DE102022109533A1

DE102022109533A1 - Verfahren zur Reparatur einer Lackzusammensetzung und Verwendung von Schallwellen zur Reparatur einer Lackzusammensetzung

Info

Publication number: DE102022109533A1
Application number: DE102022109533.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Ksoll; Sebastian Seck
Original assignee: Axalta Coating Systems GmbH
Current assignee: Axalta Coating Systems GmbH
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2022-04-20
Publication date: 2023-10-26
Also published as: WO2023203137A1

Abstract

Ein Verfahren zur Reparatur einer bei Aushärtung zur Bildung von Lackdefekten, wie Krater, Dellen oder Fischaugen, neigenden Lackzusammensetzung und eine Verwendung von Schallwellen zur Reparatur einer solchen Lackzusammensetzung werden offenbart. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Sonotrode und eines Gefäßes, das Einsetzen der Sonotrode in das Gefäß, das Einbringen der Lackzusammensetzung in das Gefäß und das Betreiben der Sonotrode, so dass die Sonotrode für eine vorbestimmte Zeitdauer pro Masseneinheit der Lackzusammensetzung Schallwellen in die Lackzusammensetzung einbringt. Die Schallwellen wirken auf die Lackzusammensetzung ein, um vorhandenen Cluster von Lackpartikeln in der Lackzusammensetzung aufzulösen und dadurch die Neigung zur Bildung von Lackdefekten zu reduzieren oder zu entfernen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf die Reparatur von zu Lackdefekten neigenden Lackzusammensetzungen, im Speziellen unter Verwendung von Schallwellen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Lackzusammensetzungen können bei längerer Lagerung dazu neigen, Cluster von Lackpartikeln, d.h. von Lackpolymeren zu bilden. Zudem können sich über die Zeit Mizellen aus als Tensid wirkenden Bestandteilen in der Lackzusammensetzung bilden. Diese Cluster und Mizellen können allerdings beim Aushärten der Lackzusammensetzung zu bestimmten Ungleichmäßigkeiten und Defekten in dem fertigten Lack, wie beispielsweise zu Kraterdefekten, Dellen, und Fischaugen, allgemein zu Oberflächenstörungen, führen. Solche Lackdefekte sind optisch wenig ansprechend und werden zudem erst im Laufe der Verwendung der Lackzusammensetzung erkannt. Um eine aus Umweltschutzgründen wenig erstrebenswerte vollständige Entsorgung einer solchen defekten Lackzusammensetzung zu vermeiden, wurde im Stand der Technik bisher versucht, defekte Lackzusammensetzungen durch spezielle Filterverfahren zu reparieren oder zumindest die defekte Lackzusammensetzung mit einer nicht-defekten Lackzusammensetzung so zu verdünnen, dass die Defekte im fertigen Lack nicht mehr auftreten. Derartige Methoden sind allerdings lediglich bei kleineren Defekten, wie beispielsweise bei flachen Oberflächendefekten und Dellen erfolgreich. Zudem wurde gefunden, dass die Defekte in manchen Fällen nach einer bestimmten Zeit auch wieder auftreten können. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass eine einmal erfolgte Mizellenbildung aus als Tensid wirkenden Bestandteilen in der Lackzusammensetzung nur schwerlich, wenn überhaupt, rückgängig gemacht werden kann und solche Mizellen die Lackqualität nachhaltig beeinträchtigen.
BESCHREIBUNG
Es besteht somit ein Bedarf an verbesserten Verfahren, mit denen die Neigung einer Lackzusammensetzung zur Bildung von Lackdefekten, insbesondere von Kraterdefekten, Dellen und Fischaugen, behoben werden kann. Insbesondere besteht Bedarf an solchen Verfahren, die auch in der Lage sind, eine einmal erfolgte Mizellenbildung aus als Tensid wirkenden Bestandteilen in der Lackzusammensetzung dauerhaft rückgängig zu machen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch eine Verwendung von Schallwellen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10 gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.
Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben werden, können in Ausführungsformen der Verwendung umgesetzt sein und umgekehrt. Die in Bezug auf das Verfahren bereitgestellte Beschreibung trifft deshalb in analoger Weise auch auf die Verwendung zu.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Reparatur einer bei Aushärtung zur Bildung von Lackdefekten neigenden Lackzusammensetzung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Sonotrode und eines Gefäßes und das Einsetzen der Sonotrode in das Gefäß. Das Verfahren umfasst ferner das Einbringen der Lackzusammensetzung in das Gefäß und das Betreiben der Sonotrode, so dass die Sonotrode für eine vorbestimmte Zeitdauer pro Masseneinheit der Lackzusammensetzung Schallwellen in die Lackzusammensetzung einbringt. Die Schallwellen wirken auf die Lackzusammensetzung ein und lösen vorhandene Cluster in der Lackzusammensetzung auf.
Lackzusammensetzungen bilden oftmals nach längerer Lagerung Cluster von Lackpartikeln, d.h. von Lackpolymeren. Cluster von Lackpartikel können somit auch als sich assoziierende Lackpolymere beschrieben werden. Zusätzlich können sich in Lackzusammensetzungen, beispielsweise, wie im Stand der Technik bekannt, auch Mizellen aus als Tensid wirkenden Bestandteilen in der Lackzusammensetzung bilden. Allen diesen in Lackzusammensetzungen auftretenden Inhomogenitäten ist gemein, dass sie beim Aushärten der Lackzusammensetzung zu Lackdefekten wie Kraterdefekten, Dellen und/oder Fischaugen führen können. Um diese Lackdefekte zu vermeiden, muss die Clusterbildung und/oder Mizellenbildung rückgängig gemacht werden.
Die Sonotrode ist ein Werkzeug, das durch Einleiten von mechanischen Schwingungen in Resonanzschwingung versetzt wird. Dabei kann jede handelsüblich geeignete Sonotrode verwendet werden, die in der Lage ist, Schallwellen unterschiedlicher Frequenzen zu erzeugen. Beispielsweise kann die Sonotrode eine handelsübliche Rechteck-Stufe, eine Sonotrode mit katenoidaler Form oder eine Zylinder-Stufe sein. Diese Aufzählung ist jedoch lediglich beispielhaft und jede geeignete Sonotrode kann für das Verfahren verwendet werden.
Durch das Betreiben der Sonotrode in der Lackzusammensetzung (d.h. in dem Gefäß mit der Lackzusammensetzung), werden Schallwellen in der Lackzusammensetzung erzeugt, welche die Lackpartikel in mechanische Schwingung oder Vibrationen versetzen. Diese Schwingungen führen bei geeigneter Wahl der Amplitude, Frequenz und Zeitdauer (d.h. bei geeigneter Wahl der zugeführten Energie) dazu, dass die Cluster von Lackpartikeln und/oder die zuvor beschriebenen Mizellen, sich auflösen und die Lackzusammensetzung wieder homogenisiert wird, so dass beim Aushärten der Lackzusammensetzung keine Lackdefekte mehr entstehen. Da die Wirkung der Schallwellen auf die Lackzusammensetzung von der eingebrachten Energie abhängig ist, ist die Zeitdauer zum Betreiben der Sonotrode von der zu reparierenden Menge der Lackzusammensetzung abhängig. Die geeignete Wahl der Parameter wurde in Versuchen ermittelt, wie weiter unten beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Gefäß eine Durchflusszelle mit einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung. Das Einsetzen der Sonotrode erfolgt in eine entsprechende Einsetzöffnung in der Durchflusszelle. Das Einbringen der Lackzusammensetzung in das Gefäß erfolgt durch Pumpen der Lackzusammensetzung durch die Durchflusszelle von der ersten Öffnung zu der zweiten Öffnung, so dass die Lackzusammensetzung an der ersten Öffnung in die Durchflusszelle eintritt und an der zweiten Öffnung aus der Durchflusszelle austritt. Die Sonotrode ist so in der Durchflusszelle angeordnet, dass die Lackzusammensetzung beim Passieren der Durchflusszelle mit der Sonotrode in Kontakt kommt, wobei die Sonotrode Schallwellen für die vorbestimmte Zeitdauer in entsprechende Volumenelemente der Lackzusammensetzung einbringt. Die vorbestimmte Zeitdauer korrespondiert mit einer entsprechenden Durchflussgeschwindigkeit der Lackzusammensetzung durch die Durchflusszelle.
Die Durchflusszelle definiert eine Kavität, welche durch die erste Öffnung und die zweite Öffnung zugänglich ist. Die Einsetzöffnung für die Sonotrode ist so in der Durchflusszelle angeordnet, dass die Sonotrode sich in eingesetztem Zustand innerhalb der Kavität befindet. Die erste Öffnung und die zweite Öffnung sind so in der Durchflusszelle angeordnet, dass die Lackzusammensetzung, wenn diese von der ersten Öffnung zu der zweiten Öffnung durch die Kavität gepumpt wird, die eingesetzte Sonotrode passiert und so in Kontakt mit der Sonotrode kommt. Dadurch kann die Sonotrode, wie oben beschrieben, entsprechende Schallwellen in die Lackzusammensetzung, bzw. in die entsprechenden Volumenelemente der Lackzusammensetzung, einbringen. Die Zeitdauer, für welche Schallwellen in die Lackzusammensetzung eingebracht werden, hängt dabei von der Durchflussgeschwindigkeit der Lackzusammensetzung durch die Durchflusszelle vorbei an der Sonotrode ab.
Die gesamte durch die Schallwellen in die Lackzusammensetzung eingebrachte Schwingungsenergie verteilt sich auf die Lackpartikel in der Lackzusammensetzung. Falls zu viel Energie pro Masseeinheit bzw. Volumenelement der Lackzusammensetzung eingebracht wird, kann dies zu einer Zerstörung der Lackzusammensetzung führen. Falls zu wenig Energie eingebracht wird, führt dies zu einer ungenügenden Auflösung der Cluster- und/oder Mizellenbildung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die vorbestimmte Zeitdauer pro Masseeinheit zwischen 50 s/kg und 10000 s/kg. Bevorzugt beträgt die vorbestimmte Zeitdauer pro Masseeinheit zwischen 60 s/kg und 2000 s/kg, weiter bevorzugt zwischen 100 s/kg und 1000 s/kg und am meisten bevorzugt zwischen 150 s/kg und 800 s/kg.
Bei der Verwendung einer Durchflusszelle als Gefäß oder Behälter für die Lackzusammensetzung ist die Zeitdauer pro Masseeinheit durch die Durchflussgeschwindigkeit der Lackzusammensetzung definiert. Eine höhere Durchflussgeschwindigkeit führt zu einer geringeren Verweilzeit der jeweiligen Masseeinheiten in der Durchflusszelle und damit zu einer geringeren eingebrachten Energie.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die vorbestimmte Durchflussgeschwindigkeit der Lackzusammensetzung durch die Durchflusszelle zwischen 0,1 g/s und 20 g/s. Bevorzugt beträgt die vorbestimmte Durchflussgeschwindigkeit der Lackzusammensetzung durch die Durchflusszelle zwischen 0,5 g/s und 15 g/s noch weiter bevorzugt zwischen 1,0 g/s und 10 g/s und am meisten bevorzugt zwischen 1,2 g/s und 7 g/s. Diese Bereiche gelten sowohl für entsprechende kleinmaßstäbliche Laboranlagen und sind vom Fachmann ohne Probleme auf der Anwendung entsprechenden Dimensionen in großtechnischen Anlagen extrapolierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Temperieren der Lackzusammensetzung auf eine Temperatur zwischen 5 °C und der für die Lackzusammensetzung zulässige Maximaltemperatur vor dem Einbringen der Lackzusammensetzung in das Gefäß, beispielsweise bis zu 60 °C, bis zu 50 °C oder bis zu 40 °C. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren im Bereich von 5 bis 25 °C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur im Bereich von 20 bis 25 °C durchgeführt.
Das Einbringen von Energie in die Lackzusammensetzung durch die Schallwellen führt zu einer Erwärmung der Lackzusammensetzung. Eine zu hohe Temperatur kann die Lackzusammensetzung dauerhaft und irreparabel beschädigen. Um eine optimale Wirkung der Auflösung der Cluster von Lackpartikeln und/oder Mizellen zu gewährleisten, ohne die Lackzusammensetzung zu beschädigen, kann die Lackzusammensetzung vor dem Einbringen in das Gefäß temperiert werden, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 5 bis 60 °C, bevorzugt von 5 bis 50°C, noch bevorzugter von 10 bis 40 °C, und besonders bevorzugt von 20 bis 25 °C.
Die Lackzusammensetzung kann jedoch auch gleichzeitig mit dem Betreiben der Sonotrode auf der gewünschten Temperatur gehalten werden, beispielsweise, indem das Gefäß in einem entsprechend temperierten Wasserbad gehalten wird oder durch jede andere geeignete Vorrichtung auf Temperatur gehalten wird. Die dabei anzuwendenden beispielhaften und bevorzugten Temperaturbereiche sind dieselben wie oben für die Lackzusammensetzung vor dem Einbringen in das Gefäß beschrieben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Temperieren der Lackzusammensetzung durch das Leiten eines entsprechend temperierten Temperierfluidstroms durch eine Temperierkavität des Gefäßes.
Bei einer solchen Temperierkavität kann es sich beispielsweise um eine Kavität in den Wänden des Gefäßes, beispielsweise, in entsprechenden Ausführungsformen, in den Wänden einer Durchflusszelle handeln, welche mit einem entsprechend temperierten Fluid, wie beispielsweise Wasser, geflutet werden kann. Auf diese Weise kann das Temperieren der Lackzusammensetzung gleichzeitig mit dem Anwenden der Schallwellen, insbesondere auch während des Pumpens der Lackzusammensetzung durch eine Durchflusszelle in einem gemeinsamen Schritt erfolgen. Ein vorheriges Temperieren ist somit nicht mehr nötig. Die Verwendung einer solchen Temperaturkavität, die die Lackzusammensetzung konstant auf einer vorbestimmten Temperatur oder in einem vorbestimmten Temperaturbereich hält, ist bevorzugt, da so besser eine gleichmäßige Behandlung der gesamten über eine bestimmte Zeitdauer durch das Gefäß strömenden Lackzusammensetzung unter konstanten Bedingungen gewährleistet wird,
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Betreiben der Sonotrode mit einer Frequenz zwischen 0,1 KHz und 1000 kHz, beispielsweise zwischen 1 kHz und 500 kHz oder zwischen 2 kHz und 200 kHz, bevorzugt zwischen 5 kHz und 100 kHz, und besonders bevorzugt zwischen 10 kHz und 40 kHz, wobei die Sonotrode entsprechende Schallwellen in der Lackzusammensetzung erzeugt.
Um eine optimale Wirkung des Verfahrens zu gewährleisten, sollte die Sonotrode mit einer Frequenz nahe der Resonanz der Lackzusammensetzung, d.h. mit oder zumindest im Bereich der Schwingungsresonanz der Lackpartikel, betrieben werden. Die Schwingungsresonanz einer Lackzusammensetzung ist unter anderem abhängig von den in einer Lackzusammensetzung vorhandenen funktionalen Gruppen und variiert daher naturgemäß etwas zwischen verschiedenen Lackzusammensetzungen. Der Fachmann kann bei Bedarf die für eine gegebene Lackzusammensetzung anwendbare Resonanzfrequenz aber einfach durch einen Vorversuch bestimmen. Es ist jedoch auch denkbar, die Sonotrode mit anderen Frequenzen, d.h. nicht der Resonanzfrequenz, zu betreiben und die verbleibenden Parameter (z.B. Leistung, Amplitude, Zeit) entsprechend anzupassen, um den gewünschten Energieeintrag in die Lackzusammensetzung zu erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beeinflusst das Betreiben der Sonotrode mit einer Amplitude bezogen auf den Maximalausschlag zwischen 10% und 100% den Energieeintrag. Die Sonotrode erzeugt dabei entsprechende Schallwellen mit unterschiedlichen Intensitäten in der Lackzusammensetzung.
Bei handelsüblichen Sonotroden wird die Leistungsabgabe als Bruchteil der maximal möglichen Amplitude (Maximalausschlag) gesteuert. Die Leistungsabgabe kann also durch Anpassung dieses Parameters gesteuert werden. Da die Wirkung des Verfahrens durch den Gesamtenergieeintrag festgelegt wird, hängt die nötige Einstellung der Amplitude jedoch zusätzlich von den verbleibenden Parametern, d.h. z.B. von der Amplitude und der Zeit (direkt gesteuert oder indirekt durch die Einstellung einer Durchflussgeschwindigkeit), ab. Eine Verringerung der Amplitude kann somit beispielsweise mit einer Erhöhung der Zeit bzw. einer Verlangsamung der Durchflussgeschwindigkeit durch eine Durchflusszelle ausgeglichen werden, wie der Fachmann ohne Weiteres erkennen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Betreiben der Sonotrode mit einer Leistung, welche eine Energie pro Masseneinheit der Lackzusammensetzung zwischen 5 J/g und 100 J/g in die Lackzusammensetzung einbringt.
Damit Cluster von Lackpartikeln und/oder Mizellen, zuverlässig aufgelöst werden können, muss der spezifische Energieeintrag (Energie pro Masseeinheit) hoch genug sein, jedoch nicht so hoch, dass die Lackzusammensetzung dauerhaft beschädigt wird. Der spezifische Energieeintrag sollte sich also in einem gewissen Bereich befinden. Der Energieeintrag kann über die Leistungsabgabe der Sonotrode gesteuert werden, hängt jedoch zusätzlich von den verbleibenden Parametern (z.B. Amplitude, Frequenz, und Zeit.) ab.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Sonotrode mit einer Leistung betrieben, welche einen spezifischen Energieeintrag zwischen 1 J/g und 500 J/g bereitstellt, wobei sich g (Gramm) auf die Masse an Lackzusammensetzung bezieht. Bevorzugt wird die Sonotrode mit einer Leistung betrieben, welche einen spezifischen Energieeintrag zwischen 2 J/g und 300 J/g, bevorzugt zwischen 5 J/g und 100 J/g und am meisten bevorzugt zwischen 10 J/g und 85 J/g bereitstellt. Diese Bereiche haben sich als für alle kommerziell relevanten Lackzusammensetzungen als prinzipiell geeignet herausgestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Versatilität aus und kann prinzipiell für Lackzusammensetzungen aller Art verwendet werden, beispielsweise für Ein-Komponentenlacke oder auch für die einzelnen Bestandteile eine Zwei- oder Mehr-Komponentenlacks. Auch die chemische Natur der Lackpolymere ist nicht begrenzt. So kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auf Lacke bzw. Lackbestandteile auf Basis von Polyacrylaten, Polyestern, Polyurethanen, Polyamiden, Polyaminen, Polyimiden, Melaminharzen, etc. angewendet werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren allerdings auf Lacke der obersten Schicht in einem vielschichtigen Lackaufbau (d.h. insbesondere Klarlacke) angewendet, für die sich mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gute Reparaturergebnisse gezeigt haben. Es hat sich herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gute Ergebnisse für Lackzusammensetzungen auf Basis von Polyester/Melamin oder Acrylat/Polyester/Melamin erzielt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung von Schallwellen zur Reparatur einer bei Aushärtung zur Bildung von Lackdefekten neigenden Lackzusammensetzung bereitgestellt, beispielsweise in einem erfindungsgemäßen Verfahren wie hierin beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Schallwellen Ultraschallwellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Lackdefekt ein Kraterdefekt, eine Delle und/oder ein Fischauge, und insbesondere ein Kraterdefekt.
Entsprechende Lackdefekte sind dem Fachmann bekannt. Diese Aufzählung ist jedoch lediglich beispielhafter Natur und weitere Defekte, die durch eine Clusterbildung von Lackdefekten verursacht werden, sind ebenso denkbar. Beispielsweise geht ein Krater durch die gesamte obere Lackschicht eines mehrschichtigen Lacks, beispielsweise eine Klarlackschicht, bis auf den Untergrund, d.h. eine darunter liegende Lackschicht oder auch bis auf das Substrat. Im Gegensatz dazu dringen Dellen nur in die obere Lackschicht, beispielsweise eine Klarlackschicht, ein. Fischaugen sind hingegen eine Oberflächenstörung, die nicht in die obere Lackschicht, beispielsweise die Klarlackschicht, hineingehen, sondern sich in tiefer liegenden Lackschichten eines mehrschichtigen Lacks ausbilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bringen die Schallwellen eine Energie pro Masseneinheit der Lackzusammensetzung zwischen 1 J/g und 500 J/g, bevorzugt zwischen 2 J/g und 300 J/g, noch bevorzugter zwischen 5 J/g und 100 J/g, und am meisten bevorzugt zwischen 10 J/g und 85 J/g in die Lackzusammensetzung ein.
Zusammenfassend wird durch die Erfindung folglich ein Verfahren bereitgestellt, welches unter Verwendung von Schallwellen eine zur Bildung von Lackdefekten neigende Lackzusammensetzung reparieren kann, so dass die Lackzusammensetzung weiterverwendet werden kann. Das Verfahren zielt dabei auf die Reparatur von Lackzusammensetzungen ab, die bereits fertig hergestellt sind und, beispielsweise durch lange Lagerung, zur Cluster- und/oder Mizellenbildung neigen. Die Verwendung von Schallwellen führt zu einer nachhaltigen und lang wirksamen Reparatur und kann zudem bei Bedarf beliebig häufig wiederholt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:

1 Eine schematische Darstellung eines Systems zur Durchführung des offenbarten Verfahrens mit einer Durchflusszelle.
2 Ein Flussdiagram eines Verfahrens zur Reparatur einer Lackzusammensetzung, die bei Aushärtung zur Bildung von Lackdefekten neigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines System 100 zur Durchführung eines Verfahrens 200 zur Reparatur einer bei Aushärtung zu Lackdefekten neigenden Lackzusammensetzung 180. Das System 100 umfasst eine Durchflusszelle 110, eine Pumpe 120, ein Temperiergerät 130, eine Sonotrode 140 und eine Steuerung 150.
Die Durchflusszelle 110 umfasst eine Kavität 111, eine erste Öffnung 112, eine zweite Öffnung 113 und eine Einsetzöffnung 114. Die Sonotrode 140 ist in die Einsetzöffnung 114 eingesetzt, so dass ein Schallwellen emittierender Abschnitt der Sonotrode 140 innerhalb der Kavität 111 zwischen der ersten Öffnung 112 und der zweiten Öffnung 113 angeordnet ist. Die Pumpe 120 verbindet ein erstes Lackgefäß 160 mit der ersten Öffnung 112 über einen Satz Schläuche 190 und ist konfiguriert, eine Lackzusammensetzung 180 aus dem ersten Lackgefäß 160 in die erste Öffnung 112 und durch die Kavität 111 zu pumpen. Die Lackzusammensetzung 180 tritt also durch die erste Öffnung 112 in die Kavität 111 der Durchflusszelle 110 ein und durchfließt die Durchflusszelle 110, so dass die Lackzusammensetzung 180 beim Durchfließen der Kavität 111 mit der Sonotrode 140 in Kontakt kommt. An der zweiten Öffnung 113 tritt die Lackzusammensetzung 180 wieder aus der Durchflusszelle 110 aus und wird in der dargestellten Ausführungsform über einen Schlauch 190 in ein zweites Lackgefäß 170 geleitet. Die Durchflussrichtung ist in 1 mit Pfeilen angedeutet.
Das Temperiergerät 130 ist über einen Satz Schläuche 190 mit einer Temperierkavität 115 in der Wand der Durchflusszelle 110 verbunden und konfiguriert, ein temperiertes Fluid, wie beispielsweise Wasser, durch die Wand der Durchflusszelle 110 zu pumpen, um so die Durchflusszelle 110, und damit die Lackzusammensetzung 180 beim Durchfließen der Durchflusszelle 110, auf einer gewünschten Temperatur zu halten.
Die Steuerung 150 ist mit der Sonotrode 140, der Pumpe 120 und dem Temperiergerät 130 in elektronischer Kommunikation und steuert den Betrieb dieser Komponenten mit den gewünschten Parametern (Durchflussgeschwindigkeit, Temperatur sowie Leistung, Amplitude, Frequenz, etc. der Sonotrode 140) gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien. Bei der Steuerung 150 kann es sich um jede geeignete Art von Steuervorrichtung, wie beispielsweise um einen Standard-Computer, handeln.
2 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 200 zur Reparatur einer bei Aushärtung zu Lackdefekten neigenden Lackzusammensetzung 180.
Das Verfahren beginnt bei Schritt 201 mit dem Bereitstellen eines Gefäßes (z.B. der Durchflusszelle 110 in 1) und einer Sonotrode 140.
In Schritt 202 wird die Sonotrode 140 in das Gefäß, beispielsweise in die Einsetzöffnung 114 der Durchflusszelle 110, eingesetzt. Die Schritte 201 und 202 können auch gemeinsam erfolgen, so dass in Schritt 201 ein Gefäß mit integrierter Sonotrode 140 bereitgestellt wird.
In Schritt 203 wird eine Lackzusammensetzung 180, welche bei Aushärtung zur Bildung von Lackdefekten neigt, in das Gefäß (z.B. die Durchflusszelle 110 aus 1) eingebracht. Dies kann beispielsweise durch Pumpen der Lackzusammensetzung 180 durch Steuern der Pumpe 120 aus 1 mit der Steuerung 150 erfolgen, so dass die Pumpe die Lackzusammensetzung 180 durch die Durchflusszelle 110 pumpt. In diesem Fall wird der nachfolgend beschriebene Schritt 204 vor Schritt 203 ausgeführt, d.h. die Sonotrode wird zunächst aktiviert.
In Schritt 204 wir die Sonotrode 140 so betrieben, dass diese für eine vorbestimmte Zeitdauer pro Masseeinheit der Lackzusammensetzung 180 Schallwellen in die Lackzusammensetzung 180 einbringt. Die eingebrachten Schallwellen regen die Partikel der Lackzusammensetzung 180 dabei zum Schwingen an und führen so dazu, dass gebildete Cluster von Lackpartikeln und/oder Mizellen sich auflösen und die Lackzusammensetzung 180 wieder homogenisiert wird. Die in dieser Art bearbeitete Lackzusammensetzung 180 neigt beim Aushärten nicht mehr zur Bildung von Lackdefekten wie Kratern, Dellen und/oder Fischaugen. Falls das Gefäß eine Durchflusszelle 110 ist, wird die vorbestimmte Zeitdauer, in welcher die Schallwellen auf die Lackzusammensetzung 180 einwirken sollen, durch Steuern der Durchflussgeschwindigkeit, d.h. durch Steuern der Leistung der Pumpe 120 durch die Steuerung 150, erreicht. Eine niedrigere Durchflussgeschwindigkeit bedeutet dabei eine längere Verweildauer der entsprechenden Masseeinheiten der Lackzusammensetzung 180 in der Kavität 111 der Durchflusszelle 110 und damit eine längere Zeitdauer. Die eingebrachte Energie pro Masseeinheit der Lackzusammensetzung 180 kann durch Justieren der Parameter (Zeit bzw. Durchflussgeschwindigkeit (je nach Ausführung), Leistung der Sonotrode 140, Frequenz der Sonotrode 140, etc.) angepasst werden.
Es sollte beachtet werden, dass die oben genannten Schritte nicht zwangsläufig exakt in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden müssen. Vielmehr können die Verfahrensschritte in jeder technisch sinnvollen Weise durchgeführt werden. Zudem ist zu beachten, dass weitere zusätzliche Schritte durchgeführt werden können. Beispielsweise kann in Schritt 203 gleichzeitig das Temperiergerät 130 so gesteuert werden, um die Lackzusammensetzung 180 auf einer gewünschten Temperatur zu halten, sofern die Anordnung aus 1 verwendet wird.

Experimentell erwiesen sich die folgenden Parameterwerte als besonders wirkungsvoll zur Reparatur der Lackzusammensetzung 180, ohne die Lackzusammensetzung 180 zu beschädigen:

Leistung der Sonotrode P [W]	Durchflussgeschwindigkeit F [g/s]	Energie pro Masseeinheit E/m = P/F [J/g]	Zeit pro Masseeinheit [s/g]
40	1,2	33,33	0,83
45	3,5	12,86	0,29
50	4,8	10,42	0,21
67	1,2	55,83	0,83
100	1,2	83,33	0,83
74	3,5	21,14	0,29
81	4,8	16,88	0,21

Die Versuche wurden mit einem wie mit Bezug auf 1 beschriebenen System mit einer Durchflusszelle 110 durchgeführt. Die Werte in der Spalte „Zeit pro Masseeinheit“ entsprechen den errechneten Werten für die effektive Zeit, für welche die Schallwellen auf die jeweiligen Masseeinheiten eingewirkt haben. Diese entspricht dem Kehrwert der Durchflussgeschwindigkeit. In den Versuchen wurde ein Standardlack auf der Basis von Poyester/Melamin aus der Lumeera Klarlacklinie, erhältlich von Axalta Coating Systems, Wuppertal, Deutschland, verwendet. Die Versuche wurden bei Raumtemperatur (22°C) durchgeführt.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
BEZUGSZEICHENLISTE

100: System
110: Durchflusszelle, Gefäß
111: Kavität
112: erste Öffnung
113: zweite Öffnung
114: Einsetzöffnung
115: Temperierkavität
120: Pumpe
130: Temperiergerät
140: Sonotrode
150: Steuerung
160: erstes Lackgefäß
170: zweites Lackgefäß
180: Lackzusammensetzung
190: Schläuche
200: Verfahren
201: Bereitstellen von Komponenten
202: Einsetzen der Sonotrode
203: Einbringen der Lackzusammensetzung
204: Betreiben der Sonotrode

Claims

Verfahren (200) zur Reparatur einer bei Aushärtung zur Bildung von Lackdefekten neigenden Lackzusammensetzung (180), umfassend die Schritte: - Bereitstellen (201) einer Sonotrode (140) und eines Gefäßes (110); - Einsetzen (202) der Sonotrode (140) in das Gefäß (110); - Einbringen (203) der Lackzusammensetzung (180) in das Gefäß (110); und - Betreiben (204) der Sonotrode (140), so dass die Sonotrode (140) für eine vorbestimmte Zeitdauer pro Masseneinheit der Lackzusammensetzung (180) Schallwellen in die Lackzusammensetzung (180) einbringt; wobei die Schallwellen auf die Lackzusammensetzung (180) einwirken und vorhandene Cluster in der Lackzusammensetzung (180) auflösen.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei: das Gefäß (110) eine Durchflusszelle (110) mit einer ersten Öffnung (112) und einer zweiten Öffnung (113) ist; das Einsetzen (202) der Sonotrode (140) durch Einsetzen der Sonotrode (140) in eine entsprechende Einsetzöffnung (114) in der Durchflusszelle (110) erfolgt; das Einbringen (203) der Lackzusammensetzung (180) in das Gefäß (110) durch Pumpen der Lackzusammensetzung (180) durch die Durchflusszelle (110) von der ersten Öffnung (112) zu der zweiten Öffnung (113) erfolgt, so dass die Lackzusammensetzung (180) an der ersten Öffnung (112) in die Durchflusszelle (110) eintritt und an der zweiten Öffnung (113) aus der Durchflusszelle (110) austritt; die Sonotrode (140) so in der Durchflusszelle (110) angeordnet ist, dass die Lackzusammensetzung (180) beim Passieren der Durchflusszelle (110) mit der Sonotrode (140) in Kontakt kommt, wobei die Sonotrode (140) Schallwellen für die vorbestimmte Zeitdauer in entsprechende Volumenelemente der Lackzusammensetzung (180) einbringt; und die vorbestimmte Zeitdauer mit einer entsprechenden Durchflussgeschwindigkeit der Lackzusammensetzung (180) durch die Durchflusszelle (110) korrespondiert.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Zeitdauer pro Masseeinheit der Lackzusammensetzung (180) zwischen 60 s/kg Sekunden und 2000 s/kg beträgt.
Verfahren (200) nach Anspruch 2, wobei die Durchflussgeschwindigkeit der Lackzusammensetzung (180) durch die Durchflusszelle (110) zwischen 0,5 g/s und 15 g/s beträgt.
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend das Temperieren der Lackzusammensetzung (180) auf eine Temperatur zwischen 5 °C und 25 °C vor dem Einbringen (203) der Lackzusammensetzung (180) in das Gefäß (110).
Verfahren (200) nach Anspruch 5, wobei das Temperieren der Lackzusammensetzung (180) durch das Leiten eines entsprechend temperierten Temperierfluidstroms durch eine Temperierkavität (115) des Gefäßes (110) erfolgt.
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Betreiben (204) der Sonotrode (140) mit einer Frequenz zwischen 2 kHz und 200 kHz, bevorzugt zwischen 10 kHz und 40 kHz, erfolgt, wobei die Sonotrode (140) entsprechende Schallwellen in der Lackzusammensetzung (180) erzeugt.
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Betreiben (204) der Sonotrode (140) mit einer Amplitude bezogen auf den Maximalausschlag zwischen 10% und 100% den Energieeintrag beeinflusst und wobei die Sonotrode (140) entsprechende Schallwellen mit unterschiedlichen Intensitäten in der Lackzusammensetzung (180) erzeugt.
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Betreiben (204) der Sonotrode (140) mit einer Leistung erfolgt, welche eine Energie pro Masseneinheit der Lackzusammensetzung (180) zwischen 5 J/g und 100 J/g in die Lackzusammensetzung (180) einbringt.
Verwendung von Schallwellen zur Reparatur einer bei Aushärtung zur Bildung von Lackdefekten neigenden Lackzusammensetzung (180).
Verwendung nach Anspruch 9, wobei die Schallwellen Ultraschallwellen sind.
Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Lackdefekt ein Kraterdefekt, eine Delle und/oder ein Fischauge, und insbesondere ein Kraterdefekt ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 9-11, wobei die Schallwellen eine Energie pro Masseneinheit der Lackzusammensetzung (180) zwischen 5 J/g und 100 J/g in die Lackzusammensetzung (180) einbringen.