CH623753A5

CH623753A5 - Process for coating surfaces

Info

Publication number: CH623753A5
Application number: CH1072176A
Authority: CH
Inventors: Felix Ritter Von Rueling
Original assignee: Felix Ritter Von Rueling
Priority date: 1975-08-26
Filing date: 1976-08-24
Publication date: 1981-06-30
Also published as: FR2321949A1; FI762431A7; ATA622876A; FR2321949B1; DK384376A; JPS5252937A; SE7509479L; AT366934B; NO762911L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen, d.h. die Auftragung eines 15 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 über-20 wiegend sogenannte Nasslacke wie auch Pulver-Dispersionen mit verschiedenartigen Lösungsmitteln als Dispersionsträger benutzt. Auf Grund der allgemein bekannten, mit der Benutzung von Lösungsmitteln verbundenen, jetzt immer mehr in den Vordergrund tretenden Nachteile mit Hinblick auf u. a. 25 Umweltschutz besteht seit ein paar Jahrzehnten ein Bestreben zu der Benutzung von sogenannten Pulverfarben überzugehen, die durch das Wirbelsinterverfahren, das Pulver-Flammspritz-verfahren oder das elektrostatische Pulversprühverfahren aufgetragen werden.

30 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 35 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 40 gebracht werden müssen oder zumindestens oberflächlich einer derartigen Temperatur ohne Verwindungen und Beschädigung standhalten müssen, z. B. im Brennofen. Selbstverständlich ist es dabei generell als nachteilig anzusehen, dass mindestens ein und manchmal sogar zwei getrennte Öfen od.dgl. unerlässlich .. sind. Als weiterer Nachteil sei noch erwähnt, dass man bei

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Oberflächenbeschichtungen mittels Pulverfarben beim elektrostatischen Auftrag oder Wirbelsintern manchmal keine zufriedenstellende Haftung der Beschichtung auf der Oberfläche des Werkstückes erreichen kann sowie üblicherweise über-50 haupt 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:

55 Bei der Beschichtung von Oberflächen mit reaktiven Pulvern, wie z. B. Polyestern, Epoxydharz/Härter-Pulvern usw., und thermoplastischen Pulvern, wie z. B. solchen auf der Basis von Aminoundecansäure, die kaum in Lösungsmitteln lösbar sind, und anderen Thermoplastpulvern mittels den üblichen 60 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 65 das Werkstück in das Wirbelsinterbad eingebracht wird. Alles Vorgänge, die eine auch ambulante Beschichtung ausschliessen bzw. sehr erschweren. Bei Beschädigung müssen die Teile wegen den auszubessernden Stellen nochmals durch den Ofen,

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was zum Teil die bereits fertigen Beschichtungen schädigt und gleichfalls zu teuer ist.

Beim Pulver-Flammspritzen, welches für Ausbesserungen in Frage käme, können keine einwandfreien Schichten hergestellt werden, da eine gleichmässige Erwärmung des Pulvers und Verteilung auf der z. B. 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 aufzubauende Anlage umgangen werden kann, und zwar indem sich das erfindungsgemässe Verfahren auch ambulant mit Hilfe von verhältnismässig einfachen und weniger kostspieligen Handgeräten durchführen lässt.

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. Das Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass diese durch Wärme schichtbildenden Pulver in den Träger eingebracht und unter einer derartigen Wärmezufuhr auf die zu behandelnde Oberfläche 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 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 z. B. 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. etwa über 70° C, wobei eine günstige Spritztemperatur für Pulver-Dispersionen in den Bereichen um 70-140° C liegt. Die Temperatur für die Sinterung/Schmelzung/Härtung der schichtbildenden Pulver auf der Oberfläche kann dann mit dem Gerät auf über 300° C und mehr erhöht werden. 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 200-250° C, gelegentlich auch höher. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen noch etwas näher erläutert.

Beispiel I

2 Teile entionisiertes oder destilliertes, schwach ammoni-kalisches Wasser, in das 0,02% eines nichtionogenen Oxäthy-lierungsproduktes auf fettfreier Basis als Netzmittel mit einem Charakter eines Alkylarylpolyglykoläthers eingebracht ist, werden mit einem Schnellrührer unter Zugabe von 0,8% einer Hydrooxyäthylcellulose bis zur Homogenität behandelt, und anschliessend wird in dieses Produkt 0,5 % Butylglykol eingerührt.

Nunmehr wird ein Teil Epoxydharz/Härter-Pulver üblicher Art, wie es z. B. für die elektrostatische Beschichtung angewendet wird (vorzugsweise ein Pulver unter 80 my Teilchengrösse) eindispergiert.

Diese Dispersion kann vor Gebrauch mit Wasser, entsprechend dem Bedarf, verdünnt werden und wird mittels einer Wärmemantelspritzpistole auf die zu behandelnde Oberfläche bis zur gewünschten Dicke z. B. als Korrosionsschutz aufgetragen, wobei zuerst der Dispersionsträger (Wasser usw.) laufend durch die Wärmezufuhr mittels der KOREL-Flammspritzpi-stole z. B. bei Temperaturen um 70-100° C auf der zu beschichtenden Oberfläche bereits verschwindet und dann die Temperatur mindestens in dem Bereich des Sinter/Erwei-chungs- bzw. Schmelzpunktes erhöht wird, um die Teilchen in einen Beschichtungsfilm zu überführen, wie sie bei Epoxydharz/Härter-Systemen oder anderen reaktiven Harzen jeweils eingesetzter 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 wäss-rige 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 7004 mit einem Epoxydwert von 0,1-0,2 und als Härter ein modifiziertes Dicyandiamid wie Trihedur 55, beide von der Firma Schering AG, Bergkamen (BRD), Mischungsverhältnis 100:5 Gewichtsteile, verwendet werden.

Beispiel II

Wie Beispiel I, nur dass die 0,5 % Butylglykol durch 1 % eines üblichen wasserverdünnbaren Harnstoffharzes, z. B. auf der Basis Harnstoff-Formaldehyd wie die Resamine der Firma Reichold-Alberg 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 Eigenschaften völlig zerstört werden.

Beispiel III

Wie Beispiel I, bei dem statt der Cellulose 1 % Ton aus der Montmorrilonitgruppe, Bentonit, in den Dispersionsträger Wasser zur Stabilisierung der Dispersion eingerührt wird. Nach Erfüllung seiner Stabilisierungsaufgabe wird das Bentonit als Füllmittel in die Schicht eingebaut.

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Beispiel JV

Wie Beispiel I, bei dem statt, der Cellulose ca. 1 % eines Polyaminoamides, d.h. eines reaktiven Polyamides mit einer Aminzahl von 83—93, wie z.B. der Typ Versamid 100 der Firma Schering AG, Bergkamen (BRD), in den Dispersionsträger Wasser eingerührt wird. Das Polyaminoamid hat disper-sionsstabilisierende Eigenschaften und wird über seine anlagerungsfähigen Gruppen mit in die Härtungsreaktion des als Pulver vorliegenden Epoxydharz/Härter-Systems bei der Schichtbildung einbezogen.

Die Beispiele I—IV beziehen sich auf die Verwendung von duroplastischen Pulvern. Das erfindungsmässige Verfahren lässt sich aber auch vorteilhaft im Zusammenhang mit thermoplastischen Pulvern ausnützen, wie z. B. für Aminoundecansäu-repulverdispersionen.

Beispiel V

In Abwandlung des Beispiels I ist das Butylglykol durch 2% 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 SA, Paris, mit einer Schmelztemperatur von etwa 184-186° C — in Pulverform — mit einer Korngrösse unter 80 my eindispergiert, wobei für die Filmbildung mit der KOREL-Flammspritzpistole auf der zu beschichtenden Oberfläche eine Temperatur von z. B. 200-250° C erzeugt wird.

Beispiel VI

Wie Beispiel I, nur dass entsprechend Beispiel IV 1% eines Polyaminoamides, d.h. ein reaktives Polyamid z.B. vom Typ Versamid 100 (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 0,53-0,55 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 angeführten Beschichtungen eine hervorragende Haftung an die Oberfläche der Werkstücke aufweisen, kann es für besondere Fälle zweckmässig sein, die Haftung noch weiter zu verbessern.

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Beispiel VII

Entsprechend Beispiel VI wird dieses für die Verwendung als Grundierung wie folgt abgewandelt.

Als Polyamid wird ein solches mit einer Aminzahl von io 200—220 verwendet, wie z. B. 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 Reaktionshaizes. Vor Gebrauch wird zu dieser Dispersion (Emulsion) die äquiva-15 lente Menge eines in Wasser 50%ig emulgierten mittelviskosen Epoxydharzes mit einem Epoxydwert von 0,53-0,55, wie Europox 716 der Firma Schering AG, Bergkamen (BRD) zugesetzt. Diese Dispersion/Emulsion hat durch die Epoxydharz/Härterkomponenten eine beschränkte Topfzeit, die aber 20 bei entsprechender Verdünnung mehrere Stunden betragen kann. Sie wird als dünner Haftgrund verarbeitet und durch Wärmezufuhr z. B. bei einer Temperatur von etwa 110—140° C bis zur Gelierung des Duroplastes gebracht. Bei Aufbringung einer zweiten Schicht oder weiterer Schichten kann jeweils 25 eine Erhöhung des Thermoplastanteiles gegenüber der vorhergegangenen Schicht erfolgen, so dass immer ein höherer Verschmelzungsgrad von Thermoplastanteilen von aufeinanderfolgender Schichten entsteht. (Zum Beispiel bei einem Polyamid 11 wie Rilsan ES Naturelle bei einer kurzzeitigen Tempe-30 ratur mindestens über dem Sinterpunkt, wie z. B. in dem Bereich von 200-220° C). Die Deckschicht aus reinem Thermoplast trifft dann auf eine obere Haftschicht mit hohem verschmelzbarem Thermoplastanteil.

In der Haft- und Deckschicht können Aktivpigmente 35 (Rostschutz) sowie Haftverstärker (z. B. Silane) für Beton usw. sowie leitfähige Pigmente und andere Pigmente z.B. zur Farbgebung zusätzlich eingelagert werden. In die Deckschicht können z. B. durch die Darstellung als Dispersion Trifluor- oder Tetrafluoräthyle in Pulverform mit ihren bekannten Eigen-40 schaften zur Oberflächenverbesserung eingelagert werden, wie auch andere Stoffe.

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Claims

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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 Wärmezufuhr von der Oberfläche weitgehendst entfernt ist.

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

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragung der Pulverdispersion auf die zu behandelnde Oberfläche durch das sogenannte Wärmemantel-spritzverfahren vollzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens temporär sinterbare oder schmelzbare Pulver verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegebenenfalls erforferliche Hilfsmittel, wie Netzmittel und/oder Emulgatoren, Stabilisatoren, derart gewählt werden, dass sie durch die Wärmezufuhr zum Träger ihre bisher erforderlichen Eigenschaften zumindestens verlieren.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermoplastisches Pulver verwendet wird, wie z.B. ein Polyolefin oder auch anorganische Pulver, wie z. B. Lithiumemaille.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 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, Epoxyd/Härtern usw.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulver verwendet wird, das durch Wärmezufuhr in seiner Molekularausbildung verändert, wie z. B. molekularver-grössert oder -vernetzt, wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 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 dass danach auf diesen Haftgrund eine oder mehrere Schichten aufgetragen werden, in der oder denen der Anteil an Thermoplastpulver gegenüber dem Haftgrundgemisch erheblich erhöht ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Haftschicht auch Aktivpigmente als Rostschutz, Haftverstärker, z. B. Silane für Beton, leitfähige Pigmente eingelagert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr nach Schichtbildung, je nach Wahl des Pulvermaterials, zur Beschleunigung einer Weiterhärtung bzw. Aushärtung oder Vernetzung weitergeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 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 z.B. Wasser als Dispersionsträger verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht fraktioniertes Pulver verwendet wird, dessen Teilchengrösse zwischen etwa 0,1 und 80 my liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als schichtbildende Pulver für die elektrostatische Pulverbeschichtung geeignete Materialien bzw. Siebkurven von Pulvern verwendet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als schichtbildendes Material allein oder mit anderen Stof-s fen polykondensierte Aminoundecansäure wie das Polyamid 11 Verwendung findet.