine verhältnismäßig hohe, zur Aufschmelzung und Filmbildung sowie gegebenenfalls zur Aushärtung erforderliche Temperatur von etwa 200 - 250°C gebracht werden müssen oder zumindestens oberflächlich einer derartigen Temperatur ohne Verwindungen und Beschädigung standhalten müssen, zBe im Brennofen. Selbstverständlich ist es dabei generell als nachteilig anzusehen, daß mindestens ein und manchmal sogar zwei getrennte Öfen o. dgl. unerläßlich sind. Als weiterer Nachteil sei noch erwähnt, daß man bei Oberflächenbeschichtungen mittels Pulverfarben beim elektrostatischen Auftrag oder Wirbelsintern manchmal keine zufriedenstellende Haftung der Beschichtung auf der Oberfläche des Werkstückes erreichen kann, sowie üblicherweise überhaupt nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten etwaige Beschädigungen der Beschichtung nachträglich ausbessern kann.
• Als nähere Beschreibung - unter Anführung von Stoffen, die diesen genannten Schwierigkeiten besonders unterworfen sind -sei folgendes noch dargelegt: Bei der Beschichtung von Oberflächen mit reaktiven Pulvern, wie z.B. Polyestern, Epoxydharz/Härter-PuIvern usw. und thermoplastischen Pulvern, wie z.B. solchen auf der Basis von Aminoundecansäure, die kaum in Lösungsmitteln lösbar sind und anderen Thermoplastpulvern mitten den üblichen elektrostatischen Pulverbeschichtungs- oder Wirbelsinterverfahren sind immer mehrere Vorgänge notwendig. Elektrostatisches Beschichten und anschließend ein ein- oder mehrmaliger Durchlauf der Teile durch die Einbrennöfen bzw. beim Wirbelsintern vorheriges Vorwärmen der Teile im Ofen bevor das Werkstück in das Wirbelsinterbad eingebracht wird. Alles Vorgänge, die eine auch ambulante Beschichtung aus schließen bzw. sehr erschweren. Bei Beschädigung müssen die Teile wegen den auszubessernden Stellen nochmals durch den Ofen, was zum Teil die bereits fertigen Beschichtungen schädigt und gleichfalls zu teuer ist.
• Beim Pulver-Flammspritzen, welches für Ausbesserungen in Frage käme, können keine einwandreien Schichten hergestellt werden, da eine gleichmäßige Erwärmung des Pulvers und Verteilung auf der zoBo zu beschichtenden Reparaturstelle etwa in der Qualität des Spritzbildes, wie es mit einer elektrostatischen oder konventionellen Lackspritzpistole erzielbar ist, kaum erreichbar ist.
• Die vorliegende Erfindung bezweckt ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen zu schaffen, das nicht nur die mit der Benutzung von Naßlacken zusammenhängenden Nachteile vermeidet, sondern auch viele von den, bei der Arbeit mit Pulverfarben vorliegenden Beschränkungen und Nachteilen aus der Welt räumt und diese für Reparaturen ergänzt, wobei gleichzeitig der Aufwand für eine kostspielige und manchmal nur stationär auf zubauende Anlage umgangen werden kann, und zwar in dem, daß das erfindungsmäßige Verfahren sich auch ambulant, mit Hilfe von verhältnismäßig einfachen und weniger kostspieligen Handgeräten durchführen läßt.
• Das neue Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen geht -erfindungsgemäß von der Verwendung von Pulvern, z.B. von solchen die auch für elektrostatische Beschichtung verwendbar sind, in einem flüssigen Träger aus. Auch ist das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß diese durch Wärme schichtbildenden Pulver in den Träger eingebracht und unter einer derartigen Wärmezufuhr auf die zu behandelnde Obert fläche aufgetragen werden, daß die Schichtbildungstemperatur des Pulvers erst dann erreicht wird, wenn der Träger durch die Wärmezufuhr von der Oberfläche weitgehend entfernt ist.
• Als flüssiger Träger ist erfindungsgemäß vorzugsweise Wasser zu verwenden, wobei selbstverständlich alle mit dem Gebrauch von Lösungsmitteln normalerweise verknüpften Nachteile umgangen werden.
• Um leichter eine Stabilität der Dispersionen auf vorzugsweise Wasserbasis (mit spezifischem Gewicht 1) bei hoher Oberflächengüte zu erreichen, soll bei Pulvern mit höherem spezifischem Gewicht, wie z0B. 1,2 und höher die Siebkurve der Teilchen bei Teilchengrößen um 80 my enden. Vorzugsweise wird für die Auftragung der Pulverdispersion ein sogenanntes Wärmemantelspritzverfahren benutzt, z.B. so, wie es sich mit Hilfe von den von der Firma KOREL Korrosionsschutz-Elektronik GmbH & Co KG, 403 Ratingen 4 - Lintorf (BRD) gelieferten Wärmemantelspritzpistolen durchführen läßt. Es gestattet die Entfernung des Dispersionsträgers wie vorzugsweise Wasser durch Erwärmen des Spritzmaterials und der zu beschichtenden Oberfläche über den Taupunkt von Wasser, d.h. ca. über 70°C, wobei eine günstige Spritztemperatur für Pulver-Dispersionen in den Be reichen um 70 bis 140°C liegt. Die Temperatur für die Sinterung/ Schmelzung/Härtung der schichtbildenden Pulver auf der Oberfläche kann dann mit dem Gerät auf über 7000C und mehr erhöht werden0 Sie liegt vorzugsweise bei Pulver-Dispersionen von Epoxydharz/Härter-Systemen bei 180°C und höher je nach Härtungskurve, bei Thermoplastpulvern wie Polyamid 11 - Rilsan (Basis Aminoundecansäure) bei 200 bis 25o0C, gelegentlich auch höher.
• Beisniel I 2 Teile entionisiertes oder destilliertes, schwach ammonikalisches Wasser, in das o,o2 ffi eines niohtionogenen Oxäthylierungsproduktes auf fettfreier Basis als Netzmittel mit einem Charakter eines Alkylarylpolyglykoläthers eingebracht ist, werden mit einem Schnelirührer unter Zugaben von o,8 % einer Hydrooxyäthylcellulose bis zur Homogenität behandelt, und anschließend wird in dieses Produkt o,5 % Butylglykol eingerührt.
• Nunmehr wird ein Teile Epoxydharz/Härter-Pulver üblicher Art, wie es z.B. für die elektrostatisohe Beschichtung angewendet wird (vorzugsweise ein Pulver unter 80 my Teilchengröße) eindispergiert0 Diese Dispersion kann vor Gebrauch mit Wasser, entsprechend dem Bedarf, verdünnt werden und wird mittels einer Wärmemantelspritzpistole auf die zu behandelnde Oberfläche bis zur gewünschen Dicke z.B. als Korrosionsschutz aufgetragen, wobei zuerst der Dispersionträger (Wasser etc.) laufend durch die Wärmezufuhr mittel der KOREL-Flammspritzpistole zB. bei Temperaturen um 70 bis loo C auf der zu beschichtenden Oberfläche bereits verschwindet unddann die Temperatur mindestens in den Bereich des Sinter/Erweichungs- bzw. Schmelzpunktes erhöht wird, um die Teilchen in einen Beschichtungsfilm zu UberfUhren, wie sie bei Epoxydharz/HärterlSystemen oder anderen reaktiven Harzen jeweils eiAgesetzter Art entsprechend ihrer Härtungskurve erforderlich sind. Die Temperatur, wie z.B. 180°C wird entsprechend der Härtungskurve die erforderliche Zeit gehalten, bis die gewünschte Oberflächenhärte erreicht ist. Dann kann das System eine eventuell notwendige Restvernetzung ohne weitere WärmezufUhr aus der KOREL-Flammspritzpistole bei Normaltemperatur absolvieren. Es handelt sich hierbei um eine wässrige Epoxydharz/Härter-Pulverdispersion mit Zusatzstoffen, die mit dem Pulver nicht reagieren und die nach der Schichtbildung ihre Eigenschaften zur Bildung und Erhaltung der Dispersion, sowie gegebenenfalls zur temporären Schichtbildung weitgehend verlieren. Die Reste derselben dienen in der fertigen Schicht nur als Füller und sind in so geringem Maße vorhanden, daß die Farbbeständigkeit und der Glanz der gebildeten Schicht gegenüber einer elektrostatisch aus dem Pulver entstandenen Schicht - die im Ofen gehärtet wurde - praktisch nicht abweichen, Als Epoxydharz kann z.B.
• ein hochmolekulares Epoxyd auf Bisphenol A - Basis, wie Europox Too4 mit einem Epoxydwert von o,l bis 0,2 und als Härter ein modifiziertes Dicyandiamid wie Trihedur 55, beide von der Firma Sahering AG., Bergkamen (BRD), Mischungsver hältnis loo t 5 Gewichtsteile, verwendet werden0 Beispiel II Wie Beispiel I, nur daß die o,r ffi Butylglykol durch 1 % eines üblichen wasserverdünnbaren Harnstoffharzes z.B.
• auf der Basis Harnstoff-Formaldehyd wie die Resamine der Firma Reichold - Albert AG., ersetzt werden.
• Es sei erwähnt , daß das Butylglykol bzw. das Harnstoffharz mit dem schichtbildenden Epoxydpulver vor der Erreichung der Sintertemperatur desselben als Vorschichtbildner dienen, in dem sie die Pulverteilchen auf der Oberfläche und auch aneinander haften, bis nach Entfernung des Dispersionsträgers Wasser die Sintertemperatur (Schmelzpunkt) der Teilchen erreicht wird und die Schichtbildung beginnt.
• Das nicht reaktive Butylglykol tritt durch die Temperaturerhöhung bei der Schichtbildung - nachdem es seine Aufgabe erfüllt hat - aus der Schicht aus. Das Harnstoffharz wie auch die Cellulose wird mit in die Schicht eingebaut. Die nicht verdampften Reste des Netzmittels werden durch die hohe Temperatur in ihrer Wasserlöslichkeit herabgesetzt und können sogar in ihren Eigqnschaften völlig zerstört werden.
• Beispiel III Wie Beispiel I, bei dem statt der Cellulose 1 ffi Ton aus der Montmorriionitgruppe, Bentonit, in den Dispersionsträger Wasser zur Stabilisierung der Dispersion eingerührt wird.
• Nach Erfüllung seiner Stabilisierungsaufgabe wird das Bontonit als Füllmittel in die Schicht eingebaut.
• Beispiel IV Wie Beispiel I, bei dem statt der Cellulose ca. 1 % eines Polyaminoamides d,h. eines reaktiven Polyamides mit einer Aminzahl von 83 bis 93, wie z.B der Typ Versamid loo der Firma Schering AG., Bergkamen (BRD), in den Dispersionsträger Wasser eingerührt wird. Das Polyaminoamid hat dispersionsstabilisierende Eigenschaften und wird über seine anlagerungsfähigen Gruppen mit in die Härtungsreaktion des als Pulver vorliegenden Epoxydharz/Härter-Sys tems bei der Schichtbildung einbezogen.
• Die Beispiele I - IV beziehen sich auf die Verwendung von duroplastischen Pulvern0 Das erfindungsmäßige Verfahren läßt sich aber auch vorteilhaft im Zusammenhang mit thermoplastischen Pulvern ausnützen, wie z.B. für Aminoundecansäurepulverdispersionen.
• Beispiel V In Abwandlung des Beispiels I ist das Butylglykol durch 2 ffi Diacetonalkohol ersetzt. Statt dem Epoxydharz/Härter-Pulver wird 1 Teil eines Super- Polyamides eine polykondensierte Aminoundecansäure wie ein Polyamid 11, Typ Rilsan ES Naturelle der Firma ATO S.A., Paris, mit einer Schmelztemperatur von etwas 184 bis 18600 - in Pulverform - mit einer Korngröße unter 8o my eindispergiert, wobei für die Filmbildung mit der KOREL-Flammspritzpistole auf der zu beschichtenden Oberfläche eine Temperatur von z0B0 200 bis 25oOC erzeugt wird.
• Beispiel. VI Wie Beispiel I, nur daß entsprechend Beispiel IV 1 ß eines Polyaminoamides, d.h. ein reaktives Polyamid z.B. vom Typ Versamid loo (wie in Beispiel IV angeführt) Verwendung findet.
• Bei der Schichtbildung wird dies weitgehend unlöslich.
• Bei Zusatz eines mittelviskosen Epoxydharzes auf der Basis Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem Epoxydwert von o,53 bis o,55 wie Europox 716 der Firma Schering AG., Bergkamen (BRD) als wässrige Dispersion (in der äquivalenten Menge) ist es bei diesem Beispiel möglich, gleichzeitig mit der Schichtbildung eine Vernetzung dieses Dispersionshilfsmittels zu erreichen Der Zusatz erfolgt kurz vor der Verarbeitung, ergibt aber damit eine begrenzte Topfzeit.
• Obwohl die oben ängeführten Beschichtungen eine hervorragende Haftung an der Oberfläche der Werkstücke aufweisen, kann es für besondere Fälle zweckmäßig sein, die Haftung noch weiter zu verbessern.
• Beispiel VII Entsprechend Beispiel VI wird dieses für die Verwendung als Grundierung wie folgt abgewandelt0 Als Polyamid wird ein solches mit einer Aminzahl von 200 bis 220 verwendet, wie zOBo das Polyaminoamidaddukt, Typ Härter XE 435 der Firma Schering AG., Bergkamen (BRD).
• In der ersten Grundierung beträgt der Anteil an Thermoplastpulver nur 25 Gewichtsprozente des Reaktionsharzes 0 Vor Gebrauch wird zu dieser Dispersion (Emulsion) die äquivalente Menge eines in Wasser 50 -ig emulgierten mittelviskosen Epoxydharzes mit einem Epoxydwert von o,53 bis 0,55 wie Europox 716 der Firma Schering AG., Bergkamen (BRD) zugesetzt. Diese Dispersion/Emulsion hat durch die Epoxydharz/Härterkomponenten eine beschränkte Topf zeit, die aber bei entsprechender Verdünnung mehrere Stunden betragen kann. Sie wird als dünner Haftgrund verarbeitet und durch Wärmezufuhr z.B, bei einer Temperatur von etwa 11o bis 1400C bis zur Gelierung des Duroplastes gebracht. Bei Aufbringung einer zweiten Schicht oder weiteren Schichten kann Jeweils eine Erhöhung des Thermoplastanteiles gegenüber der vorhergegangenen Schicht erfolgen, so daß immer ein höherer Verschmelzungsgrad von Thermoplastanteilen von aufeinander folgender Schichten entsteht. (z.B.
• bei einem Polyamid 11 wie Rilsan ES Naturelle bei einer kurzzeitigen Temperatur mindestens über dem Sinterpunkt, wie z.B.
• in dem Bereich von 200 bis 220°C)* Die Deckschicht aus reinem Thermoplast tritt dann auf eine obere Haftschicht mitiXohem verschmelzbarem Thermoplastanteil.
• In der Haft- und-Deekschicht können Aktivpigmente (Rostschutz) sowie Haftverstärker (z.B Silane) für Beton etc. sowie leittähige Pigmente und andere Pigmentez.B. zur Farbgebung zusätzlich eingelagert werden. In die Deckscheflt kennen z*B.
• durch die Darstellung als Dispersion Triflour- oder Tetraflouräthyle in Pulverform mit ihren bekannten Eigensohaften zur Oberfläohenverbesaerung eingelagert werden, wie auch andere Stoffe.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen unter Verwendung von Pulvern in einem flüssigen Träger, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Wärme schichtbildendes Pulver in den Träger eingebracht und in diesem unter einer derartigen Wärmezufuhr auf die zu behandelnde Oberfläche aufgetragen wird, daß die Schichtbildungstemperatur des Pulvers erst dann erreicht wird, wenn der Träger durch die Wärme zufuhr von der Oberfläche weitgehendst entfernt ist.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiger Träger Wasser verwendet wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragung der Pulverdispersion auf die zu behandelnde Oberfläche durch das an sich bekannte sogenannte Wärmemantelspritzverfahren vollzogen wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - ), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens temporär sinterbare oder schmelzbare Pulver verwendet werden.

   5. Verfahren gemäß einer der Ansprüchen - 4, dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls erforderliche Hilft~ mittel, wie Netzmittel und/oder Emulgatoren, Stabilisatoren, derart gewählt werden, daß sie durch die Wärme zufuhr zum Träger ihre bisher erforderlichen Eignen schaften zumindestens verlieren.

   6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastisches Pulver verwendet wird, wie z.B. ein Polyolefin oder auch anorganische Pulver wie z.B. Lithiumemaille.

   7. Verfahren gemäß einem oder Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Pulver verwendet werden von denen mindestens eines durch Wärmezufuhr nach seinem schichtbildenden Zustand in einen duroplastischen Zustand übergeht, wie z.B. solche auf der Basis von Polyestern, Epoyd/ Härtern usw.

   8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver verwendet wird, das durch Wärmezufuhr in seiner Molekularausbildung verändert, wie z.B. molekularvergrößert oder -vernetzt wird.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftgrund eine Dispersion bzw. Emulsion eines reaktiven Ein- oder Zweikomponenten-Harzes, vorzugsweise auf der Basis Epoxyd- bzw. Epoxyd/Polyamid in wässrigem Medium, in dem auch ein geringerer Gewichtsanteil thermoplastisches Deckschichtmaterial in Pulverform, vorzugsweise unter 80 my Teilchengröße, eindispergiert ist, erst aufgetragen wird und das danach auf diesen Haftgrund eine odere mehrere Schichten aufgetragen werden, in der oder denen der Anteil an Thermoplastpulver gegenüber dem Haftgrundgemisch erheblich erhöht ist.

   lo. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Haftschicht auch Aktivpigmente (Rostschutz), Haftverstärker (z.B. Silane) für Beton, leitfähige Pigmente o. desgl. eingelagert werden.

   11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme zufuhr nach Schichtbildung, je nach Wahl des Pulvermaterials, zur Beschleunigung einer Weiterhärtung bzw. Aushärtung oder Vernetzung weitergeführt wird.

   12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulvermaterial verwendet wird, dessen Teilchengröße unter 80 my liegt, sofern das spezifische Gewicht der Teilchen z.B. in der Größenordnung von ca. 1,2 oder größer liegt, insbesondere, wenn zsBo Wasser als Dispersionsträger verwendet wird.

   lDe Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht fraktioniertes Pulver verwendet wird, dessen Teilchengröße zwischen etwa o,l my und 80 my liegt.

   14. Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß als schichtbildende Pulver für die elektrostatische Pulverbeschichtung geeignete Materialien bzw0 Siebkurven von Pulvern verwendet werden.

   15, Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß als schichtbildendes Material allein oder mit anderen Stoffen polykondensierte Aminoundecansäure wie das Polyamid 11 Verwendung findet.