DE19748927C2 - Verfahren zum Herstellen einer dekorativen oder funktionellen Glasur auf einem aus wärmebeständigem, nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Gegenstand und dessen Anwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pulverbeschichtungsverfahren zum Herstellen einer Glasur aus einem duroplastischen Polymer auf der Oberfläche eines im wesentlichen aus wärmebeständigem, nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Gegenstan­ des, vorzugsweise zur Herstellung einer dekorativen Glasur auf Sanitärobjekten, beispielsweise Handwasch­ becken, auf Fassadenverkleidungselementen oder zu funktionellen Zwecken.

Zur Beschichtung von Gegenständen mit Pulverlacken, insbesondere zum Korrosionsschutz von Metalloberflächen, sind bisher verschiedene Verfahren bekannt geworden. Die am meisten eingesetzten Verfahren sind das Flamm­ spritzverfahren, das Wirbelsinterverfahren und die elektrostatische Be­ schichtung. In allen Fällen werden thermoplastische oder duroplastische Kunststoffpulver verwendet, die auf die zu beschichtenden Artikel aufge­ spritzt werden und auf diesen einen zusammenhängenden Kunststoffilm bilden.

Beim erstgenannten Verfahren wird das Pulver von einem brennfähigen Gas, das gezündet wird, getragen und auf die Artikeloberfläche gespritzt. Durch die hohe Temperatur des Brenngases werden die sich in diesem befindenden Polymerteilchen aufgeschmolzen und haften dadurch beim Auftreffen auf die Artikeloberfläche.

Im Taschenbuch für Lackierbetriebe 1997, 54. Jahrgang, 1996, Curt R. Vincentz- Verlag, Hannover wird ein derartiges Verfahren zur Pulverbeschichtung mit Duro­ plasten, beispielsweise Polyesterharzen, Polyurethanen und Epoxidharzen, mit einer Vernetzungstemperatur von 180°C bzw. 180 bis 200°C im Wirbelsinterbett angegeben. Das hierzu angewendete Verfahren umfaßt folgende Verfahrens­ schritte: Vorwärmen je nach Wanddicke der zu beschichtenden Teile auf maximal 400°C, Eintauchen des Teils in ein Wirbelbett des Pulvers und gegebenenfalls nachfolgendes erneutes Aufwärmen zum Nachgelieren (Seiten 195, 196).

Beim Wirbelsinterverfahren wird das Pulver dagegen in einem Behälter als Wirbelschicht, die sich wie eine Flüssigkeit verhält, gehalten. Ein vor­ gewärmter Artikel, vorzugsweise ein Metallteil, wird in die Wirbelschicht hineingesenkt. Das Pulver wird auf der Artikeloberfläche geschmolzen und haftet dadurch an dieser fest, so daß sich ein Kunststoffüberzug ausbildet. Allerdings können kompliziert geformte Artikel mit dieser Methode nicht beschichtet werden, da die Pulverteilchen nicht zu verdeckten Oberflächen­ bereichen (Hinterschneidungen) gelangen. Außerdem ist es unmöglich, ein­ zelne Oberflächenpartien des Artikels gezielt zu beschichten.

Beim elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren wird das Pulver elek­ trostatisch aufgeladen und, getragen durch ein geeignetes Trägergas, auf den zu beschichtenden Artikel aufgespritzt, der elektrisch gegensinnig auf­ geladen wird. Mit dieser Methode können nicht nur elektrisch leitfähige Arti­ kel beschichtet werden, sondern auch Dielektrika. Hierzu kann auf diese in einer Ausführungsform zunächst ein leitfähiger Lack aufgebracht werden, um die Artikeloberfläche durch Anlegen einer Spannung zwischen der leit­ fähigen Beschichtung und der Elektrode zur Aufladung der Pulverteilchen gegensinnig zu den Pulverteilchen aufzuladen. Allerdings ist dieses Verfah­ ren sehr aufwendig.

In einer anderen Verfahrensvariante wird auf der der Spritzseite abgewand­ ten Artikelseite eine Hochspannungselektrode angeordnet. Zwischen diese Elektrode und die zur Aufladung des Pulvers dienende Elektrode wird eine hohe elektrische Spannung angelegt. Das elektrische Feld durchgreift die Artikelwand und lädt damit die zu beschichtende Oberfläche elektrisch auf. Auch dieses Verfahren ist nachteilig, da unterschiedliche Wandstärken des Artikels zwangsläufig dazu führen, daß das elektrische Feld an der zu be­ schichtenden Oberfläche nicht konstant ist, so daß eine gleichmäßige Be­ schichtung nicht möglich ist.

In EP 0 330 048 A2 wird beispielsweise ein Verfahren zur Beschichtung von hochtemperaturbeständigen Werkstoffen aus Metall, Glas oder Keramik mit der elektrostatischen Pulverbeschichtungsmethode vorgeschlagen. Un­ ter anderem wird die Beschichtung einer Metallplatte beschrieben.

Im Taschenbuch für Lackierbetriebe, ibid. ist ebenfalls ein elektrostatisches Pul­ verbeschichtungsverfahren erwähnt.

Auch aus EP 0 003 369 A1 ist ein Verfahren zur elektrostatischen Pulverbeschich­ tung von Stahlrohren mit Epoxidharzen, Polyesterharzen, wie Polyurethanen, Po­ lyacrylaten und deren Kombinationen, bekannt, das folgende Verfahrensschritte aufweist: Vorheizen des zu beschichtenden Substrats auf eine Temperatur von etwa 50 bis 150°C, maximal 200°C, wobei sich die Vorwärmtemperatur nach der Schmelztemperatur des Pulvers richtet, Aufbringen des Pulvers mit einem elektro­ statischen Verfahren und erneutes Heizen der Rohre zur Aushärtung des gebilde­ ten Lackfilmes auf maximal 400°C.

In DE 40 37 650 A1 sind ebenfalls ein elektrostatisches Pulverbeschichtungsver­ fahren und eine Vorrichtung zur Pulverbeschichtung von Keramikmaterial sowie ein beschichteter Keramikgegenstand offenbart.

Aus DE 25 46 458 A1 ist auch ein elektrostatisches Pulverbeschichtungsverfahren zur Auskleidung von unterschiedlichen Materialien bekannt, beispielsweise auch von nichtmetallischen Materialien, wie Glas und spezieller Keramik.

Das elektrostatische Beschichtungsverfahren weist den weiteren Nachteil auf, daß kein gerichteter Pulverstrahl gebildet wird, sondern nur eine Pul­ verwolke. Dadurch ist es nicht möglich, einzelne Oberflächenbereiche ge­ zielt zu beschichten. Außerdem bilden sich an kompliziert geformten Teilen gegebenenfalls elektrisch abgeschirmte Oberflächen aus, beispielsweise an konkav geformten Stellen, so daß dort eine Beschichtung nicht möglich ist. Darüber hinaus sind bei diesem Verfahren an die Oberflächeneigenschaften der zu beschichtenden Teile höhere Anforderungen zu stellen als bei den Verfahren, bei denen das Substrat während der Beschichtung erwärmt wird, da ein Verlaufen und Einebnen von Unebenheiten in diesem Falle nicht mög­ lich ist.

Zur elektrostatischen Beschichtung eignen sich besonders duroplastische Pulverlacke aus Epoxid-, Polyester- und Acrylharzen, während beim Wirbel­ sinterverfahren hauptsächlich Thermoplaste aus Polyamid, Polyethylen, Po­ lyvinylchlorid, Polyester und Polyepoxiden eingesetzt werden.

Eine weitere bekannte, jedoch nicht häufig angewendete Möglichkeit zur Pulverbeschichtung besteht im thermischen Pulverbeschichtungsverfahren. Bei diesem Verfahren wird der zu beschichtende Artikel auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur erhitzt, und das Pulver, das, von einem Trägergasstrom getragen, aus einer Düse ausgespritzt wird, wird auf die Artikeloberfläche aufgestrahlt. Hierbei erweicht das Pulver und haftet da­ durch an der Oberfläche.

Beispielsweise wird in US-Re. 32 921 ein Verfahren zur Innenbeschichtung von Metallrohren für die Erdölförderung beschrieben, bei dem Epoxidharzpul­ ver aus einem Reservoir mittels eines Luftstrahles mit hoher Geschwindig­ keit ins Innere des rotierenden Rohres geleitet wird. Die Rohrwand wird während der Beschichtung mit einem Ofen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Pulvers erhitzt, so daß das auf der Innenwand auftreffende Pulver schmilzt und dort einen Lacküberzug bildet.

Ferner wird in DE 25 46 458 A1 ein Verfahren zur Pulverauskleidung von Gegenständen beschrieben, bei dem unter anderem wärmehärtbare Polyme­ re, wie ungesättigte Polyester, als Pulverlacke verwendet werden. In einer Verfahrensvariante wird eine Stahlplatte zur Beschichtung auf eine Tempe­ ratur vorgeheizt, die oberhalb der Temperatur liegt, bei der der Fließvorgang des Polymerpulvers einsetzt. Nach der Beschichtung wird die Platte bei der­ selben Temperatur gesintert. In dieser Druckschrift wird ferner angegeben, daß dem Pulver Kohlenstoffasern zugegeben werden, um in einem Arbeits­ gang eine größere Lackschichtdicke zu erreichen.

Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist jedoch, daß die Metallplatte beim Beschichten offenbar erhitzt werden muß, um ein Abkühlen unter die Temperatur, bei der der Fließvorgang einsetzt, zu vermeiden, da angegeben wird, daß der Sprühvorgang bei hoher Temperatur durchgeführt wird. An­ dernfalls würde das aufgespritzte Lackpulver auf der Oberfläche nicht haf­ ten, so daß sich ein mangelhaftes Beschichtungsergebnis einstellen würde. Wird die Stahlplatte während der Beschichtung erhitzt, so besteht jedoch die Gefahr, daß die Pulverteilchen ebenfalls erhitzt werden, bevor sie auf den Artikel auftreffen, so daß sich die einzelnen Teilchen bereits während des Spritzvorganges zusammenballen können. Dies würde zu einem un­ gleichmäßigen Lackauftrag führen. In der Druckschrift ist zusätzlich pau­ schal angegeben, daß auch Substrate aus Glas und aus Keramik mit dieser Methode beschichtet werden können.

In DE 40 37 650 A1 wird ein Verfahren zur Beschichtung von Gegenstän­ den aus Keramikmaterial zitiert, bei dem auf die Oberfläche des Gegenstan­ des zuerst ein Kunstharz aufgebracht und der Gegenstand daraufhin erhitzt wird, um es einzubrennen. Als bevorzugte Verfahrensweise zum Aufbringen des Kunstharzes wird das elektrostatische Pulverbeschichtungsverfahren angegeben.

In der Zeitschrift J-Lack, Ausgabe 2/97, 60. Jahrgang, Seiten 37, 38 ist ein Verfah­ ren zur Pulverbeschichtung von Guß-Gehäuseteilen beschrieben, das aus folgen­ den Verfahrensschritten besteht: Vorwärmen der Teile in einem Temperofen auf etwa 165°C, Pulverbeschichten und anschließend Einbrennen der Beschichtung.

Ferner ist in WO 9604215 A1 ein Verfahren zur Herstellung von farbbeschichteten flächigen Glaskörpern angegeben, deren Dekor durch das Glas hindurch erkenn­ bar ist. Das Verfahren umfaßt folgende Verfahrensschritte: Der flächige Glaskör­ per wird in horizontaler Lage mit der Sichtseite auf eine Stützfläche aufgelegt, vorgewärmt, gegebenenfalls elektrostatisch beschichtet und anschließend die gebildete Schicht bei Temperaturen zwischen 150 und 200°C eingebrannt. Die Glaskörper können insbesondere im dekorativen Fassadenbau eingesetzt werden.

Es hat sich herausgestellt, daß Werkstücke mit ungleichmäßiger Wanddicke nicht ohne weiteres gleichmäßig und mit einem qualitativ hochwertigen Überzug be­ schichtet werden können. Wie dies bewerkstelligt werden kann, ist aus den vor­ stehenden Dokumenten nicht erkennbar: Mit dem in EP 0 003 369 A1 beschriebe­ nen Verfahren werden Rohre und mit dem Verfahren aus WO 9604215 A1 flächige Glaskörper beschichtet. Beide weisen eine gleichmäßige Wanddicke auf und be­ reiten bei Anwendung der bekannten Verfahren grundsätzlich keine Probleme bei der Beschichtung. Auch bei dem in der Zeitschrift J-Lack, ibid. skizzierten Verfah­ ren werden Substrate mit gleichmäßiger Wanddicke, nämlich Brennergehäuse, beschichtet.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, ein Ver­ fahren zu finden, mit dem einfach und sicher eine kratz- und abriebfeste, dekorative oder funktionelle und gleichmäßig dicke Glasur auf Gegenständen, die im wesentlichen aus wärmebeständigen Werkstoffen bestehen, mit einem Pulverlackie­ rungsverfahren aufgebracht werden kann. Insbesondere soll es auch ohne großen Aufwand möglich sein, zu dekorativen Zwecken Farbeffekte der Glasur durch Anwendung unterschiedlicher Farbpigmente und gegebenen­ falls mit Einlagerung von Lichtreflektions- und/oder Lichtabsorptionspartikeln in die Lackschicht zu erzeugen.

Das Problem wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Aus nichtmetallischen und eine ausreichende Wärmebeständigkeit bei der Durchführung des Verfahrens aufweisenden Werkstoffen bestehende Ge­ genstände werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer kratz- und abriebfesten, dekorativen oder funktionellen Glasur aus einem duropla­ stischen Polymer, ausgewählt aus der Gruppe der Polyester und Polyuretha­ ne, versehen, indem auf der Oberfläche des Gegenstandes mit einem Pul­ verbeschichtungsverfahren eine Lackschicht aufgebracht wird. Hierzu wird zur Bildung des Polymers mindestens eine wärmehärtbare Pulverkomponen­ te eingesetzt.

Vor allem im wesentlichen aus mit Mineralfasern gefüllten Werkstoffen, aus Glas oder keramischen Werkstoffen sowie aus Schichtpreßstoffen, insbe­ sondere enthaltend wärmebeständige Kunststoffe, die auch mit Mineral­ stoffen gefüllt sein können, bestehende Gegenstände können mit dem Ver­ fahren beschichtet werden.

Zur Beschichtung werden im wesentlichen folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

• a) der Gegenstand wird zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Er­ weichungstemperatur der Pulverkomponenten vorgewärmt;
• b) die Oberfläche des Gegenstandes wird anschließend mit den Pulver­ komponenten ohne Anwendung elektrostatischer Felder bestrahlt, wobei die Umgebung des Gegenstandes während der Bestrahlung auf einer Temperatur unterhalb der Erwei­ chungstemperatur der Pulverkomponenten gehalten wird und der Gegenstand von einer den Gegenstand haltenden geeigneten Halterung thermisch und elektrisch isoliert wird;
• c) der Gegenstand wird schließlich auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um die Pulverkomponenten zum duroplastischen Polymer auszuhärten.

Als Erweichungstemperatur ist hierbei die untere Temperaturgrenze zu ver­ stehen, bei der die Pulverteilchen auf dem Gegenstand anhaften, wenn sie auf diesen aufgestrahlt werden.

Eine mögliche Verfahrensvariante besteht darin, einen Ein-Komponenten- Lack einzusetzen, der beispielsweise bei einer Temperatur aushärtet, die höher ist als die Erweichungstemperatur der Pulverkomponenten. In einer anderen Verfahrensweise wird ein Zwei-Komponenten-Lack eingesetzt, bei dem das Polymer aus zwei Pulverkomponenten gebildet wird, die in Verfah­ rensschritt c) durch Wärmeeinwirkung unter Aushärtung miteinander reagie­ ren.

In beiden Fällen wird das trockene Pulver mit einer üblichen Pulverspritzpi­ stole, vorzugsweise einer Spritzpistole nach dem Injektionsprinzip, die auch für das Naßlackspritzen verwendet werden kann, auf das vorgewärmte Sub­ strat gestrahlt, wobei das Pulver auf der Oberfläche erweicht und dort an­ haftet. Dabei wird die Lackschicht bereits durch Aufschmelzen vergleich­ mäßigt; das Polymer beginnt hierbei auch bereits auszuhärten. Nach dem Beschichtungsvorgang wird der Gegenstand über eine weitere Zeitspanne voh mehreren Minuten, beispielsweise 15 Minuten, erneut erhitzt. Dabei wird die anfänglich gebildete Schicht durch weiteres Aufschmelzen noch ebener. Gleichzeitig setzt auch die Härtungsreaktion der Pulverkomponenten ein, so daß sich die gewünschte gleichmäßig glatte sowie kratz- und abrieb­ feste, harte Glasur ergibt.

Polyesterharze können aus Fumar-, Malein-, Adipin- oder einer Phthalsäure als Säurekomponenten und Ethylenglykol, 1,2-Propylenglykol oder höher­ wertigen Polyolen als Alkoholkomponenten gebildet werden. Daneben ent­ halten die Harze einen Härtungszusatz, beispielsweise entweder Hexa- (methoxy-methyl)-melamin, mit ε-Caprolactam blockiertes Isophorondiiso­ cyanat, Triglycidylisocyanurat (TGIC) oder Epoxypolymere als weitere Poly­ merkomponenten. Für Polyurethane werden auch sogenannte Präpolymere eingesetzt, die aus Diisocyanaten, beispielsweise Toluoldiisocyanat, Diphe­ nylmethandiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat und Isophorondiisocyanat, und Polyolen, vorzugsweise Diolen, gebildet werden. Diese können mit Poly­ hydroxyverbindungen, beispielsweise Polyesterpolyolen, Polyetherpolyolen oder hydroxyfunktionellen Acrylharzen, gehärtet werden.

Die einzelnen vorpolymerisierten Polymerkomponenten werden in Form ei­ nes Pulvers hergestellt, indem das synthetisierte Material nach der Herstel­ lung aufgeschmolzen, gebrochen und danach gemahlen wird. Gegebenen­ falls können auch Ein-Komponenten-Pulver hergestellt werden, wenn die vorpolymerisierten Komponenten mit den Härtungszusätzen vermischt, ge­ schmolzen und danach zum Pulver verarbeitet werden. Besonders vorteil­ haft ist ein Verfahren, bei dem die Polymerschicht aus zwei Pulverkompo­ nenten gebildet wird, da in diesem Fall die Komponenten auch bei längerer Lagerzeit nicht miteinander reagieren und ein vernetztes Polymer bilden kön­ nen.

Im Gegensatz zu anderen Beschichtungsverfahren weist das erfindungs­ gemäße Verfahren den Vorteil auf, daß oberflächliche Rauheiten des Unter­ grundes kaum stören, da der Lack diese Unebenheiten ausgleicht, indem das Pulver auf das bereits erwärmte Substrat aufgebracht wird. Zusätzlich wirken sich auch die thermischen Isoliereigenschaften der aufgebrachten Lackschicht vorteilhaft auf die Gleichmäßigkeit der Schicht aus: dadurch daß Pulverteilchen nur dann auf den Oberflächen beim Aufspritzen anhaf­ ten, wenn die exponierte Oberfläche eine ausreichende Temperatur auf­ weist, können anfänglich dünner ausgebildete Schichten nachträglich noch ohne weiteres verstärkt werden, während bereits dicke Schichtbereiche durch die thermische Isolierwirkung einem weiteren Schichtaufbau entge­ genwirken.

Mit diesem Verfahren können auch kompliziert geformte Teile beschichtet werden. Ein Abschirmeffekt wie im Falle des elektrostatischen Pulverbe­ schichtungsverfahrens stellt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht ein. Dies wird auch dadurch begünstigt, daß mit der Pulverspritzpistole auch Hinterschneidungen, Vertiefungen und andere Oberflächenstrukturen leicht beschichtet werden können, so daß eine gleichmäßige Schicht auf allen Oberflächenbereichen erreicht wird. Außerdem können die Gegenstände auch allseitig in einem Verfahrensgang beschichtet werden, da deren sepa­ rate Erwärmung während des Beschichtungsvorganges von einer Seite nicht erforderlich ist. Vielmehr können die Gegenstände in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten erwärmt und beschichtet werden.

Ferner besteht beim elektrostatischen Pulverbeschichten bei Substraten mit schwankender Wandstärke das Problem, daß eine gleichmäßige Beschich­ tung der Oberfläche nicht möglich ist, wenn nicht in einer aufwendigen Ver­ fahrensweise mit einem Leitlack gearbeitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dagegen insbesondere zur Beschichtung dickwandiger Teile aus wärmebeständigen Werkstoffen, beispielsweise von Sanitär­ objekten und Fassadenverkleidungselementen, vorzugsweise mit einer Wandstärke von mindestens 5 mm und insbesondere von mindestens 10 mm. Da diese Gegenstände im Gegensatz zu aus Metallen bestehenden Gegenständen eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Wärmekapa­ zität aufweisen, so daß die Vorwärmtemperatur bei Kontakt mit der Umge­ bungsatmosphäre (beispielsweise mit Raumtemperatur) relativ langsam ab­ sinkt, müssen sie nicht zwangsläufig auf eine sehr hohe Temperatur aufge­ heizt werden, um während des anschließenden Beschichtungsvorganges noch die ausreichend hohe Temperatur beizubehalten, die erforderlich ist, um das Anhaften der Pulverpartikel auf der Oberfläche und eine Vergleich­ mäßigung der Schichtdicke zu gewährleisten. Es reicht aus, die Gegenstän­ de auf eine Temperatur knapp oberhalb der Temperatur aufzuwärmen, bei der die Teilchen beim Aufstrahlen an den Oberflächen gerade anhaften; bei­ spielsweise sollte die Vorwärmtemperatur mindestens 10°C oberhalb dieser Temperaturgrenze liegen.

Ferner besteht insbesondere bei kompliziert geformten Teilen mit variabler Wandstärke grundsätzlich das Problem der unterschiedlich schnellen Abküh­ lung einzelner Teilepartien, so daß sich eine ungleichmäßige Schichtbildung ergeben könnte. Bei den zu beschichtenden dickwandigen nichtmetallischen Teilen, beispielsweise aus Mineralfaserelementen, aus Glas oder Keramik, fällt diese unterschiedlich schnelle Abkühlung der Teile nicht ins Gewicht, da wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit und hohen Wärmekapazität der Gegenstände auch während der Beschichtungsphase in Verfahrensschritt b) problemlos eine Oberflächentemperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Polymeren beibehalten werden kann. Diese Eigenschaften der dickwan­ digen Gegenstände wirken sich auch insofern vorteilhaft aus, als die Stellen, an denen beim Pulverbeschichten anfänglich bereits eine Lackschicht aufge­ bracht ist, wegen der isolierenden Eigenschaften der Schicht nur noch eine geringe Schichtbildungsgeschwindigkeit möglich ist, während in anderen Bereichen, in denen noch keine oder nur eine sehr dünne Lackschicht ge­ bildet wurde, noch Lackschichten mit größerer Geschwindigkeit erzeugt werden können. Auch dies führt zu einer Vergleichmäßigung der Schicht­ bildung.

Durch Verwendung von Polyester- beziehungsweise Polyurethanpulverlac­ ken wird darüber hinaus der Vorteil der Vergleichmäßigung der Schichtdicke gefördert, da die Polymerkomponenten in einer endothermen Reaktion aus­ härten, das heißt bei der Polymerisationsreaktion wird Wärme verbraucht. Dies führt dazu, daß die für die Beschichtung benötigte Wärme durch das vorgewärmte Substrat geliefert werden muß. Durch die thermischen Isolier­ eigenschaften der Polymerschicht wird dadurch auch die Bildung einer gleichmäßig dicken Schicht begünstigt. Daher ist ein unkontrolliertes Auf­ schmelzen der frisch gebildeten Schicht durch eine exotherme Polymerisa­ tion nicht möglich.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den be­ kannten Verfahren besteht darin, daß auch mehrere Lackschichten überein­ ander aufgebracht werden können. Dies ist bei der elektrostatischen Metho­ de nicht möglich, da die Dicke durch die elektrische Isolierwirkung der Schicht begrenzt ist. Dadurch können zum einen dickere Schichten aufge­ bracht und zum anderen besondere dekorative oder auch funktionelle Effek­ te und Eigenschaften der Schichten erreicht werden. Außerdem können auch mehrere Farbbereiche voneinander abgegrenzt nebeneinander auf die Oberfläche aufgetragen werden, da der Pulverstrahl beim erfindungsgemä­ ßen Verfahren gerichtet ist und damit auch Farbstrukturen auf der Ober­ fläche gebildet werden können. Dies stellt einen weiteren Vorteil gegenüber der meist eingesetzten elektrostatischen Pulverbeschichtungsmethode dar, bei der mangels eines gerichteten Pulverstrahles eine derartige Strukturie­ rung nicht möglich ist.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden die beiden Pul­ verkomponenten in Verfahrensschritt b) nacheinander auf die Oberfläche aufgebracht. Die erste Schicht auf dem erwärmten Substrat bleibt in diesem Fall beispielsweise klebrig, so daß im zweiten Schritt auch höherschmelzen­ de Pulver auf die erste Schicht aufgebracht werden können. Beide Schicht­ bestandteile reagieren im nachfolgenden Aushärtungsschritt c) miteinander.

Zur Erzielung dekorativer Effekte oder funktioneller Eigenschaften der Schichten können in Verfahrensschritt b) gleichzeitig mit den Pulverkompo­ nenten weitere Additivkomponenten auf die Oberfläche aufgebracht wer­ den. Beispielsweise können dies verstärkende Materialien (Fasern), Füllstof­ fe, Gleitmittel, Stabilisatoren oder Pigmente sein. Insbesondere können als Pigmente Lichtreflektions- und Lichtabsorptionsparti­ kel sowie elektrisch leitfähige Partikel auf die Oberfläche gebracht werden. Durch Verwendung von Pigmenten, die mit dem Polymerpulver vermischt auf die Oberflächen aufgetragen werden, können farbige Schichten erzeugt werden. Lichtreflektions- und Lichtabsorptionspartikel dienen dazu, weitere optisch ansprechende Oberflächeneffekte hervorzurufen. Beispielsweise können Metallflitter als Lichtreflektionspartikel und Graphitplättchen als Lichtabsorptionspartikel eingesetzt werden. Denkbar sind auch größere far­ bige einzelne Partikel, die mit den bloßen Auge voneinander unterscheidbar sind. Andere Additivkomponenten dienen dazu, anstelle der üblicherweise hochglänzenden Schichtoberfläche eine matte, seidenglänzende oder struk­ turierte Oberfläche zu erzeugen.

Als Pigmente können auch photovoltaisch wirkende Teilchen verwendet werden. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, Sonnenkollektoren auf einfache Weise herzustellen. Hierzu ist es ferner erforderlich, die photovol­ taisch wirkende Glasur vorder- und rückseitig mit geeigneten elektrischen Kontaktierungen zu versehen, beispielsweise an der Rückseite mit aufge­ dampften oder galvanotechnisch erzeugten Metallschichten, einer metalli­ schen Beschichtungsfolie oder, indem das Substratmaterial Metall ist, und an der Vorderseite mit einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht, beispielsweise einer aus Indium/Zinn-Oxid bestehenden Schicht (ITO). Beide Schichten müssen natürlich elektrische Ableitungen, beispielsweise Leiter­ bahnen enthalten.

Für dekorative Anwendungen ist beispielsweise auch vorteilhaft, zunächst mindestens ein mit einem Polymerpulver gemischtes Pigment und danach mit einem Polymerpulver gemischte Lichtreflektions- und/oder Lichtabsorp­ tionspartikel mindestens einer Art auf die Oberfläche aufzubringen. Dadurch werden spezielle dekorative Effekte erzielt. Beispielsweise kann zunächst ein farbiger Pulverlack, der ein geeignetes Pigment enthält, auf die Ober­ flächen aufgebracht werden und anschließend nach dem Erhärten der ersten Schicht eine zweite Lackschicht aus transparentem Lack mit eingelassenen Metall- oder Graphitflittern. Hierzu muß das Pigment zum einen so feinteilig sein, daß eine homogene Färbung der Oberfläche erreicht wird. Zum ande­ ren müssen die Lichtreflektions- oder Lichtabsorptionspartikel so grobteilig sein, daß einzelne Partikel nach dem Aufbringen auf die Oberfläche mit blo­ ßem Auge erkennbar sind.

Um weitere dekorative Effekte zu erreichen, können mehrere Polymerschich­ ten auch mit unterschiedlichen Pigmenten (Lichtreflektions- und/oder Licht­ absorptionspartikeln) auf unterschiedlichen Oberflächenbereichen aufgetra­ gen werden. Dadurch sind mehrfarbige Oberflächen herstellbar. Ferner kön­ nen durch geeignete Wahl der Spritzdüse auch feine Farbstrukturen erzeugt werden, wie beispielsweise Schriftzüge, Ornamente oder ähnliche Struktu­ ren.

Eine weitere Möglichkeit der Oberflächengestaltung besteht darin, zusätzlich zu den Farbschichten Folienelemente, beispielsweise mit Emblemen, Symbo­ len, Bildern, Schriftzügen oder anderen Merkmalen, auf die Oberflächen aufzubringen, beispielsweise im Heißprägeverfahren. Die Folienelemente können in einzelne Farbschichten integriert werden, indem sie vor dem Auf­ spritzen des Pulverlackes auf die Oberflächen aufgeklebt werden und eine Schutzfolie von den Elementen nach dem Lackbeschichtungsvorgang von dem Folienelement wieder abgezogen wird, oder das Element selbst stellt den Positivabdruck eines Emblems, Symbols oder einer anderen Struktur dar und wird nach dem Beschichtungsvorgang wieder entfernt. Die Elemente können auf den unbeschichteten oder mit Lack beschichteten Gegenstand aufgebracht werden und im letzteren Falle auch, bevor noch weitere Lack­ schichten aufgetragen werden. Beispielsweise kann das befestigte Element noch mit einer transparenten Lackschicht überzogen werden.

Das Verfahren wird vorteilhaft zur Beschichtung von aus wärmebestän­ digem, nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Gegenständen eingesetzt, wobei es sich bei den Gegenständen um dickwandige Artikel, vorzugsweise mit einer Mindestwanddicke von 5 mm und insbesondere 10 mm, handelt. Derartige Artikel sind beispielsweise Fassadenverkleidungselemente, ins­ besondere aus mit Mineralfasern gefüllte keramische Materialien sowie Sani­ tärobjekte, insbesondere aus glasartigen oder keramischen Werkstoffen, insbesondere Handwaschbecken, Klosettschüsseln, Bidets und Pissoirs. Selbstverständlich kann das Verfahren auch für die Beschichtung anderer keramischer Artikel eingesetzt werden, beispielsweise Vasen, andere Kunst­ gegenstände, Wandfliesen oder Ofenkacheln. Auf den genannten Gegen­ ständen kann eine dekorative Glasur in besonders einfacher und sicherer Weise sowie mit hoher Oberflächengüte aufgebracht werden.

Als nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtbare Materialien ha­ ben sich als besonders vorteilhaft mit Mineralfasern gefüllte Werkstoffe, beispielsweise mit Glas- oder Basaltfasern gefüllte glasartige oder kerami­ sche Werkstoffe, insbesondere Eternit (Marke der Firma Eternit, Berlin), andere Gläser oder keramische Werkstoffe, Kunststoffe, insbesondere Schichtpreßstoffe bzw. mit Glasfasern oder Schaumglas gefüllte wärmebeständige Kunststoffe, beispielsweise auf Epoxidharz-, Phenol- oder Mela­ minharzbasis, Beton, Gips, beispielsweise zur Herstellung von Dekorelemen­ ten im Baubereich (Stuck), oder andere Materialien herausgestellt.

Als Fassadenverkleidungselemente werden hauptsächlich Platten oder mit Versteifungselementen versehene plattenartige Elemente eingesetzt. Die Kunststoffmaterialien sollten eine Wärmebeständigkeit von mindestens 250°C aufweisen. Innerhalb der Aufwärm- und Beschichtungszeit dürfen diese Materialien durch eine derartige Temperaturbelastung nicht beein­ trächtigt werden, beispielsweise eine Formänderung, wie Schrumpfung oder Verwindung, oder einen thermischen Abbau. Beispielsweise können neben den genannten Sanitärobjekten oder Fassadenverkleidungselementen auch Dachsteine oder Betonelemente im Baubereich beschichtet werden.

Insbesondere kann das Verfahren auch zur Herstellung von mehrfarbigen Polymerglasuren auf diesen Objekten eingesetzt werden, die neben dem duroplastischen Polymer mindestens zwei Additivkomponenten, ausgewählt aus der Gruppe der Lichtreflexions- und Lichtabsorptionspartikel, enthalten. Ein besonders ansprechendes Aussehen dieser Objekte kann auch durch gleichzeitiges Abscheiden von Lichtreflektions- oder Lichtabsorptions­ partikeln in der Schicht erreicht werden. Beispielsweise können die Ober­ flächen zunächst mit einem mit weißem Pigment versetzten Lack beschich­ tet werden und anschließend mit einem mit Graphitplättchen vermischten transparenten Lack. Eine andere Alternative besteht darin, zunächst eine mit schwarzem Pigment versetzte Polymerschicht zu bilden und danach eine transparente Schicht, die goldfarbene Metallflitter enthält. Ebenso sind viele weitere Möglichkeiten gegeben, beispielsweise die Beschichtung der Ober­ fläche mit einem türkisfarbenen Lack und anschließend mit einzelnen schwarzen Farbspritzern. Mehrfarbige Überzüge mit nebeneinander angeord­ neten und farbig voneinander abgesetzten Oberflächenbereichen sind eben­ falls möglich, beispielsweise die farbliche Absetzung des oberen Randes gegenüber den übrigen Bereichen eines Handwaschbeckens.

Zur Beschichtung der Gegenstände werden diese zuerst gereinigt, wenn sich auf den Oberflächen noch Fett-, Klebstoffreste oder Staub befinden. Eine besondere Oberflächenbehandlung, wie beispielsweise bei der Be­ schichtung von Metalloberflächen ist nicht erforderlich. Sanitärobjekte kön­ nen vor der Beschichtung auch mit einer anorganischen Glasur versehen sein. Die Haftung der Polymerschicht auf dieser Oberfläche ist ebenfalls hervorragend.

Anschließend werden die Gegenstände vorzugsweise auf eine Temperatur von 180 bis 250°C und besonders bevorzugt von 190 bis 210°C er­ wärmt. Die Gegenstände können beispielsweise in einem Infrarot-, Induktions-, Mikrowellenofen oder einem Ofen mit Umluftheizung erhitzt werden.

Nach Erreichen der gewünschten Temperatur werden die Gegenstände aus dem Ofen entfernt und mittels einer Pulverspritzpistole das Polymerpulver auf die vorgewärmte Oberfläche gespritzt. Hierzu wird eine Spritzpistole nach dem Injektionsprinzip eingesetzt. Derartige Pistolen werden auch beim Naßlackspritzen verwendet.

Da die Oberflächentemperatur des Gegenstandes oberhalb des Erweichungs­ punktes des Polymerpulvers liegt, haften die Polymerpartikel auf den Ober­ flächen und bilden beim Erweichen eine zusammenfließende, gleichmäßig dicke Schicht. Falls dem Pulver keine Additivkomponenten zugegeben wer­ den, ist diese Schicht außerdem hochglänzend und glatt. Während dieser Phase beginnt das Polymer bereits auszuhärten. Der Gegenstand sollte wäh­ rend der Beschichtung von einer zu deren Halterung verwendeten Unterlage möglichst gut thermisch und elektrisch isoliert sein. Andernfalls ist eine gleichmäßige Beschichtung des Gegenstandes nicht möglich. Insbesondere werden die Oberflächen nicht beschichtet, die sich in der Nähe der Unterla­ ge befinden. Die nicht mit dem vorgewärmten Gegenstand in Kontakt gera­ tenen Pulverteilchen werden zur Wiederverwendung in einen Vorratsbehäl­ ter zurückgeführt.

Nach der Beschichtung wird der Gegenstand erneut in den Ofen gebracht und dort für weitere 5 bis 15 Minuten erwärmt. Gegebenenfalls kann diese Zeitspanne auch kürzer oder länger gewählt werden. Dabei härtet der Lack endgültig aus, so daß ein kratz- und abriebfester, harter Lackfilm auf der Oberfläche gebildet wird.

Das Verfahren kann auch in einer Durchlaufanlage mit automatischen Vorwärm-, Beschichtungs- und Nachhärtungsschritten durchgeführt wer­ den. Hierzu wird der Gegenstand mittels einer Schlepp- oder anderen Trans­ portvorrichtung durch mehrere Stationen transportiert, in denen die einzel­ nen Behandlungen vorgenommen werden. Zur Beschichtung werden in die­ sem Fall automatisierte Spritzvorrichtungen eingesetzt, die vorzugsweise mikroprozessorgesteuert sind.

Zur Bildung mehrerer Schichten übereinander werden die Verfahrenschritte b) und c) mehrfach durchgeführt. Hierzu wird der mit der ersten Schicht überzogene Gegenstand nach der Härtung gemäß Schritt c) erneut mit dem Polymerpulver beschichtet. Eine separate Vorwärmphase ist nicht erforder­ lich. Vielmehr weist der Gegenstand durch die Erhitzung zur Nachhärtung im Ofen bereits die erforderliche Temperatur auf.

In einer anderen Verfahrensweise kann auf die erste Schicht ohne vorherige Härtung sofort die zweite Schicht aufgespritzt werden, wenn der Gegen­ stand noch die erforderliche Spritztemperatur aufweist. In diesem Fall kön­ nen die einzelnen Schichten an den Begrenzungen geringfügig ineinander verlaufen.

Ferner können auch strukturierte Lackschichten auf der Oberfläche gebildet werden, indem mit geeigneten Düsen gearbeitet wird. Hierzu ist lediglich eine örtliche Begrenzung des Pulverstrahles erforderlich.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Beispiele:

Beispiel 1:

Ein Handwaschbecken, bestehend aus keramischem Werkstoff, ohne an­ organische Glasur und mit den Außenmaßen 45 cm × 60 cm und einer mini­ malen Wandstärke von 2,5 cm wurde in einem Umluftofen auf 195°C er­ wärmt. In einem Reservoir für zwei Komponenten eines Polyesterlackes wurde der Pulverlack Dreylack der Firma Tigerwerk in Wels (Österreich) deponiert. Es handelte sich hierbei um einen für elektrostatische Pulverlac­ kierung geeigneten Polyesterlack (TGIC), der mit einem Pigment schwarz eingefärbt wurde (nach RAL-Tabelle 9005). Nachdem das Handwaschbec­ ken die erforderliche Temperatur erreicht hatte, wurde dieses aus dem Ofen entnommen und in einer Spritzkabine auf einer Unterlage elektrisch und thermisch von dieser isoliert abgestellt. Der Abstand zur Unterlage betrug mindestens 10 cm. Mittels der Pulverspritzpistole wurde anschließend ein etwa 200 µm dicker Lacküberzug auf die Beckenoberfläche aufgespritzt. Es wurde eine klebrige hochglänzende schwarze und sehr glatte Schicht er­ zeugt.

Nach der Schichtbildung wurde das Becken wieder in den Ofen überführt und dort zur Aushärtung des Lackes etwa 10 Minuten belassen.

Anschließend wurde das Becken wiederum aus dem Ofen herausgenommen und wie zuvor in der Spritzkammer deponiert. Zur Beschichtung wurde die­ selbe Lackbasis verwendet. Jedoch wurde diese anstelle der schwarzen Pigmente mit Messingflittern vermischt. Beim Verspritzen bildete sich eine transparente Deckschicht auf der ersten Schicht aus, in der feinste gold­ farbene Flitter enthalten waren. Anschließend wurde das Becken wiederum im Ofen deponiert und dort für etwa 10 Minuten belassen, um die zweite Lackschicht auszuhärten.

Es wurde eine optisch ansprechende Oberfläche des Beckens erreicht, wo­ bei die aufgebrachte Lackschicht außerdem kratz- und abriebfest war.

Beispiel 2:

Beispiel 1 wurde mit einer Eternit-Platte mit den Abmessungen 100 cm × 35 cm × 2 cm wiederholt. Es wurde wiederum eine festhaftende dekorative Beschichtung erhalten.

Claims (16)

1. Pulverbeschichtungsverfahren zum Herstellen einer kratz- und abriebfesten, dekorativen oder funktionellen Glasur aus einem duroplastischen Polymer, aus­ gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyestern und Polyurethanen, auf der Oberfläche eines aus nichtmetallischem und eine ausreichende Wärmebestän­ digkeit bei der Durchführung des Verfahrens aufweisenden Werkstoff bestehen­ den Gegenstandes, bei dem zur Bildung der Polymerbeschichtung mindestens eine wärmehärtbare Pulverkomponente eingesetzt wird und bei dem

• a) der Gegenstand zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Erwei­ chungstemperatur der Pulverkomponenten vorgewärmt wird,
• b) die Oberfläche des Gegenstandes anschließend mit den Pulverkompo­ nenten ohne Anwendung elektrostatischer Felder bestrahlt wird, wobei die Umgebung des Gegenstandes während der Bestrahlung auf einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur der Pulverkomponen­ ten gehalten wird und der Gegenstand von einer den Gegenstand halten­ den geeigneten Halterung thermisch und elektrisch isoliert wird, und
• c) der Gegenstand schließlich auf eine Temperatur erwärmt wird, die aus­ reicht, um die Pulverkomponenten zum duroplastischen Polymer auszu­ härten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus zwei Pulverkomponenten gebildet wird, die in Verfahrensschritt c) durch Wär­ meeinwirkung unter Aushärtung miteinander reagieren.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pulver­ komponenten in Verfahrensschritt b) nacheinander auf die Oberfläche aufge­ bracht werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß in Verfahrensschritt b) gleichzeitig mit den Pulverkomponenten weitere Additivkomponenten auf die Oberfläche aufgebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Pigmente, ausge­ wählt aus der Gruppe, bestehend aus Lichtreflektions-, Lichtabsorptionsparti­ keln, elektrisch leitfähigen Partikeln und photovoltaisch wirkenden Teilchen, als Additivkomponenten verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Pigment, das so feinteilig ist, daß eine homogene Färbung der Oberfläche erreicht wird, und mindestens ein Pigment, das so grobteilig ist, daß einzelne Teilchen nach dem Aufbringen auf die Oberfläche mit bloßem Auge erkennbar sind, nacheinander auf die Oberfläche aufgebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Polymerschichten mit unterschiedlichen Pigmenten auf unter­ schiedliche Oberflächenbereiche des Gegenstandes aufgetragen werden.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß als aus wärmebeständigem, nichtmetallischem Werkstoff bestehender Gegenstand ein dickwandiger Artikel, vorzugsweise mit einer Mindestwanddic­ ke von 5 mm und insbesondere 10 mm, verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gegenstand in den Verfahrensschritten a) und c) auf eine Tempe­ ratur von 180 bis 250°C, vorzugsweise von 190 bis 210°C, erwärmt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gegenstand in den Verfahrensschritten a) und c) mittels Mikrowel­ lenenergie erwärmt wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Beschichtung gemäß den Verfahrensschritten b) und c) mehrfach durchgeführt wird.

12. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung einer Glasur auf der Oberfläche eines im wesentlichen aus mit Mi­ neralfasern gefülltem, nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Gegenstan­ des.

13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Her­ stellung einer Glasur auf der Oberfläche eines im wesentlichen aus kera­ mischem oder glasartigem Werkstoff bestehenden Gegenstandes.

14. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung einer dekorativen Glasur auf Sanitärobjekten, beispielsweise auf Handwaschbecken.

15. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasur im wesentlichen aus duroplastischem Polymer und mindestens zwei Pigmenten besteht.

16. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Her­ stellung einer dekorativen Glasur auf Fassadenverkleidungselementen aus im wesentlichen mit Mineralfasern gefülltem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasur im wesentlichen aus duroplastischem Polymer und mindestens zwei Pigmenten besteht.