CH620239A5 - Process for the rapid curing of paint films - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnellhärtung von Lackfilmen bei dem ein auf ein Substrat aufgebrachter Lackfilm auf Basis lufttrocknender, ungesättigter Polyester sowie a,ß-olefinisch ungesättigter Monomere und Katalysatoren mittels Hochenergie-Impulsstrahlern härtet.

Dabei wird unter Schnellhärtung verstanden, dass die Härtung innerhalb weniger Sekunden erfolgt.

Vorzugsweise sind die erfindungsgemässen Lackfilme dek-kend pigmentierte Lackfilme. Härtungszeiten innerhalb weniger Sekunden waren bisher für deckend pigmentierte Lackschichten mit einer Schichtdicke in der Grössenordnung von 30-300 (x nicht bekannt.

Die Härtung unpigmentierter Lacke auf Basis ungesättigter Polyester unter Zusatz eines Fotosensibilisators und Einwirkung von UV-Licht ist bekannt. Die Härtung von klebfreien Polyesterfilmen ist nur dann möglich, wenn die Lacke entweder luftabschliessende Mittel, wie Paraffinlösungen, enthalten oder lufttrocknende Polyestertypen vewendet werden (US-PS 2 852 487, DT-AS 1 024 654, DT-OS 2 309 642). Werden praffinhaltige Lacke verwendet, ist ein Vorgelieren der Beschichtungen unerlässlich (Bestrahlung mit superaktinischen Leuchtstoffröhren über ca. 2 Minuten), um ein Aufschwimmen des Paraffins zu ermöglichen.

Verwendet man lufttrocknende Polyestertypen, so ist der Einsatz von Harzen, wie in DT-OS 2 166 601 und DT-AS 2 113 998 beschrieben, vorteilhaft. Der Einsatz eines Fotosensibilisators ist auch hier notwendig.

Die Härtung solcher Polyesterlacke mit Hochdruckquecksil-ber-(HDQ)-lampen ist in Zeiten über 30 sec. (DT-OS 2 166 601) bei Anwendung von Schichtstärken um 100 |i, oder gar nur unter Vorgelieren und anschliessendem DQ-Härten in Zeiten um 2 Minuten bei höheren Schichtstärken (siehe DT-AS 2 113 998) möglich.

Überraschend wurde nun gefunden, dass sich Polyesterbe-schichtungen auf Basis lufttrocknender Polyester nicht nur in kürzerer als den oben angegebenen Zeiten härten lassen, sondern dass sie zusätzlich deckend pigmentiert sein können, wobei praktisch alle in der Lackindustrie üblichen Pigmente eingesetzt werden können.

Dieses überraschende Ergebnis wurde erzielt durch

1. den Einsatz von speziellen Katalysatoren mit einer Anspringtemperatur von mehr als 40 °C insbesondere Peroxyden, beispielsweise aus der Gruppe des tert. Butylperoc-toats, tert. Butylperisononanats oder 2,5-Dimethylhexan-2,5-diperisononanats und gegebenenfalls Beschleunigern,

2. den Einsatz von Hochenergie-Impulsstrahlern.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Schnellhärtung von Lackfilmen, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass man wenigstens einen Lackfilm auf Basis lufttrocknender, ungesättigter Polyester, wenigstens einem a,ß-olefinisch ungesättigten Monomer und Katalysatoren mit einer Anspringtemperatur von mehr als 40 °C auf die zu beschichtende Fläche aufbringt und mittels Hochenergie-Impulsstrahlern härtet.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein deckend pigmentierter Lackfilm der Schnellhärtung unterworfen.

Vorzugsweise enthält der Lackfilm als Katalysator mit einer Anspringtemperatur von mehr als 40 ° C ein organisches Peroxid.

Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren der Schnellhärtung unterworfenen Lackfilme können als weitere Komponente noch zusätzliche Lackbindemittel, Beschleuniger, Promotoren und/oder eine Mischung aus zwei oder mehr derartigen zusätzlichen Komponenten enthalten.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann man zunächst einen entsprechenden deckend pigmentierten Lackfilm auftragen, diesen mit einer Schicht eines unpig-mentierten Lackes auf der gleichen Basis überschichten und dann die Härtung mittels Hochenergie-Impulsstrahlern durchführen. Ferner ist es auch möglich mehrer Lackschichten aufzutragen, wobei mit einer Schicht, die gegebenenfalls polyesterfrei sein kann, der Katalysator aufgebracht wird und mit einer anderen Schicht der Beschleuniger aufgebracht wird.

Besonders vorteilhaft ist es dabei Beschichtungen in einem Zweikopfgiessverfahren herzustellen, wobei eine Schicht ein Peroxid und die andere Beschleuniger enthält. Bei dieser Technik braucht nur die obere Schicht aus einem lufttrocknenden Polyester hergestellt werden.

Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eingesetzten Hochenergie-Impulsstrahler, beispielsweise Xenon-Impulsröhren, senden in kurzen Impulsen Strahlung hoher Intensität aus. Dabei beträgt die Energieabgabe pro Impuls ein Vielfaches der Energieabgabe einer kontinuierlichen Strahlungsquelle innerhalb der dem Impuls entsprechenden Zeit. Eine derartige Lampe bzw. ein Verfahren zur Aushärtung von Lackschichten mit dieser Lampe wird zum Beispiel in der deutschen Auslegeschrift 2 019 270 beschrieben.

Unpigmentierte und auch deckend pigmentierte Polyesterlacke auf Basis der in der U.S. Patentschrift Nr. 2 852 487 sowie der in der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 024 654 insbesondere in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 166 601 und der deutschen Auslegeschrift Nr. 2 113 998 beschriebenen lufttrocknenden Polyester können nach dem erfindungsgemässen Verfahren in Schichtdicken bis zu 300 [x und Härtungszeiten die unter 30 Sekunden liegen, zu kratzfesten Beschichtungen ausgehärtet werden.

Es war für den Fachmann auf diesem Gebiet in keiner s

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Weise zu erwarten, dass durch den Einsatz der oben definierten Harze und die Anwendung von Hochenergie-Impulsstrahler auch ohne Einsatz eines Fotosensibilisators pigmentierte Filme in derart kurzen Zeiten gehärtet werden können. Die Möglichkeit, auch ohne Fotosensibilisator zu arbeiten, bringt den Vorteil, dass auch bei langer Lichteinwirkung auf die fertigen Beschichtungen keine Gilbungen, hervorgerufen durch den Zerfall des Fotosensibilisators, auftreten können. Ein wichtiger Verfahrensvorteil ist auch darin zu sehen, dass im Gegensatz zu Polyesterschichten, die ausschliesslich unter Zusatz eines Fotosensibilisators UV-gehärtet werden, keine Gefahr besteht, dass Haftungsschwierigkeiten auftreten. Diese Haftungsschwierigkeiten, gekennzeichnet durch sogenannte Silberporen, werden in der DL-PS 106 055 eingehend beschrieben. Beschichtungen, nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt, zeigen dagegen eine ausgezeichnete Haftung zum Untergrund.

Es ist weiterhin bereits bekannt, dass man bei unpigmentier-ten oder nur schwach pigmentierten dünnen Lackschichten bis etwa 30 |i kurze Härtungszeiten erzielen kann, die ebenfalls in der Grössenordnung von etwa V2 bis 1 Minute liegen, wenn man als Strahlungsquelle nicht eine der üblichen kontinuierlich leuchtenden UV-emittierenden Strahlungsquellen einsetzt, sondern eine Xenon-Impulsröhre verwendet, welche eine intermittierende oder Impulsstrahlung aussendet. Eine derartige Lampe bzw. ein Verfahren zur Aushärtung von Lackschichten mit dieser Lampe wird beispielsweise in der DT-AS 2 019 270 beschrieben.

Erfindungsgemäss ist es erstmals möglich, mit Härtungszeiten in der Grössenordnung von etwa 10 bis 12 Sekunden auszukommen, wobei nur in extremen Fällen (besonders starke Pigmentierung bzw. besonders grosse Schichtdicke) mit Härtungszeiten von bis zu etwa 20 Sekunden gerechnet werden muss.

In der DT-AS 1 964 969, die sich auch mit der Härtung von pigmentierten Lackfilmen beschäftigt, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Härtung der dort beschriebenen Filme nur mit HDQ-Lampen möglich ist. Die dort beschriebenen Zeiten sprechen dafür, dass dabei der IR-Anteil der HDQ-Lampen ausgenutzt wird. Die in der DT-AS 1 964 969 angegebenen Zeiten zur Härtung der Lacksichten liegen bei gleichen Schichtstärken wesentlich über den durch das vorliegende Verfahren möglichen erzielbaren Zeiten. Ausserdem liegen die in obiger DT-AS angegebenen Schichtstärken weit unter denen, die im vorliegenden Verfahren möglich sind. Schliesslich wird in keiner Weise auf den besonderen Vorteil der Verwendung lufttrocknender Polyesterharze, wie in den US-PS 2 852 487, DT-AS 1 024 654 und besonders in den DT-OS 2 166 601 und DT-AS 2 113 998 beschrieben, hingewiesen.

Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern, ohne dass diese jedoch hierauf beschränkt sein soll.

Beispiel 1 Herstellung des Polyesterharzes

27,20 Gew.-Teile Fumarsäure, 16 Gew.-Teile Äthylengly-kol, 3 Gew.-Teile Diäthylenglykol und 8,9 Gew.-Teile Phthal-säureanhydrid werden unter Überleiten von Stickstoff langsam auf 180 °C erhitzt. Es wird so lange kondensiert, bis eine Säurezahl von 88 erreicht ist. Dann wird auf 150 ° C abgekühlt und 12,70 Gew.-Teile Trimethylolpropandiallyläther zugegeben. Dann wird bei maximal 160° C und unter Stickstoffüberleiten auf eine Säurezahl < 30 kondensiert. Zur Stabilisierung während der Kochung hat sich ein Zusatz von 0,005 Gew.-Teilen Hydrochinon bewährt.

Dann wird auf 120°C abgekühlt und 19 Gew.-Teile Styrol, die mit 0,002 Gew.-Teilen Hydrochinon versetzt sind, zugefügt. Aus der so erhaltenen Lösung wird folgende Mischung hergestellt:

30 Gew.-Teile Polyesterharz, 10 Gew.-Teile Titandioxyd, 10 Gew.-Teile Kreide, 3 Gew.-Teile niederviskose esterlösliche Nitrowelle, 8 Gew.-Teile Methylmethacrylat, 15 Gew.-Teile Isobutylacetat, 10 Gew.-Teile Styrol, 2 Gew.-Teile Äthylgly-kol, 8 Gew.-Teile Toluol, 2 Gew.-Teile (1,5% Metallgehalt) Co-Naphthenat, 2 Gew.-Teile tert. Butylperoctoat.

Die Mischung wird in einer Schichtstärke von 100 |i, auf mit UV-Spachtel versehene Spanplatten aufgezogen. Nach einer Abdunstzeit von 2 Minuten bei Raumtemperatur wurden die beschichteten Platten verschiedenen Strahlungen ausgesetzt.

a) Xenon-Impulsstrahler-Kanal. 6 Strahler (Hildebrand-Versuchsani. Oberboihigen/Deutschland). Einwirkungszeit 15 Sekunden; Abstand Objekt-Lampe 300 mm:

Es wurde ein deckend pigmentierter weisser, harter, kratzfester Lackfilm erhalten. Der Film zeigt ausgezeichnete Haftung zum Untergrund.

b) HDQ-Lichthärtungskanal. (Philipp Kahrmann-UV-HD-Kanal Baujahr 1972, Anschlusswert 10 kW bestückt mit vier HDQ-Strahlern; Philips HTQ-7).

Abstand Objekt-Lampe 200 mm; Einwirkungszeit 60 Sekunden. Der Lackfilm war nicht ausgehärtet.

c) Infrarot-Härtungskanal. (Philipp Kahrmann-IR-M-Kanal, Baujahr 1972, Anschlusswert 14 kW).

Abstand Strahler-Objekt 40 cm; Einwirkungszeit 60 Sekunden. Der Lackfilm war nicht ausgehärtet.

Die in Beispiel 1 beschriebene Mischung wurde ohne Zugabe von Co-Naphthenat und tert. Butylperoctoat hergestellt. Die Mischung wurde mit 2 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Benzoinalkyläthers als Fotoinitiator versetzt. Dann wurde die Mischung in einer Schichtstärke von 100 [x, auf mit UV-Spachtel versehenen Spanplatten aufgezogen. Nach einer Abdunstzeit von 2 Minuten bei Raumtemperatur wurden die beschichteten Platten verschiedenen Strahlungen ausgesetzt:

d) Xenon-Impulsstrahler-Kanal. 6 Strahler (Hildebrand-Versuchsanlage) Einwirkungszeit 30 Sekunden. Die Beschich-tung ist nur oberflächlich angetrocknet. Darunter ist das völlig unausgehärtete B eschichtungsmaterial.

Der Film ist weder hart noch abstapelbar.

e) HDQ-Lichthärtungskanal. Einwirkungszeit 60 Sekunden. Die Beschichtung weist dieselben Eigenschaften auf wie Beispiel ld.

Beispiel 2

Mittels einer Zwei-Kopf-Giessmaschine wurde ein Lacksystem auf UV-gespachtelte Spanplatten aufgetragen. Mittels des ersten Kopfes der Giessmaschine wurde ein Lack folgender Zusammensetzung in einer Schichtstärke von 200 [i aufgetragen:

Gew.-Teile

Hochreaktives Polyesterharz 42

TÏO2 31

Kreide 10

Styrol 14

Co-Naphthenat (1,5% Metallgehalt) 3

Das hochreaktive Polyesterharz wird hergestellt durch Kondensation von 4780 Gew.-Teilen Propylenglykol, 2482 Gew.-Teilen Phthalsäureanhydrid, 4860 Gew.-Teilen Fumarsäure unter Überleiten von Stickstoff bei maximal 190° C Kochkesseltemperatur. Die Kondensation wird solange durchgeführt, bis eine Säurezahl von ca. 35 erreicht ist, dann

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wird auf 120°C abgekühlt und 4700 Gew.-Teile Styrol zugegeben. Zur Stabilisierung des Harzes können geringe Mengen handelsüblicher Inhibitoren (z. B. Hydrochinon) zugefügt werden.

Mittels des zweiten Kopfes der Giessmaschine wird ein Klarlack in einer Schichtdicke von 150 u folgender Zusammensetzung aufgetragen:

Gcv. -Teiie

Silikon-Öl, 1 %ig in Toi.

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tert. Butylperoctoat

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Nach einer Abdunstzeit von 2 Minuten bei Raumtemperatur wurden die beschichteten Platten durch einen Xenon-Impuls-Strahler-Kanal (Anlage d. Fa. Hildebrand, Oberboihigen/ Deutschland geschickt. Nach einer Bestrahlungsdauer von 18 Sekunden mittels 12 Xenon-Impuls-Strahlern (Abstand der Strahler zum Objekt zwischen 700 und 300 mm) erhielt man harte, kratzfeste Beschichtungen mit ausgezeichneter Haftung zum Untergrund. Die Beschichtungen waren nicht nur hart und kratzfest, sondern auch «ringfest».

Gew.-Teile

Polyesterharz, wie in Beispiel 1 beschrieben 65 Styrol 20

Toluol 9

B

Claims (6)

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1. Verfahren zur Schnellhärtung von Lackfilmen, dadurch gekennzeichnet, dass man wenigstens einen Lackfilm auf Basis lufttrocknender, ungesättigter Polyester, wenigstens einem a,ß-olefinisch ungesättigten Monomer und Katalysatoren mit einer Anspringtemperatur von mehr als 40 °C auf die zu beschichtende Fläche aufbringt und mittels Hochenergie-Impulsstrahlern härtet.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen deckend pigmentierten Lackfilm der Schnellhärtung unterwirft.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lackfilm als Katalysator mit einer Anspringtemperatur von mehr als 40°C ein organisches Peroxid enthält.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lackfilm als weitere Komponente noch zusätzliche Lackbindemittel, Beschleuniger, Promotoren und/oder eine Mischung aus zwei oder mehr derartigen zusätzlichen Komponenten enthält.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den deckend pigmentierten Lackfilm aufträgt und diesen mit einer Schicht eines unpig-mentierten Lackes auf der gleichen Basis überschichtet und dann die Härtung mittels Hochenergie-Impulsstrahler durchführt.

6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man mehrere Lackschichten aufträgt, wobei mit einer Schicht, die gegebenenfalls polyesterfrei sein kann, der Katalysator aufgebracht wird und mit einer anderen Schicht der Beschleuniger aufgebracht wird.