Die elektrostatische Abscheidung von Feststoffen aus ihrer Dispersion in Luft, insbesondere auch die Anwendung dieses Prinzips in Elektrofiltern, ist seit langem bekannt. Verhältnismässig neueren Datums ist die Übertragung des genannten Prinzips auf die Abscheidung von Lackpulvern aus ihrer Dispersion in Luft. da geeignete pulverförmige Kunststoffmaterialien noch nicht erhältlich waren.
Anhand der Fig. 1 und 2 werden zwei bekannte Verfahren zur elektrostatischen Abscheidung eines Kunststoffpulvers auf einem Gegenstand nachfolgend kurz beschrieben. Beim ersten bekannten Verfahren wird gemäss Fig. 1 ein Kunststoffpulver aus einem Vorratsbehälter V mittels einer Injektordüse im Luftstrom L in eine Sprühdüse SD befördert, welche an der meist negativen Spannungsklemme eines Hochspannungsgleichrichters HT liegt, dessen andere Spannungsklemme an Erde E liegt. Das Kunststoffpulver wird in der Sprühdüse SD aufgeladen und durch den Luftstrom und das zwischen der Sprühdüse SD und dem geerdeten Gegenstand 0 bestehende elektrostatische Feld zum Gegenstand O getragen und dort grösstenteils abgeschieden. Der Gegenstand 0 ist meistens an einem mit Erde E verbundenen Conveyor C aufgehängt.
Bei einem zweiten, bekannten Verfahren wird ein elektrostatisches Wirbelbett verwendet. Gemäss Fig. 2 wird hierzu in einem Trog T Kunststoffpulver durch einen von einem Ventilator VT erzeugten Luftstrom aufgewirbelt, wobei die Pulver-Luftmischung durch einen Sprühdraht S, der mit der einen Spannungsklemme des Hochspannungsgleichrichters HT verbunden ist, aufgeladen wird. Der Gegenstand 0, der geerdet ist, und zwar über den an Erde E liegenden Conveyor C, und der demnach ein gegenüber dem Sprühdraht positives Potential aufweist, wirkt dann als Abscheidungselektrode für das negativ aufgeladene Kunststoffpulver.
Nach der in der beschriebenen Weise gemäss Fig. 1 oder 2 erfolgten Beschichtung des Gegenstandes mit verhältnismässig losem Kunststoffpulver wird die aufgebrachte Schicht in einem Einbrennofen gesintert und verschmolzen. In bekannter Weise verwendete Einbrennöfen arbeiten meist nach einem kombinierten Strahlungs- und Konvektionsprinzip.
Zur Erzeugung von Kunststoff-Pulverbeschichtungen ist es bekannt, unter anderen die folgenden Kunststoffe zu verwenden: Polyamide, Epoxy-Carbamid-Kombinationen, Polyacrylate, Celluloseacetobutyrate, Polyäthylen, Polyvinylchloride, Alkyd-Carbamid-Kombinationen, Polytetrafluo äthylen, wobei die Partikelgrösse zwischen 20 und 80um beträgt. Beim erstgenannten Verfahren wird vorzugsweise eine Partikelgrösse von 20 bis 40um vorgesehen, während beim zweitgenannten Wirbelsinterverfahren eine Partikelgrösse von 60 bis 80um zweckmässig ist.
Die beschriebenen, bekannten Verfahren weisen verschiedene Nachteile auf. Durch das Beschichten des Gegenstandes mit dem Kunststoffpulver enthält die lockere Pulverschicht eine grosse Menge Luft, die im Verlaufe der Sinterung aus der Schicht entweichen muss. Das Entweichen der Luft wird dann erschwert, wenn die Pulverschicht zunächst im äussersten, d. h. von der Unterlage am weitesten entfernten Schichtteil gesintert und verschmolzen wird, während die inneren Schichtteile zunächst noch pulverförmig bleiben und erst nach längerer Zeit den Sinter- und Verschmelzungsprozess durchmachen. Die Folge hiervon ist, dass die so erzeugten Schichten eine schlechte innere Kohäsion und eine schlechte Adhäsion auf der Unterlage aufweisen, wobei Kohäsion und Adhäsion meist schlechter sind als bei einer mittels eines flüssigen Lacks erzeugten Lackschicht.
Bei Langzeitversuchen zeigen die bekannten Pulverbeschichtungen zudem eine geringere Wetterbeständigkeit und eine höhere Permeabilität für Wasserdampf als bekannte Beschichtungen mit einem flüssigen Lack. Untersuchungen lassen es als wahrscheinlich erscheinen, dass sich die Kunststoffpartikeln beim Flug durch die Luft mit einer Adsorptionsschicht eines artfremden Materials umgeben, welche Adsorptionsschicht dem Verfliessen des Pulvers zu einer homogenen Schicht hinderlich ist. Des fernern konnte anhand des Verfahrens zur Bestimmung der Veränderung des infinitesimalen Härte-Verhaltens (IHV) von Schichten in Wasserdampfatmosphäre im Kurzzeitversuch (vgl. Zeitschrift Farbe und Lack, 76. Jahrgang, Nr. 11, 1970, Seiten 1091 bis 1099) die Anfälligkeit der oben beschriebenen, bekannten Pulverbeschichtungen am rapiden Absinken der gemessenen IHV-Werte nachgewiesen werden.
Demgegenüber weist ein üblicher Lack bereits in seinem flüssigen Zustand zwischen den Kunststoffpartikeln praktisch eine gewisse innere Kohäsion auf. Zudem umhüllen sich die elektrostatisch aufgebrachten Lackpartikeln im Flug meistens mit einer schützenden Verdünnerhaut, so dass die auf dem Gegenstand elektrostatisch niedergeschlagenen Partikeln rasch ineinander verfliessen.
Die auf die beschriebene, bekannte Weise erzeugten Pulverbeschichtungen zeigen auch eine gewisse Kapillar Permeation, indem unter der aufgebrachten Schicht liegende Fremdsubstanzen durch die Schicht hindurch kapillar emporsteigen und die Schicht zerstören oder verfärben können.
Demgegenüber weist eine Lackschicht je nach Wechselwirkung zwischen dem Pigment und dem Kunstharz (Pseudo-Benetzung oder Effektiv-Benetzung) polymolekulare oder molekulare Permeation auf. Bei einer Pseudo-Benetzung oder Coulombschen Benetzung berühren sich die Grenzflächen, z. B.
die Pigmentoberfläche und die Kunstharzoberfläche des Lacks, nicht direkt. Ein Zusammenhang wird nur durch Coulombsche Kräfte gewährleistet, wobei die Wechselwirkungsenergie etwa 2 Kcal/Mol beträgt. Bei einer Effektiv-Benetzung dagegen werden die Grenzflächen durch H-Brückenbildung (Van der Waals-Kräfte) zusammengehalten, wobei die Wechselwirkungsenergie etwa 5 bis 20 Kcal/Mol beträgt.
Das nachträgliche Einbrennen der Pulverbeschichtungen in einem Strahlungs-Konvektionsofen hat zudem wärmewirtschaftliche Nachteile, da für den Wärmetransport durch die Kunststoffschicht hindurch ein grosses Temperaturgefälle vorgesehen werden muss.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die angeführten Nachteile bekannter Kunststoff-Pulverbeschichtungen zu vermeiden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die bei den bekannten Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes mit einem pulverförmigen Kunststoffmaterial auf elektrostatischem Wege erzeugten Schichten nicht homogen sind, sondern stets innere Grenzflächen aufweisen, welche eine Kapillar-Permeation oder Polymolekular Permeation begünstigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, diese bleibenden, schädlichen Grenzschichten mindestens teilweise zu eliminieren. Eine solche teilweise Eliminierung kann erwünscht sein, wenn für bestimmte Anwendungen von Beschichtungen, z. B. bei Primern oder beabsichtigt feuchtigkeitspermeablen Schichten, es erforderlich ist, nur bis zur genannten Pseudo-Benetzung oder gar zu einer makroskopisch partiellen Benetzung, nicht aber bis zur genannten Effektiv Benetzung zwischen Kunststoffpartikeln oder zwischen Pigment- und Kunststoffpartikeln zu gehen. Es ist aber in jedem Fall erforderlich, eine in ihrem strukturellen Aspekt gleichförmige Schicht zu erhalten.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist das Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes mit einem pulverförmigen Kunststoffmaterial auf elektrostatischem Wege erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Pulverpartikeln während oder vor dem Aufbringen auf den Gegenstand mit einer zur Bildung von intermolekularen Bindungen zwischen den Partikeln befähigten Oberflächenschicht versehen werden.
Aus thermodynamischen Gründen ist einzusehen, dass flüssige Oberflächenschichten oder insbesondere zu Wasserstoffbrückenbildung befähigte Oberflächenschichten auf den Kunststoff-Pulverpartikeln die Verbindung der Partner dieser Grenzschichten begünstigen können. Auf den ersten Anblick mag es widersprüchlich erscheinen, zur Behebung störender Grenzflächen neue Grenzflächen zu erzeugen; jedoch haben diese neuen Grenzflächen die Eigenschaft, die Verbindung der ursprünglichen Grenzschichtpartner zu gewährleisten.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend beispielsweise näher erläutert, insbesondere anhand der Zeichnung, in welcher mehrere Einrichtungen zur Ausführung der bekannten und des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zur Ausführung des ersten, eingangs beschriebenen, bekannten Verfahrens,
Fig. 2 eine Einrichtung zur Ausführung des zweiten, eingangs beschriebenen, bekannten Verfahrens,
Fig. 3 eine Einrichtung zum Aufbringen einer Adsorptionsschicht auf zum zu beschichtenden Gegenstand fliegende Kunststoff-Pulverpartikeln,
Fig. 4, 5, 6 und 7 drei weitere Einrichtungen zum Aufbringen einer Adsorptionsschicht auf den Kunststoff-Pulverpartikeln,
Fig. 8 eine Einrichtung zum Aufbringen der Oberflächenschicht auf die Kunststoff-Pulverpartikeln vor deren Versprühen,
Fig.
9 eine Einrichtung zum Anschmelzen der Pulverpartikeloberflächen durch Wärmeeinwirkung auf den zu beschichtenden Gegenstand,
Fig. 10 eine Einrichtung zur Wärmeeinwirkung in einer zwischen einer elektrostatischen Sprüh- und Aufladungsvorrichtung und dem Gegenstand liegenden Zone,
Fig. 11 eine Einrichtung zur Wärmeeinwirkung in der elektrostatischen Sprüh- und Aufladungsvorrichtung,
Fig. 12 IHV-Werte einer nach einem bekannten Verfahren auf einem Gegenstand elektrostatisch aufgebrachten und nachträglich durch Wärmeeinwirkung verschmolzenen Kunststoff-Pulverschicht,
Fig. 13 IHV-Werte einer nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens auf einen Gegenstand elektrostatisch aufgebrachten, während des Schichtaufbaus durch Wärmeeinwirkung verschmolzenen Kunststoff-Pulverschicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise so durchgeführt werden, dass die Kunststoff-Pulverpartikeln während ihres Fluges von einer elektrostatischen Sprüh- und Aufladungsvorrichtung zum zu beschichtenden Gegenstand mit einer Adsorptionsschicht versehen werden, welche den Zusammenschluss der Kunststoff-Pulverpartikeln bei ihrem Auftreffen auf den Gegenstand bewirkt. Derartige Adsorptionsschichten niedermolekularer Schichtdicke bilden sich auf Festkörpern, d. h. den Kunststoff-Pulverpartikeln, sehr rasch, wenn diese bei normaler oder erhöhter Temperatur in eine gesättigte Dampfatmosphäre des Adsorptionsmittels gebracht werden. Bei geeigneter Wahl des Adsorptionsmittels ist dieses zufolge seiner funktionellen Gruppen in der Lage, Wasserstoffbrückenverbindungen zwischen den Pulverpartikeln zu bilden.
Solche Brücken führen dann auf dem besprühten Gegenstand zu dichten Haftstellen, d. h. zu effektiv-benetzten dichten Schichten mit besonders grossen Haftkräften gegenüber metallischen und oxidischen Unterlagen. Die Adsorptionsschichten bilden sich um so stärker aus, je grösser die chemische Verwandtschaft (Polarität, funktionelle Gruppen bzw. kovalenter Bindungscharakter bei apolaren Stoffen) der adsorbierenden Oberfläche und dem adsorbierten Stoff ist. Als Beispiel sei genannt die Adsorption von Dämpfen polarer Lösungsmittel mit funktionellen Gruppen (-OH, = CO, = NH), z. B. höherer Alkohole (Isopropanol, Butanol), von Estern, Ketonen oder Aminen, an Kunstharzen mit ebenfalls funktionellen Gruppen (-OH, -OOC-, =NH), z. B. Polyvinylalkoholen, Polyacrylaten, Alkyd-Melamin Kombinationen.
Als Adsorptionsmittel kommen demnach organische Lösungsmittel in Betracht, beispielsweise aus der Klasse polarer Lösungsmittel Isopropanol, Wasser, n-Butanol, Äthylenglycolmonoäthyläther, Diacetonalkohol, Cyclohexanol, Methylisobutylcarbinol (Methylisobutylketon), Äthylenmonoglycolbutyläther, Äthylenglycolmonoäthylätheracetat. Aus der Klasse apolarer organischer Lösungsmittel kommen beispielsweise in Betracht Perchloräthylen, Xylol, Solventnaphta, Methylisobutylketon. Es können aber auch Adsorptionsmittel aus der Klasse der anorganischen Lösungsmittel verwendet werden, beispielsweise Wasser, Ammoniakwasser, azeotropes Gemisch von Wasser und einem Alkohol.
Es ist klar, dass bei Verwendung von Wasser als Adsorptionsmittel die Verwendung von wasserlöslichen Kunstharz Pulverpartikeln, die erst im Einbrennprozess ihre Wasserlöslichkeit verlieren, zweckmässig ist. Solche Kunstharze sind bekannt und werden beispielsweise beim elektrophoretischen Lackauftrag als organische Salze aus organischen Polysäuren, die mit Aminen zur Salzbildung gebracht worden sind, verwendet.
Der Adsorptionsvorgang als solcher bewirkt, dass die Konzentration des adsorbierten Stoffes auf der adsorbierenden Partikeloberfläche immer höher ist als im umgebenden Raum. Dies hat eine besondere Bedeutung, wenn anstelle des unexplosiven Wassers als Adsorptionsmittel Dämpfe verwendet werden, die zu Explosionen führen können. In diesem Falle erhält man auf der adsorbierenden Partikeloberfläche wirksame Konzentrationen, auch wenn die Konzentration der explosiven Dämpfe unterhalb der Explosionsgrenze gehalten wird.
In der Praxis können solche Dampfatmosphären des Adsorptionsmittels, durch welche die adsorbierenden Kunststoff Pulverpartikeln hindurchtreten sollen, in einfacher Weise dadurch erzeugt werden, dass nicht wie üblich im freien Raum elektrostatisch Pulver versprüht und aufgetragen wird, sondern dass der Behandlungsraum als geschlossene Schrankkonstruktion ausgebildet wird, wobei dieser geschlossene Raum mit dem betreffenden Dampf in einer unterhalb der Explosionsgrenze liegenden Konzentration gefüllt wird. Man kann den geschlossenen Raum auch mit inertem Gas oder mit dem Dampf des Adsorptionsmittels füllen.
In Fig. 3 ist eine zur Ausführung dieser Verfahrensvariante geeignete Einrichtung schematisch dargestellt. Ein geschlossener Raum RA ist mit dem Dampf des vorgesehenen Adsorptionsmittels, gegebenenfalls mit einem Gemisch des Dampfes mit einem inerten Gas, wie beispielsweise Stickstoff, gefüllt. Im Raum RA ist der zu beschichtende Gegenstand O an einem geerdeten Conveyor C aufgehängt. Gegenüber dem Gegenstand 0 ist in einer Raumwand eine Sprühdüse SD bekannter Bauart zur Zuführung eines Kunststoffpulver-Luftgemisches angeordnet, und zwar in einem Abstand D von beispielsweise 40 bis 80 cm vom Gegenstand O. Die Sprühdüse SD befindet sich auf einem gegenüber Erde negativen Potential von beispielsweise 80 kV, welches von einem nicht dargestellten, an die Sprühdüse SD angeschlossenen Hochspannungsgleichrichter geliefert wird.
In den Raumwänden sind oberhalb des Gegenstandes 0 und der Sprühdüse SD mehrere Vernebelungsdüsen VN für das vorgesehene dampfförmige Adsorptionsmittel angeordnet. Im unteren Teil des geschlossenen Raumes RA ist ferner ein Abzug A für die nicht auf den Gegenstand gelangenden Partikeln und das überschüssige Adsorptionsmittel angeordnet.
Zum Aufbringen der Adsorptionsschicht auf die Kunst stoff-Pulverpartikeln können diese auch in ihrem Flug zum
Gegenstand durch eine das vorgesehene Adsorptionsmittel enthaltende Zone geführt werden. Beispielsweise kann gemäss Fig. 4 zwischen der auf Hochspannung stehenden Sprühdüse
SD und dem am geerdeten Conveyor C aufgehängten Gegen stand 0 mittels entsprechend angeordneter Vernebelungs düsen VN ein Vorhang des Dampfes des Adsorptionsmittels etwa senkrecht zum Strahl des Pulver-Luftgemisches einge sprüht werden. Der Abstand D der Sprühdüse SD vom Ge genstand 0 beträgt in diesem Falle vorzugsweise 60 bis
100 cm. Die Vernebelungsdüsen VN können gemäss Fig. 5 auch so angeordnet werden, dass das Einsprühen des Ad sorptionsmittels in einem kleineren Winkel als 90 zum Strahl des eingesprühten Pulver-Luftgemisches erfolgt.
In einer weiteren Variante des vorliegenden Verfahrens kann die das Adsorptionsmittel enthaltende Zone direkt an der elektrostatischen Sprüh- und Aufladungsvorrichtung für das Kunststoffpulver erzeugt werden. Dadurch wird erreicht, dass die von der Sprühvorrichtung zum Gegenstand fliegenden Pulverpartikeln eine längere Zeit im Dampf des Adsorptionsmittels verweilen. Unter Umständen muss hierbei durch einen zusätzlichen, äusseren Luftmantel in der Sprühvorrichtung dafür gesorgt werden, dass keine Teile der Sprühvorrichtung durch das Adsorptionsmittel benetzt werden, da sich sonst an der Sprühvorrichtung grössere Mengen des Adsorptionsmittels ansammeln und Tropfenwurf verursachen könnten.
In Fig. 6 ist eine entsprechende Anordnung schematisch dargestellt, bei welcher mehrere Vernebelungsdüsen VN für das vorgesehene Adsorptionsmittel kreisförmig um die elektrostatische Sprühdüse SD für das Pulver-Luftgemisch angeordnet sind. Die Vernebelungsdüsen VN und die Sprühdüse SD liegen hierbei auf dem gleichen Hochspannungspotential. In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei welcher in der Längsachse einer auf Hochspannung liegenden Sprühdüse SD' für das Pulver-Luftgemisch ein Kanal K zur Zuführung des vorgesehenen Adsorptionsmittels angeordnet ist. Der Kanal K ist ausserhalb der Öffnung der Sprühdüse SD' mit einem Zerstäuberkopf ZK für das Adsorptionsmittel abgeschlossen.
Da der Zerstäuberkopf ZK gleichzeitig eine Fächerung des aus dem Ringkanal RK der Sprühdüse SD' austretenden Pulver-Luftgemisches bewirkt, ist er mit Vorteil längs der Achse der Sprühdüse SD' verschiebbar angeordnet, so dass die Breite des Strahls des Pulver-Luftgemisches eingestellt werden kann. Um einen schmaleren Strahl des Pulver-Luftgemisches zu erzielen, kann zusätzlich zum Zerstäuberkopf ZK und Kanal K für das Adsorptionsmittel oder an deren Stelle eine ringförmige Zerstäuberdüse RD für das Adsorptionsmittel vorgesehen werden.
Die Erzeugung von Adsorptionsschichten auf den Oberflächen der Kunststoff-Pulverpartikeln kann aber auch schon vor dem Versprühen der Partikeln vorgenommen werden, beispielsweise indem das Kunststoffpulver auf dem Weg von einem Vorratsbehälter zu einer Förderleitung für das Luft Pulvergemisch einer Dampfatmosphäre des Adsorptionsmittels ausgesetzt wird. In Fig. 8 ist eine beispielsweise Einrichtung zur Ausführung dieser Verfahrensvariante schematisch dargestellt. Von einem Kunststoffpulver-Vorratsgefäss V gelangt das Pulver über eine Förderschnecke FS in einen Adsorptionsturm AT, der beispielsweise eine Höhe von 60 cm und einen Durchmesser von 20 cm aufweist. Am unteren Ende des Adsorptionsturmes AT ist ein Einlass E für das vorgesehene, dampfförmige Adsorptionsmittel angebracht.
Am oberen Ende des Adsorptionsturmes AT ist ein Abzug A für das Adsorptionsmittel vorgesehen, so dass das Adsorptionsmittel im Gegenstrom zum Kunststoffpulver den Adsorptionsturm AT passiert. Der Adsorptionsturm AT mündet in eine Förderleitung FL, in welcher ein Luftinjektor LI angeordnet ist. In der Förderleitung FL strömt demnach ein Pulver-Luftgemisch zu einer üblichen elektrostatischen Sprüh-und Aufladungsvorrichtung, wobei die Pulverpartikeln des Pulver-Lufgemisches mit einer Schicht des Adsorptionsmittels versehen sind.
Die erfindungsgemäss zur Bildung von intermolekularen Bindungen zwischen den Kunststoff-Pulverpartikeln befähigte Oberflächenschicht der Partikeln kann auch dadurch erzeugt werden, dass die Oberfläche der Kunststoff-Pulverpartikeln mittels Wärmeeinwirkung angeschmolzen werden.
Pulverpartikeln mit solchen Schmelzflussschichten sind zum gegenseitigen Verfliessen unter Ausbildung eines zusammenhängenden Films sehr gut geeignet. Für das Anschmelzen der Oberfläche der Pulverpartikeln kommt als Wärmeeinwirkung eine konvektive Wärmeübertragung in Frage, d. h. eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung, beispielsweise mittels eines auf etwa 2500 C aufgeheizten, bewegten Luftstroms, der sich relativ zu den Pulverpartikel-Oberflächen bewegt.
Die Wärmeeinwirkung kann aber auch durch absorptive Wärmeübertragung erfolgen, d. h. durch Absorption eingestrahlter Wärmeenergie, z B. der Strahlung eines Infrarotstrahlers oder eines Laserstrahlers. Als Infrarotstrahlung wird mit Vorteil die hauptsächlich oberflächenaktive, langwellige Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 3.10-2 bis 3.10-4 cm verwendet, als Laserstrahler die möglichst ausserhalb des Gebietes sichtbarer Wellen liegende Strahlung mit einer Wellenlänge von grösser als 500 nm.
Die Wärmeeinwirkung kann hierbei beim elektrostatischen Aufsprühen der Kunststoff-Pulverpartikeln auf der Oberfläche des Gegenstandes vorgenommen werden, jedoch auf alle Fälle vor dem nachfolgenden, endgültigen Einbrennprozess. Eine zur Ausführung dieser Verfahrensvariante geeignete Einrichtung ist in Fig. 9 schematisch dargestellt. In einem Abstand D von beispielsweise 40 bis 60 cm von dem zu beschichtenden, an einem geerdeten Conveyor C aufgehängten Gegenstand 0 ist eine Sprühdüse SD für das Pulver Luftgemisch angeordnet, welche Sprühdüse wiederum auf Hochspannungspotential liegt.
Mehrere Wärmestrahler WS, die Infrarot-Strahler oder eine Laservorrichtung mit einem gefächerten Laserstrahl sein können, sind in der Nähe der Spruhduse SD angeordnet und sind so gerichtet, dass die Wärmeabsorption ihrer Strahlung zur Hauptsache durch das auf den Gegenstand niedergeschlagene Kunststoffpulver erfolgt, so, dass sich die auf dem Gegenstand eintreffenden Pulverpartikeln sofort mit einer fliessfähigen Grenzschicht umgeben und beim Auftreffen auf das Objekt gegenseitig haften und verfliessen. Die Laservorrichtung kann mit der elektrostatischen Sprühdüse direkt zusammengebaut oder als getrennte Vorrichtung ausgebildet sein.
Die Wärmeeinwirkung kann auch in einer zwischen der elektrostatischen Sprüh- und Aufladungsvorrichtung und dem Gegenstand liegenden Zone vorgenommen werden, da die Kunststoff-Pulverpartikeln nicht translatorisch durch den Raum zwischen der Sprühvorrichtung und dem Gegenstand fliegen, sondern unregelmässige Rotationsbewegungen ausführen. In Fig. 10 ist eine entsprechende Einrichtung schematisch dargestellt, bei welcher die zu beschichtenden Gegenstände 0 durch den Conveyor C kontinuierlich gefördert werden. In einem Abstand D von 40 bis 80 cm ist senkrecht zur Conveyorachse die elektrostatische Sprühdüse SD angeordnet. Der von den Kunststoff-Pulverpartikeln durchflogene Raum zwischen der Sprühdüse SD und dem Conveyor C ist der Wärmestrahlung mehrerer Infrarot- oder Laserstrahler WS ausgesetzt, welche die Erhitzung und das Anschmelzen der Oberflächen der Pulverpartikeln bewirken.
Zweckmässi gerweise wird das Aufsprühen in einer Umgebung erhöhter Temperatur vorgenommen, damit die durch die Strahler erzeugte fliessfähige Oberflächenschicht nicht vorzeitig erstarr
Wenn ein kurzfristiges Aufheizen bereits vorerwärmten Kunststoffpulvers zur Erzeugung fliessfähiger Partikeloberflächen genügt, können die Wärmestrahler direkt in der elektrostatischen Sprüh- und Aufladungsvorrichtung angeordnet werden. Bei der in Fig. 11 schematisch dargestellten Einrichtung ist die Sprühdüse SD, welche auf Hochspannungspotential liegt, mit einer Heizwicklung HW versehen, welche das im Innern der Düse SD geförderte Pulver-Luftgemisch vorwärmt.
Um die Düsenöffnung sind mehrere Infrarot- oder Laserstrahler WS angeordnet, deren Wärmestrahlen auf den aus der Düse SD austretenden, vorerwärmten Pulverstrahl gerichtet sind und die demnach an die Pulverpartikeln die zur Erzeugung fliessfähiger Partikeloberflächen erforderliche Zusatzwärme abgeben. Die dargestellte Einrichtung ist als Einheit ausgebildet und mit einem äusseren Gehäusemantel G versehen. Die der Heizwicklung HW zugeführte elektrische Leistung ist mit Vorteil regulierbar und beträgt höchstens
1000 W. Die Infrarot- oder Laserstrahler sind solche mit einer Leistung von mehr als 1000 W.
Bekanntlich werden bei der Herstellung von Sprühpulvern oder Wirbelsinterpulvern die Pulvermassen nach dem Durchgang durch ein Knetwerk in Zerkleinerungsmühlen, z. B.
Schlagkreuzmühlen, zu feinem Pulver vermahlen. Dieser bekannte Herstellungsvorgang für Kunststoffpulver erlaubt es, dem vermahlenen Kunststoffpulver ein ebenso feines, aber niedriger schmelzendes zweites Kunststoffpulver beizumischen, wobei dann die Pulvermischung elektrostatisch auf den Gegenstand gesprüht wird. Unter Anwendung eines der vorgängig beschriebenen Erwärmungsverfahren schmilzt das zweite, beigemischte Kunststoffpulver bei geringer Wärmeaufnahme aus einer Wärmestrahlung oder -Konvektion vor oder auf dem Gegenstand gegebenenfalls unter Bildung eines eutektischen Gemisches, wodurch der gewünschte innige Verband der Kunststoff-Pulverpartikeln erzielt wird.
Als niedrig schmelzende Kunststoffe können beispielsweise niedrig schmelzendes Polyäthylen (Schmelzintervall 105 bis 1300 C), Polyvinylacetat (Schmelzintervall 70 bis 1600 C) und Polyvinylalkohol (Schmelzpunktintervall 1000 C), d. h. ausgeprägt thermoplastische Kunststoffe verwendet werden.
Zur Erzielung der Wärmeeinwirkung auf die Kunststoff Pulverpartikeln zwecks Erzeugung der erfindungsgemässen Oberflächenschicht ist es auch möglich, den zu beschichtenden Gegenstand unmittelbar vor seinem Einbringen in den elektrostatischen Sprüh- und Beschichtungsbereich auf eine Temperatur vorzuwärmen, die mindestens gleich der Schmelztemperatur der äusseren Schicht der Kunststoff-Pulverpartikeln ist. Dies ist dann möglich, wenn der zu beschichtende Gegenstand verhältnismässig massiv ist, d. h. eine grosse Wärmekapazität besitzt. Zum Vorwärmen wird ein Vorwärmofen, dessen Temperatur beispielsweise 2400 C beträgt, in nächster Nähe der elektrostatischen Pulverbeschichtungseinrichtung angeordnet, wobei die Gegenstände mit Vorteil an demselben Conveyor durch den Vorwärmofen und die Pulverbeschichtungseinrichtung geführt werden.
Vorzugsweise wird der Gegenstand nach seinem Einbringen in den elektrostatischen Sprüh- und Beschichtungsbereich auf der gleichen Temperatur gehalten.
Die Erzeugung der zur Bildung von intermolekularen Bindungen zwischen den Kunststoff-Pulverpartikeln befähigten Oberflächenschicht auf den Partikeln kann auch dadurch erfolgen, dass Kunststoff-Pulverpartikeln verwendet, d. h.
im elektrostatischen Feld versprüht werden, die vor dem Versprühen mit einem zusätzlichen Material umhüllt worden sind. Dieses Umhüllen kann in der letzten Phase der Pulver herstellung oder in den Pulvervorrats- und -förderungsein richtungen, z. B. im Pulvervorratsgefäss oder in der Pulverzuführungsleitung zur elektrostatischen Spritzdüse erfolgen, indem man das Umhüllungsmaterial in kleiner Menge dem Kunststoffpulver im Vorratsgefäss unter Umrühren oder im Pulver-Luftstrom zudosiert. Solche Umhüllungsverfahren sind bei pharmazeutischen Herstellungsverfahren unter der Bezeichnung conchieren bekannt. Als Umhüllungsmaterialien können hierbei beispielsweise die folgenden Stoffe verwendet werden: niedrigere Polymere als das hochpolymere Kunstharz der Pulverpartikeln, als Löser wirkende Stoffe wie z. B.
niedrig schmelzende Harze z. B. bei Epoxidharzen, an Stelle von verhältnismässig hochschmelzenden Bisphenol-A-diglycidiläthern die niedrig schmelzenden oder schon flüssigen Polypropylendiglycoldiglycidiläther, Weichmacher wie z. B.
Dinonyladipat oder Adipinsäurepolyester für PVC-Mischpolymerisate oder Benzylbutyladipiate für Polyacrylate, diiso-Nonylphthalat für Polystyrole. Für pigmentierte Kunststoffe können Metallhydroxide verwendet werden, die mit den oxidischen Stellen (funktionellen Gruppen) der Pigment Metalloxide in Wechselwirkung treten und so die Verbindung der aufgesprühten Pulverpartikeln über den Weg der Pigmentierung in einem schrittweisen Einbrennprozess bewirken.
In den Fig. 12 und 13 sind Messresultate an elektrostatisch mit einem Kunststoffpulver beschichteten Gegenständen dargestellt, wobei im Falle der Fig. 12 eine elektrostatisch auf den Gegenstand aufgebrachte Pulverschicht in bekannter Weise nachträglich durch Hitze verschmolzen wurde, während im Falle der Fig. 13 eine elektrostatisch auf den Gegenstand aufgebrachte Pulverschicht bereits während des Aufbaus der Schicht durch Hitze verschmolzen wurde. In beiden Fällen sind IHV-Messresultate, deren Bedeutung bereits erwähnt worden ist und deren Werte proportional einer gebrochenen Potenz des Elastizitätsmoduls sind, der für das Härteverhalten der Oberfläche bestimmend ist, in Abhängigkeit von der sich über einige Stunden erstreckenden Messzeit t bei einer Wasserdampf-Beanspruchung bei 20 C aufgetragen.
Es ist aus der Fig. 12 deutlich ersichtlich, dass das infinitesimale Härteverhalten einer nach bekannten Verfahren elektrostatisch aufgebrachten Schicht im Laufe der Zeit wesentlich abnimmt, was gleichbedeutend einer Verschlechterung der Güte der Kunststoffschicht ist, während sie bei einer nach dem vorliegenden Verfahren elektrostatisch aufgebrachten Schicht im Laufe der Zeit sogar zunimmt. Es ist deshalb ersichtlich, dass sich durch das vorliegende Verfahren eine Erhöhung der Beständigkeit des auf dem Gegenstand erzeugten Polymerfilms gegenüber äusseren Einflüssen bei Aussenbewitterungen erzielen lässt.