DD137196B1

DD137196B1 - Verfahren zur elektrostatischen beschichtung von werkstuecken aus isolierstoff

Info

Publication number: DD137196B1
Application number: DD20635978A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Kleber; Dieter Auerbach; Helmut Bauch; Renate Friedrich; Gerhard Muster; Herbert Kuemmel
Original assignee: Wolfgang Kleber; Dieter Auerbach; Helmut Bauch; Friedrich Hans; Gerhard Muster; Herbert Kuemmel
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1980-12-24
Also published as: GB2027363A; CS248254B1; DD137196A1; SE445893B; CH644283A5; NL7903831A; HU182784B; BE877331A; SE7904609L; GB2027363B; FR2429620B1; FR2429620A1; DE2914733A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung von Werkstücken, die ganz oder teilweise aus Isolierstoff bestehen. Beim elektrostatischen Beschichten wird das Beschichtungsmaterial in Pulver- oder anderer fließfähiger Form unter Ausnutzung der Kräfte eines elektrischen Feldes auf das Werkstück aufgetragen und in einer anschliefienden Wärmebehandlung getrocknet bzw. eingeschmolzen. Anwendungsgebiet dieses Verfahrens ist die Beschichtung von Teilen aus Plasten oder anderen Isolierstoffen z.B. für Maschinen und Haushaltgeräte, wie Handgriffe, Gehäuse und Abdeckhauben. Es dient vor allem der Erzeugung abriebfester bzw. chemisch widerstandsfähiger Oberflächen und/oder Oberflächen mit dekorativer Wirkung. Ferner findet das Verfahren zur Beschichtung von Sanitäreinrichtungen aus Keramik, Glas oder Porzellan Anwendung. Es ermöglicht auch die elektrostatische Beschichtung von metallischen Gegenständen mit Oberflächenbereichen aus Isolierstoff, die z.B. beim Ausbessern von Lunkern durch Spachteln mit Plastmassen entstehen sowie für die erneute Beschichtung von bereits mit einem nichtleitenden Überzug versehenen Werkstücken.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur elektrostatischen Beschichtung von Werkstücken aus Isolierstoff ist es bekannt, die Werkstücke durch vorheriges Auftragen einer leitfähigen Grundschicht vorzubehandeln und so den elektro· statischen Pulver- oder Farbauftrag wie bei einem metallischen Gegenstand zu ermöglichen (DE-OS 2 450 260, JP-PS 50-7635). Bedingung für die Funktionsfähigkeit ist dabei, daß der Oberflächenwiderstand des mit der leitfähigen Grundschicht versehenen Werkstücks kleiner als 10⁸ Ohm ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei dieser Oberflächenvorbehandlung die aufgetragene leitfähige Grundschicht nach der Beschichtung als leitfähiger Untergrund vollständig oder teilweise erhalten bleibt und dadurch die so behandelten Oberflächen von Isolierstoffen zur Bildung von elektrischen Kriechstrecken neigen.

Deshalb sind sie für viele Anwendungsbereiche ungeeignet, z.B. beim Einsatz der Werkstücke in Verbindung mit elektrischen Bauteilen oder zur Schutzisolierung.

Weiterhin neigen die zur Erzeugung der leitfähigen Grundschicht eingesetzten Mittel dazu, durch Austritt von Lösungsmitteln während der thermischen Nachbehandlung in dem sich bildenden Überzug Poren und Blasen zu verursachen und so die Schichtqualität zu beeinträchtigen. Derartige Schichtstörungen können auch durch Rücksprühen während des elektrostatischen Beschichtens infolge hervorstehender Kanten oder Spitzen bzw. ungleicher Oberflächenleitfähigkeit hervorgerufen werden. Ein weiterer Nachteil der genannten Methode besteht darin, daß sie aus sicherheitstechnischen Gründen in vielen Fällen nicht einsetzbar ist. Zumindest erfordert sie aber zusätzliche Erdungskontrol!einrichtungen. Dies resultiert daraus, daß die Oberfläche zwar leitfähig, aber infolge der meist punktförmigen Aufhängung in abgeschirmten Bereichen des Werkstückes, die auch für das Vorbehandlungsmittel schwer zugänglich sind, kein ausreichend niedriger Erdungswiderstand gewährleistet ist. Daher kann es bei der elektrostatischen Beschichtung an den Aufhängestellen zur Bildung zündfähiger Funkenentladungen kommen. Ferner ist es bekannt, ein Mittel zur Oberflächenbehandlung von Isolierstoffen anzuwenden, das Pigmente enthält, die vor der Beschichtung durch eine Strahlenenergie aktiviert werden und dadurch eine leitfähige Oberfläche mit einem Oberflächenwiderstand kleiner 10 Ohm erzeugen (DE-OS 2 042 778). Der Einsatz dieser Mittel und der dazu erforderlichen Strahlungserzeuger ist jedoch ökonomisch uneffektiv. Hinzu kommt, daß die oben beschriebenen Nachteile ebenfalls auftreten; dies gilt auch für die Gefahr einer Funkenbildung. Si ergibt sich daraus, daß Bereiche um den Aufhängepunkt durch ihre in der Regel abgeschirmte Lage einer geringeren Strahlungsdosis ausgesetzt sind und unter Umständen nicht genügend aktiviert werden. Die ebenfalls bekannten Verfahren zur Plastmetallisierung durch Metallbedampfen, elektrolytische Abscheidung oder Graphitierung erfordern einen hohen anlagentechnischen Aufwand und

weisen die gleichen Nachteile auf, wie die vorstehend beschriebenen Verfahren; dies gilt besonders für solche Werkstücke, die für elektrische Einrichtungen und Geräte bestimmt sind.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, ganz oder teilweise aus Isolierstoff bestehende Werkstücke elektrostatisch zu beschichten und dabei die elektrischen Eigenschaften des isolierenden Grundmaterials zu erhalten sowie die Arbeitssicherheit durch Verhinderung zündfähiger Funkenentladungen zu erhöhen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Qualität des Überzuges durch Unterdrückung der Poren- und/oder Kraterbildung infolge Rücksprühens während der Beschichtung oder Verflüchtigung vorher aufgetragener Lösungsmittel während der thermischen Nachbehandlung zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrostatische Beschichtung von Isolierstoffen ohne vorherige Erzeugung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf den aus Isolierstoff bestehenden Werkstückteilen eine elektrostatisch halbleitend wirkende Oberfläche erzeugt wird und danach der Auftrag eines fließfähigen Stoffes mit Hilfe von Beschichtungsgeräten erfolgt, die nach dem Prinzip der elektrokinetischen Aufladung arbeiten oder in anderer Weise eine luftionenarme Wolke elektrisch aufgeladener Teilchen des zerstäubten Beschichtungsstoffes erzeugen.

Als elektrostatisch halbleitende Oberfläche im Sinne des Erfindungsanspruches wird der Zustand bezeichnet, wo die Oberfläche zwar nicht mehr als elektrisch leitend angesehen werden kann, sie aber auch noch nicht den für elektrische Isolierstoffe charakteristischen hohen Oberflächenwiderstand aufweist. Ihr

g Oberflächenwiderstand liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 10 Ohm, gemessen zwischen zwei, im Abstand von 1 cm

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angeordneten 10 cm langen Schneidenelektroden. Es wurde nämlich gefunden, daß derartige, noch nicht leitende Oberflächen dann elektrostatisch beschichtet werden können, wenn für den Auftrag des pulverförmigen oder anderen fließfähigen Überzugsmaterials Beschichtungsgeräte eingesetzt werden, die eine luftionenarme Wolke elektrisch aufgeladener Teilchen des zerstäubten Beschxchtungsstoffes erzeugen. Dadurch tritt nur ein Ladungstransport vom Beschichtungsgerät zum Werkstück durch die aufgeladenen Teilchen allein ein. Dagegen wird nicht noch zusätzlich durch einen Luftionenstrom Ladung zum Werkstück transportiert, so daß auf eine elektrisch leitfähige Schicht verzichtet werden kann.

Zu den luftionenarmen Beschxchtungsgeräten zählen Sprühgeräte mit innerer Aufladung, also ohne nach außen wirkender Koronaelektrode, z.B. mit elektrokinetischer Pulveraufladung (DD-PS 106 308), oder Wirbelbettanlagen mit elektrokinetischen Aufladeorganen (DD-PS 113 289) bzw. mit während der Beschichtung ausgeschalteten Aufladeelektroden (DD-PS 123 644). Die elektrostatisch halbleitend wirkende Oberfläche des Isolierstoffes kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzeugt werden, daß dem Isolierstoff vor der formgebenden Verarbeitung antistatisch wirkende Zusätze beigemischt werden und nach bzw. während der Formgebung die erzeugten Werkstücke einem Erwärmungsprozeß ausgesetzt werden, bei dem die antistatischen Zusätze an die Oberfläche diffundieren. Dieser Prozeß des Ausdiffundierens kann auch durch Ablagerung des Werkstückes über eine Zeit von einem Tag oder länger erzeugt werden.

Eine andere Möglichkeit der Erzeugung von elektrostatisch halbleitend wirkenden Oberflächen von Isolierstoffen besteht darin, auf das Werkstück eine wäßrige Lösung, die 1 bis 10 Gew.-% einer quartären Ammoniumverbindung und 0 bis 5% eines Entschäumungsmittels enthält, oder eine Mischung auf Basis organischer Lösungsmittel, die 5 bis 40 Gew.-% einer quartären Aramoniumverbindung und 95 bis 60 Gew.-% eines Esters niederaliphatischer Monokrabonsäure — vorzugsweise Butylazetat — enthält, aufzutragen. Dabei kann das Auftragen nach bekannten Methoden erfolgen, z.B. Spritzen, Tauchen, Streichen oder Dämpfen.

Durch thermisches Trocknen des Werkstückes und Auftragen der pulverförmigen Stoffe auf die noch über eine Restwärme verfügenden Werkstücke kann der Effekt verstärkt werden. Eine Verfahrensförderliehe Maßnahme besteht darin, die aus Isolierstoff bestehenden Werkstücke vor der Beschichtung mittels einer Aufhängeeinrichtung zu befestigen, die zumindest in dem mit dem Werkstoff in Berührung kommenden Bereich ebenfalls aus Isolierstoff besteht. Dabei wird die Oberfläche dieses Teiles entweder dem Aufhängen der Werkstücke oder gemeinsam mit ihnen nach einem der beschriebenen Verfahren mit einer elektrostatisch halbleitend wirkenden Oberfläche versehen. Der Vorteil der erfinderischen Lösung besteht darin, daß sie die elektrostatische Beschichtung von Isolierstoffen erlaubt, ohne daß deren Oberfläche vorher mit einem leitfähigen Belag versehen werden muß. Die Anwendung einer elektrostatisch halbleitend wirkenden Oberfläche beeinträchtigt dagegen nicht den späteren Einsatz der Werkstücke in Verbindung mit elektrischen Geräten und Apparaten, da die so behandelten Materialien weiterhin zu den elektrischen Isolierstoffen zählen. Mit der Anwendung der Lösung ist auch eine Erhöhung der technischer. Sicherheit verbunden, weil sich bei der elektrostatischen Beschichtung von Isolierstoffen mit einem Oberflächenwiderstand

9 größer 10 Ohm von diesen keine zündfähigen Funkenentladungen ausbilden können. Außerdem wird die Qualität des Überzuges verbessert, weil infolge der nur elektrostatisch halbleitenden Oberfläche hervorstehende Kanten und Spitzen in weit geringerem Maße zu Feldinhomogenitäten führen und Rücksprüherscheinungen nicht mehr auftreten. Dadurch wird eine hohe Gleichmäßigkeit der Schichtdicke erreicht. Die Entstehung von Poren oder Kratern durch Rücksprühen wird außerdem unterdrückt. Letzteres wird auch dadurch bewirkt, daß während der thermischen Nachbehandlung nicht in zur Poren- oder Kraterbildung führender Menge Lösungsmittel austreten, da die Dicke der elektrostatisch halbleitenden Schicht in molekularen Dimensionen liegt.

Aus führungsbeispiele

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nachstehend zur Darstellung unterschiedlicher Varianten der erfindungsgemäßen Lösung erörtert.

Zunächst wird die Erfindung am Beispiel der elektrostatischen Beschichtung eines Gehäuses aus Polyester erläutert. Die Herstellung des beschichteten Teiles erfolgt in nachstehenden Ver fahrens sehri tten.

Zunächst wird vor der Verarbeitung im Extruder dem Ausgangsmaterial ein antistatisch wirkendes Mittel, z.B. aliphatische Aminverbindungen oder Alkylsulfonat im Umfang 0,02 bis 2 Gew.-% beigemischt. Danach erfolgt das Pressen in der Form unter Temperatureinwirkung, so daß das antistatische Mittel beschleunigt an die Oberfläche diffundiert. Daran schließt sich die elektrostatische Plastbeschichtung an, wobei die Teile auf ein geerdetes Gehänge aus Metall aufgesteckt und in ein Wirbelbett getaucht werden, aus dessen Pulverfüllung zum Zwecke der elektrischen Aufladung ständig Pulver abgesaugt und nach erfolgter elektrischer Aufladung dem Wirbelbehälter wieder zugeführt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist die elektrostatische Pulver· beschichtung eines Gehäuseteils aus Schichtpreßstoff. Dieses wird zunächst an einer Aufhängeeinrichtung mit Plasthaken befestigt. Durch Tauchen des Gehänges in eine Lösung, die aus einer Mischung von 5 Gew.-? Dimethylaminoessigsäuredodecylamidchlorid und 95 Gew.-% Wasser besteht, wird dann auf den Gehäuseteilen und den Haken eine elektrostatisch halbleitende Oberfläche erzeugt. Nach einer gewissen Abtropf- und Abdunstzeit erfolgt mittels Sprühgeräten mit elektrokinetischer Pulveraufladung das elektrostatische Auftragen einer Epoxidharz-Pulverschicht, die in bekannter Weise durch eine thermische Nachbehandlung im Einbrennofen eingeschmolzen und ausgehärtet wird. Im vorgenannten Ausführungsbeispiel können größere Schichtdicken oder Überzüge mit höherer Gleichmäßigkeit der Schichtdicke dadurch ersielt werden, daß das Werkstück vor der Beschichtung bei Temperaturen um oder wenig über 100 C getrocknet wird und der Pulverauftrag auf das noch eine Restwärme aufweisende Werkstück erfolgt.

Ein anderes Ausführungsbeispiel besteht darin, eine nochmalige elektrostatische Beschichtung von bereits plastbeschichteten Werkstücken aus Metall oder Isolierstoff, zum Zwecke der Ausbesserung von Oberflächenfehlern oder zur Erzeugung größerer Schichtdicken vorzunehmen. Auf diesen Werkstücken wird vor der zweiten Beschichtung durch Aufsprühen einer organischen Lösung, die 85 Gew.-% Butylazetat und 15 Gew.,-% Diraethylaminoessigsäuredodecycloamidchlorid enthält, eine elektrostatisch halbleitend wirkende Oberfläche erzeugt und danach der pulverförmige Beschichtung sstoff mittels luftionenarmer Sprühpistolen, die keine nach außen wirkende Koronaelektrode besitzen, sondern das Pulver mittels im Inneren des Sprühgerätes angeordneter Auflade- und Gegenelektrode elektrisch aufladen, aufgetragen. Das Einschmelzen und Aushärten erfolgt dann in bekannter Weise. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßan Verfahrens ist die elektrostatische Plastbeschichtung von Gußteilen, bei denen Lunker und andere Oberflächenunregelmäßigkeiten mit elektrisch isolierenden Spachtelmassen ausgeglichen wurden. Durch Oberstreichen der gespachtelten Oberflächenbereiche mit einer Lösung der beschriebenen Art wird an diesen Stellen eine elektrostatisch halbleitend wirkende Oberfläche erzeugt. Nach dem Abtrocknen, das eventuell durch Erwärmen unterstützt wird, erfolgt die Beschichtung des Werkstückes durch Eintauchen in ein Wirbelbett mit elektrokinetischer Pulveraufladung oder mittels eines anderen luftionenarmen Beschichtungsgerates.

Claims

Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung von Werkstücken, die ganz oder teilweise aus Isolierstoff bestehen, gekennzeichnet dadurch,

daß auf dem Werkstück eine elektrostatisch halbleitend wirkende

ο ίο Oberfläche - mit einem Oberflächenwxderstand von 10 bis 10 Ohm — erzeugt wird und danach der Auftrag eines pulverförmigen oder anderen fließfähigen Stoffes mit Hilfe von Beschichtungsgeräten erfolgt, die nach dem Prinzip der elektrokinetischen Aufladung arbeiten oder in anderer Weise eine elektrisch aufgeladene Teilchenwolke des zerstäubten Beschichtungsstoffes erzeugen, die luftionenarm ist·
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

daß zur Erzeugung der elektrostatisch halbleitend wirkenden Oberfläche dem Isolierstoff vor der formgebenden Verarbeitung antistatisch wirkende Zusätze beigemischt werden und nach bzw. während der Formgebung die erzeugten Werkstücke einem Erwärmungsprozeß ausgesetzt werden, bei dem die antistatischen Zusätze an die Oberfläche diffundieren.
3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

daß zur Erzeugung der elektrostatisch halbleitend wirkenden Oberfläche dem Isolierstoff vor der formgebenden Verarbeitung antistatisch wirkende Zusätze beigemischt werden und nach der Formgebung die erzeugten Werkstücke eine Zeit von einem Tag oder länger abgelagert werden, während der die antistatischen Zusätze an die Oberfläche diffundieren.
4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

daß zur Erzeugung der elektrostatisch halbleitend wirkenden Oberfläche auf den Isolierstoff eine wäßrige Lösung aufgetragen wird, die 1 bis 10 Gew.-% einer quartären Aramoniumverbindung und 0 bis 5 Gew.-% eines Entschäumungsmittels enthält.
5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

daß zur Erzeugung der elektrostatisch halbleitend wirkenden Oberfläche auf den Isolierstoff eine Mischung auf der Basis organischer Lösungsmittel aufgetragen wird, die 5 bis 40 Gew.-% einer quartären Amraoniunverbindung und 95 bis 60% eines Esters niederer aliphatischer Monokarbonsäure, vorzugsweise Butylazetat, enthält.
6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

daß das Werkstück vor der elektrostatischen Beschichtung einer thermischen Behandlung ausgesetzt wird und der Auftrag des Beschichtungsstoffes auf das eine Restwärme aufweisende Werkstück erfolgt.
7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

daß die Werkstücke vor der Beschichtung an einer Aufhängevorrichtung befestigt werden, die ganz oder teilweise aus Isolierstoff besteht und auf deren Isolierstoffteile vor dem Aufhängen der Werkstücke oder gemeinsam mit ihnen eine elektrostatisch halbleitend wirkende Oberfläche erzeugt wird.