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Dokumentenidentifikation DE19857940C1 27.07.2000
Titel Verfahren zur Mehrschichtlackierung mit strahlenhärtbaren Beschichtungsmitteln
Anmelder Herberts GmbH, 42285 Wuppertal, DE
Erfinder Löffler, Helmut, Dipl.-Ing., 50321 Brühl, DE;
Maag, Karin, Dipl.-Chem. Dr., 45721 Haltern, DE;
Feyrer, Wolfgang, Dipl.-Ing., 50997 Köln, DE;
Kimpel, Christine, Dipl.-Chem. Dr., 58332 Schwelm, DE;
Zeyen, Jens, 42117 Wuppertal, DE
Vertreter Gille Hrabal Struck Neidlein Prop Roos, 40593 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 16.12.1998
DE-Aktenzeichen 19857940
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2000
IPC-Hauptklasse B05D 3/06
IPC-Nebenklasse B05D 7/14   
IPC additional class // C09D 133/04,163/10,167/07,171/00,175/16,183/07  
Zusammenfassung Verfahren zur Mehrschichtlackierung durch Auftrag einer Füller- und/oder weiterer Überzugsmittelschichten auf ein Substrat und anschließend einer Decklackschicht aus einem Basislack/Klarlackaufbau oder aus einem pigmentierten Einschichtdecklack, wobei mindestens eine der Schichten des Mehrschichtaufbaus aus einem mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel erstellt wird und diese Schicht(en) mit UV-Strahlung und IR-Strahlung bestrahlt werden, wobei zur Bestrahlung mit UV- und IR-Strahlung eine UV-Strahlungsquelle verwendet wird, die in ihrem Emissionsspektrum einen IR-Strahlungsanteil aufweist und wodurch durch abwechselndes Vorschalten eines UV-Filters und eines IR-Filters und/oder abwechselndes Vorschalten und Weglassen eines UV-Filters oder eines IR-Filters vor die Strahlungsquelle mindestens zwei Bestrahlungsintervalle ausgebildet werden, während derer unterschiedlich mit UV-Strahlung, IR-Strahlung oder gleichzeitig mit UV-Strahlung und IR-Strahlung bestrahlt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mehrschichtlackierung von Substraten unter Verwendung strahlungshärtbarer Beschichtungsmittel. Das Verfahren kann vorteilhaft Anwendung finden in der Fahrzeug- und Industrielackierung, bevorzugt in der Fahrzeugreparaturlackierung.

Insbesondere in der Holzbeschichtungsindustrie ist die UV-Technologie bei der Beschichtung und Härtung seit längerem Stand der Technik. Aber auch in anderen Anwendungsgebieten, so auch in der Fahrzeuglackierung, ist es bekannt geworden, mittels energiereicher Strahlung härtbare Beschichtungsmittel einzusetzen. Man nutzt auch hier die Vorteile strahlungshärtbarer Beschichtungsmittel, wie z. B. die sehr kurzen Härtungszeiten, die geringe Lösemittelemission der Beschichtungsmittel sowie die sehr gute Härte der daraus erhaltenen Beschichtungen.

Neben geeigneten strahlungshärtbaren Bindemitteln und Photoinitiatoren sind auch verschiedene Arten von Strahlungsquellen sowie mögliche Verfahrensabläufe für die Härtung mittels energiereicher Strahlung bekannt worden.

So kann beispielsweise bei der UV-Beschichtung von industriellen Gütern in einer kontinuierlichen Bandanlage beim Einsatz von strahlungshärtbaren Bindemitteln bzw. Beschichtungsmitteln die UV-Bestrahlung mit einer thermischen Behandlung kombiniert werden. Das heißt, dem eigentlichen Härtungsvorgang mittels UV-Strahlung kann beispielsweise eine Erwärmungsphase nachgeschaltet werden. Die Erwärmung bzw. thermische Behandlung kann dabei z. B. mittels Heißluft, Heizplatte oder Infrarotstrahlung (IR- Strahlung) realisiert werden.

So wird beispielsweise in der DE-PS-8 51 916 beschrieben, daß eine Steigerung der Oberflächenhärte von Lacküberzügen erzielt werden kann, wenn man mittels Wärmestrahlung härtbare Lacke nach oder während des Trocknungsvorganges einer UV-Bestrahlung unterzieht. Die UV-Bestrahlung erfolgt mittels beliebiger UV-Lampen, z. B. Quecksilber- oder Cadmiumdampflampen.

In der DE-PS-41 22 743 werden durch Einwirkung von Wärme, UV-Strahlen und/oder UV- und IR-Strahlen härtbare Beschichtungen beschrieben aus einer Lösung einer komplexierten, metallorganischen Ti- oder Zr-Verbindung mit polymerisierbaren Liganden und einem Hydrolysat eines radikalisch polymerisierbaren Alkoxysilans.

Die DE-S 8110 IVa 175c - 23. April 1953 beschreibt ein weiteres Verfahren zum Trocknen/Härten von Lacken, bei dem die Überzüge der Einwirkung von IR-, sichtbaren und/oder UV-Strahlen ausgesetzt werden. Als Strahlungsquellen werden übliche IR- und UV-Strahler genannt.

Gemäß EP-A-540 884 kann die Härtung von Überzügen nach einleitender Härtung durch energiereiche Strahlung auf thermischem Weg weitergeführt werden. Zur Strahlenhärtung mittels energiereicher Strahlung werden übliche UV- oder Elektronenstrahlungsquellen eingesetzt.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben gefunden und in der deutschen Patentanmeldung der gleichen Anmelderin vom gleichen Anmeldetag mit dem Titel "Verfahren zur Mehrschichtlackierung" (DE 198 57 941.1-45) beschrieben, daß beispielsweise vor der UV- Bestrahlung eine Trocknung der Beschichtung mit IR-Strahlung erfolgen kann und damit verschiedene Eigenschaften, wie z. B. die Zwischenschichthaftung, Witterungsbeständigkeit und Optik verbessert werden können. Auf diese Weise können auch nach Applikation des strahlungshärtbaren Lackes erforderliche Ablüftzeiten reduziert werden. Insbesondere beim Einsatz von strahlungshärtbaren Wasserlacken erreicht man so eine erhebliche Verkürzung der Ablüftphase. Eine nachgeschaltete IR-Bestrahlung ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn im Lack neben den strahlungshärtbaren Bindemitteln weitere Bindemittel enthalten sind, die über einen zusätzlichen Mechanismus vernetzen. In einem solchen Fall kann mit der nachgeschalteten IR-Bestrahlung die vollständige Aushärtung rasch erzielt werden.

Eine Kombination von UV- und IR-Bestrahlung während des Härtungsvorganges im weiteren Sinne kann beispielsweise realisiert werden, indem UV-Strahlungsquelle bzw. IR- Strahlungsquelle und/oder das zu bestrahlende Objekt kontinuierlich aneinander vorbeigeführt werden oder indem diskontinuierlich UV-Strahlungsquelle und IR-Strahlungsquelle wechselseitig vor dem zu bestrahlenden Objekt plaziert werden. Nachteilig an den geschilderten Verfahrensweisen ist, daß einerseits beim kontinuierlichen Prozeß mindestens zwei zu durchlaufende Trocknungs- bzw. Härtungszonen (UV-Zone und IR-Zone) vorhanden sein und UV- und IR-Zone beispielsweise durch Blendschutz voneinander getrennt sein müssen, und daß andererseits bei der diskontinuierlichen Arbeitsweise UV- und IR- Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der Anzahl der gewünschten Bestrahlungsintervalle vor dem zu bestrahlenden Objekt wechselseitig ausgetauscht werden müssen, wobei der UV- Strahler während der IR-Trocknungsphase im allgemeinen nicht betrieben wird. Letzgenannte diskontinuierliche Arbeitsweise sowie jeweils erforderliche Einbrennzeiten der Strahlungsquellen, insbesondere der UV-Strahler, wirken sich im allgemeinen zeitverzögernd auf den gesamten Lackiervorgang aus. Insbesondere bei Anwendung der diskontinuierlichen Arbeitsweise z. B. in Lackierwerkstätten können so der Fahrzeugdurchsatz und damit letztendlich die Rentabilität der Werkstatt beeinträchtigt werden.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Mehrschichtlackierung unter Verwendung zumindest teilweise strahlungshärtbarer Beschichtungsmittel bereitzustellen, welches es in einfacher, ökonomischer und zeitsparender Weise ermöglicht, beim Härten der strahlungshärtbaren Beschichtungen UV-Bestrahlung und IR-Bestrahlung zu kombinieren, ohne einen unerwünscht hohen apparativen und damit kostenintensiven Aufwand betreiben zu müssen.

Die Aufgabe wird gelöst durch das einen Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur Mehrschichtlackierung durch Auftrag einer oder mehrerer Füller und/oder weiterer Überzugsmitttelschichten auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat und anschließend von einer Decklackschicht aus einem Basislack/Klarlackaufbau oder aus einem pigmentierten Einschichtdecklack, wobei mindestens eine der Schichten des Mehrschichtaufbaus aus einem mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittels erstellt wird und diese Schicht(en) mit UV-Strahlung und IR-Strahlung bestrahlt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Bestrahlung mit UV- und IR-Strahlung eine UV-Strahlungsquelle verwendet wird, die in ihrem Emissionsspektrum einen IR-Strahlungsanteil aufweist und daß durch abwechselndes Vorschalten eines UV-Filters und eines IR-Filters und/oder abwechselndes Vorschalten und Weglassen eines UV-Filters oder eines IR-Filters vor die UV- Strahlungsquelle mindestens zwei Bestrahlungsintervalle ausgebildet werden, während derer unterschiedlich mit UV-Strahlung IR-Strahlung oder gleichzeitig mit UV-Strahlung und IR- Strahlung bestrahlt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise ist es möglich UV-Filter und IR-Filter abwechselnd einzusetzen. Es ist auch möglich entweder mit einem UV-Filter oder einem IR-Filter zu arbeiten und dieses abwechselnd wegzulassen, so daß mit UV- und IR-Strahlung gleichzeitig bestrahlt wird. Beide Arbeitsweisen können miteinander kombiniert werden, so daß abwechselnd Bestrahlungsintervalle mit UV-Strahlung IR-Strahlung oder gemeinsam UV- und IR-Strahlung ausgebildet werden.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren mit einem vorschaltbaren Filter modifizierten UV-Strahlungsquellen können somit rasch und in einfacher Weise als reine IR- Strahler verwendet werden.

Im erfindungsgemäßen Verfahren können als UV-Strahlungsquelle übliche UV- Strahlungsquellen eingesetzt werden, sofern sie in ihrem Emissionsspektrum einen IR- Strahlungsanteil aufweisen. Derartige UV-Strahlungsquellen sind dem Fachmann bekannt und allgemein zugänglich. Bei dem im Emissionsspektrum der UV-Strahlungsquelle erforderlichen IR-Strahlungsanteil handelt es sich bevorzugt um einen Strahlungsanteil im Bereich der kurzwelligen IR-Strahlung. Es handelt sich hierbei um den Wellenlängenbereich von etwa 700 bis etwa 2500 nm. Dieser Bereich entspricht im wesentlichen den Emissionsspektren üblicher in der Lacktrocknung einsetzbarer IR-Strahler, die im Bereich von 500 bis 2500 nm, bevorzugt von 800 bis 2000 nm liegen. Erfindungsgemäß einsetzbare UV-Strahlungsquellen weisen somit beispielsweise ein Emissionsspektrum, einschließlich UV- und IR- Emissionsanteil, im Bereich von 180 bis 2500 nm, bevorzugt von 200 bis 2500 nm, besonders bevorzugt von 200 bis 2000 nm auf.

Die in der Praxis gebräuchlichen und dem Fachmann bekannten UV-Strahlungsquellen weisen im allgemeinen einen UV-Strahlungsanteil im Emissionsspektrum von etwa 25% auf. Daneben liegt jeweils ein beträchtlicher IR-Strahlungsanteil im Emissionsspektrum vor. Der IR- Strahlungsanteil kann beispielsweise bis etwa 60% betragen.

Im erfindungsgemäßen Verfahren gut einsetzbare UV-Strahlungsquellen sind z. B. Quecksilberhochdruck-, mitteldruck- und -niederdruckstrahler. Gebräuchlich sind dabei Lampen zwischen 5 und 200 cm Lampenlänge. In Abhängigkeit vom speziellen Anwendungsfall und von der benötigten Strahlungsenergie sind Lampen- und Reflektorgeometrie in üblicher Weise aufeinander abgestimmt. Die jeweilige Lampenleistung kann beispielsweise zwischen 20 und 250 W/cm (Watt pro cm Lampenlänge) variieren. Bevorzugt werden Lampen mit Leistungen zwischen 80 und 120 W/cm eingesetzt. Gegebenenfalls können die Quecksilberlampen durch Einbringen von Metallhalogeniden auch dotiert sein. Beispiele dotierter Strahler sind Eisen- oder Galliumquecksilberlampen.

Weitere Beispiele für UV-Strahlungsquellen sind Gasentladungsröhren, wie z. B. Xenonniederdrucklampen. Neben diesen kontinuierlich arbeitenden UV-Strahlungsquellen können jedoch auch diskontinuierliche UV-Strahlungsquellen eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich hierbei um sogenannte Hochenergieblitzeinrichtungen (kurz: UV-Blitzlampen). Die UV-Blitzlampen können eine Mehrzahl von Blitzröhren, beispielsweise mit inertem Gas, wie Xenon, gefüllte Quarzröhren, enthalten. Die UV-Blitzlampen weisen beispielsweise eine Beleuchtungsstärke von mindestens 10 Megalux, bevorzugt von 10 bis 80 Megalux pro Blitzentladung auf. Die Energie pro Blitzentladung kann beispielsweise 1 bis 10 kJoule betragen.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren UV-Strahlungsquellen werden durch Vorschalten eines UV- oder IR-Filters vor die UV-Strahlungsquelle modifiziert. Unter einem UV-Filter soll ein Filter verstanden werden, der im wesentlichen keine Strahlung im Wellenlängenbereich der UV-Strahlung, d. h. insbesondere im Bereich von etwa 180 bis 380 nm, hindurchläßt jedoch durchlässig ist für IR-Strahlung. Unter einem IR-Filter soll ein Filter verstanden werden, der im wesentlichen keine Strahlung im Wellenlängenbereich der IR- Strahlung, insbesondere im Bereich von etwa 700 bis 2500 nm, hindurchläßt, jedoch durchlässig ist für UV-Strahlung. Der Wellenlängenanteil des sichtbaren Lichtes kann dabei je nach Wahl des entsprechenden Filters ganz oder teilweise herausgefiltert oder durchgelassen werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können übliche UV- und/oder IR-Filter zur Modifizierung der UV-Strahlungsquelle eingesetzt werden. Sie sind dem Fachmann bekannt und im Handel erhältlich. Bei den Filtern kann es sich beispielsweise um Folien, z. B. IR-Durchlaßfolien, oder um Glasfilter mit unterschiedlichen Transmissionskurven handeln. Die Filter sind in unterschiedlichen Größen, Formen und verschiedenen Dicken erhältlich. Beispielsweise können im erfindungsgemäßen Verfahren als UV-Filter die Glasfiltertypen GG, z. B. GG 474 der Firma Schott eingesetzt werden. Ebenso können sogenannte IR-Durchlaßfolien eingesetzt werden. Als IR-Filter können im erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise die Glasfiltertypen FG, z. B. FG 3, oder BG, z. B. BG 26, BG 3, der Firma Schott eingesetzt werden.

Gerätetechnisch kann die Ausrüstung der im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren UV- Strahlungsquellen mit dem jeweiligen Filter in beliebiger Weise ausgeführt werden. So ist es beispielsweise möglich, den Filter über geeignete Verbindungselemente oder Halterungen so anzubringen, daß er wegklappbar, aufsteckbar oder vorschiebbar ist. Ebenso ist es möglich, den Filter in einer von der UV-Strahlungsquelle getrennten separaten Vorrichtung bzw. Halterung direkt vor der UV-Strahlungsquelle zu positionieren.

Die UV-Strahlungsquellen sind im allgemeinen in eine UV-Anlage integriert, die normalerweise aus den UV-Strahlungsquellen, dem Reflektorsystem, der Stromversorgung elektrischen Steuerungen, der Abschirmung dem Kühlsystem und der Ozonabsaugung besteht. Andere Anordnungen sind natürlich auch möglich, ebenso ist es möglich, nur Teile der hier genannten Bestandteile einer UV-Anlage zu verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Mehrschichtlackierung kann unter Verwendung der vorstehend beschriebenen mit einem Filter modifizierbaren UV-Strahlungsquellen verschiedenartig durchgeführt werden. Es können Bestrahlungsintervalle mit UV-Strahlung, IR-Strahlung oder UV- und IR-Strahlung beliebig miteinander kombiniert werden. Dabei können sowohl Anzahl und Reihenfolge der jeweiligen Bestrahlungsintervalle sowie die Bestrahlungsdauer pro Bestrahlungsintervall und die Gesamtbestrahlungsdauer variiert werden.

Beispielhaft näher erläutert seien hier das Vorschalten eines IR-Bestrahlungsschrittes vor die UV-Bestrahlung und das Nachschalten eines IR-Bestrahlungsschrittes an die erfolgte UV- Bestrahlung.

Zunächst soll der Härtungsprozess mit Bestrahlungsintervallen IR-Bestrahlung und anschließende UV-Bestrahlung erläutert werden. Im ersten Schritt wird das mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbare Beschichtungsmittel appliziert. Die Applikation erfolgt auf übliche Art und Weise, beispielsweise mittels Spritzapplikation. Nach der Applikation schließt sich nach einer gegebenenfalls gewährten Ablüftphase eine Trocknungsphase bzw. Erwärmungsphase mit IR-Strahlung an. Die Trocknungsphase soll das Ablüften beschleunigen, das heißt durch die Wärmeeinwirkung soll das Abdunsten der in der Beschichtung noch vorhandenen organischen Lösemittel und/oder im Falle von Wasserlacken des Wassers in relativ kurzer Zeit erfolgen. Weiterhin wirkt sich die mit der IR-Bestrahlung erzielte Erwärmung der Substratoberfläche auch positiv auf den Härtungsprozess mittels UV- Strahlung aus, da bei mittels UV-Strahlung härtbaren Bindemittelsystemen eine höhere Vernetzungsdichte erreicht werden kann, wenn die Vernetzung in der Wärme gestartet wird.

Die IR-Bestrahlung wird realisiert, indem, wie vorstehend bereits beschrieben, der verwendeten UV-Strahlungsquelle ein UV-Filter vorgeschaltet und entsprechend bestrahlt wird. In diesem Bestrahlungsintervall erfolgt somit nur eine Erwärmung der Substratoberfläche, jedoch keine Vernetzung mittels UV-Strahlung. Die Bestrahlungsdauer mit IR-Strahlung kann beispielsweise 1 bis 20 min betragen. Im Fall der Verwendung einer UV- Blitzlampe als UV-Strahlungsquelle kann die IR-Bestrahlung auch durch Auslösen mehrerer Blitzentladungen erfolgen. Die Bestrahlungsdauer hängt beispielsweise ab von Art und Menge der nach Applikation noch in der Beschichtung vorhandenen Lösemittel. In Abhängigkeit von Bestrahlungsdauer und Leistung der Strahlungsquelle können dabei an der Substratoberfläche Temperaturen von beispielsweise 40 bis 200°C erreicht werden. Bevorzugt sollten die Einstellungen so vorgenommen werden, daß Temperaturen von beispielsweise von 40 bis 100°C an der Substratoberfläche erreicht werden. Wenn die gewünschte Temperatur der Substratoberfläche erreicht bzw. die vorgesehene Bestrahlungsdauer abgelaufen ist, wird der UV-Filter entfernt. Nach Entfernung des UV-Filters beginnt im Falle von kontinuierlich arbeitenden Strahlungsquellen augenblicklich die UV-Vernetzung. Im Fall von diskontinuierlich zu betreibenden UV-Blitzlampen werden nach Entfernung des UV-Filters die gewünschten UV-Blitze ausgelöst.

Die Betrahlungsdauer mit UV-Strahlung kann beim Einsatz von UV-Blitzlampen als UV- Strahlungsquelle beispielsweise im Bereich von 1 Millisekunde bis 400 Sekunden, bevorzugt von 4 bis 160 Sekunden, je nach Anzahl der gewählten Blitzentladungen, liegen. Die Blitze können beispielsweise etwa alle 4 Sekunden ausgelöst werden. Die Härtung kann beispielsweise durch 1 bis 40 aufeinanderfolgende Blitzentladungen erfolgen.

Beim Einsatz kontinuierlicher UV-Strahlungsquellen kann die Bestrahlungsdauer beispielsweise im Bereich von einigen Sekunden bis etwa 5 Minuten, bevorzugt unter 5 Minuten liegen.

Der Abstand der UV-Strahlungsquellen zur zu bestrahlenden Substratoberfläche kann beispielsweise 5 bis 60 cm betragen. Die Abschirmung der UV-Strahlungsquellen zur Vermeidung von Strahlungsaustritt kann z. B. durch Verwendung eines entsprechend ausgekleideten Schutzgehäuses um eine transportable Lampeneinheit oder mit Hilfe anderer, dem Fachmann bekannter Sicherheitsmaßnahmen, erfolgen.

Die Kopplung einer IR-Bestrahlungsphase mit einer sich anschließenden UV- Bestrahlungsphase unter Verwendung der im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren UV- Strahlungsquellen mit vorgeschaltetem UV-Filter bietet unter anderem den Vorteil, daß die Einbrennphase einer kontinuierlichen UV-Strahlungsquelle zur Vortrocknung bzw. Erwärmung der Substratoberfläche genutzt werden kann. Sind neben den mittels UV- Strahlung härtbaren Bindemitteln noch Bindemittel im Beschichtungsmittel enthalten, die nach einem zusätzlichen Mechanismus vernetzen bzw. härten, dann ergibt sich noch der Vorteil, daß durch die IR-Bestrahlung schon eine gewisse Anvernetzung stattfindet, was beispielsweise zu einer verbesserter Standfestigkeit führt.

Im folgenden soll der Härtungsprozess mit Bestrahlungsintervallen UV-Bestrahlung und anschließende IR-Bestrahlung erläutert werden. Im ersten Schritt wird das mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbare Beschichtungsmittel appliziert. Die Applikation kann auf übliche Art und Weise, beispielsweise mittels Spritzapplikation, erfolgen. Nach der Applikation schließt sich die Bestrahlungsphase mit UV-Strahlung an. Die Durchführung der UV-Bestrahlung entspricht dabei den vorstehend bereits gemachten Ausführungen. Nach Beendigung der UV-Bestrahlungsphase schließt sich die Bestrahlungsphase mit IR-Strahlung an. Die IR-Bestrahlung wird realisiert, indem, wie vorstehend bereits beschrieben, der verwendeten UV-Strahlungsquelle ein UV-Filter vorgeschaltet und entsprechend bestrahlt wird. Die nachgeschaltete IR-Bestrahlungsphase kann beispielsweise 0,5 bis 30 Minuten betragen. Ansonsten gelten die vorstehend bereits gemachten Aussagen bezüglich der IR-Bestrahlung.

Die Kopplung einer UV-Bestrahlungsphase mit einer nachgeschalteten IR-Bestrahlungsphase kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn im applizierten Beschichtungsmittel neben den strahlungshärtbaren Bindemitteln noch weitere Bindemittel enthalten sind, die über einen zusätzlichen Mechanismus vernetzen und/oder physikalisch trocknend sind. Die abschließende IR-Trocknungsphase führt in diesen Fällen rasch zur vollständigen Aushärtung der applizierten Beschichtung.

Neben diesen beiden nur beispielhaft erläuterten Kombinationen verschiedener Bestrahlungsintervalle sind natürlich beliebige weitere Kombinationen von UV-, IR- oder UV- und IR-Bestrahlung möglich. Weitere denkbare Beispiele für Kombinationen sind: IR- Bestrahlung-UV-Bestrahlung-IR-Bestrahlung; UV-Bestrahlung-IR-Bestrahlung-UV- Bestrahlung-IR-Bestrahlung. Desweiteren ist es auch möglich, verschiedene Bestrahlungsintervalle im Zusammenhang mit der Durchführung mehrerer Spritzgänge oder Arbeitsgänge oder im Zusammenhang mit der Strahlungshärtung mehrerer aufeinananderfolgender Schichten des Mehrschichtaufbaues anzuwenden.

Beispielsweise kann nach Applikation des zumindest teilweise strahlungshärtbaren Beschichtungsmittels in einem Spritzgang eine IR-Bestrahlung und eine anschließende UV- Bestrahlung erfolgen, nachfolgend wird das Beschichtungsmittel in einem oder mehreren weiteren Spritzgängen aufgebracht und es erfolgt wiederum zunächst eine IR- und anschließend eine UV-Bestrahlung.

Ebenso ist es möglich, im Mehrschichtaufbau zunächst einen zumindest teilweise strahlungshärtbaren Basislack zu applizieren und zunächst einer IR- und nachfolgend einer UV-Bestrahlung zu unterwerfen. Danach wird ein zumindest teilweise strahlungshärtbarer Klarlack appliziert und wieder zunächst einer IR- und nachfolgend einer UV-Bestrahlung unterworfen. Gegebenenfalls kann sich in beiden Fällen eine weitere IR-Bestrahlung anschließen. Die Strahlungshärtung der einzelnen Schichten des Mehrschichtaufbaues sowie der mittels mehrerer Spritzgänge aufgetragenen Schichten kann dabei jeweils mit gleicher oder unterschiedlicher Strahlungsintensität und unterschiedlicher Bestrahlungsdauer für jede Schicht einzeln oder für zwei oder mehr Schichten gemeinsam erfolgen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ein oder mehrere Schichten eines üblichen Mehrschichtaufbaus in der Fahrzeuglackierung gehärtet werden. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Mehrschichtaufbau aus Grundierung Füller, Basislack, Klarlack oder aus Grundierung, Füller, Einschichtdecklack handeln. Es können dabei ein oder mehrere Schichten des Mehrschichtaufbaus aus zumindest teilweise strahlungshärtbaren Beschichtungsmitteln erstellt werden.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise aushärtbaren Beschichtungsmittel unterliegen keiner Beschränkung, sie können wäßrig, mit Lösemitteln verdünnt oder frei von Lösemitteln und Wasser sein. Es kann sich um mittels energiereicher Strahlung bevorzugt mittels UV-Strahlung vollständig oder nur teilweise aushärtbare Beschichtungsmittel handeln. Bei mittels energiereicher Strahlung aushärtbaren Beschichtungsmitteln handelt es sich insbesondere um dem Fachmann bekannte kationisch und/oder radikalisch härtende Beschichtungsmittel. Bevorzugt sind radikalisch hütende Beschichtungsmittel. Bei Eiwirkung energiereicher Strahlung auf diese Beschichtungsmitteln entstehen im Beschichtungsmittel Radikale, die eine Vernetzung durch radikalische Polymerisation olefinischer Doppelbindungen auslösen.

Die bevorzugt einsetzbaren radikalisch härtenden Beschichtungsmittel enthalten übliche Prepolymere, wie Poly- oder Oligomere, die radikalisch polymerisierbare olefinische Doppelbindungen, insbesondere in Form von (Meth)acryloylgruppen im Molekül aufweisen.

Die Prepolymeren können in Kombination mit üblichen Reaktivverdünnern, d. h. reaktiven flüssigen Monomeren, vorliegen.

Beispiele für Prepolymere oder Oligomere sind (meth)acrylfunktionelle (Meth)acrylcopolymere, Epoxidharz(meth)acrylate, Polyester(meth)acrylate, Polyether(meth)acrylate, Polyurethan(meth)acrylate, ungesättigte Polyester, ungesättigte Polyurethane oder Silikon(meth)acrylate mit zahlenmittleren Molekularmassen (Mn) bevorzugt im Bereich von 200 bis 10000, besonders bevorzugt von 500 bis 3000 und mit durchschnittlich 2 bis 20, bevorzugt 3 bis 10 radikalisch polymerisierbaren, olefinischen Doppelbindungen pro Molekül. Unter (Meth)acryl ist hier Acryl und/oder Methacryl zu verstehen.

Werden Reaktivverdünner verwendet, so werden sie beispielsweise in Mengen von 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Prepolymeren und Reaktivverdünnern, eingesetzt. Es handelt sich um niedermolekulare definierte Verbindungen, die mono-, di- oder polyungesättigt sein können. Beispiele für solche Reaktivverdünner sind: (Meth)acrylsäure und deren Ester, Maleinsäure und deren Halbester, Vinylacetat, Vinylether, substituierte Vinylharnstoffe, Ethylen- und Propylenglykoldi(meth)acrylat, 1,3- und 1,4-Butandioldi(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Glycerintri-, -di- und -mono(meth)acrylat, Trimethylolpropantri-, -di- und -mono(meth)acrylat, Styrol, Vinyltoluol, Divinylbenzol, Pentaerythrittri- und -tetra(meth)acrylat, Di- und Tripropylenglykoldi(meth)acrylat, Hexandioldi(meth)acrylat. Die Reaktivverdünner können einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden. Bevorzugt werden als Reaktivverdünner Diacrylate wie z. B. Dipropylenglykoldiacrylat, Tripropylenglykoldiacrylat und/oder Hexandioldiacrylat eingesetzt.

Die radikalisch härtenden Beschichtungsmittel enthalten Photoinitiatoren, z. B. in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Summe von radikalisch polymerisierbaren Prepolymeren, Reaktivverdünnern und Photoinitiatoren. Geeignet sind die üblichen Photoinitiatoren, wie beispielsweise Benzoin und -derivate, Acetophenon und -derivate, z. B. 2,2-Diacetoxyacetophenon, Benzophenon und -derivate, Thioxanthon und -derivate, Anthrachinon, 1-Benzoylcyclohexanol, phosphororganische Verbindungen, wie z. B. Acylphospinoxide. Die Photoinitiatoren können allein oder in Kombination eingesetzt werden. Außerdem können weitere synergistische Komponenten, z. B. tertiäre Amine, eingesetzt werden.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel können neben dem mittels energiereicher Strahlung härtbaren Bindemittelsystem ein oder mehrere weitere Bindemittel enthalten. Bei den gegebenenfalls zusätzlich vorliegenden weiteren Bindemitteln kann es sich beispielsweise um übliche mittels Additions- und/oder Kondensationsreaktionen aushärtbare Bindemittelsysteme und/oder um übliche physikalisch trocknende Bindemittelsysteme handeln. Es ist auch möglich, daß das an sich mittels energiereicher Strahlung härtbare Bindemittelsystem zusätzlich zu den radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen zur Vernetzung durch Additions- und/oder Kondensationsreaktionen fähige Gruppen aufweist.

Bei den Additions- und/oder Kondensationsreaktionen im vorstehend genannten Sinne handelt es sich um dem Fachmann bekannte lackchemische Vernetzungsreaktionen wie beispielsweise die ringöffnende Addition einer Epoxidgruppe an eine Carboxylgruppe unter Bildung einer Ester- und einer Hydroxylgruppe, die Addition einer Hydroxylgruppe an eine Isocyanatgruppe unter Bildung einer Urethangruppe, die Reaktion einer Hydroxylgruppe mit einer blockierten Isocyanatgruppe unter Ausbildung einer Urethangruppe und Abspaltung des Blockierungsmittels, die Reaktion einer Hydroxylgruppe mit einer N-Methylolgruppe unter Wasserabspaltung die Reaktion einer Hydroxylgruppe mit einer N-Methylolethergruppe unter Abspaltung des Veretherungsalkohols, die Umesterungsreaktion einer Hydroxylgruppe mit einer Estergruppe unter Abspaltung des Veresterungsalkohols, die Umurethanisierungsreaktion einer Hydroxylgruppe mit einer Carbamatgruppe unter Alkoholabspaltung, die Reaktion einer Carbamatgruppe mit einer N-Methylolethergruppe unter Abspaltung des Veretherungsalkohols. Bevorzugt sind funktionelle Gruppen enthalten, die eine Vernetzung bei niedrigen Temperaturen, beipielsweise bei 20 bis 80°C ermöglichen. Besonders bevorzugt kann es sich um Hydroxyl- und Isocyanatgruppen handeln.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel können zusätzliche, für die Lackformulierung übliche Komponenten enthalten. Sie können z. B. lackübliche Additive enthalten. Bei den Additiven handelt es sich um die üblichen auf dem Lacksektor einsetzbaren Additive. Beispiele für solche Additive sind Verlaufsmittel, Antikratermittel, Antischaummittel, Katalysatoren, Haftvermittler, rheologiebeeinflussende Additive, Verdicker, Lichtschutzmittel und Emulgatoren. Die Additive werden in üblichen, dem Fachmann geläufigen Mengen eingesetzt.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Beschichtungsmittel können geringe Mengen an organischen Lösemitteln und/oder Wasser enthalten. Bei den Lösemitteln handelt es sich um übliche lacktechnische Lösemittel. Diese können aus der Herstellung der Bindemittel stammen oder werden separat zugegeben. Beispiele für solche Lösemittel sind ein- oder mehrwertige Alkohole, z. B. Propanol, Butanol, Hexanol; Glykolether oder -ester, z. B. Diethylenglykoldialkylether, Dipropylenglykoldialkylether, jeweils mit C1- bis C6-Alkyl, Ethoxypropanol, Butylglykol; Glykole, z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol und deren Oligomere, Ester, wie z. B. Butylacetat und Amylacetat, N-Methylpyrrolidon sowie Ketone, z. B. Methylethylketon, Aceton, Cyclohexanon; aromatische oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Toluol, Xylol oder lineare oder verzweigte aliphatische C6-C12- Kohlenwasserstoffe.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Beschichtungsmittel können Pigmente und/oder Füllstoffe enthalten. Es handelt sich dabei um die üblichen in der Lackindustrie einsetzbaren Füllstoffe und organischen oder anorganischen farb- und/oder effektgebenden Pigmente und Korrosionsschutzpigmente. Beispiele für anorganische oder organische Farbpigmente sind Titandioxid, mikronisiertes Titandioxid, Eisenoxidpigmente, Ruß, Azopigmente, Phthalocyaninpigmente, Chinacridon- und Pyrrolopyrrolpigmente. Beispiele für Effektpigmente sind: Metallpigmente, z. B. aus Aluminium, Kupfer oder anderen Metallen; Interferenzpigmente, wie z. B. metalloxidbeschichtete Metallpigmente, z. B. titandioxidbeschichtetes oder mischoxidbeschichtetes Aluminium, beschichteter Glimmer, wie z. B. titandioxidbeschichteter Glimmer und Graphiteffektpigmente. Beispiele für Füllstoffe sind Siliciumdioxid, Aluminiumsilikat, Bariumsulfat und Talkum.

Die generelle Zusammensetzung der einsetzbaren Beschichtungsmittel, beispielsweise die Art der Pigmentierung, richtet sich danach, welche Schicht des Mehrschichtaufbaus mit den Beschichtungsmitteln erstellt werden soll.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in einfacher Weise ohne großen apparativen und kostenintensiven Aufwand die Vorzüge einer kombinierten UV/IR-Härtung ausgenutzt werden. Rasch und ohne größere zeitliche Verzögerung können mehrere Bestrahlungsintervalle mit IR- oder mit UV-Strahlung abwechselnd aufeinanderfolgen. Es ist nicht erforderlich mehrere Strahlungsquellen zu positionieren, was insbesondere bei der Ausbesserung von kleineren Schadstellen uneffektiv wäre. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere in einer Lackierwerkstatt, beispielsweise zur Reparaturlackierung, ein wirtschaftlicheres Arbeiten.

Die Erfindung soll an Hand des folgenden Beispiels näher erläutert werden.

Beispiel

Zunächst wurde ein mittels UV-Strahlung härtbarer Klarlack hergestellt. Dazu wurden folgende Komponenten miteinander vermischt und mittels Schnellrührer einige Minuten homogenisiert:

55 g Jägalux 5154 (OH- und acryloylfunktionelles Bindemittel)

10 g eines handelsüblichen Polyisocyanates (Desmodur N 75)

3,8 g eines handelsüblichen Photoinitiators auf Basis Arylphosphinoxid (Lucirin TPO)

0,5 g eines handelsüblichen Verlaufsmittels (Byketol OK)

2,5 g Butylacetat

Erstellung eines Mehrschichtaufbaus

Auf füllerbeschichtetes KTL-Blech wurde ein Wasserbasislack (hergestellt entsprechend DE- A 196 43 802, Herstellungsbeispiel 4) in einer resultierenden Trockenfilmschichtdicke von etwa 15 µm appliziert. Anschließend erfolgte eine IR-Bestrahlung. Zur Bestrahlung wurde eine mit einem aufsteckbaren UV-Filter (Glasfilter GG 475 der Firma Schott, Größe: 50 × 50 mm2, Dicke: 2 mm) versehene UV-Blitzlampe (Leistung 3500 Ws, ca 50% IR-Strahlungsanteil im Emissionsspektrum) eingesetzt. Die Bestrahlung erfolgte mit 30 Blitzen, die im Abstand von etwa 4 s ausgelöst wurden, bei einem Objektabstand von etwa 20 cm.

Anschließend wurde der wie vorstehend beschrieben hergestellte mittels UV-Strahlung härtbare Klarlack in einer resultierenden Trockenfilmschichtdicke von etwa 50 µm appliziert.

Nach einer Ablüftphase von 5 Minuten bei erfolgte eine IR-Bestrahlung des applizierten Klarlackes. Dazu wurde die vorstehend genannte mit dem UV-Filter modifizierte UV-Blitzlampe eingesetzt. Die Bestrahlung erfolgte mit 20 Blitzen, die im Abstand von ca. 4 s ausgelöst wurden, bei einem Objektabstand von etwa 20 cm. Anschließend erfolgte die UV- Bestrahlung. Dazu wurde der UV-Filter von der UV-Blitzlampe entfernt und ein IR-Filter (Glasfilter FG 3 der Firma Schott, Größe: 50 × 50 mm2, Dicke: 2 mm) aufgesteckt. Die Bestrahlung erfolgte mit 20 Blitzen, die im Abstand von ca. 4 s ausgelöst wurden, bei einem Objektabstand von etwa 20 cm.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Mehrschichtlackierung durch Auftrag einer oder mehrerer Füller- und/oder weiterer Überzugsmittelschichten auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat und anschließend einer Decklackschicht aus einem Basislack/Klarlackaufbau oder aus einem pigmentierten Einschichtdecklack, wobei mindestens eine der Schichten des Mehrschichtaufbaus aus einem mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel erstellt wird und diese Schicht(en) mit UV-Strahlung und IR-Strahlung bestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung mit UV- und IR-Strahlung eine UV-Strahlungsquelle verwendet wird, die in ihrem Emissionsspektrum einen IR-Strahlungsanteil aufweist und daß durch abwechselndes Vorschalten eines UV-Filters und eines IR-Filters und/oder abwechselndes Vorschalten und Weglassen eines UV-Filters oder eines IR-Filters vor die Strahlungsquelle mindestens zwei Bestrahlungsintervalle ausgebildet werden, während derer unterschiedlich mit UV-Strahlung, IR-Strahlung oder gleichzeitig mit UV-Strahlung und IR-Strahlung bestrahlt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd UV-Filter und IR-Filter vorgeschaltet und damit Bestrahlungsintervalle von IR-Strahlung und UV- Strahlung ausgebildet werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd ein UV-Filter vorgeschaltet und weggelassen wird, wodurch abwechselnde Bestrahlungsintervalle mit IR-Strahlung und gleichzeitig UV-Strahlung und IR-Strahlung erfolgen.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd ein IR-Filter vorgeschaltet und weggelassen wird, wodurch Bestrahlungsintervalle mit UV-Strahlung und gleichzeitig IR- und UV-Strahlung ausgebildet werden.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bestrahlungsintervall unter Vorschalten eines UV-Filters mit IR-Strahlung durchgeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bestrahlungsintervall unter Vorschalten eines UV-Filters mit IR-Strahlung durchgeführt wird, und das zweite Bestrahlungsintervall unter Vorschalten eines IR-Filters mit UV- Strahlung durchgeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend ein drittes Bestrahlungsintervall unter Vorschaltung eines UV-Filters mit IR-Strahlung durchgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine UV-Strahlungsquelle verwendet, die in ihrem Emissionsspektrum einen IR- Strahlungsanteil im Wellenlängenbereich von 700 bis 2500 nm aufweist.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Bestrahlungsintervalle mit IR-Strahlung allein oder IR-Strahlung zusammen mit UV- Strahlung im Bereich von 0,5 bis 30 Minuten verwendet werden.
  10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das Bestrahlungsintervalle für die Bestrahlung mit UV-Strahlung in der Größenordnung von einer Millisekunde bis 5 Minuten verwendet werden.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als UV-Strahlungsquelle UV-Blitzlampen verwendet werden.






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