DE19603842A1 - Witterungsstabile Polyamid-Pulverbeschichtungen - Google Patents
Witterungsstabile Polyamid-PulverbeschichtungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft witterungsstabile, farbige Polyamidbeschichtungen, Verfahren zu
ihrer Herstellung und ihre bevorzugte Verwendung.
Unter einer Pulverbeschichtung versteht man im allgemeinen die Beschichtung von
Oberflächen durch Auftragen und Sintern von schmelzfähigen Pulvern. Verschiedene
Verfahren zur Pulverbeschichtung sind bekannt. Unter diesen Verfahren gilt
insbesondere das Wirbelsinterverfahren als einfach durchzuführende Methode, einen
Kunststoffüberzug aus Thermoplasten wie z. B. Polyamiden, Polyestern oder
Polyethylen beispielsweise auf Metalle oder Glas aufzubringen. Bekannt ist hierbei
auch eine Verfahrensvariante, bei der die erzeugte Pulverbeschichtung durch
Aufschmelzen in einem zweiten Ofen geglättet wird. Als für das Wirbelsintern bewährte
Kunststoffe haben sich insbesondere die Polyamide 11 und 12 erwiesen, die seit vielen
Jahren eingesetzt werden. Bekannt ist die Verwendung dieser Polyamide z. B. zur
Pulverbeschichtung von Einsatzkörben in Geschirrspülmaschinen wegen der hohen
Beständigkeit gegen Reinigungsmittel, Säuren und Laugen.
Polyamidbeschichtungen können durch Zugabe von Pigmenten eingefärbt werden. Die
Art der Zugabe der Pigmente zum Polyamid richtet sich dabei lediglich nach dem
Verfahren der Pulverherstellung. Üblich sind z. B. das Extrudieren in das
Polyamidgranulat mit anschließender Vermahlung, die Zugabe während eines
Fällprozesses oder das Vermischen des unpigmentierten Polyamidpulvers mit den
Pigmenten im Dryblend-Verfahren. Es ist auch möglich, die Verfahren miteinander zu
kombinieren, beispielsweise einen Teil der Pigmente vor der Fällung oder der Extrusion
zuzusetzen und den endgültigen Farbton durch Zugabe weiterer Pigmente einzustellen.
Herkömmliche Polyamid-Beschichtungspulver, geeignete Verfahren zu ihrer
Herstellung sowie geeignete Pigmentierungsverfahren sind z. B. aus DE-PS 28 55 920
bekannt. Die Schrift beschreibt für herkömmliche Polyamid-Beschichtungspulver u. a.
sowohl geeignete Korngrößeverteilungen für spezielle Beschichtungsverfahren als auch
geeignete Zusätze zur Pigmentierung sowie zur Stabilisierung der Pulver in bezug auf
Alterung, Wärme oder Licht.
Die beim Wirbelsinterverfahren gebräuchlichen Polyamide 11 und 12 sind teilkristalline
Werkstoffe, deren kristalliner Anteil bewirkt, daß Wirbelsinterbeschichtungen aus
Polyamid 11 und Polyamid 12 opak sind. Die Kristallinität kann reduziert werden,
indem die Beschichtungen kurz nach dem Erstarren bei Temperaturen wenig unterhalb
ihrer Schmelzpunkte in Wasser eingetaucht und dadurch sehr schnell weiter abgekühlt
werden. In diesem Fall bilden sich weniger Kristalle, da der morphologische Zustand
eingefroren wird. Aber auch in Wasser abgekühlte Beschichtungen sind opak.
Polyamide werden bekanntermaßen durch UV-Licht abgebaut. Dies kann durch
geeignete Stabilisatoren wie phenolische Antioxidantien und HALS-Stabilisatoren
bedingt verhindert werden. Werden die stabilisierten Polyamide aber mit
Buntpigmenten versetzt, tritt trotzdem ein rascher Abbau ein, der den Außeneinsatz
von eingefärbten Polyamiden als nicht sinnvoll erscheinen läßt.
Polyamidbeschichtungen, die der Freibewitterung ausgesetzt werden, weisen nach
einiger Zeit Risse auf, durch die Feuchtigkeit bis zum Untergrund vordringen kann.
Damit verlieren sie ihre wichtigste Funktion, den ausreichenden Korrosionsschutz. Die
oben erwähnten Stabilisatoren verleihen den Beschichtungen nur dann eine
ausreichende Stabilität, wenn keine Pigmente oder nur Pigmente auf Basis Titandioxid
und/oder Ruß eingearbeitet sind. Pigmente sind besonders störend, wenn sie nach dem
Dryblend-Verfahren den fertigen Wirbelsinterpulvern zugemischt werden. Aber auch
eine homogene Verteilung der Buntpigmente in der Polymermatrix wirkt dem Schutz
der UV-Stabilisatoren entgegen. Dies läßt sich an beschichteten Testblechen, die
entweder im Freien bewittert oder die einem Weather-O-meter-Test unterworfen
werden, demonstrieren.
Farbige Polyamidbeschichtungen werden daher in Außenbereichen in der Regel trotz
ihrer sonstigen vorteilhaften anwendungstechnischen Eigenschaften nicht eingesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, witterungsbeständige farbige
Polyamidbeschichtungen bereitzustellen, die auch für den Einsatz im Freien geeignet
sind und die zugleich den hohen optischen Anforderungen gerecht werden, wie sie
marktüblich z. B. von Benutzern von Gebrauchsgegenständen gestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch witterungsbeständige, farbige
Polyamid-Pulverbeschichtungen, hergestellt unter Verwendung von herkömmlichen
Polyamidpulvern, gemäß Patentanspruch 1 aus zumindest einer zunächst auf den zu
beschichtenden Gegenstand aufgetragenen, pigmentierten Polyamid-Schicht und
zumindest einer darüber aufgebrachten unpigmentierten, mit Witterungsstabilisatoren
versetzten Polyamid-Deckschicht. Bevorzugt sind erfindungsgemäße zweifache
Polyamidbeschichtungen aus einer pigmentierten und einer unpigmentierten Schicht.
Erfindungsgemäße Polyamidbeschichtungen können nach allen bekannten Verfahren
der Pulverbeschichtung wie z. B. durch Wirbelsintern, Sprühen auf heiße Oberflächen
oder Elektrostatikbeschichtung hergestellt werden. Bevorzugt wird jedoch das
Wirbelsinterverfahren. Dabei wird das zu beschichtende Werkstück vorzugsweise
zunächst in einem Ofen auf die übliche Beschichtungstemperatur von ca. 250°C bis
450°C erwärmt und anschließend nacheinander zunächst etwa 2 bis 5 Sekunden in
zumindest ein pigmentiertes und danach in zumindest ein unpigmentiertes, mit
Witterungsstabilisatoren versetztes Polyamid-Pulver für ebenfalls etwa 2 bis 5
Sekunden eingetaucht. Abschließend erfolgt das Aufschmelzen und Glätten der
Beschichtung in herkömmlicher Weise. Auch eine Kombination von
Beschichtungsverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Mehrfachbeschichtungen ist möglich, z. B. durch Wirbelsintern und Aufsprühen einer
zweiten Schicht.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen sind bevorzugt
herkömmliche, dem Fachmann geläufige Pulver aus teilkristallinen Polyamiden mit
Schmelzpunkten von kleiner oder gleich 220°C (gemessen nach der
Differentialthermoanalyse [DSC]) geeignet; besonders bevorzugt werden Polyamid 11,
Polyamid 12, Polyamid 12.12 und/oder Polyamid 10.12 eingesetzt. Die Dicke der
einzelnen aufgetragenen Schichten beträgt vorzugsweise zwischen 100 und 300 µm.
Als Witterungsstabilisatoren dienen die aus dem Stand der Technik bekannten
Stabilisatoren, also z. B. HALS-Stabilisatoren, sterisch gehinderten Phenole, Triazine,
Phosphite und dergleichen.
Unabhängig vom Beschichtungsverfahren erfolgt der Auftrag der Schichten
vorzugsweise unmittelbar nacheinander ohne zwischengelagerte Verfahrensschritte. Zur
Verbesserung des Haftverbundes zwischen den Schichten kann es aber - insbesondere
bei Werkstücken mit sehr unterschiedlichen Geometrien und infolgedessen sehr
unterschiedlichen Wärmekapazitäten - vorteilhaft und/oder zur Erzielung des
erfindungsgemäßen Effektes notwendig sein, nach dem Aufbringen der zweiten bzw.
nächsten Schicht deren Aufschmelzen in einem Ofen zu unterstützen.
Überraschenderweise besitzt beispielsweise eine erfindungsgemäße zweifache
Polyamidbeschichtung einen zwar scheinbar etwas dunkleren, aber brillanteren Farbton
als eine Einfachbeschichtung gleicher Dicke nur mit dem gleichen farbigen Pulver.
Dieser Effekt ist besonders auffällig, wenn zur Einfärbung plättchenförmige
Glimmerpigmente verwendet werden, die der Beschichtung einen metallischen Glanz
verleihen. Der Farbeffekt tritt verstärkt auf, wenn die Beschichtung mit Wasser
abgekühlt wird. Dieser vorteilhafte Farbeffekt, der zu einem ansprechenden Aussehen
pulverbeschichteter Gegenstände führt, ist insbesondere deshalb überraschend, weil
unpigmentierte Polyamidschichten opak sind und deshalb eher mit einem Verblassen
des Farbtons durch die zumindest doppelte Beschichtung gerechnet werden mußte. Der
Farbeffekt wird unabhängig vom Beschichtungsverfahren erzielt, also auch, wenn z. B.
nur eine farbige Schicht im Wirbelsinterverfahren aufgebracht und die Deckschicht mit
einer Sprühpistole aufgebracht wird.
Die erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen sind aufgrund der unpigmentierten
Deckschicht (oder Deckschichten) außerdem sehr witterungsstabil, da die schützende
Wirkung der Stabilisatoren nicht durch die Pigmente wieder aufgehoben wird. Dies gilt
sowohl im Vergleich mit Einfachbeschichtungen, deren zugrunde liegende Pulver im
Dryblend-Verfahren pigmentiert wurden und in denen ein geringer Teil der Pigmente in
die Oberfläche der Beschichtung eingebettet ist, als auch für den Vergleich mit
Beschichtungen aus in der Schmelze pigmentierten Polyamidpulvern, in denen die
Buntpigmente nur geringfügig besser geschützt sind, so daß sie dennoch den
Polyamidabbau katalysieren können.
Die erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungen sind ferner kostengünstig hergestellbar,
da ausgehend von unpigmentierten oder nur mit Titandioxid versetzten sogenannten
Stammpulvern in einem einfachen Verfahren gegen UV-Licht stabile farbige
Beschichtungen erhalten werden.
Die erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen sind darüber hinaus - wie
Polyamidbeschichtungen im allgemeinen - abriebfest, schlagfest, geräuschdämpfend,
beständig gegen Reinigungsmittel, Säuren und Laugen, leicht zu reinigen und
umweltfreundlich in Herstellung und Entsorgung. Da die erfindungsgemäßen
Polyamidbeschichtungen auch witterungsbeständig und optisch ansprechend in ihrem
Aussehen sind, ergeben sich vielfältige neue Einsatzmöglichkeiten für
Polyamidbeschichtungen im Außeneinsatz (Freiluftbereich).
So ist z. B. die Verwendung von erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen aus dem
Polyamid VESTOSINT (Hüls AG) bei Einkaufswagen oder -körben möglich und bietet
hier eine Vielzahl von Vorteilen Einkaufswagen sind bekanntlich sowohl hohen
mechanischen Belastungen als auch der Freibewitterung ausgesetzt. Zusammen mit dem
oben genannten vorteilhaften anwendungstechnischen Eigenschaften von
Polyamidbeschichtungen ermöglicht die erfindungsgemäße Beschichtungsweise mit
z. B. VESTOSINT eine Herstellung robuster, witterungsbeständiger, farbiger
Einkaufswagen aus herkömmlichen Baustählen auf im Vergleich zu herkömmlichen,
galvanisch verzinkten und einbrennlackierten Einkaufswagen umweltschonendere
Weise bei annähernd gleichem Preis. Die Polyamidbeschichtung hat dabei auch
vorteilhaften Einfluß auf die Konstruktion von Einkaufswagen, da dauerhafte
Kantenbeschichtungen möglich sind, die z. B. Aufsatzschweißungen der Drähte ohne
zusätzlichen Deckrahmen erlauben. Aufgrund der optischen und
anwendungstechnischen Eigenschaften ist ferner mit einer hohen Akzeptanz des
Nutzers zu rechnen. Auch eine Einfärbung der Einkaufswagen in den Firmenfarben
z. B. der Supermarktkette ist möglich.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen Beschichtungen bieten
z. B. Gartenmöbel, Geräte für Kinderspielplätze oder Verkehrseinrichtungen wie
Straßenpfosten u. ä. Erfindungsgemäß beschichtete Artikel zeichnen sich durch eine
hohe Lebensdauer aus.
Der Erfindungsgegenstand wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert,
ohne jedoch darauf beschränkt zu sein:
Durch Fällung wird ein weißes Polylaurinlactampulver hergestellt, das die für
Wirbelsinterpulver übliche Wärmestabilisatoren und Titandioxid als Weißpigment
enthält, indem die genannten Stoffe der Polyamidlösung vor der Fällung zugesetzt
werden. Das Produkt wird durch Zugabe von 1,0 Teilen Sicotangelb K1011 (Hersteller
BASF) und 0,9 Teilen Cromophthalgelb AGR (Hersteller Ciba Geigy) gelb eingefärbt.
Mit diesem Pulver werden gesandstrahlte Bleche der Abmessung 50 × 200 × 2 mm im
Wirbelsinterverfahren beschichtet. Dazu werden die Bleche 10 Minuten in einem
380°C heißen Umluftofen erwärmt, 2 Sekunden in das gelbe Wirbelsinterpulver und
unmittelbar danach 2 Sekunden in ein farbloses Polyamid 12-Wirbelsinterpulver
getaucht und 30 Sekunden nach dem Tauchen in kaltem Wasser abgekühlt. Das zweite
Wirbelsinterpulver enthält jeweils 0,3 Gew.-% der handelsüblichen UV-Stabilisatoren
Tinuvin 234 und Tinuvin 770 (Hersteller Ciba Geigy).
Zum Vergleich wurden Bleche der oben genannten Ausführung wie oben erwärmt,
4 Sekunden in das gleiche farbige Wirbelsinterpulver getaucht und 30 Sekunden später
mit kaltem Wasser abgekühlt. In beiden Fällen waren die Beschichtungen etwa 350 µm
dick. Die Doppelbeschichtungen ließ sich leicht und eindeutig durch eine größere
Brillanz von der Einfachbeschichtung unterscheiden.
Die Beschichtungen wurden ohne Belastung und nach 1000 Stunden Exposition in
einem Weather-O-meter-Test nach DIN 53 387 durch Bestimmung der Lab-Werte
photometrisch vermessen. Der Farbabstand ΔE betrug 1,6 Einheiten für die doppelt
beschichtete und 46,8 Einheiten für die einfach beschichtete Probe. Ein Farbabstand
von ΔE < 2 bedeutet, daß sich die Probe visuell nicht verfärbt hat. Die
Witterungsbeständigkeit der erfindungsgemäß beschichteten Bleche ist somit
nachgewiesen.
Ein handelsüblicher Einkaufswagen mit 150 l Korbinhalt wurde in Teilen entfettet und
anschließend beschichtet. Oberteil und Kindersitz wurden im 400°C heißen Umluftofen
4 Minuten erwärmt, danach 3,5 Sekunden unter heftiger Bewegung in das wirbelnde
gelb pigmentierte Polyamid 12-Pulver aus Beispiel 1 eingetaucht und unmittelbar
danach 2,5 Sekunden in ein zweites Wirbelsintergefäß mit farblosem Polyamid
12-Pulver getaucht. Das farblose Pulver enthält die beschriebenen Witterungsstabilisatoren.
Nachdem das Teil aus dem zweiten Bad entnommen war, wurde es 15 Sekunden an der
Luft gelassen, damit die Pulver zu einer glatten Schicht verlaufen konnten.
Anschließend wurde es 30 Sekunden in ein etwa 60°C warmes Wasserbad getaucht.
Das Untergestell wurde in der gleichen Weise beschichtet, wobei der Ofen auf 420°C
erhitzt wurde und das Teil 5 Minuten im Ofen verweilte. Die Tauchzeit im ersten
Becken betrug hier nur 2,5 Sekunden.
Die Beschichtungen waren homogen durchgefärbt, auch an kritischen Kreuzungsstellen
von Drähten unterschiedlicher Dicke porenfrei. Die Dicke der Beschichtung betrug im
Durchschnitt 280 µm.
Eine handelsübliche Parkbank bestehend aus einem Stahlrohrrahmen, der mit einem
Drahtgitter ausgefüllt ist, wurde entfettet und gesandstrahlt. Anschließend wurde sie in
einem 400°C heißen Ofen 6 Minuten erwärmt, jeweils 3 Sekunden nacheinander in
Wirbelsinterbecken mit grünem Polyamid 12-Pulver und farblosem Polyamid 12-Pulver
getaucht und 30 Sekunden nach der Herausnahme aus dem zweiten Becken in ca.
30°C warmes Wasser getaucht.
Das grüne Pulver wurde erhalten durch Vermischen von farblosem, wärmestabilisiertem
Polyamid 12-Pulver mit 2 Teilen Sicopalgrün K 9610 (Hersteller BASF), 0,14 Teilen
Cromophthalgelb AGR (Hersteller Ciba-Geigy) und 0,05 Teilen Bayferrox 130
(Hersteller Bayer). Das farblose Polyamidpulver enthielt neben den
Wärmestabilisatoren jeweils 0,2 Gew.-% Tinuvin 324 und Tinuvin 770 (Hersteller Ciba
Geigy).
Claims (9)
1. Witterungsstabile, farbige Polyamid-Pulverbeschichtung, hergestellt unter
Verwendung von herkömmlichen Polyamid-Pulvern,
gekennzeichnet durch
zumindest eine einzige zunächst auf den zu beschichtenden Gegenstand
aufgetragene pigmentierte Polyamid-Schicht und zumindest eine einzige darüber
aufgebrachte unpigmentierte, mit Witterungsstabilisatoren versetzte
Polyamid-Deckschicht.
2. Witterungsstabile, farbige Polyamid-Pulverbeschichtung gemäß Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine einzige zunächst auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragene
pigmentierte Polyamid-Schicht und eine einzige darüber aufgebrachte
unpigmentierte, mit Witterungsstabilisatoren versetzte Polyamid-Deckschicht.
3. Witterungsstabile, farbige Polyamid-Pulverbeschichtung gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Polyamide teilkristalline Polyamide mit Schmelzpunkten von kleiner oder
gleich 220°C (gemessen nach der Differentialthermoanalyse) eingesetzt werden.
4. Witterungsstabile, farbige Polyamid-Pulverbeschichtung gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12 und/oder Polyamid 10.12
verwendet werden.
5. Verfahren zur Herstellung witterungsbeständiger, farbiger
Polyamid-Pulverbeschichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 4,
gekennzeichnet durch Wirbelsintern der pigmentierten Schicht oder Schichten.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5 zur Herstellung witterungsstabiler, farbiger
Polyamid-Pulverbeschichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die unpigmentierte Deckschicht oder die unpigmentierten Deckschichten durch
Wirbelsintern oder Pulversprühen aufgebracht werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6 zur Herstellung witterungsstabiler,
farbiger Polyamid-Pulverbeschichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 4,
gekennzeichnet durch das Aufschmelzen einer weiteren aufgetragenen Schicht in
einem Ofen.
8. Verwendung von witterungsstabilen, farbigen Polyamid-Pulverbeschichtungen nach
den Ansprüchen 1 bis 4 zur Beschichtung von Einkaufswagen und/oder -körben,
Gartenmöbeln, Geräten für Kinderspielplätze oder Verkehrseinrichtungen.
9. Einkaufswagen und/oder -körbe mit witterungsstabiler, farbiger
Polyamid-Pulverbeschichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4.
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Owner name: DEGUSSA-HUELS AG, 60311 FRANKFURT, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEGUSSA AG, 40474 DUESSELDORF, DE |
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8141 | Disposal/no request for examination |