DE102004038614A1

DE102004038614A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergüten von Substraten

Info

Publication number: DE102004038614A1
Application number: DE200410038614
Authority: DE
Inventors: Cornelius Grimm; Ulrich Dr. Teich
Original assignee: Dr Ulrich Teich & Co KG GmbH; Ulrich Teich & Co KG Dr GmbH
Current assignee: Dr Ulrich Teich & Co KG GmbH; Ulrich Teich & Co KG Dr GmbH
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Bei einem Verfahren insbesondere zum Vergüten von temperaturempfindlichen Substraten, wie Holzwerkstoffplatten, Kunststoffe oder Papier, werden die vorbehandelten Substrate (1) zunächst zu einer Beschichtungsvorrichtung (7) zugeführt und dort mit einem Pulverlack für die Oberflächenveredelung beschichtet. Die beschichtete Oberfläche wird dann derart erwärmt, dass das Pulver unter teilweiser Verflüssigung und aushärtung an der Substratoberfläche haftet, sodass die beschichtete Oberfläche dann zur vollständigen Aushärtung des aufgetragenen Pulvers mit einer bestimmten Temperatur verpresst wird. Durch dieses Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung lassen sich Substrate mit hoher Oberflächenqualität herstellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergüten insbesondere von temperaturempfindlichen Substraten, wie Holzwerkstoffe, die beispielsweise im Möbelbereich eingesetzt werden können.

Aus der DE 197 57 003 ist ein Verfahren zur Oberflächenvergütung von Platten bekannt, bei dem die Platten zunächst einer Vorbehandlung unterzogen werden, bevor sie mit einem Harzpulver beschichtet werden. Anschließend werden die Trägerplatten in eine Kurztaktpresse eingefahren und die Harzpulverschichten werden unter Druck und Wärme zu strukturierten oder ebenen Oberflächen verpresst und dabei ausgehärtet. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die ungleichmäßigen Qualitätsparameter der Oberflächenschicht: Denn während des Aufschmelzens bis zum Aushärten der Oberfläche kann die Presse Schubspannungen erzeugen, die dazu führen, dass noch nicht fixierte Pulvermoleküle von ihrem Auftragspunkt verschoben werden, und damit an einer anderen Stelle fixiert werden, sodass keine reproduzierbare gleichmäßige und vollflächige Oberflächenbeschichtung erzeugt wird. Vielmehr wird an bestimmten Punkten eine Anhäufung des Pulverlackes beobachtet, wogegen an anderen exponierten Stellen kein oder nur ein unzureichender Beschichtungsfilm vorhanden ist. Dieser Effekt tritt vorwiegend an den Kanten, E cken oder Profilen der Substratoberfläche auf, was zum Abschieben, Reißen oder Anhäufen von Lackpartikeln führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren und eine Vorrichtung für die Vergütung von Substraten zu verwenden, sodass eine möglichst gleichmäßige Oberflächenbeschichtung hergestellt wird und die Oberfläche eine hohe Qualität besitzt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat vor dem Beschichten zur Erhöhung der Haftung des Pulvers elektrostatisch aufgeladen, vorgewärmt und/oder befeuchtet. Für die Verbesserung der Pulverhaftung kann dabei die Vorbehandlung auch durch Tauchen oder Bestreichen mit Flüssigkeit mit oder ohne Haftzusatz durchgeführt werden. Die Erwärmung kann auch nach dem Pulverauftrag erfolgen.

Erfindungsgemäß wird nach dem Beschichten des Substrates mit einem Pulver für die Oberflächenveredelung die beschichtete Oberfläche derart erhitzt, dass das Pulver unter teilweiser reaktiver Verflüssigung und Härtung sich mit der Substratoberfläche verbindet, bevor die Oberfläche des Substrates dann zur endgültigen Aushärtung des aufgetragenen Pulvers verpresst wird. Diese Vorfixierung erfolgt durch Erhitzung der beschichteten Oberfläche der aufgetragenen Pulverschicht. Dadurch werden die Oberflächeneigenschaften verbessert, insbesondere wird eine gleichmäßige geschlossene Oberfläche auch in den exponierten Bereichen an der Substratoberfläche erhalten. Das Substrat kann im Wesentlichen plattenförmig oder auch 3-D förmig ausgebildet sein und aus Massivholz, Holzwerkstoffen, Furnierplatten, Thermo- oder Duoplasten, Acryl, Pappe oder Papier und dergleichen bestehen, allerdings auch eine Profilierung aufweisen, wobei die Beschichtung auch bei einer profilierten Platte eine geschlossene Oberfläche ausbildet. Zusätzlich können auch Overlays, Furniere und andere Schichten auf dem Substrat angeordnet werden. Im Hinblick auf die mechanische Ausgestaltung der Trägerplatten und der Fördermittel können diese wie in der DE 197 57 003 ausgebildet sein. Insbesondere, wenn als Pulver ein hochreaktiver Pulverlack beschichtet wird, kann dieser auf der Oberfläche des Substrates stabilisiert werden, bevor mit einer Presse durch Wärme und Druck der Gelier- und Vernetzungsprozess stattfindet. Die Vorreaktion erfolgt durch teilweise chemische und physikalische Härtung vor dem Verpressen, da ausschließlich die Stabilisierung der Beschichtung erreicht werden soll.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit der materialimmanente Vorteil eines flexiblen, elastischen und zugleich umweltfreundlichen Pulverlacksystems, welches sich bis zur Aushärtung flexibel den jeweiligen Oberflächencharakteristika anpassen lässt, sich bis zu seiner Aushärtung jedoch in einem labilen Zustand befindet, mit dem Verfahrensschritt der Vorfixierung beendet. Der dadurch erzeugte robuste Aggregatzustand lässt zu, mit dem danach in der eingesetzten Presse durch Druck und Wärme eingeleiteten Aushärtprozess die gewünschte Oberflächeneigenschaft einzustellen, ohne dass übermäßiger Verschleiß an der Anlage auftritt. Zudem besteht bei dem Verfahren der Vorteil, dass eine Trennung der für den Gesamtprozess erforderlichen Verfahrensschritte möglich ist, ohne dass bei der Unterbrechung des Herstellungsverfahrens negative Effekte bei der Zwischenlagerung der teilfertigen Substratoberfläche entstehen.

Vorzugsweise ist die Zuführung an Wärmeenergie beim Erhitzen der beschichteten Oberfläche steuerbar. Denn die Zufuhr an Wärmeenergie kann dann in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit der Substrate, der Dicke der Beschichtung sowie der wegen der An des Beschichtungsmaterials erforderlichen Energiemenge für den Vorhärtungsprozess variiert werden. Die Zufuhr an Energie erfolgt dabei berührungslos, also beispielsweise durch Infrarotstrahlen oder Wärmekonvektion.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nach der teilweisen Aushärtung der Oberfläche vor dem Verpressen eine Trennfolie auf das Substrat gelegt. Die Trennfolie kann mit einer geeigneten Einrichtung auf die Substratoberfläche lose aufgelegt und nach dem Verpressen wieder abgezogen werden. Schließlich kann auch eine Trennfolie im kontinuierlichen Verfahren von einer Rolle abgewickelt werden, um dann auf die Oberfläche des Substrates aufgelegt zu werden, nach dem Verpressen wieder abgezogen und ggf. wiederverwendet zu werden. Ferner ist es möglich, als Trennmittel ein beschichtetes Pressblech, Pressmembrane oder – kassette zu verwenden. Die eigentliche zeitabhängige Reaktion, die zur abschließenden Vernetzung des Pulverlackes führt, erfolgt durch Druck, Temperatur ggf. unter Vakuum und mit anschließender Abkühlung.

Gemäß einer weiteren Ausbildung des Verfahrens erfolgt nach der Aushärtung der Beschichtung erneut eine Beschichtung mit Pulver auf das Substrat. Dadurch können zusätzlich Furniere, Overlays oder Papiere aufgebracht werden, wobei der erste Pulverauftrag als Verbindungsschicht und der zweite Pulverauftrag als Schutzschicht bzw. als Veredelungsfilm dient. Alternativ gibt es auch die Möglichkeit, den als Verbindungsschicht benutzten Lack im ersten Schritt auf dem Furnier, Papier oder Folienoverlay aufzubringen, vorzufixieren und in einem zweiten Arbeitsschritt im Thermopressvorgang auf das Substrat zu verschmelzen.

Als Pulver wird vorzugsweise ein Lack auf Epoxydharzbasis beschichtet, um den bevorzugten Anwendungsfall der Herstellung von Holzwerkstoffplatten abzudecken. Es ist allerdings auch möglich statt Epoxydharz Acryle, Polyester und Hybride als Harzpulver oder als Mischungskomponenten zu verwenden. Neben den Mischungskomponenten für den Basislack sind Additive zur Steigerung der Verlauf-, Oberflächen- und UV-Beständigkeit möglich, ebenso zur Erzeugung von antibakteriellen, antivirologischen Eigenschaften.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Station zum Erwärmen der beschichteten Oberfläche vorgesehen, die zwischen einer Vorrichtung für die Beschichtung des Substrates mit einem Pulver und der Presseinrichtung angeordnet ist. Mittels der Station zum Erwärmen der beschichteten Oberfläche lassen sich die obengenannten Vorteile erreichen.

Für eine berührungslose Erhitzung des Substrates weist die Station vorzugsweise steuerbare Infrarotlampen auf, mit denen die Wärmezufuhr dosiert werden kann. Dadurch können für unterschiedliche Anwendungsfälle die Wärmezufuhr abhängig von der Transportgeschwindigkeit, des gewählten Pulvers sowie der Schichtdicke eingestellt werden. Ebenso kann die Wärmezufuhr durch Konvektion im Durchlauf- oder Shuttleverfahren erfolgen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zum Vergüten von Substraten mit einer Kurztaktpresse.
Die Platten 1 werden zunächst von einem Stapel, einer Plattenvereinzelungseinrichtung zu einer Reinigungsvorrichtung gebracht, und anschließend von einer Aufnahmestation 6 über eine Fördereinrichtung 2 zu einer Plattenionisierungseinrichtung 5 transportiert und anschließend zu einer Beschichtungsanlage 7 geführt.
In der Beschichtungsvorrichtung 7 werden Pulverpartikel auf die Platte 1 entweder gravimetrisch, elektrostatisch oder elektromagnetisch aufgetragen, wobei der Auftrag des Pulvers auch durch Sieb-, Streu- oder Sprühverfahren mit Walzen oder andere Mittel erfolgen kann. Als Pulver wird vorzugsweise ein Lack auf Epoxydharzbasis eingesetzt.
Anschließend werden die mit Pulver beschichteten Platten 1 einer Station 19 zur Erwärmung der beschichteten Oberfläche zugeführt. Dadurch wird das auf der Platte 1 befindliche Pulver reaktiv verflüssigt und teilweise ausgehärtet, sodass eine Vorfixierung der Beschichtung und selbst beim Auftreten von Querkräften keine Verschiebungen der Lackpartikel mehr stattfindet, die für eine ungleichmäßige Oberflächenbeschichtung sorgen. Die Station 19 kann dabei als Durchlaufofen mit Strahlern und/oder als Shuttleofen ausgebildet sein.
Die Station 19 zum Erwärmen der Oberflächen der Platten 1 kann mehrere in einem Gehäuse angeordnete Infrarotlampen aufweisen, die berührungslos Wärme abstrahlen können. Es ist auch möglich, andere konvektive Wärmequellen einzusetzen. Abhängig von der Fördexgeschwindigkeit, der Schichtdicke und der Art des eingesetzten Pulvers kann die zugeführte Wärmemenge gesteuert werden. Dahinter ist eine Vorrichtung 12 zum Auflegen eines Trennmittels, z.B. einer Folie im diskontinuierlichen oder kontinuierlichem Verfahren vorgesehen.
Anschließend werden die Platten 1 mit der vorfixierten Oberflächenbeschichtung einer Kurztaktpresse 8 zugeführt, in der unter Druck- und Wärmeeinwirkung die Beschichtung gegebenenfalls unter Vakuum vollständig ausgehärtet und anschließend abgekühlt wird. Statt einer Kurztaktpresse 8 kann auch eine Einetagen- oder Mehretagenpresse eingesetzt werden, bei der die Pressbleche glatt oder strukturiert sein können. Die Presse kann auch als Membran- oder Kassettenpresse bzw. Rollen- oder Walzenpresse ausgeführt sein.
Nach der Kurztaktpresse 8 ist eine Kühleinrichtung 10 vorgesehen, die im Durchlauf- oder Reversierbetrieb arbeitet. Anschließend wird an einer Vorrichtung 11 das Trennmittel von den Substraten 1 abgenommen.
Optional ist es möglich, nach dem ersten Verpressen eine Vorrichtung zum Auflegen von Furnieren, Papieren oder Folienoverlays vorzusehen, mittels der dann eine weitere Oberflächenveredelung stattfindet.
Anschließend ist noch eine Abgabestation 9 für die Platten 1 vorgesehen, die über eine Entleerungsvorrichtung aus der Kurztaktpresse 8 entladen werden. Nach der Abgabestation 9 ist eine Oberflächenkontrolle und eine Vorrichtung zum Abstapeln der Platten angeordnet. Die fertigen Platten werden dann gesammelt und weiterverarbeitet.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können statt der dargestellten Platten 1 auch andere Substrate aus unterschiedlichen Materialien mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet werden.
Ferner ist es möglich mehrere Beschichtungsvorrichtungen hintereinander anzuordnen, zwischen denen ein oder mehrere Stationen 19 zum Erwärmen der Oberfläche des Substrates angeordnet sind. Bei einer solchen Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung sind dann mehrere Beschichtungsstationen hintereinander angeordnet, wobei dazwischen eine Station zum Vorfixieren und Verpressen der beschichteten Oberfläche angeordnet ist.

Claims

Verfahren zum Vergüten insbesondere von temperaturempfindlichen Substraten (1), wie Holzwerkstoffplatten, Furnierplatten, Thermo- oder Duoplaste, Acryl, Pappe oder Papier mit den folgenden Schritten: – Zuführen der Substrate (1) zu einer Beschichtungsvorrichtung (7); – Vorbehandlung der Substrate zur Erhöhung der Haftung eines Pulverlackes (5); – Beschichten des Substrates (1) mit einem Pulverlack für die Oberflächenveredelung; – Erwärmen der beschichteten Oberfläche derart, dass der Pulverlack unter teilweiser Verflüssigung und Härtung sich mit der Substratoberfläche verbindet; – Verwendung eines Trennmittels auf der Lackoberfläche, und – Verpressen der beschichteten Oberfläche des Substrates (1) zur vollständigen zeitabhängigen Aushärtung des aufgetragenen Pulvers mit Druck und Temperatur unter Vakuum und anschließender Abkühlung
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverlack auf dem Substrat (1) vor der Verpressung durch Wärmestrahlung (19) vorfixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverlack auf dem Substrat (1) vor der Verpressung durch konvektive Wärmeübertragung (19) vorfixiert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anzahl und Leistung der Wärmequellen in Verbindung mit der Transportgeschwindigkeit, die Temperatur bzw. Luftbewegung gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) zur Erhöhung der Haftung des Pulverlackes vor dem Beschichten elektrostatisch aufgeladen, vorgewärmt und/oder befeuchtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennmittel einzeln im Takt oder kontinuierlicher bzw. endloser Förderung vor der Verpressung auf das Substrat aufgelegt und danach wieder abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennmittel eine Trennfolie, ein glattes oder strukturiertes und/oder beschichtetes Pressblech, Membrane oder Kassettenoberfläche verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verpressung der ersten Pulverlackbeschichtung Furniere, kunstharzimprägnierte Papiere oder Folienoverlays aufgelegt werden und mit einem zweiten Pulverauftrag mit anschließender Verpressung (8) fixiert werden.
Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressung (8) der ersten Pulverlackschicht auf dem Furnier, kunstharzimprägnierten Papier oder Folienoverlay erfolgt und mit einer zweiten Beschichtung und Verpressung auf dem Substrat gemeinsam fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverlack aus Epoxydharz, Acryl, Polyester, Hybrid oder deren Mischungskomponenten besteht und diesen vorzugsweise Additive oder antibakterielle oder antivirologische Zusätze beigemengt werden.
Vorrichtung zum Vergüten von Substraten (1), insbesondere von Holzwerkstoffplatten aus Holzwerkstoffen, mit: – einer Einrichtung (2) zum Zuführen der Substrate (1) zu einer Beschichtungsvorrichtung (7); – einer Einrichtung (5) zum Vorbehandeln der Substrate (1) vor der Beschichtung; – einer Beschichtungsvorrichtung (7) zum Beschichten des Substrates (1) mit einem Pulverlack für die Oberflächenveredelung; – einer Station zum Erhitzen der beschichteten Oberfläche (19) derart, dass das Pulver sich unter teilweiser Verflüssigung und Härtung an der Substratoberfläche vorfixiert; – einer Vorrichtung (11, 12) zum Auflegen und Abnehmen eines Trennmittels; und – einer Presseinrichtung (8) zum Verpressen der beschichteten Oberfläche des Substrates (1) zur vollständigen Aushärtung und Vernetzung des aufgetragenen Pulvers.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vorbehandeln der Substrate (1) vor der Beschichtung eine Station (5) zur elektrostatischen Aufladung, Vorwärmung oder Befeuchtung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfixierung des vorher aufgebrachten Pulverlackes in einem Durchlaufofen (19) mit nebeneinander bzw. hintereinander jeweils parallel zur Substratoberfläche (1) angeordneten Infrarotstrahlern unterschiedlicher Intensität ausgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfixierung des vorher aufgebrachten Pulverlacks in einem Durchlauf- oder Shuttle-Warmluftheizofen (19) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtungseinrichtung (5) zur Vorbehandlung der Substrate (1) mit Sprühdüsen, Bürsten oder Abstreifer ausgerüstet ist oder als Tauchstation ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung (8) als Kurztakt, Einzel- oder Etagenpresse mit oder ohne Vakuum- bzw. Kühlaggregat (10) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressung (8) in einer Membranpresse mit Silikon- oder Kautschukmembran erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung (8) eine Presse mit Kassetten aufweist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung Rollen- oder Walzenpressen mit mehreren nacheinander gelagerten Walzen aufweist, die beheizt oder gekühlt werden.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverlack mit einer oder mehreren Beschichtungsvorrichtungen (7) gravimetrisch, elektrostatisch oder elektromagnetisch auf das Substrat (1) aufgetragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass nach der ersten Beschichtung (7) mit anschließender Verpressung in einer Station (8), ein Furnier, kunstharzimprägniertes Papier oder Folienoverlay auf das Substrat aufgelegt und danach nochmals beschicht und verpresst wird.