WO2001001202A1 - Beschichtungsmaterial sowie herstellungsverfahren für ein beschichtungsmaterial - Google Patents

Beschichtungsmaterial sowie herstellungsverfahren für ein beschichtungsmaterial Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a coating material for an electrostatic printing process with material particles.
  • the invention also relates to a method for producing a coating material, wherein a plastic base material is mixed in a mixing device under the action of temperature to form a raw toner mass, and wherein the raw toner mass follows the mixing device
  • Shredded toner particles for example granulated.
  • a toner is known from EP 0 647 885 A1, which is used for printing on ceramic and glass products.
  • the toner particles of the toner have a pigment core consisting of ceramic pigments.
  • the pigment core is surrounded by a binder resin shell.
  • Charge control agents are coupled to the binder resin shell.
  • the toner is applied to paper coated with gum arabic using an electrostatic copying process.
  • a clear varnish is applied to the coated paper for fixation applied.
  • the paper can then be placed on the ceramic or glass product to be coated and moistened.
  • the paper can then be peeled off, the gum arabic layer and the colored coating applied to it adhering to the ceramic or glass product. This is then baked, causing the color pigments to fuse with the surface of the product.
  • Such a toner can only be used for ceramic and glass products.
  • Toners are also known which have a thermoplastic as the base material. This is mixed with color pigments and charge control agents. The toner is applied to a paper to be coated using the electrostatic printing process. The coated support is then fixed at a temperature of 90 ° C - 1 70 ° C.
  • thermoset components resin and hardener are used to produce good surface qualities, especially scratch and heat resistant surfaces.
  • the coating can, for example, be a color coating with which the surface of a workpiece can be colored. It is also conceivable that the coating should be used to influence the surface properties of a workpiece. The wear or corrosion properties or the coefficient of friction can be influenced. Using electrostatic processes, the coating material can be applied in a targeted manner to those workpiece locations at which the surface is to be influenced.
  • Colorants are added to the coating material in order to be able to design surfaces in color.
  • Pigments or dyes can be used as colorants.
  • sulfides are particularly suitable.
  • Zinc sulfide pigments which are characterized by a high degree of whiteness and high light fastness, should also be mentioned here. Due to their low hardness, they produce almost no tool wear and no impairment of the mechanical properties of the plastic. The ZnS content of these zinc sulfide pigments acts as a dry lubricant.
  • inorganic colored pigments is also conceivable. These are characterized above all by their high opacity. In this context it should also be mentioned
  • Chromium oxide pigments that are particularly light, weather and temperature resistant.
  • the Naphthol-AS pigments are characterized by color strength, light fastness and chemical resistance.
  • the diazo condensation pigments are also suitable for the metal complex pigments, if the material is to be used in harsh environmental conditions.
  • the diazo condensation pigments are particularly characterized by their fastness to solvents and migration, temperature resistance and color strength. These pigments are also lightfast and weatherproof.
  • the material particles can be applied to the workpiece to be coated in the electrostatic printing process, it is provided according to one embodiment variant of the invention that the material particles are also
  • Charge control particles are provided, for example, zinc atoms.
  • the charge control particles should be electrostatically charged or electrostatically chargeable.
  • an acid hardener or a peroxide can be used as the resin.
  • part of the material particles is designed as a filler, for example as wood flour, cellulose powder, shell flour, core flour, aluminum trihydrate, electro-corundum, cryolite, barite, blanc fixe, barium ferrite, calcium carbonate, dolomite, coal, graphite, andalusite , Feldspar, mica, kaolin, kieselguhr, massive microspheres, hollow microspheres, mullite, olivine, sillimanite, nepheline, talc, quartz sand, quartz powder, slate powder, silicon carbide and / or wollastonite.
  • the fillers the density, the modulus of elasticity, the pressure and bending strength, the hardness, the dimensional stability under heat, the surface quality and - depending on the type of filler - the antistatic behavior or the fire protection effect of the fillers, the density, the modulus of elasticity, the pressure and bending strength, the hardness, the dimensional stability under heat, the surface quality and - depending on the type of
  • Coating can be influenced. Furthermore, the tensile and shear strength as well as the heat resistance can be improved when using fibrous fillers.
  • the resin can be, for example, a phenol, a urea or a melamine
  • Formaldehyde an epoxy or an unsaturated polyester resin are used.
  • the phenolic resins are characterized by their high degree of crosslinking due to their high strength, rigidity and hardness. Furthermore, they have a low one
  • the melamine / formaldehyde resins can preferably be used when high Surface hardness and scratch resistance as well as high surface gloss is required. In addition, these resins can be used in the manufacture of food-safe items.
  • thermoplastic as the basic component, the melting temperature of which is greater than 1 70 ° C. It has been shown that these thermoplastics in particular can be used to produce scratch-resistant surface coatings.
  • thermoplastic a polystyrene-based thermoplastic or an epoxy bisphenol A
  • an extruder can be used, for example, as a mixing device.
  • Resin and hardener can be introduced into this extruder and heated here to a temperature which is higher than the melting temperature of resin and hardener but lower than the thermosetting crosslinking temperature.
  • the color pigments and the charge control particles can be fed into the extruder so that a complete and uniform mixing of resin, hardener, color pigments and charge control particles can take place.
  • the raw toner mass is removed from the mixing device and cooled. It can then be comminuted, for example granulated, in order to produce the individual material particles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial für ein elektrostatisches Druckverfahren mit Materialteilchen. Zur Erzeugung von Oberflächenbeschichtungen mit hoher Oberflächenqualität, insbesondere guter Kratzfestigkeit auf nahezu beliebigen Werkstoffen ist es erfindungsgemäss vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen die Duromer-Bestandteile Harz und Härter aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Beschichtungsmateriales.

Description

Beschichtungsmaterial sowie Herstellungsverfahren für ein Beschichtungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial für ein elektrostatisches Druckverfahren mit Materialteilchen.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsmateriales wobei ein Kunststoff-Basiswerkstoff in einer Mischvorrichtung unter Temperatureinwirkung zu einer Tonerrohmasse gemischt wird, und wobei die Tonerrohmasse im Anschluß an die Mischvorrichtung zu
Tonerteilchen zerkleinert, beispielsweise granuliert wird.
Aus der EP 0 647 885 A1 ist ein Toner bekannt, der zum Bedrucken von Keramik- und Glaserzeugnissen verwendet wird. Die Tonerteilchen des Toners weisen einen Pigmentkern, bestehend aus keramischen Pigmenten, auf. Der Pigmentkern ist von einer Bindemittelharzhülle umgeben. An die Bindemittelharzhülle sind Ladungs- steuerungsmittel angekoppelt. Der Toner wird unter Zuhilfenahme eines elektrostatischen Kopierverfahrens auf ein mit Gummi-Arabikum beschichtetes Papier aufgebracht. Zur Fixierung wird auf das beschichtete Papier ein Klarlack aufgetragen. Anschließend kann das Papier auf das zu beschichtende Keramikoder Glaserzeugnis aufgelegt und befeuchtet werden. Das Papier läßt sich dann abziehen, wobei die Gummi-Arabikumschicht und die darauf aufgebrachte farbige Beschichtung auf dem Keramik- oder Glaserzeugnis anhaftet. Dies wird anschließend gebrannt, wodurch die Farbpigmente mit der Oberfläche des Erzeugnisses verschmelzen. Ein solcher Toner läßt sich nur für Keramik- und Glaserzeugnisse einsetzen.
Es sind auch Toner bekannt, die als Basiswerkstoff einen Thermoplasten aufweisen. Dieser ist mit Farbpigmenten und Ladungssteuerungsmitteln versetzt. Der Toner wird im elektrostatischen Druckverfahren auf ein zu beschichtendes Papier aufgebracht. Anschließend wird der beschichtete Träger bei einer Temperatur von 90° C - 1 70° C fixiert.
Diese Toner eignen sich nicht für die Beschichtung von Werkstoffen, bei denen hohe Anforderungen an die Oberflächenbeständigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit gestellt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Beschichtungsmaterial der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem sich Oberflächenbeschichtungen mit hoher Oberflächenqualität auf nahezu beliebigen Werkstoffen erzeugen lassen.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung ein solchen Beschichtungsmaterial bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen die Duromer-Bestandteile Harz und Härter aufweist. Erfindungsgemäß wird also ein Beschichtungsmaterial bereitgestellt, das auf dem zu beschichtenden Werkstück einen duromerischen Überzug bildet. Hierbei werden die Eigenschaften des Duromers ausgenützt um gute Oberflächenqualitäten, insbesondere kratz- und wärmebeständige Oberflächen zu erzeugen.
Der Überzug kann beispielsweise ein Farbüberzug sein, mit dem die Oberfläche eines Werkstückes farblich gestaltet werden kann. Denkbar ist es auch, dass der Überzug dazu verwendet werden soll, die Oberflächeneigenschaften eines Werkstückes zu beeinflussen. Dabei kann die Verschleiß- oder Korrisionseigenschaft oder auch der Reibkoeffizient beeinflusst werden. Über elektrostatische Verfahren lässt sich das Beschichtungsmaterial gezielt an solchen Werkstückstellen anbringen, an denen die Oberfläche beeinflusst werden soll.
Um Oberflächen farblich gestalten zu können, werden dem Beschichtungsmaterial Farbmittel zugesetzt. Als Farbmittel können Pigmente oder Farbstoffe verwendet werden. Bei der Verwendung von Pigmenten eignen sich insbesondere Sulfide. Hierbei seien insbesondere auch die Zinksulfidpigmente erwähnt, die sich durch einen hohen Weißgrad und hohe Lichtechtheit auszeichnen. Aufgrund ihrer niedrigen Härte erzeugen sie nahezu keinen Werkzeugverschleiß und keine Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes. Der ZnS- Anteil dieser Zinksulfid-Pigmente wirkt als Trockenschmierstoff. Denkbar ist auch die Verwendung von anorganischen Buntpigmenten. Diese zeichnen sich vor allem durch eine hohe Deckfähigkeit aus. Erwähnt seien in diesem Zusammenhang auch
Chromoxid-Pigmente, die besonders licht-, wetter- und temperaturbeständig sind. Bei den Metallkomplex-Pigmenten zeichnen sich die Naphthol-AS-Pigmente durch Farbstärke, Lichtechtheit und Chemikalienbeständigkeit aus. Weiterhin eignen sich ebenfalls die Diazokondensations-Pigmente bei den Metallkomplex-Pigmenten, wenn der Werkstoff in rauhen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden soll. In diesem Zusammenhang zeichnen sich die Diazokondensations-Pigmente vor allem durch Lösemittel- und Migrationsechtheit, Temperaturbeständigkeit und Farbstärke gut aus. Ebenso sind diese Pigmente licht- und wetterecht.
Damit die Materialteilchen im elektrostatischen Druckverfahren auf das zu beschichtende Werkstück aufgebracht werden können, ist es nach einer Aus- gestaltungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Materialteilchen mit
Ladungssteuerungsteilchen beispielsweise Zink-Atomen versehen sind.
Die Ladungssteuerungsteilchen sollten dabei elektrostatisch aufgeladen oder elektrostatisch aufladbar sein.
Erfindungsgemäß kann als Harz ein Säurehärter oder ein Peroxid verwendet werden.
Zur Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften kann es vorgesehen sein, dass ein Teil der Materialteilchen als Füllstoff ausgebildet ist, beispielweise als Holzmehl, Cellulosepulver, Schalenmehl, Kernmehl, Aluminiumtrihydrat, Elektrokorund, Kryolith, Schwerspat, Blancfixe, Bariumferrit, Calciumcarbonat, Dolomit, Kohle, Graphit, Andalusit, Feldspat, Glimmer, Kaolin, Kieselgur, massive Mikrokugeln, hohle Mikrokugeln, Mullit, Olivin, Sillimanit, Nephelin, Talkum, Quarzsand, Quarzmehl, Schiefermehl, Siliciumcarbid und/oder Wollastonit. Mit den Füllstoffen kann die Dichte, der E-Modul, die Druck- und Biegefestigkeit, die Härte, die Formbeständigkeit in der Wärme, die Oberflächengüte und - je nach Füllstoffsorte - das antistatische Verhalten oder die Brandschutzwirkung des
Überzuges beeinflusst werden. Weiterhin können die Zug- und die Scherfestigkeit sowie die Wärmestandfestigkeit bei der Verwendung faserförmiger Füllstoffe verbessert werden.
Als Harz kann beispielsweise ein Phenol-, ein Harnstoff-, ein Melamin-, ein
Formaldehyd-, ein Epoxid- oder ein ungesättigtes Polyesterharz Verwendung finden.
Die Phenolharze zeichnen sich aufgrund ihres hohen Vernetzungsgrades durch eine hohe Festigkeit, Steifheit und Härte aus. Darüberhinaus haben sie eine geringe
Kriechneigung und besitzen, je nach zugesetztem Füllstoff, eine hohe Zähigkeit, eine hohe Formbeständigkeit in der Wärme, einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten, eine hohe Glutbeständigkeit, eine hohe Beständigkeit gegen organische Lösemittel und neutrale Chemikalien sowie schwache Säuren und Laugen, sind sie beständig gegen die Bildung von Spannungsrissen und sie sind schwer entflammbar.
Die Harnstoffharze zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:
- hohe mechanische Festigkeit, Steifheit und Oberflächenhärte,
- hoher Oberflächenglanz
- sehr gute elektrische Eigenschaften
Die Melamin/Formaldehydharze lassen sich bevorzugt dann einsetzen, wenn hohe Oberflächenhärte und Kratzfestigkeit sowie hoher Oberflächenglanz gefordert ist. Darüberhinaus können diese Harze bei der Herstellung von lebensmittelechten Gegenständen verwendet werden.
Die ungesättigten Polyester zeichnen sich vor allem durch folgende Eigenschaften aus:
- hohe Festigkeit, Steifheit und Härte
- hohe Formbeständigkeit in der Wärme
- gutes elektrisches Isoliervermögen
- elektrostatische Aufladbarkeit
- hohe Witterungsbeständigkeit
Die Epoxidharze zeichnen sich vor allem durch folgende Eigenschaften aus:
- geringe Schwindung
- geringe Neigung zu Spannungsrissbildung - gute Haftung auf nahezu allen Werkstoffen
- hohe Chemikalienbeständigkeit
- gutes Dämpfungsvermögen
- hohe Formbeständigkeit in der Wärme und Wärmestandfestigkeit
- günstiges Alterungsverhalten - gute elektrische und dielektrische Eigenschaften
- geringe Brennbarkeit
- Geruch- und Geschmacksfreiheit
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen als Basisbestandteil einen Thermoplasten aufweist, dessen Schmelztemperatur größer als 1 70 C° ist. Es hat sich gezeigt, dass gerade diese Thermoplasten sich zur Erzeugung kratzbeständiger Oberflächenbeschichtungen verwenden lassen.
Als Thermoplast kann beispielsweise ein PEEK-, ein SPS-, ein PAJ-, ein PSU- oder ein PSE-Werkstoff verwendet werden. Denkbar ist auch die Verwendung eines auf Polystyrolbasis aufgebauten Thermoplasten oder eines Epoxid-Bisphenol A-
Thermoplastes .
Zur Herstellung des vorbeschriebenen Beschichtungsmateriales kann beispielsweise als Mischvorrichtung ein Extruder verwendet werden. In diesen Extruder lassen sich Harz und Härter einbringen und hier auf eine Temperatur erwärmen, die größer als die Schmelztemperatur von Harz und Härter aber kleiner als die Duromer- Vernetzungstemperatur ist. In den Extruder können die Farbpigmente und die Ladungssteuerungsteilchen eingegeben werden, so dass eine vollständige und gleichmäßige Durchmischung von Harz, Härter, Farbpigmenten und Ladungssteue- rungsteilchen erfolgen kann. Nach der erfolgten Vermischung wird die Tonerrohmasse aus der Mischvorrichtung entnommen und abgekühlt. Anschließend läßt sie sich zerkleinern, beispielsweise granulieren, um so die einzelnen Materialteilchen herzustellen.

Claims

Ansprüche
1 . Beschichtungsmaterial für ein elektrostatisches Druckverfahren mit Materialteilchen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen die Duromer-Bestandteile Harz und Härter aufweist.
2. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen aus Farbmitteln besteht oder Farbmittel aufweist.
3. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbmittel ein anorgonisches Pigment, beispielsweise ein Oxid, ein Sulfid, ein Chromat oder ein organisches Pigment, ein Azopigment, ein
Metallkomplex-Pigment, ein Phthalocyanin-Pigment oder ein Polycyclisches Pigment ein Metalleffekt-Pigment, ein Perlglanz-Pigment, ein Tages- leuchtpigment, ein Phosphoreszenz-Farbmittel oder ein optischer Aufheller ist.
4. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialteilchen mit Ladungssteuerungsteilchen, beispielsweise
Zink-Atomen versehen sind.
5. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungssteuerungsteilchen elektrostatisch aufgeladen oder elektrostatisch aufladbar sind.
6. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter ein Säurehärter oder ein Peroxid, beispielsweise ein
Hydro-, ein Alkyl-, ein Acryl-, eine Acetylbenzol-, ein Ketal-, oder ein Ketonperoxid oder ein Perester ist.
7. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Materialteilchen als Füllstoff ausgebildet ist, beispielweise als Holzmehl, Cellulosepulver, Schalenmehl, Kernmehl, Aluminiumtrihydrat, Elektrokorund, Kryolith, Schwerspat, Blancfixe, Bariumferrit, Calciumcar- bonat, Dolomit, Kohle, Graphit, Andalusit, Feldspat, Glimmer, Kaolin, Kieselgur, massive Mikrokugeln, hohle Mikrokugeln, Mullit, Olivin, Sillimanit,
Nephelin, Talkum, Quarzsand, Quarzmehl, Schiefermehl, Siliciumcarbid und/oder Wollastonit.
8. Beschichtungsmaterial nach einem der Anprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
10 dass das Harz ein Phenol, ein Harnstoff-, ein Melamin-, ein Formaldehyd-, ein Expoxid- oder ein ungesättigtes Polyesterharz ist.
9. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
,5 dass das Duromer ein wärme-, UV-, und/oder IR-aushärtender Kunststoff ist.
10. Beschichtungsmaterial für ein elektrostatisches Druckverfahren mit Materialteilchen, 0 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen als Basisbestandteil einen Thermoplasten aufweist, dessen Schmelztemperatur größer als 170 C° ist.
1 1 . Beschichtungsmaterial nach Anspruch 10, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur des Thermoplasten im Bereich zwischen 170 C° und 300 C° liegt.
1 2. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 10 oder 1 1 , 0 dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast auf Polystyrolbasis aufgebaut, ein PEEK-, ein SPS-, ein PAJ- oder ein PSU-Werkstoff oder ein Epoxid-Bisphenol A ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsmaterials wobei ein 5 Kunststoff-Basiswerkstoff in einer Mischvorrichtung unter Temperatureinwirkung zu einer Tonerrohmasse gemischt wird, und wobei die Tonerrohmasse im Anschluß an die Mischvorrichtung zu Tonerteilchen 10 zerkleinert, beispielsweise granuliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff-Basiswerkstoff die Duromerbestandteile Harz und Härter in die Mischvorrichtung eingebracht werden.
,5 14. Verfahren nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz und der Härter in der Mischvorrichtung auf eine Temperatur gebracht oder gehalten werden, die gleich oder größer ist, als die Schmelztemperatur von Harz und Härter, aber kleiner als die Duromer- Vernetzungs- 0 temperatur, und dass die Tonerrohmasse im Anschluß an die Mischvorrichtung abgekühlt und dann zerkleinert wird.
1 5. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, 5 dadurch gekennzeichnet, dass in die Mischvorrichtung Farbpigmente und/oder Ladungssteuerungs- mittel eingebracht werden.
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