DE1571098A1

DE1571098A1 - Vorlacke bzw.mit diesen Vorlacken ueberzogene Gegenstaende

Info

Publication number: DE1571098A1
Application number: DE1961P0027115
Authority: DE
Inventors: Nagel Fritz John
Original assignee: Knapsack AG
Current assignee: Knapsack AG
Priority date: 1960-05-11
Filing date: 1961-05-08
Publication date: 1971-04-29
Also published as: CH392335A; DE1571098B2; DE1571098C3

Description

KNAPSACK AKTIENGESELLSCHAFT · 1571098

Knapsack bei Köln
FK 566 P 15 71 098.2-45

Vorlacke bzw. mit diesen Vorlacken überzogene Gegenstände·

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Verfahren zur Anwendung von Materialien auf Substraten in überzugsverfahren und insbesondere Mittel zur Erzielung einer besseren Haftfähigkeit zwischen einem Substrat und dem darauf aufgeschmolzenen Material.

Es ist ein Schmelzüberzugsverfahren bekannt, bei dem pulverförmiges Überzugsmaterial in einem Bett verwirbelt wird, indem ein gasförmiger Verteilerstrom nach oben durch einen Behälter, in dem sich das Material befindet, geleitet wird. Dann wird ein erhitzter Gegenstand in das Wirbelbett getaucht, worauf das pulverförmige Material an der Oberfläche des Gegenstandes festhaftet und verschmilzt, wobei sich ein eiheitlicher kontinuierlicher Überzug bildet. Die Qualität dieses Überzuges kann in vielen Fällen, verbessert werden_K. wenn der Gegenstand beim Eintauchen in das Wirbelbett hin- und herbewegt wird. Obgleich die vorliegende Erfindung hauptsächlich die verbesserte Haftfähigkeit des Überzugsmaterials auf dem Gegenstand bei dem Wirbelbett-Überzugsverfahren betrifft, kann das pulverförraige Überzugsmaterial mit Hilfe anderer SehmelzUberzugsverfä'hren aufgetragen werden. Der erhitzt® Gegenstand kann beispielsweise auch in nicht aufgewirbelteo Pulver eingetaucht werden ©der das Pulver kann in einem Gasstrom suspendiert und auf die Oberfläche des Gegenstandes aufgesprüht werden* Der. hierin, verwendete Ausdruck '•Sehmelzü'berziehejs'⁹. _öder ^Sohmelsttberzugs- - verfahren¹' bezieht sich auf "Verfahren? elaeotsliaßliQfe das Wir- · -belbettverfahrens? bei-denen ein pulverförmiges₅ eine "SoMeist" bildendes Material auf die Oberfläche'eines erhitzten @©g©E» · · etandes aufgetragen und darauf geealiffl0ls@i3 wird_e um den ge* wünschten Überzug herauetelleiSe ; ."■■■■ ■ ■ ^; -■- ■

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Es ist bekannt, daß bei Überzugsverfahren die Haftfähigkeit des Überzugsmaterials bei den verschiedensten Gegenständen . wesentlich verbessert werden kann, wenn zuvor eine oder mehrere Lackschichten, sogenannte Vorstriche oder Vorlacke, auf den zu überziehenden Gegenstand als Grundschicht aufgetragen werden. Diese lackschichten sind außerdem zweckmäßig, um eine Korrosion unterhalb des Überzuges zu verhindern. Allgemein werden beispielsweise Vorstriche bzw. Vorlacke beim Auftragen von Farben verwendet, ebenso bei Sintauchüberzugsverfahren mittels Piastisolen und Organisolen, beim Auftragen von lacken und sonstigen Pinishen und vielen anderen Finishverfahren.

Große Schwierigkeiten traten jedoch auf, als man versuchte, Vorstriche bei Schmelzüberzugsverfahren, insbesondere beim Wirbelbettverfahren, anzuwenden, was auf die sehr hohen Temperaturen zurückzuführen ist, denen diese Lacke ausgesetzt werden müssen. Bei den bereits bekannten Verfahren wurden, obwohl es in manchen Fällen erforderlich ist, eine begrenzte Menge an Wärme anzuwenden, um eine Härtung bestimmter Lacke zu erzielen, so z. B. bei Lacken, die wärmehärtende, harzartige Materialien enthalten, die Härtungstemperaturen in relativ niedrigen Bereichen, bei denen eine thermische Zersetzung nicht leicht stattfindet, gehalten. Bei solchen Verfahren ist es außerdem in manchen Fällen erforderlich, bei der fertigen Überzugsschicht Wärme anzuwenden, xm die endgültigen Eigenschaften zu erhalten. Der aufgetragene Finish wird beispielsweise bei der Anwendung bestimmter Smaillien, Firnisse und Farben, ebenso bei der Solvatisierung von Plastisolen oder bei der Verdampfung von Lösungsmitteln sowie bei der Solvatisierung von Organisolen gehärtet bzw« eingebrannt. Selbstverständlich M es erforderlich, daß der Yorlack gegen die bei der Härtung angewandte Wärme ohne Beeinträchtigung «einer Eigenschaften widerstandsfähig ist; dies ist jedoch in ώβη wenigsten Fällen schwierig, da der Vorstrich bei diesen abeohließenden Wärmehärtungaverfahren durch eise äußere Schicht

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von Überzugsmaterial geschützt ist. Die Härtungstemperaturen ,sind ziemlieh niedrig und betragen im allgemeinen 120 bis 150° C, wobei die Verdampfung der lösungsmittel einen raschen Anstieg der Temperatur verhindert.

Im Gegensatz zu den obigen Verfahren ist es bei den Schmelzüberzugsverfahren häufig notwendig, daß die Vorstriche bzw· Vorlacke Temperaturen ausgesetzt werden, die wesentlich höher · liegen als der Punkt, bei dem sie eine thermische Zersetzung erleiden. Ss wird bemerkt, daß hierin verwendete Ausdrücke, wie z. B. "wärmebeständig¹¹, "beständig gegen thermische Zersetzung" und dergl» bedeuten, daß der Vorlack trotz des Einflusses der Verfahrenstemperaturen seine gewünschten Eigenschaften beibehält. Es ist weder bekannt, noch in der vorliegenden Erfindung von Bedeutung, ob eine tatsächliche chemische Zersetzung oder andere spezifische chemische Veränderungen in dem Vorlack stattfinden; von Bedeutung ist lediglieh, daß der Vorlack die gewünschten Eigenschaften, wie z. B. seine Haftfähigkeit und/oder die Korrosionsbeständigkeit trotz der angewandten hohen Temperaturen beibehält.

Bei Scnmelzüberzugsverfahren ist die Anwendung hoher Betriebstemperaturen erforderlich. Zuerst muß der zu Überziehende Gegenstand, nachdem die Vorlackschicht aufgetragen wurde, auf eine Temperatur erhitzt werden, die etwa so hoch oder noch höher ist als die Schmelztemperatur des Überzugsmaterials· Da im allgemeinen dem Überzugsmaterial keine wesentlichen Mengen an Lösungsmittel zugegeben werden, besitzen die Überzugsmaterialien bei Zimmertemperatur die Form eines feinen Pulvers, bei dem lediglich durch Wäremanwendung ein geeignetes Zerfließen oder Verschmelzen des Überzugsmaterials zu einem glatten kontinuierlichen Film erzielt wird. Um einen solchen Film zu vervollkommnen, ist es in manchen Fällen zweckmäßig, den überzug nach dem Auftragen auf ein Substrat nachzuerhitzen. In beiden Fällen, sowohl bei dem Vor- als auch bei dem Nach-

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erhitzen, ist es nicht ungewöhnlich, daß der Vorlack Temperaturen bis zu 260 bis 400° C ausgesetzt wird. Diese Temperaturen sind wesentlich höher als die thermische Stabilität der meisten bekannten Vorlacke, die - von dieser mangelnden Eigenschaft abgesehen - sonst fUr diese Schmelzüberzugsverfahren geeignet wären.

Die Vorlacke müssen bei den Schmelzverfahren nicht nur gegen außergewöhnlich hohe Temperaturen widerstandsfähig sein, ondern. müssen auch dazu geeignet sein, diesen Temperaturen während einer beachtlichen Zeit, die erforderlich ist, um das Substrat auf die Schmelzpunkttemperatur des Überzugsmaterials zu erhöhen, standzuhalten. Außerdem ist es aus praktischen Gründen oft günstig, wenn eine größere Zahl auf die erforderliche' Temperatur vorgewärmter Teile vorrätig ist. Auch menschliches Versagen und die Unterbrechung des Überzugsverfahrens muß berücksichtigt werden, wodurch die Einhaltung eines festen Zeitplanes, nach dem sich jeder Teil oder jeder Gegenstand nur eine genaue Anzahl von Minuten in einem Ofen befindet, nicht möglich ist. Aus diesem Grunde ist es besonders zweckmäßig, wenn genügend Spielraum vorhanden ist, um zu ermöglichen, daß ein Gegenstand während mehrerer Stunden in einem Ofen aufbewahrt werden kann, ohne daß der Vorlack thermisch zersetzt wird, obgleich praktisch nur wenige Minuten benötigt werden, um einen Gegenstand auf die Schmelztemperatur des aufzutragenden Überzuges zu erhitzen.

Dementsprechend ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Herstellung eines Vorlackes bzw. Vorstriches, der gegen die erhöhten Temperaturen, die bei Schmelzüberzugsverfahren erforderlich sind, widerstandsfähig ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Vorlacken, die während längerer Zeit den erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden können, ohne daß eine wesentliche thermische Zersetzung eintritt.

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ErfIndungsgemäß sollen außerdem verbesserte Vorlacke hergestellt werden, die erhöhten Temperaturen während einer längeren Zeit ausgesetzt werden können, und dennoch die gewünschten Klebe- und Überzugseigenschaf ten beibehalten.

Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden nun durch sorgfältige Kontrolle der Dicke der Vorlackschicht erreicht. Ganz allgemein wurde festgestellt, daß die beste Y/ärmebeständigkeit erreicht werden kann, wenn die Vorlackschicht mit einer,Trokkendicke von höchstens etwa 0,0076 mm aufgetragen wird. Die Mindestdicke des trockenen Vorlackes soll vorzugsweise etwa 0,0013 mm, insbesondere 0,0025 bis 0,0050 mm, betragen. Diese. Überzugsdicke steht in scharfem Gegensatz zu der Dicke der üblichen Vorlacküberzüge, die beispielsweise in Verbindung mit Piastisolen angewendet werden, wobei der Vorlack in einer Schichtdicke aufgetragen wird, die etwa das 1Q- bis 20-fache beträgt.

Wenn Vorlaekschichten in einer Dicke von mehr als etwa 0,0076 mm auf ein Substrat aufgetragen werden, tritt eine merkliche Verminderung der thermischen Stabilität ein. Auf der anderen Seite ist die niedrigere Grenze der Vorlackdicke, die hier mit 0,0013 mm angegeben 1st, in bezug auf die thermische Stabilität nicht weβentlieh^-sie ist jedoch eine praktische Begrenzung im Hinblick auf die anderen erwünschten Eigenschaften, wiez. B. die Korrosionsbeständigkeit unterhalb der überzugssohicht. Obgleich dünnere Schichten angewandt werden können, wenn lediglich die Y/iderstandsfähigkeit gegen thermische Zersetzung und gute Klebeeigenschaft.en von Bedeutung sind, kann es jedoch erforderlich sein, einen Ausgleich zwischen der erwünschten thermischen Stabilität, den Klebeeigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit herzustellen. Normalerweise können diese Eigenschaf ten. gleichzeitig erzielt werden, wenn die übereugsdlcke in dem erfindungsgemäß bevorzugten Bereich liegt.

Zur näheren Erläuterung dar vorllegend©ra Erfindung dienen die nachfolgenden Beispiele, die die verbesserte Wärmebeatändigkeit«

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der erfindungsgemäß hergestellten Vorlacke beschreiben.

Die erzielte Haftfähigkeit wurde, wenn nicht anders angegeben, in den nachfolgenden Beispielen bestimmt, indem ein 0,64 cm breiter Streifen aus einer vorgelackten und überzogenen Platte ausgeschnitten und anschließend versucht wurde, den Überzug von dem Substrat abzuziehen. Die zur Beschreibung der Ergebnisse verwendeten willkürlichen und relativen Ausdrücke haben folgende Bedeutung: Ausgezeichnet: der Überzug kann nicht vollkommen von dem Substrat entfernt werden; die Haftfähigkeit des Vorlackes übersteigt das Kohäsionsvermögen des Überzugsmaterials. Gut: der Überzug kann nur schwer' entfernt werden; die Haftfähigkeit de3 Vorlackes und das Kohäsionsvermögen des Überzugsmaterials sind im großen und ganzen gleich. Befriedigend: der Überzug kann von dem Substrat relativ leicht abgezogen werden; die Haftfähigkeit des Vorlackes ist im Vergleich zu dem Kohäsionsvermögen des Überzugsmaterials verhältnismäßig niedrig. Ungenügend: das Überzugsmaterial kann abgezogen werden; es besteht keinerlei Haftfähigkeit.

Die Dicke des trockenen Vorlackfilms wurde in den nachfolgenden Beispielen variiert, indem die Konzentration der Feststoffe in dem Vorlack durch. Zugabe von Lösungsmitteln verändert wurde. Bei den mehr verdünnten Lösungen war die Dicke des trockenen Films geringer.

Beispiel 1

Ein Vorlaok für Vinylüborzüge, bestehend aus einem Acrylnitril-Butadien-Gummi auf Phenolharzbasis, der mit einem Lösungsmittelgemiffch aus Xylol, Toluol, Propylacetat, Butylacetat, Äthanol und den. Celanese-Lösungsmitteln 601 und 901-H verdünnt war, wurde im Hinblick auf das Verhältnis der Filmdicke und der thermischen. Stabilität getestet. Hierzu wurde der Vorlack auf Stahltestplatten einer Größe von 0,3 x 2,5 x 10 cm in verschiedenen yilmdicken aufgetragen. Die Platteri wurden auf eine Temperatur von 260 bzw. $15° C erhitzt und während der -in Tabelle 1 ange-

109818/1633 _{BAD 0RIG},_NAL

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zeigten Zeiten auf den genannten Temperaturen gehalten. Nach Ablauf dieser Zeit wurde ein Überzug auf diese Platten aufgeschmolzen, indem die Platten in ein Wirbelbett aus pulverfcSrmigem Polyvinylchlorid-Harz eingetaucht wurden. Die hierbei erzielte Haftfähigkeit der einzelnen Überzüge ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Dicke des trockenen Films (Vorlack)	260° C 60 Min.	H a f t f	ä h i g k β	it
0,041 mm	gut	15 Min.	315° C 30 Min.	45 Min.
0,0075 mm	ausgez.	ungenügend	ungenügend	ungenügend
0,0038 mm	«ι	ausgez.	ausgez.	ausgez.
0,0025 mm	W	If	t!	gut
0,0013 mm	η		M	befriedigend
η	Il '	η

Beispiel 2 ·

Die Versuche gemäß Beispiel 1 wurden wiederholt, wobei jedoch ein Vorlack für Vinylüberzüge verwendet wurde, der aus einem im Handel erhältliehen Produkt (Stanley Chemical Company of · East Berlin, Conn.: Stanley 69X-1406) bestand. Die obere Überzugsschicht bestand aus einer Polyvinylchlorid-Harzmischung. Die hierbei erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben!

T A B 3 L L E 2

Dicke des

trockenen

■Films

H a f t f ä h i g k e it

260° C

(Vorlaek) 10 Min. 20 Min.

315° C 35 Min. 60 Min.

90 Min.

0,041 mm ausge ζ. 0,0075 mm " 0,0038 mm «

gut ausgez

Il

befried. ungenügend ungenügend " befried. -

befr. bis gut

ausgez. ausgez 1098 18/1533

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Dicke des

trockenen

Films 260° C

(Vorlack) 10 Min. 20 Min.

Haftfähigkeit

15 71U98

315° G 35 Min. 60 Min.

90 Min.

0,0025 mm ausgez. ausgez. 0,0013 mm ^{n M}

ausgez.

ti

gut

ungenügend ungenügend

Es wird bemerkt, daß sich die Beispiele immer auf die Dicke dee aufgetragenen Vorlacküberzuges beziehen. Da der Grund für die verbesserten Eigenschaften dieser dünnen Filme nicht ganz geklärt werden konnte, ist es möglich, daß die verbesserten Eigenschaften bezüglich der thermischen Stabilität nicht allein durch die Verwendung eines dünnen Filmes erreicht wurden, sondern daß sie auch mit der Konzentration des Feststoffgehaltes des Vorlackes zusammenhängen. Bei den angeführten Beispielen wurde beispielsweise die Dicke des Vorlackfilms in jedem Beispiel dadurch reguliert, daß der Lack mit einem Lösungsmittel entsprechend verdünnt wurde. Bis jetzt gibt es keinen Beweis dafür, daß die Konzentration des Lackes eine andere Funktion besitzt als die physikalische Eigenschaft zur Regulierung der 'Lackdicke auf dem Substrat; die Veränderung des Verhältnisses Lösungsmittel zu Festatoff könnte jedoch auch Auswirkungen auf die Eigenschaften des Vorlacküberzuges besitzen. Während diese Möglichkeiten durchaus gegeben sind, beweisen die vorliegenden Versuchsergebnisse in jedem Fall die Bedeutung der Dünne des Überzugsmaterials als Merkmal der vorliegenden Erfindung.

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Claims

• : Ί571098 'Patentansprüche:

1. Verfahren zum überziehen von Gegenständen^ bei dem ein Vorlack auf den Gegenstand aufgebracht und dann ein Vinylharziiberzug mittels eines Schmelzüberzugsverfahrens darauf verschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vorlack einen solchen mit einer Trockendicke von höchstens 0,0076 mm verwendet. _--...

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestdicke des trockenen Vorlackes wenigstens 0,0013 nun, vorzugsweise 0,0025 bis 0,0050 mm, beträgt·

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur von 177 bis 400° C, vorzugsweise 260 bis 400° C, angewendet wird»

4· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlack wenigstens zum Teil aus einem wärmehärtbaren Harzmaterial besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß das harzartige Material auf die Oberfläche des Vorlackes mittels eines Wirbelbettverfahrens aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlack als weniger als 20 $ ".Feststoff enthaltende Masse aufgebracht wird.

O Un terlagen (Art. ? § Τ Abs. 2 t Jr. I Satz 3 des Änderunoi»*!,. v. 4.

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