CZ200417A3 - Způsob výroby povlaků na vodivých substrátech a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Description

Způsob výroby povlaků na vodivých substrátech XQn'zenS fú 'prOi/acte^

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby povlaků na vodivých substrátech z práškových prostředků.

Dosavadní stav techniky

Prostředky ve formě prášku jsou pevné prostředky, které se obvykle nanášejí elektrostatickým způsobem tak, že se částice práškového materiálu opatří elektrostatickým nábojem a pak lnou k substrátu, který je obvykle kovový a elektricky uzemněný..Nabití částic práškového povlakového materiálu se obvykle dosahuje interakcí částic s ionizovaným vzduchem, například při koronovém výboji nebo třením (triboelektricky nebo tribostaticky) při použití stříkací pistole. Nabité částice se nanášejí vzduchem na substrát a jejich konečné uložení je ovlivněno mimo jiné čarami elektrického pole, které jsou vytvořeny mezi stříkací pistolí a substrátem.

Nevýhodou postupu s použitím koronového výboje jsou potíže v případě substrátů se složitým tvarem, zvláště substrátů s výběžky a vyhloubeními, do nichž těžko zasahuje elektrické pole (efekt Faradayovy klece). Tento efekt Faradayovy klece je méně zřejmý v případě tribostatického postupu, tento postup však má jiné nevýhody.

Alternativně je možno práškové povlaky nanášet také při použití postupu, při nichž se substrát předehřeje, typicky na teplotu 200 až 400 °C a pak se ponoří do vířivé vrstvy práškového povlakového materiálu. Částice prášku, které se dostanou do styku s předehřátým substrátem taj í a přilnou k povrchu substrátu. V případě práškových povlakových materiálů, tvrditelných působením tepla, je možno povlečený substrát podrobit dalšími zahřívání k vytvrzení naneseného povlaku. Takové následné zahřívání nemusí být nezbytné v případě termoplastických práškových povlakových materiálů.

Postupy s použitím fluidních vrstev odstraňují efekt Faradyovy klece a umožňují povlékání různých vyhloubení v substrátu, je však známo, že mají tu nevýhodu, že nanesené povlaky jsou podstatně silnější než povlaky, které je možno získat pomocí elektrostatických postupů.

Dalším způsobem pro povlékání substrátů při použití práškových materiálů pro tvorbu povlaků je tak zvaný elektrostatický postup s použitím fluidní vrstvy, v níž je vzduch ionizován pomocí elektrod, upravených ve fluidizační komoře nebo obvykle v komoře, která je uložena pod porézní membránou pro přívod a distribuci vzduchu. Ionizovaný vzduch nabíjí částice prášku, které se pohybují směrem vzhůru v důsledku odpuzování elektrostaticky stejně nabitými částicemi. V důsledku toho vzniká oblak nabitých práškových částic nad povrchem fluidní vrstvy. Substrát je obvykle uzemněn a ukládá se do oblaku práškových částic, z nichž některé jsou elektrostaticky přitahovány a ukládány na povrch substrátu. Při provádění elektrostatického postupu ve fluidní vrstvě není nezbytné předehřívání substrátu.

Postup s elektrostatickou fluidní vrstvou je zvláště vhodný pro povlékání malých předmětů vzhledem k tomu, že rychlost ukládání práškových částic se snižuje při pohybu předmětu od povrchu nabité vrstvy. V případě obvyklého postupu s použitím fluidní vrstvy je práškový materiál přiváděn k výstupu, takže není zapotřebí zařízení pro recyklaci a opětné přidávání materiálu, který není uložen na substrát. Avšak stejně jako v případě nabíjení koronovým výbojem při elektrostatickém postupu existuje silné elektrické pole mezi elektrodami a substrátem a v důsledku toho se do určité míry projevuje efekt Faradayovy klece, který může vést k nedostatečnému ukládání částic prášku do vyhloubení na povrchu substrátu.

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří způsob výroby povlaků na vodivých substrátech, postup spočívá v tom, že se:

vytvoří fluidní vrstva práškového prostředku pro tvorbu povlaků, načež se tento prostředek tribostaticky nabije, přičemž fluidní vrstva zahrnuje fluidní komoru, jejíž alespoň část je vodivá, na vodivou část fluidní komory se vloží napětí, substrát se zcela nebo zčásti ponoří do fluidní vrstvy, přičemž částice práškového prostředku pro tvorbu povlaků přilnou k substrátu, který je elektricky izolován nebo uzemněn, substrát se vyjme z fluidní vrstvy a lnoucí částice se zpracují na kontinuální povlak na alespoň části substrátu.

Substrát je vytvořen z kovu, například hliníku nebo oceli nebo z jiného vodivého materiálu a zásadně může mít jakýkoliv požadovaný tvar a rozměr.

S výhodou se substrát před nanesením prostředku čistí chemicky nebo mechanicky, v případě kovových substrátů se tyto substráty s výhodou podrobí chemickému předběžnému čištění, například při použití fosforečnanu železnatého, fosforečnanu zinečnatého nebo chromanu zinečnatého.

V průběhu způsobu podle vynálezu lnou částice práškového prostředku pro tvorbu povlaku k substrátu v důsledku vzniku triboelektrického nebo tribostatického náboje na částicích, u nichž dochází k vzájemnému tření při pohybu ve fluidní vrstvě.

Povlékaný substrát je s výhodou uzemněn.

Způsob podle vynálezu se provádí bez ionizace nebo koronových jevů ve fluidní vrstvě.

Napětí, vložené na fluidní komoru je dostatečné k povlečení substrátu nabitými částicemi prostředků, maximální gradient napětí však není dostatečný k vyvolání ionizace nebo koronových jevů ve fluidní vrstvě. Jako plyn ve fluidní vrstvě obvykle slouží vzduch za atmosferického tlaku, je však možno použít i jiné plyny, například dusík nebo helium.

Ve srovnání s elektrostatickou fluidní vrstvou, v níž se vytvoří elektrické pole mezi elektrodami a substrátem, poskytuje způsob podle vynálezu možnost dosáhnout dobrého povlaku na těch oblastech substrátu, které jsou nedostupné v případě, že dochází k efektu Faradayovy klece, jak k tomu dochází u vodivých substrátů.

Ve srovnání s běžnými postupy, prováděnými ve fluidní vrstvě, je způsobem podle vynálezu možno vytvářet tenčí povlaky řízeným způsobem vzhledem k tomu, že nabíjení jednotlivých částic je účinnější u menšího průměru částic.

Zlepšení účinku při snižování velikosti částic je odlišné od poměrů při postupu, při němž se užívá triboelektrické pistole, kde naopak při snižování velikosti částic dochází rovněž ke snižování účinnosti.

Rovnoměrnost povlaku je možno zlepšit vibrací substrátu tak, aby byly uvolněny volně lnoucí částice.

Přeměna lnoucích částic na kontinuální povlak s případným následným vytvrzením naneseného prostředku se uskuteční tepelným zpracováním a/nebo pomocí energie, zejména infračerveným zářením, ultrafialovým zářením nebo pomocí paprsku elektronů. Ve srovnáním s běžným použitím fluidní vrstvy není v průběhu způsobu podle vynálezu podstatné předehřívání substrátu, s výhodou se substrát před ponořením do fluidní vrstvy nepředehřívá.

Vzhledem k tomu, že napětí, vložené na fluidní komoru, není dostatečné ke vzniku ionizace nebo koronových jevů ve fluidní vrstvě, neodebírá fluidní komora žádný elektrický proud v případě, že substrát je elektricky izolován, odebraný proud je nižší než 1 mA při uzemnění substrátu.

Napětí, vložené na fluidní komoru v průběhu způsobu podle vynálezu, je s výhodou stejnosměrné napětí, pozitivní nebo negativní, je však možno použít i střídavé napětí v případě,.že se přerušuje v období, kdy je toto napětí pozitivní nebo v období, kdy je negativní. Vložené napětí

se může měnit v širokém rozmezí, například v závislosti na rozměru fluidní vrstvy, na rozměru a složitosti substrátu a na požadované tloušťce naneseného povlaku. Podle těchto parametrů se vložené napětí bude pohybovat obecně v rozmezí 10 V až 100 kV, s výhodou 100 V až 60 kV, zvláště 100 V až 30 kV a zvláště výhodně 100 V až 10 kV, přičemž napětí může být pozitivní nebo negativní. Uspokojivých výsledků je rovněž možno dosáhnout při napětí v rozmezí 10 až 100 V, 100 V až 5 kV, 5 kV až 60 kV, 15 kV až 35 kV, 5 kV až 30 kV, nebo 30 kV až 60 kV.

Stejnosměrné napětí může být na fluidní komoru vloženo kontinuálně nebo přerušovaně, přičemž polaritu vloženého napětí je v průběhu povlékání možno měnit. Při přerušovaném vkládání napětí může být fluidní komora připojena na elektrický proud před ponořením substrátu do fluidní vrstvy a nemusí být odpojena až do vyjmutí substrátu z vrstvy. Je také možno vložit napětí až po ponoření substrátu do fluidní vrstvy. Napětí může být odpojeno před vyjmutím substrátu z fluidní vrstvy. V průběhu povlékání je také možno měnit velikost vloženého napětí.

Aby bylo možno vyloučit ionizaci a koronové jevy, musí se maximální gradient napětí ve fluidní vrstvě nacházet pod ionizačním napětím pro vzduch nebo jiný plyn, použitý ve fluidní vrstvě. Faktory, které určují maximální gradient napětí, zahrnují vložené napětí a vzdálenost mezi fluidní komorou a substrátem a dalšími konstrukčními prvky zařízení.

V případě vzduchu za atmosferického tlaku je ionizační gradient napětí 30 kV/cm, takže maximální gradient napětí při použití vzduchu jako plynu za atmosferického tlaku by se měl pohybovat pod touto hodnotou. Obdobný maximální gradient napětí by byl vhodný také při použití dusíku nebo helia jako fluidního plynu.

Na základě těchto úvah může být maximální gradient napětí ve fluidní vrstvě například 29 kV/cm, 27,5, 25, 20, 15, 10, 5 nebo 0,05 kV/cm.

Minimální gradient napětí bude obvykle alespoň 0,01 kV/cm nebo alespoň 0,05 kV/cm.

S výhodou je substrát v průběhu povlékání úplně ponořen do fluidní vrstvy.

Jak již bylo uvedeno svrchu, v průběhu způsobu podle vynálezu se částice práškového prostředku nabíjejí třením částic ve fluidní vrstvě. Vzájemné tření mezi částicemi ve fluidní vstvě vede k bipolárnímu nabíjení částic, což znamená, že určitý podíl částic bude mít negativní náboj a určitý podíl bude mít pozitivní náboj. Přítomnost jak pozitivně, tak negativně nabitých částic ve fluidní vrstvě se může jevit jako nevýhodné, zvláště v případě, že je na fluidní komoru vloženo stejnosměrné napětí, avšak způsob podle vynálezu dobře probíhá i při bipolárním nabíjení částic.

V případě, že se na fluidní komoru vloží stejnosměrné napětí s danou polaritou, elektrostatické síly přitahují částice práškového prostředku s převážně jednou polaritou na substrát. Výsledné odstranění pozitivně nebo negativně nabitých částic v různém poměru může snížit podíl částic s určitou polaritou v práškovém materiálu, při praktickém provedení však bylo zjištěno, že zbývající práškpvé částice upravují svou relativní polaritu, takže je udržován rovnovážný stav.

Výhodná doba ponoření substrátu do fluidní komory v nabitém stavu bude záviset na rozměrech a na geometrické složitosti substrátu, na požadované tloušťce výsledného povlaku a na velikosti vloženého napětí. Tato doba se bude obecně pohybovat v rozmezí 10 ms až 10, 20 nebo 30 minut, obvykle 500 ms až 5 minut a zvláště 1 s až 3 minuty.

S výhodou se substrát po svém ponoření do fluidní vrstvy pohybuje pravidelným nebo přerušovaným způsobem. Pohyb substrátu může být například lineární, otáčivý a/nebo oscilační. Jak již bylo svrchu uvedeno, substrát může například ještě vibrovat nebo jím může být třepáno tak, aby došlok odstranění částic, které k substrátu pouze volně lnou. Kromě jednoduchého ponoření je možno substrát ponořit a vyjímat opakovaně tak dlouho, až je dosaženo celkové doby jeho ponoření.

Tlak fluidního plynu, obvykle vzduchu, bude záviset na celkovém množství práškového materiálu ve fluidní vrstvě, na tom, jak snadno se dostává práškový materiál v této vrstvě do pohybu, na rozměrech fluidní vrstvy a na tlakovém rozdílu na obou stranách porézní membrány.

Distribuce velikosti částic v prostředku pro tvorbu povlaku může být 0 až 150 μm, obecně až 120 μm, přičemž střední průměr částic se může pohybovat v rozmezí 15 až 75 μm, s výhodou alespoň 20 až 25 μm, zvláště nejvýš 50 μm a zvláště výhodně 20 až 45 μm.

Jemnější částice jsou výhodné zvláště v případě, že se požaduje tenký výsledný povlak, v tomto případě je možno použít prostředky, splňující alespoň jedno z následujících kriterií:

a) 95 až 100 % objemových < 50pm

b) 90 až 100 % objemových < 40pm

c) 45 až 100 % objemových < 20pm

d) 5 až 100 % objemových < 10 pm s výhodou 10 až 70 % objemových < 10 pm

e) 1 až 80 % objemových < 5 pm s výhodou 3 až 40 % objemových < 5 pm f) d (v) so je v rozmezí 1,3 až 32 pm s výhodou 8 až 24 pm

Hodnota d (v) ₅₀ je medián velikosti částic prostředku. Obecně vyjadřuje hodnota d(v)_x procento celkového objemu částic, které leží pod uvedeným rozměrem d. částic. Tyto údaje je možno získat pomocí zařízení s rozptylem laserových paprsků, Mastersizer X (Malvern instruments). V případě potřeby je možno údaje, které se vztahují k distribuci velikosti částic v uloženém materiálu (před následným zahříváním/vytvrzením) získat odškrábáním vytvořeného povlaku ze substrátu a jeho analýzou v zařízení Mastersizer X.

Tloušťka naneseného povlaku se může pohybovat v rozmezí 5 až 500 pm nebo 5 až 200 pm nebo 5 až 150 pm, zvláště 10 až 150 pm, například 20 až 100 pm, 20 až 50 pm, 25 až 45 pm, 50 až 60 pm, 60 až 80 pm nebo 80 až 100 pm nebo 50 až 150 pm. Základním faktorem, který může ovlivnit tloušťku naneseného povlaku je vložené napětí, dalším faktorem je doba ponoření ve fluidní komoře v nabitém stavu a tlak vzduchu, použitého pro vytvoření fluidní vrstvy.

Obecně je možno způsob podle vynálezu pro povlékání substrátů charakterizovat jednou nebo větším počtem následujících vlastností:

i) Způsob povlékání je trojrozměrný a dochází při něm i k povlečení vyhloubených částí.

ii) Vložené napětí a vzdálenost mezi substrátem a fluidní komorou se volí tak, že maximální gradient napětí se nachází pod ionizačním gradientem napětí pro vzduch nebo jiný plyn ve fluidní vrstvě. Z tohoto důvodu v podstatě nedochází k ionizaci nebo ke koronovým jevům.

iii) Tloušůka povlaku se zvyšuje se zvyšujícím se napětím ve fluidní komoře. Zvýšení tloušůky povlaku je možno dosáhnout bez ztráty kvality až do určitého bodu, při dále stoupajícím napětí však může povlak ztratit svou hladkost, iv) Povlékání je možno uskutečnit při teplotě místnosti, v) Rovnoměrný povlak na substrátu je možno uskutečnit bez ohledu na to, zda se povlak nachází ve vyhloubení substrátu nebo na jeho výstupku nebo na jeho plochém povrchu.

vi) Hladkého povlaku je možno dosáhnout i na hranách a v rozích substrátu.

vii) Dobrou kvalitu povlaku z práškového prostředku je možno dosáhnout jako hladký povlak bez tvorby hrudek nebo dolíčků.

viii) Ve srovnání s triboelektrickým postupem ve fluidní vrstvě, při němž se napětí vkládá na substrát, je možno dosáhnout rozsáhlejšího a rovnoměrnějšího povlékání při daleko větší rychlosti povlékání.

ix) Způsob je vhodný také pro povlékání drátů, které jsou pak navíjeny na cívky a také pro povlékání cívek vzhledem k rychlosti povlékání a k nepřítomnosti elektrického napětí na substrátu.

Způsob podle vynálezu je tedy vhodný pro účinné povlékání vodivého substrátu jakéhokoliv tvaru. Substrát je s výhodou uzemněn nebo může také být elektricky izolován, to znamená, že není připojen ke zdroji elektrického proudu a jeho elektrický potenciál je neurčitý.

Vzdálenost mezi substrátem a fluidní komorou je přibližně stejná jako v případě triboelektrického postupu s fluidní vrstvou, při němž se napětí vkládá na substrát. Z tohoto důvodu jsou také vznikající gradienty napětí srovnatelné s uvedeným postupem, to znamená, že jejich hodnota je podstatně pod ionizačním potenciálem pro použitý plyn, obvykle vzduch.

Způsob podle vynálezu poskytuje podstatné výhody, zvláště v automobilovém průmyslu a v dalších oblastech, kde je zapotřebí povlékat výrobky, například části karoserie tak, aby došlo k rovnoměrnému pokrytí jakýchkoliv defektů kovu před nanesením příslušného krycího povlaku. Dříve bylo nezbytné nanášet dva oddělené povlaky na různé předměty tak, aby byly správně připraveny pro nanesení krycí vrstvy. Obvykle se postupovalo tak, že se elektricky nanášel první povlak k dosažení bariérového filmu po celém povrchu kovu a na tuto vrstvu byla nanášena druhá vrstva, tak aby došlo k překrytí jakýchkoliv viditelných defektů. Na rozdíl od těchto postupů vynález poskytuje možnost dosáhnout příslušného ochranného a estetického povlaku jediným povlakem, naneseným způsobem podle vynálezu, a to i v případě předmětů se složitou geometrií. Způsob podle vynálezu může být také upraven tak, aby bylo dosaženo v

případě potřeby relativně vysoké tloušťky vzniklého povlaku i při jediném povlékání.

Vynález se proto týká způsobu povlékání prvků pro automobilový průmysl tak, že se nanese plynný povlak pomocí prostředku pro povlékání ve formě prášku způsobem podle vynálezu a na tento povlak se pak nanese krycí vrstva.

Je také nutno se zmínit o možnosti využít způsob podle vynálezu v leteckém průmyslu, kde je zvláště výhodné nanášet rovnoměrné povlaky s co nejmenší hmotností na substráty, zvláště z hliníku nebo ze slitin hliníku při široké škále geometrických tvarů tak, aby způsob povlékání byl v souladu s ochranou životního prostředí.

Způsob podle vynálezu je také vhodný například pro povlékání radiátorů, drátěných košů a mřížek do ledniček, tyto výrobky obsahují výstupky a sváry, na nichž je možno vytvořit rovnoměrný povlak stejně dobře jako na zbývajících částech těchto výrobků bez vytvoření například silnějších povlaků na výstupcích.

Vynález je zvláště vhodný pro povlékání drátů nebo plechů, zvláště cívek vzhledem k nepřítomnosti připojení substrátu na elektrický proud a také vzhledem k rychlosti tvorby práškového povlaku.

Součást podstaty vynálezu tvoří také zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které obsahuje: a) fluidní komoru, jejíž alespoň část je elektricky vodivá, b) prostředky pro fluidizaci prostředku pro povlékání ve formě prášku ve fluidní komoře ke vzniku fluidní vrstvy práškového materiálu za vzniku tribostatického nabíjení částic prostředku pro povlékání ve formě prášku, c) prostředky pro ponoření vodivého substrátu zcela nebo zčásti do fluidní vrstvy, přičemž substrát je elektricky izolován nebo uzemněn, d) prostředky pro vložení napětí na elektricky vodivou část fluidní komory po alespoň část doby ponoření substrátu, v průběhu této doby přilnou nabité částice práškového prostředku k substrátu, e) prostředky pro vyjmutí substrátu, nesoucího lnoucí částice z fluidní vrstvy a

f) prostředky pro přeměnu lnoucích částic na kontinuální povlak.

Prostředek pro povlékání ve formě prášku podle vynálezu může obsahovat jedinou složku prášku pro tvorbu filmu s obsahem jedné nebo většího počtu pryskyřic pro tvorbu filmu nebo může obsahovat směs dvou nebo většího počtu takových složek.

Pryskyřice (polymer) pro tvorbu filmu působí jako pojivo se schopností smáčet pigmenty, zároveň má pryskyřice vytvářet kohezi mezi částicemi pigmentu a zaručit vazbu pigmentu na substrát, při tvorbě povlaku pryskyřice taje v průběhu následného zahřívání nebo vytvrzení a vytváří na substrátu homogenní film.

Složka nebo složky prostředku pro povlékání ve formě prášku budou obvykle vytvrditelné teplem, přestože je možno použít i termoplastické systémy, například na bázi polyamidů.

V případě, že se užívá pryskyřice, vytvrditelná teplem, obsahuje systém pevného polymerního pojivá obecně pevné činidlo pro vytvrzení pryskyřice nebo je možno použít dvě vzájemně reaktivní teplem vytvrditelné pryskyřice pro tvorbu filmu.

Polymer pro tvorbu filmu, použitý pro výrobu složky nebo složek prostředku pro tvorbu filmu, vytvrditelného teplem podle vynálezu může být polyesterová pryskyřice s karboxylovými funkčními skupinami, polyesterová pryskyřice s funkčními hydroxyskupinami, epoxidová pryskyřice a pryskyřice s funkčními akrylovými skupinami.

Složka prostředku pro povlékání může být například na bázi systému pevného polymerního pojivá, obsahujícího pryskyřici typu polyesteru s karboxylovými funkčními skupinami a polyepoxid, jako prostředek pro vytvrzení. Polyesterové systémy s karboxylovými funkčními skupinami jsou v současné době široce používány jako materiály pro povlaky ve formě prášku. Polyester má obecně kyselinové číslo v rozmezí 10 až 100, číselnou střední molekulovou hmotnost Mn 1500 až 10 000 a teplotu skelného přechodu Tg v rozmezí 30 až 85, s výhodou alespoň 40 °C. Polyepoxidem může být například epoxidová sloučenina s nízkou molekulovou hmotností, například triglycidylisokyanurát TGIC, diglycidyltereftalátem kondenzovaný glycidylether bisfenolu A nebo epoxidová pryskyřice, stálá na světle. Tuto pryskyřici na bázi polyesteru s karboxylovými funkčními skupinami je také možno použít společně s činidlem pro vytvrzení typu bis (beta-hydroxyalkylamidu) , například s tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamidem.

Je také možno použít polyester s funkčními hydroxyskupinámi spolu s činidlem pro vytvrzení typu isokyanátu s blokovanými funkčními skupinami nebo aminformaldehydového kondenzátu, jako je melaminová pryskyřice nebo močovinoformaldehydová pryskyřice nebo glykoluralformaldehydová pryskyřice, jde například o materiál Powderlink 1174 (Cyanamid Company) nebo hexahydromethylmelamin. Blokovaný isokyanát jako činidlo pro vytvrzení polyesteru s hydroxylovými funkčními skupinami může být například vnitřně blokován, jako tomu je' v případě uretdionového typu, nebo může jít o typ blokovaného kaprolaktanu, například isophorondiisokyanát.

Další možností je použití epoxidové pryskyřice spolu s činidlem pro vytvrzení s funkčními aminoskupinami, jako je například dikynadiamid. Místo vytvrzovacího činidla s funkčními aminoskupinami pro epoxidovou pryskyřici je možno použít materiál typu fenolu, s výhodou materiál, vytvořený reakcí epichlorhydrinu s přebytkem bisfenolu A, to znamená polyfenol, vytvořený adicí bisfenolu A a epoxidové pryskyřice. S příslušným činidlem pro vytvrzení je možno použít také pryskyřici s akrylovými funkčními skupinami, může jít například o pryskyřici s funkčními karboxylovými skupinami, hydroxyskupinami nebo epoxidovými skupinami.

Je také možno použít směsi polymerů pro tvorbu filmu, například je možno použít pryskyřici typu polyesteru s karboxylovými funkčními skupinami spolu s akrylovou pryskyřicí s karboxylovými funkčními skupinami a s činidlem pro vytvrzení typu bis (beta-hydroxyalkylamidu) , které slouží k vytvrzení obou polymerů. Další možností je použít v případě smíšených pojivových systémů akrylovou pryskyřici s karboxylovými, hydroxylovými nebo epoxidovými funkčními ···· · · ♦ · · · · • · ·· · · · · · · ···· is ·..··..· ·..* :

skupinami spolu s epoxidovou pryskyřicí nebo s polyesterovou pryskyřicí s karboxylovými nebo hydroxylovými funkčními skupinami. Tyto kombinace pryskyřic je možno volit tak, aby vytvrzovací činidlo současně vytvrdilo obě složky, například je možno použít akrylovou pryskyřici s karboxylovými funkčními skupinami spolu s epoxidovou pryskyřicí nebo polyester s karboxylovými funkčními skupinami spolu s akrylovou pryskyřicí s glycidylovými funkčními skupinami. Obvykle se však připravuj í systémy se směsí pojiv tak, aby je bylo možno vytvrdit jediným činidlem pro vytvrzení, užívá se například blokovaný isokyanát k vytvrzení akrylové pryskyřice s funkčními hydroxyskupinami a polyesteru s funkčními hydroxyskupinami. Další systém zahrnuje použití odlišného činidla pro vytvrzení pro každé pojivo ve směsi dvou polymerních pojiv, je možno užít například epoxidovou pryskyřici, vytvrzovanou pomocí aminoskupin spolu s akrylovou pryskyřicí s funkčními hydroxyskupinami, vytvrzenou blokovaným isokyanátem.

Z dalších polymerů pro tvorbu filmu, které je možno použít, lze uvést funkční fluorované polymery, funkční fluorované a chlorované polymery a polymery s funkčními fluoroakrylovými skupinami, všechny tyto polymery mohou ještě obsahovat funkční hydroxyskupiny nebo karboxylové skupiny a mohou být použity jako jediný polymer pro tvorbu filmu nebo spolu s jednou nebo větším počtem dalších pryskyřic, například akrylového nebo polyesterového typu a/nebo epoxidových pryskyřic s příslušnými činidly pro vytvrzení.

Dalšími činidly pro vytvrzení, které je možno uvést, zahrnují epoxyfenolové novolaky a epoxykrezolové novolaky, isokyanáty, blokované oximy, například isopherondiisokyanát, blokovaný methylethykketoximem, tetramethylenxylendiisokyanát, blokovaný acetonoximem a Desmodur W, což je dicyklohexylmethandiisokyanát, blokovaný methylethylketoximem, dále epoxidové pryskyřice, stálé na světle, například Santolink LSE 120 (Monsanto) a alicyklické polyepoxidy, například EHPE-3150 (Daicel).

Prostředek pro povlékání ve formě prášku podle vynálezu může být prostý přidaných barviv, avšak obvykle obsahuje jeden nebo větší počet pigmentů nebo barviv. Jako příklad pigmentů je možno uvést anorganické pigmenty, například oxid titaničitý, červený a žlutý oxid železa, pigmenty na bázi chrómu a uhlíkovou čerň a také organické pigmenty, například pigmenty na bázi ftalocyaninu, azosloučenin, antrachinonu, thioindiga, isodibenzanthronu, trifendioxanu a chinakridonu, kypu a laky kyselé, alkalické a obojetné povahy. Místo pigmentů je možno použít také různá barviva.

Prostředky podle vynálezu mohou obsahovat také látky, zvětšující objem nebo plniva, které mohou také zajistit hospodárným způsobem neprůhlednost nebo slouží jako ředidlo.

V práškových materiálech pro tvorbu povlaků podle vynálezu je možno použít celkové množství pigmentu/plniva/materiálu pro zvětšení objemu v následujícím množství (bez ohledu na následné přísady): 0 až 55 % hmotnostních, 0 až 50 % hmotnostních, 10 až 50 % hmotnostních, 0 až 45 % hmotnostních a 25 až 45 % hmotnostních.

Z celkového množství pigmentu, plniva a materiálu pro zvětšení objemu bude pigment tvořit obvykle nejvýš 40 % hmotnostních, vztaženo na celkový prostředek bez následně přidaných přísad, je však možno použít podíl pigmentu až 45 nebo dokonce až 50 % hmotnostních. Obvykle se užívá 25 až 30 nebo 35 % hmotnostních, přestože v případě tmavých barev je možno vystačit i s množstvím nižším než 10 % hmotnostních pigmentu.

Prostředky podle vynálezu mohou také obsahovat jednu nebo větší počet přísad, zvyšujících účinnost, například látky, zlepšující sypnost, změkčovadla, stabilizační činidla, například proti degradaci působením ultrafialového světla nebo činidla proti zachycení plynu v materiálu, například benzoin, současně je možno použít 2 nebo větší počet takových přísad. Celkové množství těchto přísad v prostředku podle vynálezu může být následující bez ohledu na následně přidané přísady: 0 až 5 % hmotnostních, 0 až 3 % hmotnostní a 1 až 2 % hmotnostní.

Obvykle se barviva, plniva/látky ke zvýšení objemu a přísady, zvyšující účinnost budou přidávat před a/nebo v průběhu vytlačování nebo při jiném homogenizačním postupu a nikoliv až v poslední fázi.

Po nanesení práškového materiálu pro tvorbu povlaku na substrát je možno uskutečnit přeměnu lnoucích částic na kontinuální povlak včetně případného vytvrzení působením tepla a/nebo zářením, zejména infračerveným nebo ultrafialovým zářením nebo pomocí paprsku elektronů.

Práškový materiál se obvykle na substrátu vytvrdí působením tepla, částice prášku tají a vytvářejí film. Teplota při vytvrzení a doba vytvrzení spolu vzájemně souvisejí a závisí především na použitém prostředku, obvykle je možno použít typická rozmezí teploty a doby vytvrzení:

Teplota	(°C)	doba	vytvrzení
280	až	100*	10 s	až 40 min
250	až	150	15 s	až 30 min
220	až	160	5 min až 20 min

* teplota až 90 °C může být použita pro některé pryskyřice, zvláště některé epoxidové pryskyřice.

K práškovým prostředkům pro tvorbu povlaků je možno přidávat ješně jednu nebo větší počet přísad, zvyšujících schopnost vytvářet fluidní vrstvu, jde například o látky, uvedené v dokumentu WO 94/11446 a zvláště výhodné kombinace, uvedené v tomto dokumentu a obsahující oxid hlinitý a hydroxid hlinitý, typicky v poměru 1:99 až 99:1, s výhodou 10:90 až 90:10, zvláště 20:80 až 80:20 nebo 30:70 až 70:30, například 45:55 až 55:45. Pro účely vynálezu je zásadně možno použít také další kombinace anorganických materiálů, které byly popsány v dokumentu WO 94/11446, jde například o směsi s obsahem oxidu křemičitého. Mimoto je nutno uvést také oxid hlinitý a oxid křemičitý, které mohou být jednotlivě použity jako uvedené přísady. Dále je ještě nutno uvést oxid křemičitý, opatřený povlakem vosku jako přísadu podle dokumentu WO 00/01775 včetně kombinací tohoto materiálu s oxidem hlinitým a/nebo hydroxidem hlinitým.

Celkové množství těchto následných přísad v prostředku podle vynálezu se bude obecně pohybovat v rozmezí 0,01 až 10 % hmotnostních, s výhodou alespoň 0,1 % hmotnostní a nejvýš 1,0 % hmotnostní, vztaženo na celkovou hmotnost prostředku bez těchto přísad. Kombinace oxidu hlinitého a hydroxidu hlinitého a obdobné přísady se s výhodou užívají v množství 0,25 až 0,75 % hmotnostních, s výhodou 0,45 až 0,55 % hmotnostních, vztaženo na hmotnost prostředku bez přísad. Je možno použít také až 1 nebo 2 % hmotnostní, avšak při použití příliš velkého množství mohou vznikat potíže, například tvorba hrudek a snížená účinnost.

Pod pojmem „po míšení se rozumí, že přísada se zařadí do prostředku až po jeho vytlačení nebo po jiné homogenizaci, použité při výrobě práškového prostředku pro tvorbu povlaků.

Přidání další přísady až po míšení hlavních složek je možno uskutečnit některým z následujících postupů: a) přidáním v bubnu k hlavní směsi před mletím, b) vstřiknutím do mlýnu, c) přidání při prosévání po mletí, d) po ukončené výrobě prostředku v bubnu nebo jiném vhodném mísícím zařízení nebo e) přidáním do fluidní vrstvy.

Dále bude obecně popsáno zařízení, vhodné pro povlékání způsobem podle vynálezu a několik forem tohoto postupu v souvislosti s přiloženými výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je schematicky znázorněno zařízení pro povlékání způsobem podle vynálezu.

Na obr. 2 je v perspektivním pohledu znázorněn vodivý kovový substrát, určený k povlékání.

Na obr. 3 je pespektivně znázorněn substrát z obr. 2, rozvinutý do plochého tvaru pro vyhodnocení tloušťky filmu a povlékané plochy v procentech.

Praktické provedení vynálezu bude osvětleno následujícím příkladem, který však nemá sloužit k omezení rozsahu vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno zařízení s fluidní vrstvou pro povlékání substrátů triboelektricky nabitými částicemi práškového materiálu. Zařízení obsahuje fluidní komoru 1 se vstupem 2_ pro vzduch u baze a porézní membránou 3 pro distribuci vzduchu, uloženou příčně a rozdělující fluidní komoru 1 na spodní část 4 a horní fluidní prostor 5.

Při povlékání se do fluidní vrstvy ponoří substrát 6 s izolovaným prostředkem 7 pro zachycení substrátu, s výhodou v pevné formě, fluidní vrstva se nachází ve fluidním prostoru 5_ v důsledků proudu vzduchu, přiváděného ze spodní části 4 porézní membránou 3_·

Po alespoň část doby ponoření substrátu 6 se vloží na fluidní komoru 1 měnitelný zdroj 8 napětí. Částice « ·· ·· ··»· • ♦ · « · · • ··· · · · ···»·· ·

·..··..· prostředku ve formě prášku se v důsledku triboelektrických jevu mezi částicemi elektricky nabíjejí. Jak je znázorněno, není substrát 5_ připojen na zdroj elektrického proudu, avšak může být elektricky uzemněn. Triboelektricky nabité částice práškového materiálu přilnou k substrátu 6. Nedochází k žádné ionizaci nebo koronovým jevům vzhledem k tomu, že napětí z měnitelného zdroje 8 se udržuje pod úrovní, při níž by takové jevy mohly vzniknout. Kovové substráty ý jsou s výhodou uzemněny.

Substrát ý se může pohybovat pravidelnými oscilačními pohyby v průběhu povlékání. Prostředky pro tento pohyb nejsou na obr. 1 znázorněny. Substrát ý může vykonávat ve fluidní vrstvě přerušovaně nebo kontinuálně i jiné pohyby nebo může být opakovaně ponořen a vyjmut až do dosažení celkové požadované doby ponoření. Je také možné nechat substrát 6_ v klidu a pohybovat práškovým materiálem vibrací fluidní vrstvy nebo jejím mícháním.

Po dosažené době ponoření se substrát 6 vyjme z fluidní vrstvy a zahřívá se, čímž dochází k roztavení částic práškového materiálu, které přilnuly k substrátu 6 a ke vzniku výsledného povlaku.

Zdroj ý napětí je připojen na hlavní přívod elektrického proudu a výstupní napětí se měří relativně k uzemnění hlavního přívodu.

V následujícím příkladu bude použito zařízení, znázorněné na obr. 1 s fluidní jednotkou, dodanou Nordson Corporation s obecně válcovou fluidní komorou 1 s výškou cm a průměrem 15 cm.

Substrát ý byl upevněn na izolovaný prostředek 7 ve formě tyče s délkou 300 mm. Substrát 6 byl uložen ve středu fluidní komory 1, takže maximální gradient napětí byl nejvýš 3 kV/cm v případě, že na fluidní komoru 1 bylo vloženo napětí 3 kV. To znamená, že uspokojivých výsledků je možno dosáhnout při gradientu napětí, který je podstatně pod ionizačním potenciálem 30 kV/cm pro vzduch. Je zřejmé, že substrát 6 by musel být uložen daleko blíže ke stěně fluidní komory JL, aby bylo možno dosáhnout maximálního gradientu napětí 30 kV/cm při vložení maximálního použitého napětí 3 kV na fluidní komoru _1. Maximální gradient napětí při použitém napětí 0,5 kV bude 0,13 kV/cm a při použitém napětí 0,2 kV bude maximální gradient napětí přibližně 0,05 kV/cm. Při oscilaci nebo vibraci substrátu 6 bude možno získat uspokojivé výsledky při maximálním gradientu napětí v rozmezí 0,05 kV/cm až 1 kV/cm, pravděpodobně 0,05 kV/cm až 5 kV/cm nebo 0,05 kV/cm až 10 kV/cm.

Doby ponoření, uvedené v tomto příkladu jsou uvedeny v sekundách.

Na obr. 2 je vodivým kovovým substrátem 6 hliníkový panel, ohnutý do tvaru U s centrálním žlábkem s následujícími rozměry: a = 10 cm b = 7,5 cm c = 5 mm.

Substrát 6 je přidržován kovovou svorkou 10, upevněnou na izolovaném prostředku 7 ve tvaru ramena. Substrát je uzemněn pomocí vodiče 18.

Na obr. 3 je znázorněn perspektivní pohled na substrát 6 ve sploštěné formě k vyhodnocení tloušúky filmu a povlečené plochy v procentech.

Byly připraveny dva prostředky pro povlékání práškovým materiálem, které byly označeny A a B. Prostředky byly připraveny obvyklým způsobem vytlačováním, zpracováním na tyčovitou formu a mletím.

Prostředky měly následující složení:

Složka	Hmotnostní díly
Oxid titaničitý - rutil	321
Plnivo - dolomit	107
Polyesterová pryskyřice s karboxylovými funkčními	skupinami 374
Epoxidová pryskyřice jako	prostředek
pro vytvrzení	152
Katalyzátor	30
Vosk	3
Modifikátor sypnosti	10
Benzoin	3
Celkem	1000

Prostředek A měl větší maximální průměr částic než prostředek B. Pracovní podmínky byly následující: hmotnost prášku ve fluidní vrstvě: 700 až 800 g doba pro dosažení rovnovážného stavu fluidní vrstvy: 30 _mi_n při o,05 MPa standardní teplotní zpracování uloženého materiálu:

min při 180 °C

Výsledky postupu jsou shrnuty v následující tabulce:

STDEV-	OUT	35,1	28,3	25,1	co	15,1	14,3	16,7	CO	10,3
(Ú
Λ	E
-4J	zt
>ω
o	H	sr	rd	co	O	04	o	in		o
rd	o	sr	O	σι	σ	1* 11	σ	o	Ln	co
H				n	co	σ	ΙΌ	σ	co	10
a
M		σι	rd	CM	rd	CM	CO	co	rd	sr
Í-)		*·	·*.		s>			w	-
		co	CM	rH	CM	co	140		CN	rd
CO		rd	rd	<—1	rd	1—1	<—j			t—1
λ:	E
	X
>m
2 0	a	sr	co	CO	CO	rd	Ln	o	σ	O
rd	H	o	σι		σ	tn		o	ID	LG
H		ΙΌ	sr	LD	sr	<0	m	>	sr	sr
>
0
O Eh	o\°
P		o	O	O	Ο	o	o	o	o
o		o	o	o	ο	o	o	o	o	in
		rd	i—f	rd	rd	rd	rd	i—1	rd	σ
>
0 o	o\O
S		O		O		O	O	o	O
H		o	LO	O	co	O	O	o	O	,_____I
		t—1	CO	rd	CO	rd	rd	rd		in
a
0
>H 0	w
a		o	o	O	O	o	o		O	o
0		o	o	o	CM	co	CM	O	o	LG
Pg		co	co	LP	rd	rd	i—1	σ	co
k MPa
rC H		co	co	CO	co	co	in	CM	CO	co
Ή 4-)
>0)	>	o	O	o	o	o	o	o	o	o
h		o	o	o	o	o	a	o	o	o
cd		o	o	o	o	D	o	o	o	o
s		n	M	n	N	M	N	*Ώ	N	N
		1	1	+	1	1	1	1	+	+
>M 4-1 cn 0
Ct|					η	n	Ώ	n	Ώ

Vysvětlivky k tabulce:

Tloušťka IN je průměrná tlouštíka filmu, měřeno na vnitřní ploše substrátu.

STDEV-IN je standardní odchylka tloušťky filmu, měřeno na vnitřní ploše substrátu.

Tlouštíka OUT je průměrná tlouštíka filmu, měřeno na vnější ploše substrátu.

STDEV-OUT je standardní odchylka tlouštíky filmu, měřeno na vnější ploše substrátu.

INcov. je překrytí vyhloubení povrchu (vnitřní povrch) substrátu odhadem při pohledu na substrát.

OUTcov. je překrytí povrchu (vnější povrch) substrátu odhadem při pohledu na substrát.

Měření tlouštíky filmu na substrátu tvaru U z obr. 2 se provádí tak, že se nejprve substrát zploští tak, jak je znázorněno na obr. 3, takže jsou přístupné všechny části substrátu včetně středového žlábku 11. Měření tlouštíky filmu se provádí na všech bodech, které jsou na obr. 3 označeny křížkem, a to na obou stranách zploštěného panelu, to znamená, že se tloušťka odečítá na 18 místech každé strany a celkem tedy na 36 místech celého panelu.

Claims (30)

1. Způsob výroby povlaků na vodivých substrátech, vyznačující se tím, že se:

vytvoří fluidní vrstva práškového prostředku pro tvorbu povlaku, načež se tento prostředek tribostaticky nabije, přičemž fluidní vrstva zahrnuje fluidní komoru, jejíž alespoň část je vodivá, na vodivou část fluidní komory se vloží napětí, substrát se zcela nebo zčásti ponoří do fluidní vrstvy, přičemž částice práškového prostředku pro tvorbu povlaků přilnou k substrátu, který je elektricky izolován nebo uzemněn, substrát se vyjme z fluidní vrstvy a lnoucí částice se zpracují na kontinuální povlak na alespoň části substrátu, přičemž postup probíhá bez ionizace a bez kořenových efektů ve fluidní vrstvě.

2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se substrát před ponořením do fluidní vrstvy nepředehřívá.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj í c í se t í m, že vložené napětí je stejnosměrné napětí.

4. Způsob podle nároku 3,vyznačující se tím, že se použije pozitivní napětí.

5. Způsob podle nároku 3,vyznačující se tím, že se použije negativní napětí.

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se vloží takové napětí, ze maximální gradient napětí ve fluidní vrstvě je pod gradientem napětí pro ionizaci plynu ve fluidní vrstvě.

7. Způsob podle některého vyznačující se napětí ve fluidní vrstvě je 5, 1 nebo 0,05 kV/cm.

z nároků 1 až 6, tím, že maximální gradient

29 kV/cm, 27,5, 25, 20, 15, 10

8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že gradient napětí ve fluidní vrstvě je alespoň 0,01 kV/cm nebo alespoň 0,05 kV/cm.

9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že vložené napětí je v rozmezí 10 V až 100 kV.

10. Způsob podle nároku tím, že vložené napětí

11. Způsob podle nároku tím, že vložené napětí

12. Způsob podle nároku tím, že vložené napětí

9, vyznačující se je v rozmezí 100 V až 60 kV.

9, vyznačující se je v rozmezí 100 V až 30 kV.

9, vyznačující se je v rozmezí 100 V až 10 kV.

13. Způsob podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že substrát je vytvořen z kovu.

14. Způsob podle nároku 13,vyznačující se t í m, že substrátem je kovový drát, s výhodou navinutý ve formě cívky.

15. Způsob podle nároku 13,vyznačující se tím, že substrátem je kovový plech, s výhodou ve svinuté formě.

16. Způsob podle některého z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že doba ponoření substrátu do fluidní komory v nabitém stavu je až 20 minut, 10 minut, 5 minut nebo 3 minuty.

30 minut,

17. Způsob podle některého z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že doba ponoření substrátu do fluidní komory v nabitém stavu je alespoň

10 ms, 500 ms nebo 1 s.

18. Způsob podle některého z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že tloušťka naneseného povlaku je az 500 μm nebo az 200, 150, 100 nebo 80 μm.

19. Způsob podle některého z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že tloušťka naneseného povlaku je alespoň 5 μω nebo alespoň 10, 20, 50, 60 nebo 80 μm.

20. Způsob podle nároku 19,vyznačující se t í m, ze tlouštka naneseného povlaku je v rozmezí 20 až 50, 25 až 45 nebo 50 až 60 μm.

21. Způsob podle některého z nároků 1 až 20, vyznačující se tím, že se substrátem potřepává nebo substrát vibruje k odstranění volných částic.

22. Způsob podle některého z nároků 1 až 21, vyznačující se tím, že práškovým prostředkem pro tvorbu povlaku je systém, tvrditelný působením tepla.

23. Způsob podle nároku 22,vyznačující se tím, ze polymer pro tvorbu filmu ve složce nebo složkách práškového prostředku pro tvorbu povlaků je jeden nebo větší počet polymerů ze skupiny polyesterových pryskyřic s karboxylovymi funkčními skupinami, polyesterových pryskyřic s hydroxylovými funkčními skupinami, epoxidových pryskyřic a akrylových pryskyřic.

24. Způsob podle některého z nároků 1 až 21, vyznačující se tím, že práškovým prostředkem pro tvorbu povlaků je termoplastický systém.

25. Způsob podle některého z nároků 1 až 24, vyznačující se tím, že se do práškového prostředku pro tvorbu povlaků po smísení přidává jedna nebo větší počet přísad, zlepšujících sypnost.

26. Způsob podle nároku 25, vyznačuj ící tím, že do práškového prostředku pro tvorbu povlaků přidá kombinace oxidu hlinitého a hydroxidu hlinitého jako přísada pro zlepšení sypnosti.

27. Způsob podle některého vyznačující se ponořen do fluidní vrstvy.

z nároků 1 až 26, tím, že je substrát zcela

28. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje: a) fluidní komoru, jejíž alespoň část je elektricky vodivá, b) prostředky pro fluidizaci prostředku pro povlékání ve forme prášku ve fluidní komoře ke vzniku fluidní vrstvy práškového materiálu za vzniku tribostatického nabíjení, částic prostředku pro povlékání ve formě prášku, c) prostředky pro ponoření vodivého substrátu zcela nebo zčásti do fluidní vrstvy, přičemž substrát je elektricky izolován nebo uzemněn,

d) prostředky pro vložení napětí na elektricky vodivou část fluidní komory po alespoň část doby ponoření substrátu, v prubehu teto doby přilnou nabité částice práškového prostředku k substrátu,

e) prostředky pro vyjmutí substrátu, nesoucího lnoucí částice z fluidní vrstvy a

f) prostředky pro přeměnu lnoucích částic na kontinuální povlak.

29. Zařízení podle nároku 28,vyznačující se t í m, že obsahuje prostředky pro protřepávání nebo vibraci substrátu k odstraněni volných částic.

30. Povlečený substrát, získaný způsobem podle některého z nároku 1 až 27 nebo při použití zařízení podle nároku 29 nebo 3 0.