DE102004028727A1

DE102004028727A1 - Verfahren zur Härtung radikalisch härtbarer Massen unter einer Schutzgasatmosphäre und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE102004028727A1
Application number: DE102004028727A
Authority: DE
Inventors: Berthold Austrup; Hubert Dr. Baumgart; Fatmir Raka; Martin Kamps
Original assignee: BASF Coatings GmbH
Current assignee: BASF Coatings GmbH
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2006-01-05
Also published as: US20080003372A1; CA2561030A1; EP1759156A1; WO2005121674A1; MXPA06011516A; JP2008502755A

Abstract

Verfahren zur Härtung radikalisch härtbarer Massen unter einer Schutzgasatmosphäre, bei dem die nach einem radikalischen Mechanismus ablaufende Härtung in den radikalisch härtbaren Massen durch Strahlung initiiert oder initiiert und aufrechterhalten wird, wobei das seitliche Wegfließen der Schutzgasatmosphäre verhindert wird, gefunden, bei dem die radikalisch härtbaren Massen DOLLAR A (1) in eine Schutzgasatmosphäre unter eine Tiefe, ab der die Schutzatmosphäre konstant ihre niedrigste Sauerstoffkonzentation aufweist, eingetaucht werden und DOLLAR A (2) unter dieser Tiefe in der Schutzgasatmosphäre bestrahlt werden, wobei mindestens eine der Strahlenquellen unterhalb der Grenzfläche Schutzgas/Luft angeordnet ist, wonach DOLLAR A (3) die resultierenden gehärteten Massen wieder aus der Schutzgasatmosphäre ausgetaucht werden, DOLLAR A und Vorrichtung (1) gemäß Figur 1 zu seiner Durchführung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Härtung radikalisch härtbarer Massen unter einer Schutzgasatmosphäre. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens.
Mit Strahlung radikalisch härtbare Massen, insbesondere mit Strahlung radikalisch polymerisierbare Massen weisen zahlreiche Vorteile auf. So können sie als 100%-Systeme ohne Wasser oder organische Lösemittel verarbeitet werden. Bei ihrer Härtung werden hitzeempfindliche Substrate im Allgemeinen nicht geschädigt. Allerdings kann bei der Strahlenhärtung eine starke Inhibierung der Härtung oder der Polymerisation durch Sauerstoff auftreten. Diese Inhibierung führt zu einer unvollständigen Härtung der Massen an der Oberfläche, wodurch beispielsweise klebrige oder nicht kratzfeste Beschichtungen resultieren.

Das aus der internationalen Patentanmeldung WO 01/39897 A1 bekannte Verfahren versucht, dieses Problem durch die Bestrahlung der radikalisch polymerisierbaren Massen unter einer Schutzgasatmosphäre aus einem Gas, das schwerer als Luft ist, zu beheben. Dazu werden die gegebenenfalls auf Substraten befindlichen radikalisch polymerisierbaren Massen in ein Tauchbecken, das die Schutzgasatmosphäre enthält und ihr seitliches Wegfließen verhindert, eingetaucht und darin beispielsweise mit UV-Strahlung bestrahlt. Nachteilig ist, dass der Abstand der Strahlenquellen zu den radikalisch polymerisierbaren Massen häufig zu groß ist, sodass das Problem der unvollständigen Härtung nicht vollständig gelöst werden kann. Weil die Strahlenquellen auch starke Hitze abstrahlen, ist es nicht möglich sie in die Schutzgasatmosphäre einzubringen, um ihren Abstand zu den radikalisch polymerisierbaren Massen zu verringern, da dies die Schutzgasatmosphäre stark verwirbeln und mit Sauerstoff kontaminieren würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur Härtung radikalisch härtbarer Massen unter einer Schutzgasatmosphäre zu finden, bei dem die nach einem radikalischen Mechanismus ablaufende Härtung in den radikalisch härtbaren Massen durch Strahlung initiiert oder initiiert und aufrechterhalten wird, wobei das seitliche Wegfließen der Schutzgasatmosphäre verhindert wird.

Das neue Verfahren soll die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweisen, sondern soll in allen Fällen in einfacher Weise vollständig radikalisch gehärtete Massen, insbesondere Beschichtungen, liefern, die das gewünschte anwendungstechnische Eigenschaftsprofil, insbesondere eine besonders hohe Kratzfestigkeit, zeigen.

Das neue Verfahren soll es gestatten, die Bestrahlung der radikalisch härtbaren Massen bei einer konstant niedrigen Sauerstoffkonzentration durchzuführen, ohne dass es dabei zu Verwirbelungen der Schutzgasatmosphäre kommen kann.

Außerdem ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Vorrichtung bereitzustellen, mit der sich das neue Verfahren in besonders einfacher und zuverlässiger Weise durchführen lässt.

Insbesondere soll es die neue Vorrichtung gestatten, die radikalisch härtbaren Massen in die Schutzgasatmosphäre einzutauchen und auszutauchen, ohne dass es dabei zu Verwirbelungen bei der Bestrahlung und zur Kontamination der Schutzgasatmosphäre durch Sauerstoff kommt, so dass die Bestrahlung bei einer konstant niedrigen Sauerstoffkonzentration durchgeführt werden kann. Außerdem soll es die neue Vorrichtung gestatten, den Abstand der Strahlenquellen zu den radikalisch härtbaren Massen zu variieren, sodass in allen Fällen der optimale Abstand gewährleistet ist. Dabei sollen die Strahlenquellen mit der Schutzgasatmosphäre nicht in Berührung kommen, um Verwirbelungen von vornherein auszuschließen. Nicht zuletzt soll es die neue Vorrichtung ermöglichen, die radikalisch härtbaren Massen nacheinander oder gleichzeitig mit unterschiedlichen Strahlenquellen zu bestrahlen.

Demgemäß wurde das neue Verfahren zur Härtung radikalisch härtbarer Massen unter einer Schutzgasatmosphäre, bei dem die nach einem radikalischen Mechanismus ablaufende Härtung in den radikalisch härtbaren Massen durch Strahlung initiiert oder initiiert und aufrechterhalten wird, wobei das seitliche Wegfließen der Schutzgasatmosphäre verhindert wird, gefunden, bei dem die radikalisch härtbaren Massen

(1) in eine Schutzgasatmosphäre unter eine Tiefe, ab der die Schutzgasatmosphäre konstant ihre niedrigste Sauerstoffkonzentration aufweist, eingetaucht werden und
(2) unter dieser Tiefe in der Schutzgasatmosphäre bestrahlt werden, wobei mindestens eine der Strahlenquellen unterhalb der Grenzfläche Schutzgas/Luft angeordnet ist, wonach
(3) die resultierenden gehärteten Massen wieder aus der Schutzgasatmosphäre ausgetaucht werden, und das im Folgenden als »erfindungsgemäßes Verfahren« bezeichnet wird.

Außerdem wurde die neue Vorrichtung (1) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gefunden, umfassend

– eine nach oben offene oder geöffnete, mit einer Schutzgasatmosphäre (1.4) gefüllte Eintauchstation (1.2) umfassend – einen gasdicht abschließenden Boden (1.9), – drei gasdicht abschließende Seitenwände (1.3), – eine gasdicht abschließende Seitenwand (1.3.1) und – eine Grenzfläche Schutzgas/Luft (1.4.1), worin ab einer Tiefe (1.4.2) konstant die niedrigste Sauerstoffkonzentration in der Schutzgasatmosphäre (1.4) herrscht;
– eine mit der Schutzgasatmosphäre (1.4) gefüllte, zur Eintauchstation (1.2) hin geöffnete Bestrahlungsstation (1.1), umfassend – einen gasdicht abschließenden Boden (1.9), – zwei parallele, gasdicht abschließende Seitenwände (1.3), – eine oberhalb des Bodens (1.9) befindliche und parallel hierzu verlaufende, gasdichte Wand (1.11) und – mindestens einen, in mindestens einer Wand (1.3) und/oder der Wand (1.11) und/oder dem Boden (1.9) befindlichen, gegenüber der Strahlung durchlässigen Bereich (1.6), worin konstant die niedrigste Sauerstoffkonzentration in der Schutzgasatmosphäre (1.4) herrscht;
– mindestens eine Strahlenquelle (1.5) mit mindestens einer Zuleitung für elektrische Energie (1.5.1);
– mindestens eine Transportvorrichtung (1.7), umfassend – eine Antriebsvorrichtung (1.7.1), – mindestens eine Durchführung (1.7.2) durch eine Seitenwand (1.3), die Seitenwand (1.3.2) oder den Boden (1.9), – eine umlenkbare Zugvorrichtung (1.7.3), – eine Umlenkvorrichtung (1.7.4), – eine in horizontaler Richtung verfahrbare Tragvorrichtung (1.7.5); sowie
– mindestens eine gegebenenfalls auf einem Substrat befindliche radikalisch härtbare Masse (1.8).

Im Folgenden wird die neue Vorrichtung (1) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als »erfindungsgemäße Vorrichtung« bezeichnet.

Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst werden konnte.

Insbesondere war es überraschend, dass das erfindungsgemäße Verfahren in allen Fällen in einfacher Weise vollständig radikalisch gehärtete Massen, insbesondere Beschichtungen, lieferte, die das gewünschte anwendungstechnische Eigenschaftsprofil, insbesondere eine besonders hohe Kratzfestigkeit, zeigten.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattete es, die Bestrahlung der radikalisch härtbaren Massen bei einer konstant niedrigen Sauerstoffkonzentration durchzuführen, ohne dass es dabei zu Verwirbelungen der Schutzgasatmosphäre kommen konnte.

Überraschenderweise gestattete es die erfindungsgemäße Vorrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren in besonders einfacher und zuverlässiger Weise durchzuführen.

Insbesondere erlaubte es die erfindungsgemäße Vorrichtung, die radikalisch härtbaren Massen in die Schutzgasatmosphäre einzutauchen und auszutauchen, ohne dass es dabei zu Verwirbelungen bei der Bestrahlung und zur Kontamination der Schutzgasatmosphäre durch Sauerstoff kam, so dass die Bestrahlung bei einer konstant niedrigen Sauerstoffkonzentration durchgeführt werden konnte. Außerdem gestattete es die neue Vorrichtung, den Abstand der Strahlenquellen zu den radikalisch härtbaren Massen zu variieren, sodass in allen Fällen der optimale Abstand gewährleistet war. Dabei kamen die Strahlenquellen mit der Schutzgasatmosphäre nicht in Berührung, sodass Verwirbelungen von vornherein ausgeschlossen werden konnten. Nicht zuletzt ermöglichte es die erfindungsgemäße Vorrichtung, die radikalisch härtbaren Massen nacheinander oder gleichzeitig mit unterschiedlichen Strahlenquellen zu bestrahlen.

Überraschenderweise zeigte es sich, dass wegen der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der Gehalt der radikalisch härtbaren Massen, insbesondere der radikalisch polymerisierbaren Massen, an Photoinitiatoren signifikant gesenkt werden konnte, ohne dass dabei die Härtung verlangsamt und/oder unvollständig wurde. Durch den niedrigeren Gehalt an Photoinitiatoren neigten die resultierenden radikalisch gehärteten Massen auch weniger zur Vergilbung und riefen auch keine Geruchsbelästigung mehr hervor.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Härtung radikalisch härtbarer Massen unter einer Schutzgasatmosphäre. Dabei wird die nach einem radikalischen Mechanismus ablaufende Härtung durch Strahlung initiiert oder initiiert und aufrechterhalten. Das seitliche Wegfließen der Schutzgasatmosphäre wird beispielsweise durch Behälterwände verhindert. Durch die Härtung resultieren radikalisch gehärtete, insbesondere duroplastische, Massen, die aus einem dreidimensionalen Netzwerk aufgebaut sind.

Die radikalisch härtbaren Massen enthalten Bindungen, die mit Strahlung, d. h. elektromagnetische Strahlung, wie IR-Strahlung, NIR-Strahlung, sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung und Gammastrahlung, UV-Strahlung, und Korpuskularstrahlung, wie Elektronenstrahlung, Alphastrahlung, Betastrahlung, Neutronenstrahlung und Protonenstrahlung; vorzugsweise aber elektromagnetische Strahlung insbesondere NIR-Strahlung, sichtbares Licht und UV-Strahlung; aktivierbar sind.

Beispiele geeigneter mit aktinischer Strahlung aktivierbarer Bindungen und reaktiver funktioneller Gruppen, die sie enthalten, sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 101 29 970 A1 , Seite 8, Absätze [0059] bis [0061] bekannt. Insbesondere werden (Meth)Acrylatgruppen eingesetzt.

Darüber hinaus können die radikalisch härtbaren Massen noch reaktive funktionelle Gruppen enthalten, die mit sich selbst oder mit komplementären reaktive funktionelle Gruppen Vernetzungsreaktionen eingehen können, wie beispielsweise Isocyanatgruppen einerseits, und isocyanatreaktive funktionelle Gruppen, wie Hydroxylgruppen, Thiolgruppen und primäre und sekundäre Aminogruppen, andererseits. Die betreffenden radikalisch härtbaren Massen werden auch als Dual-Cure-härtbare Massen bezeichnet.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren radikalisch härtbaren Massen unterliegen keiner stofflichen Einschränkung, sondern es können alle aus den Schriften EP 0 540 884 A1 , EP 0 568 967 A1 , US 4,675,234 A , DE 197 09 467 C2 , WO 01/39897 A1, DE 42 15 070 A1 , DE 198 18 735 A1 , DE 199 08 018 A1 , DE 199 30 665 A1 , DE 199 30 067 A1 , DE 199 30 664 A1 , DE 199 24 674 A1 , DE 199 20 799 A1 , DE 199 58 726 A1 , DE 199 61 926 A1 , DE 100 42 152 A1 , DE 100 47 989 A1 , DE 100 55 549 A1 , DE 101 29 970 A1 , DE 102 02 565 A1 , DE 102 04 114 A1 , EP 0 928 800 A1 , EP 0 952 170 A1 oder DE 101 29 660 C1 bekannten wässrigen, organische Lösemittel enthaltenden, oder wasser- und lösemittelfreien, flüssigen oder pulverförmigen, radikalisch härtbaren Massen verwendet werden.

Sofern die radikalisch härtbaren Massen die erforderliche Dimensionsstabilität aufweisen, können sie als solche, d. h. ohne stützende Substrate eingesetzt werden. Vorzugsweise befinden sich die radikalisch härtbaren Massen auf planaren oder dreidimensional geformten Substraten, wie Folien aus Metallen oder Kunststoffen, Fasern, wie Kohlenstofffasern, Glasfasern, Textilfasern oder Metallfasern oder Verbunden hieraus, Karosserien von Fortbewegungsmitteln (inklusive mit Motorkraft und/oder Muskelkraft betriebene Fortbewegungsmittel, wie PKW, Nutzfahrzeuge, Omnibusse, Motorräder, Fahrräder, Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge und Fluggeräte) und Teilen hiervon, Teile von Bauwerken, Türen, Fenster und Möbel und Teilen hiervon, mechanische, optische und elektronische Bauteile und Teilen hiervon Glashohlkörper, Container, Emballagen und Gegenstände des täglichen Bedarfs und Teilen hiervon sowie industrielle Kleinteile, wie Felgen, Schrauben oder Muttern.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Schutzgasatmosphäre, die schwerer als Luft ist, eingesetzt. Bevorzugt ist das Molekulargewicht des Schutzgases daher > 28,8 Dalton, was dem Molekulargewicht eines Gemischs aus 20% Sauerstoff und 80% Stickstoff entspricht. Besonders bevorzugt wird das Schutzgas aus der Gruppe, bestehend aus Argon, Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen, Schwefelhexafluorid und Kohlendioxid, ausgewählt. Insbesondere wird Kohlendioxid verwendet.

Vorzugsweise ist der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre < 15, bevorzugt < 10, besonders bevorzugt < 5, ganz besonders bevorzugt < 3 und insbesondere < 2 Gew.-%. Im Allgemeinen ist es ausreichend, wenn der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre zwischen 1 und 2 Gew.-% liegt. Im Falle von radikalisch härtbaren Massen, bei denen der Sauerstoff einen besonders starken inhibierenden Effekt hat, kann der Sauerstoffgehalt auch < 1, bevorzugt < 0,5 und insbesondere < 0,1 Gew.- % sein.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, dass die radikalisch härtbaren Massen in die Schutzgasatmosphäre unter eine Tiefe, ab der die Schutzgasatmosphäre konstant ihre niedrigste Sauerstoffkonzentration aufweist, eingetaucht werden und unterhalb dieser Tiefe in der Schutzgasatmosphäre bestrahlt werden, wobei mindestens eine der Strahlenquellen unterhalb der Grenzfläche Schutzgas/Luft angeordnet ist. Vorzugsweise sind alle Strahlenquellen unterhalb dieser Grenzfläche angeordnet. Insbesondere befindet oder befinden sich die Strahlenquelle oder Strahlenquellen außerhalb der Schutzgasatmosphäre. Dabei kann die Strahlenquelle oder mindestens eine der Strahlenquellen unterhalb, seitlich und/oder oberhalb, insbesondere oberhalb, von den radikalisch härtbaren Massen angeordnet sein.

Vorzugsweise werden die radikalisch härtbaren Massen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Eintauchen auf einer Transportvorrichtung abgelegt. Anschließend werden sie zu mindestens einer Bestrahlungsstation transportiert, wo sie bestrahlt werden, wodurch die radikalisch gehärteten Massen resultieren.

Die radikalisch gehärteten Massen werden zu einer Austauchstation transportiert, wo sie aus der Schutzgasatmosphäre ausgetaucht werden.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Austauchstation gleich der Eintauchstation. D. h., dass die radikalisch gehärteten Massen von der Bestrahlungsstation wieder zurück zur Eintauchstation transportiert und dort ausgetaucht werden. Diese Variante eignet sich besonders gut für die diskontinuierliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Batch-Betrieb.

In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Austauchstation eine separate Station, die sich insbesondere an die der Eintauchstation abgewandten Seite der Bestrahlungsstation anschließt. D. h., dass die radikalisch gehärteten Massen von der Bestrahlungsstation weiter zur Austauchstation transportiert und dort ausgetaucht werden. Diese Variante eignet sich besonders gut für die kontinuierliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Durchlaufbetrieb.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe der unterschiedlichsten Vorrichtungen durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, hierzu die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zu verwenden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) umfasst eine nach oben offene oder geöffnete, d. h. verschließbare, mit der Schutzgasatmosphäre (1.4) gefüllte Eintauchstation (1.2). Diese umfasst einen gasdicht abschließenden Boden (1.9), drei gasdicht abschließenden Seitenwände (1.3) und eine gasdicht abschließenden Seitenwand (1.3.1) und eine Grenzfläche Schutzgas/Luft. In der Schutzgasatmosphäre (1.4) herrscht ab einer Tiefe (1.4.2) konstant ihre niedrigste Sauerstoffkonzentration.

An die Eintauchstation (1.2) schließt sich eine Bestrahlungsstation (1.1) an, die ebenfalls mit der Schutzgasatmosphäre (1.4) gefüllt ist. Die Bestrahlungsstation (1.1) umfasst einen gasdicht abschließenden Boden (1.9), zwei parallele, gasdicht abschließenden Seitenwände (1.3), eine oberhalb des Bodens (1.9) befindliche und parallel hierzu verlaufende, gasdichte Wand (1.11). Vorzugsweise besitzen die Eintauchstation (1.2) und die Bestrahlungsstation (1.1) zwei durchgehende, parallele Seitenwände (1.3) und einen durchgehenden Boden (1.9).

Nicht zuletzt umfasst die Bestrahlungsstation (1.1) mindestens einen, insbesondere einen, in mindestens einer Wand (1.3) und/oder der Wand (1.11) und/oder dem Boden (1.9) befindlichen, gegenüber der Strahlung der Strahlenquelle oder der Strahlenquellen (1.5) durchlässigen, gasdichten Bereich (1.6).

Der Fachmann kann das geeignete Material für die Herstellung des durchlässigen Bereichs (1.6) ohne weiteres anhand der Transparenz des Materials gegenüber der Strahlung, mit der die radikalisch härtbaren Massen (1.8) bestrahlt werden sollen, auswählen. Gegebenenfalls kann der durchlässige Bereich (1.6) unterschiedliche Bereiche umfassen, die für unterschiedliche Strahlungen transparent sind.

Der Bestrahlungsstation (1.1) und dem für die Strahlung durchlässigen Bereich (1.6) ist mindestens eine Strahlenquelle (1.5) mit mindestens einer Zufuhr für elektrische Energie zugeordnet. Beispiele geeigneter Strahlenquellen sind übliche und bekannte IR-Strahler, NIR-Strahler, Lampen für sichtbares Licht und UV-Lampen, insbesondere Lampen für sichtbares Licht, wie Halogenlampen, Glühlampen, Leuchtdioden und Laser, und UV-Lampen, wie die UV-Lampen gem. Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Seiten 595 und 596, »UV-Lampen« und »UV-Reflektoren«, oder die in der deutschen Patentanmeldung DE 198 18 735 A1 , Spalten 10, Zeilen 31 bis 61, beschriebenen UV-Lampen.

Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1), dass nicht nur jeweils eine Strahlenquellen (1.5) verwendet werden kann, sondern auch eine beliebige Kombination von Strahlenquellen (1.5). So können beispielsweise die radikalisch härtbaren Massen mit IR-Strahlern aufgeheizt werden, bevor sie mit UV-Lampen bestrahlt werden. Hierdurch kann die Härtung sehr stark beschleunigt werden, was die Taktzeiten in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) noch einmal signifikant verringert.

Es ist ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1), dass die Strahlungsquellen (1.5) in vertikaler Richtung zu den radikalisch härtbaren Massen (1.8) verschiebbar angeordnet werden können, sodass in allen Fällen der optimale Abstand zwischen Strahlenquellen (1.5) und radikalisch härtbaren Massen (1.8) eingestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) umfasst ferner mindestens eine, insbesondere eine, Transportvorrichtung (1.7). Die Transportvorrichtung (1.7) kann zum größten Teil oder insgesamt von der Schutzgasatmosphäre (1.4) umgeben sein.

Die Transportvorrichtung (1.7) umfasst mindestens eine, insbesondere eine, Antriebsvorrichtung (1.7.1), beispielsweise einen stufenlos regelbaren, mit Luftdruck betriebenen Motor oder einen stufenlos regelbaren Elektromotor.

Außerdem umfasst die Transportvorrichtung (1.7) mindestens eine Durchführung (1.7.2) durch eine Seitenwand (1.3), durch eine Seitenwand (1.3.2) oder durch den Boden (1.9), insbesondere durch die Seitenwand (1.3.2). Vorzugsweise sind zwei Durchführungen (1.7.2) vorhanden, die einander zugeordnet sind. Sofern sich die Antriebsvorrichtung (1.7.1) nicht innerhalb der Schutzgasatmosphäre (1.4) befindet, sind die Durchführungen (1.7.2) gasdicht ausgelegt, beispielsweise mit Hilfe von Gleichtdichtungen.

Des Weiteren umfasst die Transportvorrichtung (1.7) mindestens eine, insbesondere eine, umlenkbare Zugvorrichtung (1.7.3). Der erste Teil Zugvorrichtung (1.7.3) verläuft von der Antriebsvorrichtung (1.7.1) durch eine der Durchführungen (1.7.2) zu der nachstehend beschriebenen Tragvorrichtung (1.7.5). Auf der anderen Seite ist die Tragvorrichtung (1.7.5) mit dem zweiten Teil der Zugvorrichtung (1.7.3) verbunden, der über eine Umlenkvorrichtung (1.7.4), insbesondere eine Umlenkrolle, durch die zweite Durchführung (1.7.2) wieder zur Antriebsvorrichtung (1.7.1) zurückgeführt wird. Beispiele geeigneter Zugvorrichtungen (1.7.3) sind Seile oder Ketten aus Kunststoff oder Metall, die noch in geeigneter Weise gelagert sein können.

Nicht zuletzt umfasst die Transportvorrichtung (1.7) eine in horizontaler Richtung verfahrbare Tragvorrichtung (1.7.5), mit der mindestens eine gegebenenfalls auf einem Substrat befindliche radikalisch härtbare Masse (1.8) von der Eintauchstation (1.2) zu der Bestrahlungsstation (1.1) transportiert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Tragvorrichtung (1.7.5) um einen verfahrbar gelagerten, vorzugsweise auf Rollen oder Schienen gelagerten Tisch, der auf seiner der Strahlenquelle (1.5) zugewandten Seite geeignete Vorrichtungen zur wieder ablösbaren Fixierung der gegebenenfalls auf Substraten befindlichen radikalisch härtbaren Massen bzw. der radikalisch gehärteten Massen (1.8) aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) kann die Eintauchstation (1.2) zugleich die Austauchstation sein. In diesem Falle umfasst die Bestrahlungsstation (1.1) eine senkrecht zu den Seitenwänden (1.3) angebrachte Seitenwand (1.3.2). Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) eignet sich hervorragend für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im diskontinuierlichen Batch-Betrieb.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) kann aber auch noch eine mit der Schutzgasatmosphäre (1.4) gefüllte, nach oben offene oder geöffnete, d. h. wieder verschließbare, Austauchstation (1.10) umfassen, die sich an die Belichtungsstation (1.1) anschließt und

– einen gasdicht abschließenden Boden (1.9),
– zwei gasdicht abschließende Seitenwände (1.3),
– eine gasdicht abschließende Seitenwand (1.3.1),
– eine gasdicht abschließende Seitenwand (1.3.2) und
– eine Grenzfläche Schutzgas/Luft (1.4.1)

umfasst, worin ab einer Tiefe (1.4.2) konstant die niedrigste Sauerstoffkonzentration in der Schutzgasatmosphäre (1.4) herrscht. Vorzugsweise besitzen die Eintauchstation (1.2), die Bestrahlungsstation (1.1) und die Austauchstation (1.10) zwei durchgehende, parallele Seitenwände (1.3) und einen durchgehenden Boden (1.9).

Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) weist den besonderen Vorteil auf, dass die Seitenwände (1.3.1) zusammen mit der Wand (1.11) und der Strahlenquelle oder den Strahlenquelle (1.5) in vertikaler Richtung teleskopartige verschiebbar sind. Dadurch kann auch bei dieser Ausführungsform in allen Fällen der optimale Abstand von Strahlenquelle (1.5) und radikalisch härtbaren Massen (1.8) eingestellt werden. Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform die Transportvorrichtung (1.7) der Seitenwand (1.3.2) der Austauchstation (1.10) zugeordnet.

Nicht zuletzt weist diese Ausführungsform den ganz besonderen Vorteil auf, dass die Zugvorrichtung (1.7.3) und die Tragvorrichtung (1.7.5) zu einem umlenkbaren Tragband (1.7.3)/(1.7.5) kombiniert werden kann, das es beispielsweise ermöglicht, eine gegebenenfalls auf einem Substrat befindliche radikalisch härtbare Masse (1.8) in der Eintauchstation (1.2) einzutauchen und zu fixieren, wenn eine zweite radikalisch härtbare Masse (1.8) bereits in der Bestrahlungsstation (1.1) bestrahlt wird und eine dritte, bereits radikalisch gehärteten Masse (1.8) in der Austauchstation (1.10) vom Tragband (1.7.3)/(1.7.5) genommen und ausgetaucht wird.

Die Ausführungsform ist hervorragend für die kontinuierliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Durchlaufbetrieb geeignet.

Unabhängig von ihrer Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) Vorrichtungen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre (1.4), zur Messung des Sauerstoffgehalts und zum Eintauchen der gegebenenfalls auf Substraten befindlichen radikalisch härtbaren Massen (1.8) und dem Austauchen der resultierenden, gegebenenfalls auf Substraten befindlichen radikalisch gehärteten Massen (1.8). Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) noch übliche und bekannte mechanische, pneumatische, elektrische und elektronische Mess- und Regelvorrichtungen umfassen.

Insbesondere kann die Schutzgasatmosphäre (1.4) durch die Zuleitung von Schutzgas oder die Zugabe von gefrorenem Schutzgas, insbesondere Trockeneis, in den Bereich des Bodens (1.9) hergestellt und aufrechterhalten werden. Bei dieser bevorzugten Vorgehensweise wird insbesondere bei der Verwendung von Schutzgas, das schwerer ist als Luft, letztere frei von Verwirbelungen nach oben aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung verdrängt, wobei sich im unteren Bereich der Vorrichtung (1) eine Zone mit konstanter minimaler Sauerstoffkonzentration einstellt. Gegebenenfalls können die Eintauchstation (1.2) und die Austauchstation (1.10) verschlossen werden, nachdem sie und die Bestrahlungsstation (1.1) vollständig mit Schutzgas gefüllt sind und die radikalisch härtbaren Massen (1.8) eingetaucht bzw. ausgetaucht sind. In diesem Falle empfiehlt es sich, eine Druckausgleichsvorrichtung, wie ein Überdruckventil vorzusehen.

Unabhängig von der Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) aus Materialien aufgebaut, die für die erfindungsgemäßen Verwendungszwecke die notwendige Korrosionsstabilität, Dimensionsstabilität, mechanische Stabilität, elektrische Leitfähigkeit, Druckstabilität und/oder Strahlungsstabilität haben. Der Fachmann kann die betreffenden Materialien ohne weiteres aufgrund seines allgemeinen Fachwissens anhand ihrer bekannten physikalischen, chemischen und physikalisch chemischen Eigenschaften auswählen.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) werden anhand der 1 bis 4 erläutert. Bei den 1 bis 4 handelt es sich um schematische Darstellungen, die das Prinzip der Erfindung anschaulich machen sollen. Die schematischen Darstellungen brauchen daher nicht maßstabsgetreu zu sein. Die dargestellten Größenverhältnisse müssen daher auch nicht den bei der Ausübung der Erfindung in der Praxis angewandten Größenverhältnissen entsprechen.
Die 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) in Seitenansicht.
Die 2 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) gem. 1 in Aufsicht.
Die 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) in Seitenansicht.
Die 4 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) gem. 1 in Aufsicht.
In den 1 bis 4 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:

(1): erfindungsgemäße Vorrichtung,
(1.1): Bestrahlungsstation,
(1.2): Eintauchstation,
(1.3): gasdichte Seitenwand,
(1.3.1): gasdichte Seitenwand im Bereich der Strahlenquelle (1.5) und der Bestrahlungsstation (1.1),
(1.3.2): gasdichte Seitenwand im Bereich der Bestrahlungsstation (1.1) und der Transportvorrichtung (1.7),
(1.4): Schutzgasatmosphäre,
(1.4.1): Grenzfläche Schutzgas/Luft,
(1.4.2): Tiefe, ab der die Schutzgasatmosphäre (1.4) konstant ihre niedrigste Sauerstoffkonzentration aufweist,
(1.5): Strahlenquelle oder Strahlenquellen,
(1.5.1): Energiezufuhr,
(1.6): für die Strahlung der Strahlenquellen (1.5) durchlässiger Bereich,
(1.7): Transportvorrichtung,
(1.7.1): Antriebsvorrichtung,
(1.7.2): Durchführung durch die Seitenwand (1.3.2),
(1.7.3): umlenkbare Zugvorrichtung,
(1.7.4): Umlenkvorrichtung,
(1.7.5): in horizontaler Richtung verfahrbare Tragvorrichtung,
(1.8): gegebenenfalls auf einem Substrat befindliche radikalisch härtbare Masse,
(1.9): gasdichter Boden,
(1.10): Austauchstation und
(1.11): parallel zum Boden (1.9) verlaufende gasdichte Wand.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) gem. den 1 und 2 werden beispielsweise dreidimensionale Kunststofffolien, die mit einer Schicht aus einem transparenten, mit UV-Strahlung härtbaren Klarlack beschichtet sind, in die Eintauchstation (1.2) eingetaucht und auf einem Transportwagen (1.7.5) wieder ablösbar fixiert. Der Transportwagen und die beschichteten Substrate (1.8) befinden sich unterhalb der Tiefe (1.4.2), ab der in der Schutzgasatmosphäre (1.4) konstant die niedrigste Sauerstoffkonzentration herrscht. Mit Hilfe der Transportvorrichtung (1.7) werden die beschichteten Substrate (1.8) auf dem Transportwagen (1.7.5) zu der Bestrahlungsstation (1.1) geführt und dort durch den durchlässigen Bereich (1.6) hindurch mit UV-Strahlung der Strahlenquelle (1.5) in der gewünschten Dosis und Intensität bestrahlt. Es resultieren Substrate, die mit einer hochkratzfesten Klarlackierung (1.8) beschichtet sind. Sie werden mit Hilfe der Transportvorrichtung (1.7) zu der Eintauchstation (1.2) zurückbefördert, wo sie ausgetaucht werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) gem. den 3 und 4 werden die Substrate mit der hochkratzfesten Klarlackierung (1.8) zu der Austauchstation (1.10) transportiert, dort vom Transportwagen (1.7.5) genommen und ausgetaucht.

(1): erfindungsgemäße Vorrichtung,
(1.1): Bestrahlungsstation,
(1.2): Eintauchstation,
(1.3): gasdichte Seitenwand,
(1.3.1): gasdichte Seitenwand im Bereich der Strahlenquelle (1.5) und der Bestrahlungsstation (1.1),
(1.3.2): gasdichte Seitenwand im Bereich der Bestrahlungsstation (1.1) und der Transportvorrichtung (1.7),
(1.4): Schutzgasatmosphäre,
(1.4.1): Grenzfläche Schutzgas/Luft,
(1.4.2): Tiefe, ab der die Schutzgasatmosphäre (1.4) konstant ihre niedrigste Sauerstoffkonzentration aufweist,

(1.5): Strahlenquelle oder Strahlenquellen,
(1.5.1): Energiezufuhr,
(1.6): für die Strahlung der Strahlenquellen (1.5) durchlässiger
: Bereich,
(1.7): Transportvorrichtung,
(1.7.1): Antriebsvorrichtung,
(1.7.2): Durchführung durch die Seitenwand (1.3.2),
(1.7.3): umlenkbare Zugvorrichtung,
(1.7.4): Umlenkvorrichtung,
(1.7.5): in horizontaler Richtung verfahrbare Tragvorrichtung,
(1.8): gegebenenfalls auf einem Substrat befindliche radikalisch härtbare Masse,
(1.9): gasdichter Boden,
(1.10): Austauchstation und
(1.11): parallel zum Boden (1.9) verlaufende gasdichte Wand.

Claims

Verfahren zur Härtung radikalisch härtbarer Massen unter einer Schutzgasatmosphäre, bei dem die nach einem radikalischen Mechanismus ablaufende Härtung in den radikalisch härtbaren Massen durch Strahlung initiiert oder initiiert und aufrechterhalten wird, wobei das seitliche Wegfließen der Schutzgasatmosphäre verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die radikalisch härtbaren Massen (1) in eine Schutzgasatmosphäre unter eine Tiefe, ab der die Schutzgasatmosphäre konstant ihre niedrigste Sauerstoffkonzentration aufweist, eingetaucht werden und (2) unter dieser Tiefe in der Schutzgasatmosphäre bestrahlt werden, wobei mindestens eine der Strahlenquellen unterhalb der Grenzfläche Schutzgas/Luft angeordnet ist, wonach (3) die resultierenden gehärteten Massen wieder aus der Schutzgasatmosphäre ausgetaucht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle Strahlenquellen unterhalb der Grenzfläche Schutzgas/Luft befinden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strahlenquelle oder Strahlenquellen außerhalb der Schutzgasatmosphäre befindet oder befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle oder die Strahlenquellen oberhalb der radikalisch härtbaren Massen angeordnet ist oder sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung elektromagnetische Strahlung und/oder Korpuskularstrahlung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasatmosphäre schwerer als Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas aus der Gruppe, bestehend aus Argon, Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen, Schwefelhexafluorid und Kohlendioxid, ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas Kohlendioxid ist.
Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend – eine nach oben offene oder geöffnete, mit einer Schutzgasatmosphäre (1.4) gefüllte Eintauchstation (1.2) umfassend – einen gasdicht abschließenden Boden (1.9), – drei gasdicht abschließende Seitenwände (1.3), – eine gasdicht abschließende Seitenwand (1.3.1) und – eine Grenzfläche Luft/Schutzgas (1.4.1), worin ab einer Tiefe (1.4.2) konstant die niedrigste Sauerstoffkonzentration in der Schutzgasatmosphäre (1.4) herrscht; – eine mit der Schutzgasatmosphäre (1.4) gefüllte, zur Eintauchstation (1.2) hin geöffnete Bestrahlungsstation (1.1), umfassend – einen gasdicht abschließenden Boden (1.9), – zwei parallele, gasdicht abschließende Seitenwände (1.3), – eine oberhalb des Bodens (1.9) befindliche und parallel hierzu verlaufende, gasdichte Wand (1.11) und – mindestens einen, in mindestens einer Wand (1.3) und/oder der Wand (1.11) und/oder dem Boden (1.9) befindlichen, gegenüber der Strahlung durchlässigen, gasdichten Bereich (1.6), worin konstant die niedrigste Sauerstoffkonzentration in der Schutzgasatmosphäre (1.4) herrscht; – mindestens eine Strahlenquelle (1.5) mit mindestens einer Zuleitung für elektrische Energie (1.5.1); – mindestens eine Transportvorrichtung (1.7), umfassend – eine Antriebsvorrichtung (1.7.1), – mindestens eine Durchführung (1.7.2) durch eine Seitenwand (1.3), die Seitenwand (1.3.2) oder den Boden (1.9), – eine umlenkbare Zugvorrichtung (1.7.3), – eine Umlenkvorrichtung (1.7.4), – eine in horizontaler Richtung verfahrbare Tragvorrichtung (1.7.5); sowie – mindestens eine gegebenenfalls auf einem Substrat befindliche radikalisch härtbare Masse (1.8).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchstation (1.2) zugleich auch die Austauchstation ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsstation (1.1) eine senkrecht zu den Seitenwänden (1.3) angebrachte Seitenwand (1.3.2) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie noch eine mit der Schutzgasatmosphäre (1.4) gefüllte, nach oben offene oder geöffnete Austauchstation (1.10) umfasst, die sich an die Belichtungsstation (1.1) anschließt und – einen gasdicht abschließenden Boden (1.9), – zwei gasdicht abschließende Seitenwände (1.3), – eine gasdicht abschließende Seitenwand (1.3.1), – eine gasdicht abschließende Seitenwand (1.3.2) und – eine Grenzfläche Schutzgas/Luft (1.4.1) umfasst, worin ab einer Tiefe (1.4.2) konstant die niedrigste Sauerstoffkonzentration in der Schutzgasatmosphäre (1.4) herrscht.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle oder mindestens eine der Strahlenquellen (1.5) in vertikaler Richtung zu dem oder den für die Strahlung durchlässigen Bereich oder Bereichen (1.6) verschiebbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der für die Strahlung durchlässige Bereich (1.6) in der Wand (1.11) befindet.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (1.3.1), zusammen mit der Wand (1.11) und der Strahlenquelle oder den Strahlenquellen (1.5) in vertikaler Richtung teleskopartig verschiebbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (1.3.2) zwei Durchführungen (1.7.2) für die umlenkbare Zugvorrichtung (1.7.3) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Transportvorrichtung (1.7) in der Schutzgasatmosphäre (1.4) befindet.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie Vorrichtungen – zur Erzeugung oder Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre (1.4), – zur Messung des Sauerstoffgehalts und – zum Eintauchen der gegebenenfalls auf Substraten befindlichen radikalisch härtbaren Massen (1.8) und dem Austauchen der resultierenden, gegebenenfalls auf Substraten befindlichen radikalisch gehärteten Massen (1.8) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquellen (1.5) IR-Strahler, NIR-Strahler, Lampen für sichtbares Licht oder UV-Lampen sind.