DE69413809T2

DE69413809T2 - Zweistufiges pulverbeschichtungsverfahren

Info

Publication number: DE69413809T2
Application number: DE69413809T
Authority: DE
Inventors: Masafumi Shinagawa-Ku Tokyo Matsunaga
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2014-03-15
Also published as: JP3368434B2; WO1994021385A1; EP0689480A1; EP0689480B1; AU6365294A; JPH06262137A; DE69413809D1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Pulverbeschichten.

Hintergrund der Erfindung

In vielen Pulverbeschichtungsanwendungen ändert sich der mittlere Durchmesser der auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebrachten Partikel in Abhängigkeit von der Dicke der Beschichtung. Wenn zum Beispiel eine relativ dicke Beschichtung gewünscht wird, werden Partikel mit einem dicken Durchmesser verwendet. Wenn eine relativ dünne Beschichtung gewünscht wird, werden Partikel mit einem dünnen Durchmesser verwendet.
Mit großen Partikeln erscheint jedoch die aufgebrachte Beschichtung oder der aufgebrachte Film nicht immer eben und glatt, selbst wenn Wärme angewandt wird, um die Partikel nach dem Kontakt mit der Oberfläche zu verbinden. Dieser schlechte Verlauf von großen Partikeln ist insbesondere kritisch, wenn das Beschichtungsmaterial ein wärmehärtendes Polymer ist. In einigen Fällen sieht die Beschichtung ungleichmäßig aus wie die Außenfläche einer Zitrone, ein Effekt, der in der Industrie manchmal als das "Orangenschalen"-Phänomen bezeichnet wird.
Im Gegensatz dazu wird der Verlauf mit kleineren Partikeln einfacher erreicht. Pro Partikel wird jedoch das Verhältnis des Oberflächenbereiches zum Gewicht groß und die Fülldichte sinkt. Wenn die Partikel durch Spritzen aufgebracht werden, wird es durch die Auswirkung des Luftwiderstandes schwierig, bei großen Entfernungen eine gerade Flugbahn zu erhalten. Die Fähigkeit, eine gerade Flugbahn zu halten, wird als Geradlinigkeit bezeichnet. Für Beschichtungsgegenstände mit hohlen oder vertieften Teilen ist das Durchdringen der kleinen Pulverpartikel zu diesen Oberflächen unzureichend. Diese unzureichende Abdeckung erfordert ein Erhöhen des Pulverausstoßluftdruckes. Dieser erhöhte Ausstoßluftdruck führt jedoch zu einem vergrößerten Strömungsvolumen, so daß, obwohl dieser zusätzliche Luftdruck die Partikel weiter trägt, es dazu führt, daß auch Partikel von der Oberfläche weggetragen werden, wenn die Transportluft von der Oberfläche zurückprallt.
Außerdem hat Pulver mit einer relativ kleinen oder feinen Partikelgröße hohe Herstellungskosten. Deshalb hat die Industrie Pulver mit relativ kleinen Partikeln trotz der allgemein bekannten guten Qualität der Beschichtungen im allgemeinen nicht verwendet.
Das US-A-3 348 995 offenbart ein Verfahren zum Beschichten von Metalloberflächen mit Polyethylen, bei dem eine dünne erste Schicht aus Polyethylenpulver hoher Dichte als eine Grundierung und eine dicke zweite Schicht aus Polyethylenpulver niedriger Dichte oder eine Folie aus Polyethylen niedriger Dichte oben auf die erste Schicht aufgebracht wird, um eine festhaftende Schutzschicht aus Polyethylen vorzusehen.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, den Verlauf und das ästhetische Aussehen einer auf eine Oberfläche aufgebrachten Pulverschicht zu verbessern, ohne die Abgabe der Pulverpartikel auf die zu beschichtende Oberfläche oder die Haftung der Partikel an der Oberfläche zu beeinträchtigen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverbeschichten einer Oberfläche durch
Aufbringen von Pulverpartikeln mit einem ersten mittleren Durchmesser auf die Oberfläche in einer ersten Beschichtungsstufe, wobei die Erfindung gekennzeichnet ist durch den Schritt des
Aufbringens von Pulverpartikeln mit einem zweiten mittleren Durchmesser, der kleiner ist als der erste mittlere Durchmesser, auf die Oberfläche in einer zweiten Beschichtungsstufe, wodurch eine Beschichtung auf der Oberfläche gebildet wird, die aus während der ersten und zweiten Stufe aufgebrachten Partikeln besteht.
Die vorliegende Erfindung erreicht die oben angegebenen Ziele durch ein zweistufiges Partikelauftragsverfahren, das zuerst das Aufbringen von großen Partikeln auf eine Beschichtungsoberfläche umfaßt, gefolgt von dem Aufbringen kleiner Partikel auf die Oberfläche. Der mittlere Partikeldurchmesser für das während der ersten Stufe (Stufe A) aufgebrachte Pulver beträgt 15-120 um, und der mittlere Partikeldurchmesser für das während der zweiten Stufe (Stufe B) aufgebrachte Pulver beträgt 0,1-15 um.
Die Partikel werden in beiden Stufen vorzugsweise durch Spritzen aufgebracht. Die während der ersten Stufe aufgebrachten größeren Partikel werden zeitweise erwärmt, um das teilweise Schmelzen und eine erhöhte Haftung zu bewirken. Nachfolgend, wenn die Partikel der zweiten Stufe aufgebracht werden, kann wiederum Wärme angewandt werden, um die aufgebrachten Pulverpartikel zu schmelzen. Die Stufen A und B können wiederholt werden, wenn es notwendig ist, um die gewünschte Beschichtungsdicke zu erreichen.
Ein Vorteil, der aus diesem zweistufigen Pulverauftragsverfahren resultiert, ist eine erhöhte Adhäsionswirksamkeit. Außerdem kann durch das anfängliche Aufbringen der größeren Partikel die gewünschte Schichtdicke erreicht werden, während das nachfolgende Aufbringen der kleineren Partikel den gesamten Verlauf und das Aussehen der Oberfläche verbessert.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden unter Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Zeichnungen leichter verständlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

- Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Pulverbeschichtung schematisch darstellt, die mit dem erfindungsgemäßen zweistufigen Pulverauftragsverfahren erhalten wird, wobei die beschichtete Oberfläche eben ist.
- Fig. 2 ist eine Schnittansicht ähnlich der Fig. 1, die eine mit dem erfindungsgemäßen zweistufigen Pulverbeschichtungsverfahren erhaltene Pulverbeschichtung schematisch zeigt, wobei die beschichtete Oberfläche eine Vertiefung besitzt.
- Fig. 3 ist eine Schnittansicht ähnlich den Fig. 1 und 2, bei der die während der ersten Stufe aufgebrachten Pulverpartikel erwärmt wurden, um das Schmelzen auf der Oberfläche zu erreichen, bevor die zweite Stufe der feineren Partikel aufgebracht wird.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine zu beschichtende Oberfläche 11, und in diesem Fall ist die Oberfläche 11 eben. Das erfindungsgemäße zweistufige Pulverauftragsverfahren umfaßt zu Beginn das Aufbringen eines Pulvers 12 auf die Oberfläche 11, das einen relativ großen Partikeldurchmesser besitzt. Vorzugsweise hat das Pulver 12 einen mittleren Partikeldurchmesser in dem Bereich von ungefähr 15-120 um. Nachfolgend wird ein Pulver 13, das einen relativ kleinen Partikeldurchmesser besitzt, aufgebracht. Vorzugsweise hat das Pulver 13 einen mittleren Partikeldurchmesser im Bereich von ungefähr 0,1-15 um. Somit werden die großen Partikel 12 in einer ersten Stufe aufgebracht, während die kleineren Partikel 13 in einer zweiten Stufe aufgebracht werden. Vorzugsweise wird das in der ersten und zweiten Stufe aufgebrachte Pulver durch Spritzen aufgetragen.
Infolge des in der ersten Stufe verwendeten, großen Partikeldurchmessers kann die gewünschte Schichtdicke erreicht werden. Das nachfolgende Aufbringen der kleinen Partikel 13 verbessert den gesamten Verlauf und die Oberflächengüte der Beschichtung auf der Oberfläche 11.
Fig. 2 zeigt einen anderen Vorteil dieses zweistufigen Pulverauftragsverfahrens, einen Vorteil, der insbesondere Beschichtungsgegenstände oder -artikel betrifft, die eine Außenfläche mit einem oder mehreren hohlen oder vertieften schmalen Abschnitten besitzen, wie zum Beispiel Stahlwerkzeuge. Das derartige Beschichten von Gegenständen erhöht ihre Rostbeständigkeit. Diese Gegenstände haben gewöhnlich auch eine oder mehrere Außenseitenflächen, die vom Verbraucher mehr beachtet werden und deshalb ein ansprechendes ästhetisches Aussehen haben müssen. Ein derartiges vorteilhaftes Aussehen erfordert im wesentlichen eine Schicht mit Partikeln mit relativ kleinem Durchmesser. Das erfindungsgemäße zweistufige Verfahren erreicht diese beiden Ziele, das gleichmäßige Beschichten von engen vertieften Abschnitten und eine ästhetisch ansprechende Beschichtung auf den Außenseitenflächen, die für den Verbraucher am meisten sichtbar sind.
Noch genauer zeigt Fig. 2 einen Teil der Oberfläche 11, die eine darin ausgebildete Vertiefung 15 besitzt. Wiederum enthält die Beschichtung auf der Oberfläche 11 einen anfänglichen Auftrag von relativ großen Partikeln 12, gefolgt von einem Auftrag von kleinen Partikeln 13. Die in der ersten Stufe dieses Verfahrens verwendeten, relativ großen Partikel 12 gewährleisten eine gleichmäßige Beschichtung in der Vertiefung 15, da die größeren Partikel in die Vertiefung eindringen können, um darin aufgetragen zu werden, während die relativ kleinen Partikel 13 die gesamte Beschichtung der gesamten Oberfläche 11 abglätten und desweiteren eine ästhetisch ansprechende Beschichtung an den am meisten sichtbaren Stellen gewährleisten.
Ein Vorteil dieses Verfahrens der Pulverbeschichtung besteht darin, daß bei einigen Anwendungen, bei denen das beschichtete Objekt nachfolgend bearbeitet wird, wie zum Beispiel beim Biegen von Stahlplatten, während dieser nachfolgenden Bearbeitungen Risse im Beschichtungsfilm auftreten können. Mit den gemäß diesem Verfahren aufgebrachten zwei Schichten der Beschichtung ist jedoch die untere Schicht aus großen Partikeln relativ dick und hat gute Bearbeitungs- und adhäsive Eigenschaften, während die obere Schicht aus kleinen Partikeln aus Pulver gebildet wird, die aus Materialien hergestellt sind, die widerstandsfähig sind und gewünschte Eigenschaften besitzen, wie zum Beispiel chemische und/oder Witterungsbeständigkeit.
Ein anderer Vorteil dieser Erfindung betrifft das Erreichen einer Beschichtung für einen Artikel mit einem matten Ton, einem samtigen Ton oder einem gehämmerten Ton. Dieses sind Designeigenschaften, die kürzlich auf dem Markt populär geworden sind. Durch Anwenden von Partikeln in der zweiten Stufe, die aus Urethan, Polystyren oder Glasperlen gebildet werden, die koloriert sein können, ist es einfach, eine Schicht mit einem matten oder samtartigen Ton zu erreichen. Außerdem kann durch Verwenden von Partikeln der zweiten Stufe, die ein Harz mit schlechter Kompatibilität in bezug auf die untere Schicht besitzen können, eine Schicht mit gehämmertem Ton erreicht werden.
Beim Auftrag von Pulvern mit großem Partikeldurchmesser, und insbesondere solchen mit einem hohen Molekulargewicht, ist es schwierig, während des oben erwähnten Erwärmens und Schmelzens einen guten Verlauf zu erreichen. Die in den Zwischenräumen zwischen den Partikeln vorhandene Luft beeinträchtigt das Verlaufen, und wenn die beschichtete Oberfläche zu schnell geschmolzen wird, erzeugt die die Partikel umgebende Luft Luftblasen. Um diese Probleme zu lösen, umfaßt das zweistufige Auftragsverfahren das zeitweise Erwärmen der großen Partikel, um sie zu schmelzen, und das nachfolgende Aufbringen der kleinen Partikel, um die Zwischenräume und Krater in Bereichen, wo die Beschichtung dünn oder durch Luftblasen gefüllt ist, abzudecken. Dieses ermöglicht es, eine hochqualitative Dünnschicht ohne Krater oder Zwischenräume zu erhalten und einen guten Verlauf zu erreichen. Das Aussehen solch einer dünnen Schicht ist in Fig. 3 gezeigt, in der das Bezugszeichen 16 das zuerst aufgebrachte Pulver mit großem Partikeldurchmesser bezeichnet, das infolge der zeitweisen Erwärmung in einem geschmolzenen Zustand ist.
Die Erfindung sieht die Verwendung verschiedener Pulverarten vor. Es ist zu bevor zugen, wegen der besseren adhäsiven Eigenschaften in der ersten Stufe ein organisches Pulver zu verwenden. Es kann jedoch auch eine Mischung aus anorganischem und organischen Pulver oder ein Pulver, in dem ein organisches Pulver durch organische Kapseln umgeben ist, verwendet werden. Diese Erfindung führt zu einer hochleistungsfähigen Pulverbeschichtung mit relativ niedrigen Kosten, insbesondere, wenn Pulver verwendet werden, wie zum Beispiel Fluor und Polyamid, die relativ preiswert sind. Außerdem kann bei einem Pulver, das aus einem wärmehärtenden Material hergestellt ist, infolge der Unterschiede im verwendeten Katalysator, Härter oder der funktionellen Gruppe die Kompatibilität gering sein und/oder ein Phänomen auftreten, das als "Schrumpfen" bezeichnet wird. Deshalb ist es zu bevorzugen, Pulver zu verwenden, die aus dem gleichen Harz in Stufe A und Stufe B gebildet sind.
Während der Pulverbeschichtung hängt das Phänomen des Verlaufens in einem großen Umfang von der Oberflächenspannung während des Schmelzens des Pulvermateriales ab. Es wurde gefunden, daß eine Oberflächenspannung von 40 dyn/cm (0,0004 N/cm) bevorzugt wird. Für maximale Kosteneinsparungen und Produktivität ist es wünschenswert, relativ große Mengen des Pulvers mit großem Partikeldurchmesser zu verwenden und die während der Stufe A des Partikelauftrages verwendete Menge zu erhöhen, weil dieses Pulver im Vergleich mit dem feinen Pulver relativ preiswert ist.
Durch Aufbringen aufeinanderfolgender Schichten aus Pulver, das einen großen Partikeldurchmesser besitzt und aus einem Harz gebildet wird, das eine funktionelle Gruppe besitzt, und eines Pulvers mit kleinem Partikeldurchmesser, das aus einem Härter gebildet wird, kann außerdem das Gesamtverhalten der aufgebrachten Schicht verbessert werden. Dieses kann zum Beispiel erreicht werden durch wiederholtes Auftragen in überlappenden Schichten oder Dispersionsauftrag von Partikeln mit großem Durchmesser, die aus einer Mischung aus Polyester und einer funktionellen Isozyanatgruppe bestehen, und Partikeln mit kleinem Durchmesser, in denen Blockisozyanat eingeschlossen ist, gefolgt von Erwärmen und Schmelzen oder Vernetzung.
Für jede dieser Abwandlungen der Erfindung erzeugt dieses zweistufige Pulverauftragsverfahren eine dünne Schicht oder Beschichtung mit gutem Verlauf, exzellentem ästhetischen Aussehen, guter Geradlinigkeit des Pulvers während des Auftrages, guter Adhäsionswirksamkeit und hoher Produktqualität.
Obwohl verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist verständlich, daß Abwandlungen in diesen Modifikationen ohne Abweichen vom Schutzbereich der Erfindung gemacht werden können. Demzufolge wünscht der Anmelder, nur durch die hier angefügten Ansprüche gebunden zu sein.

Claims

1. Verfahren zum Pulverbeschichten einer Oberfläche (11) durch

Aufbringen von Pulverpartikeln (12) mit einem ersten mittleren Durchmesser auf die Oberfläche (11) in einer ersten Beschichtungsstufe; gekennzeichnet durch den Schritt des

Aufbringens von Pulverpartikeln (13) mit einem zweiten mittleren Durchmesser, der kleiner ist als der erste mittlere Durchmesser, auf die Oberfläche (11) in einer zweiten Beschichtungsstufe, wodurch eine Beschichtung auf der Oberfläche (11) gebildet wird, die aus während der ersten und zweiten Stufe aufgebrachten Partikeln (12, 13) besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste mittlere Durchmesser im Bereich von ungefähr 15 bis 120 um und der zweite mittlere Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,1 und 15 um liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem die Schritte umfaßt:

Erwärmen der während der ersten Beschichtungsstufe aufgebrachten Pulverpartikel (12) vor der zweiten Beschichtungsstufe, um ihr Schmelzen zu bewirken, und auf die zweite Beschichtungsstufe folgend, Erwärmen aller Pulverpartikel (12, 13), um das Schmelzen der während der ersten und zweiten Stufe aufgebrachten Partikel zu bewirken, und nachfolgendes Aushärten zum Bilden einer Beschichtung.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Pulver der ersten und zweiten Stufe jeweils das gleiche Harz als einen Hauptbestandteil haben.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und außerdem umfassend das Wiederholen der Schritte zum Erreichen einer Beschichtung mit einer gewünschten Dicke.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Partikel in beiden Stufen durch Spritzen aufgebracht werden.