CZ20032055A3 - Způsob nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů, resp. organických povlaků na povrch polymerního substrátu.

Dosavadní stav techniky

Konstrukční plastové díly jsou samy o sobě většinou elektricky nevodivé a přilnavost nátěrových hmot na jejich povrch je z jejich samé molekulární podstaty konstrukčních plastů (zvláště pokud se jedná o polyolefiny) slabá. Jejich kvalitní lakování je proto mnohem obtížnější, než lakování dílů kovových. Je třeba zejména zajistit dostatečně pevnou vazbu mezi polýmerním substrátem a nanášenými vrstvami. Dosahuje se toho vhodnými fyzikálními metodami, které dokážou v tenké povrchové vrstvičce plastu částečně narušit vazby v makromolekulách polymeru, jako např. krátkodobým ožehem plamenem plynového hořáku, čímž na povrchu polymerního substrátu vzniknou aktivní vazby, schopné se navázat na nanášený povlak. Kromě toho však se zpravidla jako první na předupravený povrch plastového dílu aplikuje tzv. primer, což je látka schopná ještě dále zvýšit přilnavost následně nanášených povlaků k substrátu a zajistit elektrickou vodivost jeho povrchu. Vrstva primeru má tedy za úkol zajistit co nejpevnější spojení plastového dílu a základové barvy a umožnit nanášení dalších vrstev v elektrostatickém poli, např. elektrostatickým lakováním.

Na vrstvu zaschlého primeru je nanášen vlastní žádaný povlak, skládající se z jedné či více vrstev, vytvářených zpravidla z více (nejčastěji dvou) různých nátěrových hmot, které mají různé vlastnosti a plní odlišné funkce.

Zpravidla bývá na primer nejdříve nanášena základová barva, sama o sobě po zaschnutí matná, tvořící ale vlastní žádané vybarvení povrchu plastového dílu a zajišúuj^Fsoučasně co nej lepší přilnutí následujícího vrchního lesklého laku. Základová barva je v současnosti většinou vodou rozpustná jednosložková nátěrová hmota, ale může se jednat i o barvu rozpouštědlovou, nebo může být i vícesložková.

Na hotový suchý povlak základové barvy se nanáší vrchní lesklý lak, který bývá většinou čirý a bezbarvý, aby vyhovoval jakémukoliv odstínu základové barvy. Tento lak bývá většinou dvousložkový rozpouštědlový, dávající nejvyšší lesk, ale může se jednat i o lak vodou rozpustný, který však lze obtížněji aplikovat. Tato vrstva tvoří konečný vnější povrch plastového dílu a chrání ostatní vrstvy povlaku i vlastní díl před povětrnostními vlivy a mechanickým poškozením.

K nanášení výše uvedených hmot na plastové díly se nej častěji používá buď pneumatické stříkání nebo stříkání v elektrostatickém poli. Pneumatické stříkání nevyžaduje, aby povrch předmětu, na který je dotyčná vrstva nanášena, byl elektricky vodivý, ale jeho účinnost je relativně nízká - značná část vystříknuté nátěrové hmoty odlétne zcela mimo předmět zcela nevyužita a je nutné ji ekologicky zlikvidovat. Elektrostatické stříkání má naproti tomu účinnost daleko větší, ale vyžaduje, aby povrch předmětu, na který je vrstva nanášena, byl elektricky vodivý. V technické praxi se proto oba způsoby stříkání velmi často vzájemně kombinují s cílem dosáhnout rozumného kompromisu mezi technickými možnostmi, ekologickými požadavky a ekonomickými hledisky. Právě kvůli možnosti následného elektrostatického stříkání elektricky nevodivých plastových dílů je nej častěji pneumaticky aplikován jako první nástřik elektricky vodivého primeru. Povrch plastového dílu pak zůstane i po uschnutí elektricky vodivý a další nástřiky pak již mohou být prováděny mnohem účinnějším elektrostatickým lakováním.

Nástřiky vrstev primeru, základové barvy a bezbarvého čirého vrchního laku jsou vesměs prováděny v navzájem fyzicky zcela oddělených kabinách vybavených odsáváním, aby bylo zabráněno vzájemné kontaminaci nanášených vrstev a úniku škodlivin do okolního prostředí.

Plastové díly se tedy povrchově upravují a lakují nej častěji následujícím technologickým postupem:

Povrch plastového dílu, kontaminovaný nečistotami a zejména separátorem ze vstřikovací formy, se nejprve důkladně očistí většinou saponáty a tlakovou vodou a pak usuší. Omytý povrch plastového dílu se pak musí dále předupravit tak, aby se povrch zaktivizoval pro dosažení co nej lepší přilnavosti nanášených vrstev, např. krátkým kontrolovaným ožehem plamenem plynového hořáku.

Na takto čerstvě předupravený povrch plastového dílu se pro další zvýšení přilnavosti dalších vrstev nanáší zpravidla pneumatickým či elektrostatickým stříkáním primer, což je většinou vodou rozpustný přípravek, ale může se jednat i o primer rozpouštědlovy. Primer může být nanášen jedním nebo postupně více nástřiky, aby bylo dosaženo požadované celkové tloušřky jeho vrstvy. Většinou se první slabší vrstva stříká pneumaticky a další o něco silnější elektrostaticky. Následuje vytékání, sušení při zvýšené teplotě a chlazení na normální teplotu.

Na takto připravený povrch teprve následuje nanášení základové barvy, zpravidla, pokud byl aplikován vodivý primer, opět elektrostatickým či pneumatickým stříkáním. V prvních vrstvách se používá zpravidla stříkání elektrostatické, a na dokončení, zvláště u metalických barev, stříkání pneumatické. Základová barva může být nanášena jedním nebo postupně více nástřiky, aby tak bylo dosaženo požadované celkové tloušťky její vrstvy, která ovlivňuje kromě jiného i barevný odstín. Následuje znovu vytékání, sušení při zvýšené teplotě a chlazení.

Na hotovou suchou základovou barvu se pak zpravidla, pokud byl aplikován vodivý primer, elektrostatickým stříkáním nakonec nanáší elektricky nevodivý bezbarvý čirý lesklý vrchní lak. Pokud geometrie dílu vyžaduje použít pneumatické stříkání, pak se nejprve kritické oblasti nastříkají pneumaticky a další vrstvy se pak celoplošně stříkají elektrosfercky. Bezbarvý čirý vrchní lak může být nanášen jedním nebo více nástřiky, aby tak bylo dosaženo požadované celkové tloušťky jeho vrstvy. Následuje vytékání, sušení při zvýšené teplotě a nakonec chlazení, po němž následuje již jen konečná kontrola hotového výrobku a expedice.

Jak je z výše uvedeného patrno, jedná se u dosud známého způsobu nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů z mnoha hledisek o proces poměrně náročný, úkolem předkládaného vynálezu je proto snížit nároky na technologické vybavení lakoven, zvýšit produktivitu práce a celkově celý proces zefektivnit.

Podstata vynálezu

Tento úkol je do značné míry řešen způsobem nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů, při němž se na předupravený povrch plastového dílu elektrostaticky a/nebo pneumaticky nanáší jednotlivé základové a poté vrchní lakové vrstvy, přičemž jak po nanesení základových vrstev do požadované tloušťky a barevného odstínu, tak i po nanesení vrchních lakových vrstev se takto docílené vrstvy podrobují vytékání, sušení a chlazení, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že před nanášením první· základové vrstvy, tvořené vodou rozpustnou standardní základovou barvou, se nejprve ve stejné stříkací kabině, v jaké se poté nanášejí základové vrstvy, na předupravený povrch plastového dílu nejméně jedním nástřikem nanáší dvousložková základová směs příslušné stejné vodou rozpustné standardní základové barvy a vodou rozpustného přípravku pro zvýšení přilnavosti a elektrické vodivosti, načež po nanesení zbývajících základových vrstev se na suchou základovou barvu ve druhé stříkací kabině alespoň jedním nástřikem nanáší elektricky vodivý čirý lak jako vrchní laková vrstva.

Na rozdíl od dosud známého způsobu nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů tak odpadá nutnost nanášení primeru a tím i nutnost celé jedné operace následného vytékání, sušení a chlazení. Výhodou způsobu podle vynálezu je zároveň skutečnost, že vzhledem k dosažené elektrické vodivosti při něm používané dvousložkové základové směsi, je možno pro její nanášení, pokud to geometrie dílů dovoluje, použít již při jejím prvním nástřiku vysoce účinného eletrostatického nanášení.

Podstata způsobu podle vynálezu dále spočívá v tom, že základové vrstvy se s výhodou nanášejí bezprostředně po nástřiku povrchu plastového dílu dvousložkovou základovou směsí v jedné stříkací komoře tzv. systémem nanášení mokrý do mokrého. Z hlediska technologického vybavení tak oproti dosavadním způsobům nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů dochází k úspoře jedné stříkací kabiny, kterou bylo nutno dosud používat pro nanášení primeru. Nastavení parametrů aplikačního zařízení je přitom zcela obvyklé.

Množství vodou rozpustného přípravku pro zvýšení přilnavosti a elektrické vodivosti ve směsi s vodou rozpustnou základovou barvou v základové směsi se může pohybovat ve velmi širokých mezích, přičemž právě množstvím tohoto přípravku lze regulovat následnou účinnost nanášení vrchní lakové vrstvy a tak velmi účinně optimalizovat ekonomické parametry celého technologického procesu.

Prakticky může dvousložková základová směs ve vazbě na druh standardní vodou rozpustné základové barvy, metalické či univerzální, obsahovat 1 až 38 % hmotn. vodou rozpustného přípravku pro zvýšení přilnavosti a elektrické vodivosti, který je vytvořen na bázi pojiv, pigmentačních činidel a rozpouštědel, zbytek tvoří vodou rozpustná standardní základová barva. To při míchání dvousložkové základové směsi odpovídá poměru jednotlivých složek až max. 60 hmotn. dílů tohoto přípravku ku 100 hmotn. dílům vodou rozpustné základové barvy. Větší množství přípravku zvyšuje přitom účinnost nanášení vrchní lakové vrstvy až o 28 %, vyžaduje ale nanášení některých základových barev ve větší tloušúce pro dosažení požadovaného barevného odstínu.

Na rozdíl od dosud běžně užívaných postupů při nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů, kdy je docílená celková základová vrstva po zaschnutí téměř nevodivá, se u způsobu podle vynálezu jako vrchní laková vrstva nanáší elektricky vodivý čirý lak, například ředidlový nebo vodou rozpustný čirý vrchní lak, obsahující různé příměsi, jako jsou ředidla včetně ředidel pro zvýšení vodivosti, tvrdidla a podobně, která tuto elektrickou vodivost zabezpečují. To umožňuje rovněž, pokud to geometrie plastových dílů dovoluje, použití vysoce účinného elektrostatického nanášení místo nanášení pneumatického. Další výhodou vynálezu je tak celkově nejméně o polovinu vyšší účinnost nanášení vrchní lakové vrstvy, než při stávajících postupech.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude dále blíže objasněn blokovým schématem konkrétních příkladů provedení způsobu nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů dle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Očištěný a omytý povrch plastového dílu, v tomto konkrétním příkladě provedení automobilového nárazníku, se předupraví běžným způsobem krátkým kontrolovaným ožehem plamenem plynového hořáku na zemní plyn, čímž se zlepší fyzikální předpoklady přilnavosti následně nanášených vrstev.

Na takto předupravený povrch se v první stříkací kabině elektrostatickým nanášením jedním nástřikem nanáší dvousložková základová směs, obsahující 77 % hmotn. metalické vodou rozpustné standardní základové barvy a 23 % hmotn. vodou rozpustného přípravku na zvýšení přilnavosti a elektrické vodivosti. Tento přípravek je kombinací pojiv, příslušného pigmentu a rozpouštědel, a to kromě obvyklých organických rozpouštědel, zejména vody, v tomto konkrétním příkladu provedení se jedná o přípravek, který je známý pod obchodním názvem Wórwag Haftzusatz A 1819. Bezprostředně nato, elektrostatickým nanášením v téže stříkací komoře, následuje nanášení další vrstvy, tvořené již pouze stejnou metalickou standardní základovou barvou, t.j. již bez přítomnosti přípravku na zvýšení přilnavosti a elektrické vodivosti. Pokud je třeba, je možné na kritická místa plastového dílu nanést pneumaticky ještě další nástřik, aby bylo dosaženo celkové požadované tlouščky celé takto vytvořené základové vrstvy v požadovaném barevném odstínu. Poté následuje vytěkání po dobu 10 minut při teplotě 4^°C a relativní vlhkosti vzduchu %, sušení po dobu 18 minut při teplotě 8^C a chlazení τ po dobu 14 minut při teplotě 24j°C.

Na hotovou suchou základovou vrstvu se pak pro vytvoření lesklé vrchní lakové vrstvy ve druhé stříkací kabině elektrostaticky nanáší jedním nástřikem bezbarvý elektricky vodivý čirý lak s přísadou 5 % hmotn. ředidla pro zvýšení vodivosti a 40 % hmotn. běžného ředidla, přičemž ke 100 hmotn. dílům takto naředěného laku se přimíchává ještě 37 hmotn. dílů tvrdidla. Tím je dosahováno celkem až o 85 % vyšší účinnosti nástřiku, než je dosahováno při použití standardního nevodivého čirého laku. Pokud je třeba, je možné v kritických místech plastového dílu rovněž provést pneumaticky jeho ještě jeden nástřik, aby bylo všude dosaženo požadované celkové tloušťky vrstvy. Tento nástřik je možné provést např. jako první či naopak poslední nástřik vrchní lakové vrstvy. Poté následuje vytékání po dobu 10 minut při teplotě 25^C a relativní vlhkosti vzduchu 65 %, sušení po dobu 50 minut při teplotě 88j^C a konečné chlazení po dobu 14 minut při teplotě 24^C.

Příklad 2

Podle druhého příkladného provedení se na předupravený povrch v první stříkací kabině elektrostatickým nanášením nanáší nejprve dvousložková základová směs, obsahující 63 % hmotn. vodou rozpustné universální standardní základové barvy bez metalických přísad a 37 % hmotn. vodou rozpustného přípravku na zvýšení přilnavosti a elektrické vodivosti jako v prvním příkladu provedení. Bezprostředně nato, v téže stříkací kabině, následuje nanášení další vrstvy, tvořené již pouze stejnou vodou rozpustnou universální standardní základovou barvou.

Kromě této změny standardní základové barvy z metalické na Z universální a vyššího obsahu přípravku na zvýšení přilnavosti a elektrické vodivosti ve dvousložkové základové směsi je další postup prakticky shodný s prvním příkladem provedení, přičemž při elektrostatickém nanášení elektricky vodivého čirého laku ve druhé stříkací kabině je dosahováno celkem až o 75 % vyšší účinnosti nanášení než je dosahováno při použití standardního nevodivého čirého laku.

Výše uvedené postupy jsou patrné i z vyobrazeného blokového schématu, kde první blok i značí předúpravu povrchu, druhý blok 2 první stříkací kabinu s první fází 2a nanášení dvousložkové základové směsi a druhou fází 2b nanášení již pouze standardní základově barvy, třetí blok 3. označující vytékání, čtvrtý blok 4 sušení a pátý blok 5 chlazení. Dále následuje šestý blok 6 označující druhou stříkací kabinu s nanášením elektricky vodivého čirého laku, sedmý blok 2 opětné vytékání, osmý blok 8. sušení a devátý blok 9 chlazení.

Přilnavost a odolnost takto nanesených lakových povlaků je v obou případech plně vyhovující, přičemž, jak je z těchto příkladů patrno, způsob podle vynálezu umožňuje proti dosavadním způsobům maximální využití elektrostatického nanášení s úsporou jedné stříkací kabiny a podstatné zvýšení produktivity a efektivity celého procesu.

Průmyslová využitelnost

Řešení dle vynálezu je využitelné zejména při nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů karoserií automobilů, jako jsou např. nárazníky, blatníky, dveřní moduly, kapoty a další exteriérové díly.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob nanášení lakových vrstev na povrch plastových dílů, při němž se na předupravený povrch plastového dílu elektrostaticky a/nebo pneumaticky nanáší jednotlivé základové a poté vrchní lakové vrstvy, přičemž jak po nanesení základových vrstev do požadované tloušůky a barevného odstínu, tak i po nanesení vrchních lakových vrstev se takto docílené vrstvy podrobují vytékání, sušení a chlazení, vyznačující se tím, že před nanášením prvnípr základové vrstvy, tvořené vodou rozpustnou standardní základovou barvou, se nejprve ve stejné stříkací kabině, v jaké se poté nanášejí základové vrstvy, na předupravený povrch plastového dílu nejméně jedním nástřikem nanáší dvousložková základová směs příslušné stejné standardní základové barvy a vodou rozpustného přípravku pro zvýšení přilnavosti a elektrické vodivosti, načež po nanesení zbývajících základových vrstev se na suchou základovou barvu ve druhé stříkací kabině alespoň jedním nástřikem nanáší elektricky vodivý čirý lak jako vrchní laková vrstva.
2. 2. Způsob nanášení lakových vrstev podle nároku 1, vyznačující se tím, že základové vrstvy se nanášejí bezprostředně po nástřiku povrchu plastového dílu dvousložkovou základovou směsí tzv. systémem nanášení mokrý do mokrého.
3. 3. Způsob nanášení lakových vrstev podle nároku 1, vyznačující se tím, že dvousložková základová směs, nanášená nejprve na předupravený povrch plastového dílu, obsahuje 1 až 38 % hmotn. vodou rozpustného přípravku pro zvýšení přilnavosti a elektrické vodivost^ na bázi pojiv, pigmentačních činidel a rozpouštědel, zbytek tvoří vodou rozpustná standardní základová barva.
4. 4. Způsob nanášení lakových vrstev podle alespoň jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že elektricky vodivý čirý lak vrchní lakové vrstvy je tvořen čirým vrchním lakem s příměsemi jednak ředidla, včetně ředidla pro zvýšení vodivosti a jednak tvrdidla pro zabezpečení jeho elektrické vodivosti.