DE2349318A1

DE2349318A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrostatischen beschichten von gegenstaenden

Info

Publication number: DE2349318A1
Application number: DE19732349318
Authority: DE
Inventors: Eric T Nord; Don R Scarbrough
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1972-10-02
Filing date: 1973-10-01
Publication date: 1974-04-11
Also published as: NL7312966A; IT993964B; JPS49101461A; FR2201635A5; US3911161A; CA983329A; BE805530A; AU6051273A

Description

EISENFÜHR & SPEISER Patentanwälte

DiPL -Ing GÜNTHER EISENFUHR - DtPL-Ing DIETER K SPEISER

BREMEN . DH Reh Ν« hörst zinngrebe

UMS ZEICHEN N 55 2349318

Anmelder iNH Notdson Corporation
Aktenzeichen Neuanme 1 dung

datum Γ8* September 1973

Nordson Corporation, Jackson St., Amherst, Ohio (V.St.A,

Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Gegenständen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nebst Vorrichtung zum Sprüh-Beschichten eines Gegenstandes.

Die Beschichtungs- und Oberflächenveredlungs-Industrie hat sich in den zurückliegenden Jahren zunehmend mit der Frage beschäftigt, wie und in welchem Ausmaß ihr Arbeitsbereich die Umgebung des Menschen verunreinigt. Einer der Hauptgründe für diese Bemühungen ist darin zu sehen, daß unsere fortgeschrittene und integrierte Gesellschaft Gesetze geschaffen hat, die es notwendig machen, daß diese und andere Industriezweige dazu beitragen sollen, die natürliche Umwelt des Menschen zu erhalten. Die Technik der Sprüh-Beschichtung neigt zur Erzeugung von Geruchsbelästigungen, Smog, Gesundheitsschäden, Sicherheits-Beeinträchtigungen und dergleichen, und es sind in der Vergangenheit auch schon Versuche unternommen worden, Lösungen für diese Probleme zu finden. Es hat sich jedoch in den- vergangenen Jahren gezeigt, daß auch Ver-

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änderungen und Verbesserungen der Sprühtechniken andere und unterschiedliche Probleme aufwarfen.

Zur Zeit wird·eine ganze Reihe von Sprüh-Beschichtungstechniken in der Industrie angewendet. Mit solchen Techniken ist allgemein die Vorbereitung oder Verarbeitung von Rohmaterialien und die Beschichtung oder Oberflächen— Veredlung von Gebrauchsartikeln mit solchen Materialien verbunden. Zu den meist-angewendeten Verfahren zählt das flüssige Sprüh-Beschichten, das flüssige elektrostatische Sprüh-Beschichten und das elektrostatische Pulver-Beschichten.

Bei der Anwendung der- Sprüh-Beschichtung eines harzhaltigen oder thermoplastischen Materials ist es üblich, das harzhaltige Material in einem organischen Lösungsmittel aufzulösen, um eine für das Sprühen geeignete Viskosität zu erzielen. In dem U.S. Patent 2 754 228 ist beispielsweise ein Lösungsmittel-Sprüh—Beschichtungsverfahren beschrieben. Manchmal wird das Beschientungsmaterial als heiße Schmelze versprüht, d.h., ein normalerweise festes thermoplastisches Material wird durch Schmelzen in flüssige Form gebracht, in eine Sprühvorrichtung geleitet und im heißen flüssigen Zustand zur Beschichtung eines Substrats zerstäubt. Ein Verfahren nebst Sprüh-Beschichtungsvorrichtung zum Schmelzen eines thermoplastischen Materials wie Paraffin oder Wachs und zu dessen Zerstäubung ist"in der U.S. Patentschrift 2 101 9 22 beschrieben. Bei derartigen Verfahren zum Versprühen von Mischungen aus einem Lösungsmittel und einem Thermoplast oder von einen Heißschmelzfilm bildenden Materialien ist es erforderlich, daß die zerstäubten Partikel ihren flüssigen oder klebrigen Zustand behalten, bis sie das zu beschichtende Objekt erreicht

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haben, damit sie auf diesem festkleben und die gewünschte Oberflächenbeschichtung-ergeben. Erfolgt jedoch auf dem Flugweg von der Sprühdüse noch vor Erreichen der Objektoberfläche eine Partikel-Verfestigung, so kann es vorkommen, daß Partikel von der Objektoberfläche zurückprallen oder sich zusammenballen. Jedenfalls führt bei den derzeit bekannten Vorrichtungen, die Verfestigung der zerstäubten Partikel vor Erreichen der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes zu einer ungenügenden Ober-f lächenbeschichtung.

Elektrostatische Flüssig-Sprühbeschichtungs-Techniken wurden angewendet, um normalerweise flüssige Materialien wie "Farben" oder Lösungsmittel-Beschichtungen aufzutragen, die entweder mit Druckluft, luftlos oder durch Zentrifugalzerstäubung zerstäubt wurden. Bei diesen Verfahren werden die zerstäubten Flüssigkeitströpfchen gewöhnlich zwischen der Sprühpistole und dem Objekt elektrostatisch aufgeladen, um unter dem Einfluß der elektrostatischen Anziehungskräfte auf dem Objekt niedergeschlagen zu werden. Eine Anzahl von elektrostatischen Flüssig-Sprühbeschichtungs-Verfahren ist bereits in der Patentliteratur veröffentlicht worden, siehe beispielsweise die U.S-Patente 2 764 125, 2 764 712, 2 893 894 und 3 048 498. . .

Außerdem sind bereits pulverförmige Beschichtungsmaterialien von thermoplastischer oder warmhärtender Natur in elektrostatischen Sprüh-Beschichtungs-Verfahren aufgetragen worden. Das Auftragen von Pulvern im elektrostatischen Sprüh-Beschichtungs-Verfahren ist jüngeren Ursprungs. Bei dieser Beschichtungstechnik werden thermoplastische oder warmhärtende Materialien zu feinem Pulver

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gemahlen und gleichmäßig gesiebt. Die Pulverpartikel werden dann in einem Luftstrom einem Applikatorkopf, beispielsweise einer Sprühpistole, zugemessen, wo sie elektrisch aufgeladen und dann in Richtung auf das zu beschichtende Objekt angetrieben werden. Der Effekt der elektrostatischen Aufladung bewirkt, daß die Partikel an dem Objekt haften bleiben, bis sie in einen Ofen gelangen, wo sie geschmolzen oder ausgehärtet werden, um eine Oberflächenbeschxchtung zu bilden.

Bei den zuvor beschriebenen Beschichtungs-Techniken ist es üblich, ein filmbildendes oder festes thermoplastisches Beschichtungsmittel in einem organischen Lösungsmittel aufzulösen, um das Beschichtungsmittel verarbeiten, zerstäuben und auf dem zu beschichtenden Gegenstand ablagern zu können. Bei bekannten Flüssig-Sprüh-Techniken ist es gewöhnlich wichtig, ein Lösungsmittel für das Kunststoff-Beschichtungsmittel zu verwenden, um eine einwandfreie Sprüh-Beschichtung zu erhalten. Während der Verarbeitung, Zerstäubung oder Ablagerung eines Lösungsmittel-Beschichtungsmittels kann sich das Lösungsmittel verflüchtigen, wenn es nicht wirksam eingesperrt wird, und entweichende Lösungsmittel bedeuten eine Luftverschmutzung. Auch nach dem Auftragen einer Lösungsmittel-Beschichtung auf dem Gegenstand entweichen noch Lösungsmittelreste von dem Beschichtungsfilm infolge Verdampfung, und auch diese Reste sind Verunreinigungen für die umgebende Atmosphäre. Da außerdem die meisten Lösungsmittel organischer Natur sind, tragen sie zur Steigerung der Verschmutzungsprobleme bei, indem sie toxische und/oder unangenehme Geruchsstoffe und/oder Smog erzeugen. Organische Lösungsmittel entweichen außerdem noch im Verlauf von Aushärtungsoperationen und verlassen einen

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Aushärteofen in Form von Abgas-Verschmutzungen. Um die mit der Lösungsmittel-Sprühbeschichtungs—Technik verbundenen Verschmutzungsprobleme zu lösen, sind bereits raffinierte Wiedergewinnungs- und Nachbrennersysteme entwickelt worden, um die entweichenden Lösungsmittelanteile aufzufangen oder zu verbrennen. Die Kosten der Erstellung und des Betriebes solcher Systeme sowie von Veraschungsanlagen zur Beseitigung" der anfallenden Lösungsmittel erreichen beträchtliche Ausmaße.

Zur Vermeidung der Umweltverschmutzung und der unwirtschaftlichen Materialverluste, welche die Lösungsmittel-Sprühtechnik mit sich bringt, ist die Beschichtungs-Industrie in neuerer Zeit dazu übergegangen, die bereits oben erwähnte elektrostatische Pulver-Beschichtung anzuwenden. In dieser elektrostatischen Pulver-Beschichtungstechnik gibt es keine Lösungsmittel, die in die Atmosphäre entweichen. Andererseits ist diese elektrostatische Trockenpulver-Beschichtungstechnik auf die Anwendung teurer Beschichtungsmaterialien angewiesen. Da dieses Verfahren auf dem Prinzip des Transportes von fein geteilten Pulverpartikeln beruht, ist es erforderlich, das Beschichtungsmaterial in eine solche fein verteilte Form aufzubereiten. Zu diesem Zweck muß die Harzmenge in feine Partikel mit ziemlich gleichmäßigen Abmessungen zerkleinert und mit Pigmenten, Füllstoffen, Härtern, Additiven u. dgl. gemischt werden, und zwar in raffinierten und ziemlich teuren Mahl- und Mischanlagen. Hierzu gehören Kugelmühlen, Dünnscheiben- oder Hammermühlen, Kibbler, Extruder, Kneter, Zentrifugalmischer oder andere Mischgeräte, Filter, Siebe, Förderanlagen u. dgl.; alle diese Vorrichtungen werden verwendet, um thermoplastisches Material in ein trocknes Pulver zu verwandeln, das sich

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zur Zerstaubunqseinrichtung befördern läßt. Genaue Kontrolle der Partikel form und Größenverteilung ist bei diesen Anlagen erforderlich, um zur"riedenstel ler.de :-■ -■· sultate zu erzielen. Dennoch bleiben bei der elektrostatischen Pulverbeschichtungs-Technik technische Probleme offen, weil es schwierig ist, Pulverpartikel mit einheitlicher Größe und glatten Formen herzustellen. Ferner haben pulverförmige Partikel den Nachteil, daß sie sich nicht besonders lange lagern lassen, beim Verarbeiten oder Sprühen zusammenbacken u. dgl. Alle diese Effekte überschatten den Ohne-Lösungsmittel-Appeal der Pulverbeschichtungs-Techniken. Die technischen Probleme und die hohen Kosten der Ausrüstungen haben es bisher verhindert, daß sich die Pulverbeschichtungs-Technik vollständig durchsetzt.

Es besteht also grundsätzlich ein Bedarf für ein leistunu fähiges wirtschaftliches Verfahren, welches die bei bekannten Techniken zur Sprüh-Beschichtung mit thermoplastischen Materialien verbundenen Probleme vermeidet.

Die Erfindung ist auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Sprüh-Beschichtung von Gegenständen mit heißschmelzenden Materialzusammensetzungen gerichtet. Ein Aspekt der Erfindung richtet sich auf die Sprüh-Beschichtung von Gebrauchsgegenständen oder Substraten mit einer filmbildenden Substanz. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein thermoplastisches Polymer oder ein ähnliches durch Wärme verflüssigbares Material aufgeheizt, um ein heißschmelzendes Mittel zu bilden. Dieses heißschmelzende Mittel wird in Anwesenheit eines elektrostatischen Feldes, welches sich zwischen einer Quelle für die zerstäubten Partikel (beispielsweise einer Sprühpistole) und dem zu

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beschichtenden Target bzw. Gegenstand befindet, zerstäubt. Die zerstäubten flüssigen Partikel sind gegenüber dem Target-Gegenstand elektrostatisch aufgeladen und werden durch eine Atmosphäre, gewöhnlich Luft, in Richtung auf den Gegenstand angetrieben, um sich an dem Gegenstand, elektrostatisch abzulagern. Es hat sich gezeigt, daß die zerstäubten flüssigen Tröpfchen, die auf dem Wege zum Target gekühlt werden oder sich verfestigen, weil durch die Zerstäubung und, den Lüftweg Wärme verloren geht, sich elektrostatisch auf dem Target ablagern. Im Gegensatz hierzu ist es bei den zuvor erwähnten bekannten Heißschmelz- oder Lösungsmittel-Sprühbeschichtunqi Techniken erforderlich, daß die zerstäubten Tropfchen im flüssigen oder klebrigen Zustand verbleiben, während sie in Richtung auf das Target angetrieben werden, weil das Zustandekommen einer Beschichtung bei den bekannten Techniken - von der Klebfähigkeit der flüssigen Tröpfchen auf dem Target abhängig ist. Im Gegensatz zu dieser ^.Erfindung machen es die zuvor besprochenen bekannten Pulverbeschichtungs-Techniken erforderlich, daß die festen Thermoplaste vor dem Eingeben in die elektrostatischen Sprühsysteme pulverisiert werden, weil diese bekannten Systeme nach dem Prinzip arbeiten, die fein unterteilten Pulverpartikel innerhalb eines Luft- oder Gasstromes ,zur Sprühpistole bzw. zum Sprühkopf zu transportieren. Abgesehen von den verschiedenen Vorteilen der Erfindung werden die Hauptnachteile der bekannten Techniken des Flüssig- oder Pulver-Sprühens wie Lösungsmittel-Verschmutzung, Material-Verluste und hohe Kosten durch die Erfindung grundsätzlich vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Beseitigung oder Vermeidung des Problems der Koaleszenz zerstäubter Partikel während der Zerstäubung eines heiß-

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schmelzenden Mittels, was bei der Sprüh-Beschichtung mit solchen Materialien vorkommen kann. Die Koaleszenz oder Zusammenballung von Schmelzpartikeln während der Zerstäubung und auf dem Fluge zum Target vermindert die Sprühleistung bzw. führt zu einem ungenügend beschichteten Gegenstand. Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert grundsätzlich die Tendenz zur Koaleszenz, weil die zerstäubten Partikel elektrostatisch'aufgeladen werden, was grundsätzlich ihre Vereinigung verhindert.

Ein anderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei bestimmten Anwendungen, wo die heiße Schmelze eine niedrige Viskosität besitzt, die Zerstäubung durch die Anwendung elektrostatischer Kräfte bewirkt werden kann, ohne wesentliche Mitwirkung mechanischer Einrichtungen. Zu diesem Zweck wird ein heißschmelzender Film oder Strom entweder über eine Oberfläche geleitet oder durch einen Schlitz geleitet, die bzw. der sich im Einflußbereich eines elektrostatischen Feldes befindet, und die Zerstäubung erfolgt dann durch Einwirkung der elektrostatischen Kräfte, welche den Film in zerstäubte Partikel aufbrechen. Alternativ dazu können die elektrostatischen Kräfte auch durch mechanische Kräfte unterstützt werden, beispielsweise in der Form, daß man eine Scheibe oder ein anderes Element rotieren läßt und dadurch den heißen Film oder die heiße Schmelze der Fliehkraft unterwirft und im Einflußbereich des elektrostatischen Feldes zerstäubt. Unter diesen Umständen wirkt das rotierende Element bzw. die Zentrifugalkraft als Zerstäubungsmittel anstelle von Luft- oder luftlosen Zerstäubungsdüsen.

Somit basiert die Erfindung zum Teil auf der Erkenntnis, daß ein heißschmelzendes Mittel oder ein thermoplastisches

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Material bis zum flüssigen Zustand aufgeheizt, zerstäubt und in ein elektrostatisches Feld eingeführt werden kann, welches zwischen einer Partikel-Zerstäubungsquelle und einem Target aufgebaut ist und in dem die flüssigen zerstäubten Partikel abkühlen und sich verfestigen, während sie in"Richtung auf das Target angetrieben und transportiert werden, um dort durch elektrostatische Kräfte abgelagert zu werden. Die zerstäubten festen oder pulverfÖrmigen Partikel, welche vorbeisprühen, können wieder' erfaßt und zur Wiederbenutzung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zurückgeführt werden, nämlich auf Grund der thermoplastischen oder heißverflüssigbaren Natur des Pulvers. Die vorbeigesprühten fein geteilten festen Partikel haben sphärische oder abgerundete Formen, ganz im Gegensatz zu den unregelmäßig geformten gemahlenen Pulverpartikeln bekannter Verfahren. Die sphärische oder abgerundete Partikelform ist besonders günstig für die Verarbeitung, Rückgewinnung und Wiederverwendung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Somit bietet das besondere erfindungsgemäße Konzept der Verfestigung thermoplastischer Schmelzpartikel in einem elektrostatischen Feld nicht nur die Sicherheit, daß die elektrostatischen Kräfte die verfestigten Partikel am Target-Substrat binden, vielmehr kann das elektrostatische Feld zusätzlich als Hilfe bei der Zerstäubung zu heißen flüssigen thermoplastischen Partikeln, zur Verdichtung der zerstäubten Partikel auf dem Transitwege zum Target, und schließlich als Anziehungskraft ausgenutzt werden, welche die Partikel auf dem geerdeten Target sammelt. Die erfindungsgemäße Technik gestattet eine vollständige Bedeckung bzw. Umhüllung der Oberfläche des Gegenstandes mit zerstäubten Partikeln. Ferner hat sich

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gezeigt, daß gegenüber bekannten Heißschmelz-Sprühtechniken ohne elektrostatische Felder die Ubertragungsleistunq an Beschichtungsmaterial erfindungsgemäß viel größer ist, es wird der Faktor 2-3 oder noch mehr erreicht. Gegenüber dem zuvor erwähnten bekannten elektrostatischen Sprühen von Pulvern bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch deutliche wirtschaftliche Vorteile. Da erfindungsgemäß die thermoplastischen oder schmelzenden Materialien ohne Lösungsmittel verarbeitet werden, entfallen die zuvor beschriebenen Luftverschmutzungsprobleme, und aus diesem Grunde sind keine teuren Wiedergewinnungs— oder Nachbrenn-Anlagen erforderlich, um der Verschmutzung Herr zu werden, wie bei bekannten Techniken.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein thermoplastisches Material in einem Reservoir geschmolzen, im heißen flüssigen Zustand über eine beheizte und/oder isolierte Leitung zu einer Zerstaubungsexnrich— tung, beispielsweise einer Sprühpistole, gefördert oder gepumpt und mit oder ohne Beihilfe eines Zerstäubungs— mittels, wie Heißluft oder einer örtlich begrenzten beheizten Zone, an der Sprühdüse zerstäubt. Wie bereits erwähnt, ist es unter Umständen, wenn die heiße Schmelze eine niedrige Viskosität besitzt, auch möglich, die Zerstäubung nur durch den Einfluß des elektrostatischen Feldes und ohne wesentliche Beteiligung mechanischer Mittel durchzuführen. Außerdem ist es möglich, rotierende oder schleudernde Einrichtungen zur Unterstützung der Zerstäubung zu verwenden» Das elektrostatische Feld kann mittels einer unabhängigen, an hohem elektrischem Potential liegenden Elektrode aufgebaut werden, die sich in oder nahe der Zerstäubungszone befindet und die zerstäubten flüssigen Partikel auflädt. Der zu beschichtende, auch Target genannte Gegenstand bildet die andere

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Elektrode bzw. das Erdpotential. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens als kompakte Einheit ausgebildet, mit'einem Reservoir zur Verflüssigung des thermoplastischen Materials, einer Pumpe zum Zuführen der heißen Schmelze unter einem Druck, einer Zuführleitung und einer elektrostatischen Sprühpistole für die Sprüh-Beschichtung, die entweder manuell bedient, ortsfest aufgebaut oder beweglich gelagert ist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung, deren einzige Figur die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung zeigt, näher erläutert.

Zunächst erfolgt eine Beschreibung in Verbindung mit einer bevorzugten Form einer luftlosen Sprühdüse innerhalb einer Pistole zum Versprühen von heißschmelzendem Material beschrieben. Ferner wird beschrieben, wie die Erfindung in Verbindung mit einer modifizierten Zerstäubungsvorrichtung nebst Verfahren gemäß U.S.-Patentanmeldung Nr. 167 695 vom 30. Juli 1971 mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines flachen Farbsprühkegels" angewendet wird.

Außer diesen Sprühvorrichtungen sind luftlose, Druckluft-, Zentrifugal- und andere Typen aus dem Hintergrund der erwähnten Patentanmeldungen bekannt und geeignet, die heißschmelzenden thermoplastischen Mittel bzw. Verbindungen, die erfindungsgemäß verarbeitet werden, zufriedenstellend zu zerstäuben. Da die gezeigte Sprühpistole mit einer Art von Aufladungseinrichtung versehen ist, läßt sich die besprochene Zerstäubungseinrichtung vorteilhaft in Verbindung mit anderen elektrostatischen Sprühpistolen anwenden, die geeignete Einrichtungen zum Übertragen einer Ladung auf die heißschmelzenden Sprühpartikel

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besitzen. Geeignete elektrostatische Aufladeeinrichtungen sind im US-Patent 3 169 8B2 und anderen zuvor erwähnten Druckschriften beschrieben worden. Ferner sei bemerkt, daß die in der Zeichnung dargestellte Sprühpistole nur ein Ausführungsbexspiel bildet, jedoch in keiner Weise beschränkend wirkt.

Das zeichnungsgemäß dargestellte elektrostatische Sprühsystem kann heißes flüssiges thermoplastisches Material aus einem Schmelzreservoir 1 über eine Pumpe 2 und einen Schlauch 3 an und schließlich aus einer elektrostatischer Abgabepistole 4 abgeben. Das heiße flüssige thermoplaste s· Material 5 nimmt beim Verlassen einer Düsenöffnung 6 der Pistole 4 von einem Korona-Entladungsfeld einer Antenne eine elektrostatische Ladung auf; die Antenne 7 ist der Düsenöffnung 6 beigeordnet. Die notwendige elektrische Leistung liefert eine Stromversorgung 8. Die somit elektrisch aufgeladenen flüssigen zerstäubten Partikel 9 werde: von der Pistole 4 in Richtung auf eine Platte bzw. einen Gegenstand 10 angetrieben, welcher eine entgegengerichtete Ladung trägt. Gewöhnlich ist die auf die Partikel 9 übertragene Ladung negativ, und der Gegenstand 10 ist geerdet. Aufgrund dieser entgegengesetzten Ladungen werden die verstäubten Partikel 9 angezogen, in einem schmalen Verband transportiert und auf dem Target-Gegenstand 10 gesammelt, wo sie an dessen Oberfläche haften bleiben, und zwar sowohl auf der Front - als auch auf der Rückseite. Auf dem Transitwege erfolgt eine Abkühlung und Verfestigung der Schmelzpartikel, und auf dem Target haften sie aufgrund der elektrostatischen Kräfte zwischen den geladenen Partikeln und dem Gegenstand 10. Vorbeifliegende Partikel können in einer Haube 11 gesammelt und zur -Wiederschmelzung und Wiederverwendung zurückgewonnen werden. Eine geeignete Pulver-Wiedergewinnungsanlage kann verschiedene Formen aufweisen, es sei hier nur auf ein aus der US-Patentanmeldung Nr. 2

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591 vom 5. Juni 1972 bekannte Ausführung hingewiesen.

Beispiel I

Zur Demonstration wurde ein polyamides Kunstharz, von der Firma Emery Industries unter der Handelsbezeichnung EMEREZ 1537 vertrieben, in das in der Zeichnung dargestellte System eingegeben. Der Erweichungspunkt des Polyamid-Harzes lag bei etwa 115°C, und die Viskosität betrug 4-5 Poise bei 160⁰C. Das thermoplastische Polyamid -Kunstharz wurde in festen Pillen unregelmäßiger Größe von etwa 1/8 bis etwa 3/8 Zoll Maximalgröße eingefüllt. Innerhalb des Reservoirs 1 wurden diese Kunstharzpillen geschmolzen und bis zu eine.·. Temperatur von etwa 220⁰C aufgeheizt. Die Temperatur des Schlauches 3 betrug etwa 210 C. Der Innendruck des Systeme lag bei etwa 61,5 kp/cm^ (875 psig), und das heiße flüssiv Kunstharz wurde luftlos durch Pumpen vom Reservoir 1 zur Düsenöffnung 6 versprüht, wo es in den .umgebenden atmo-· sphärischen Druck und bei einer Umgebungstemperatur von etwa 24 C zerstäubte. Die Stromversorgung 8 lieferte eine Spannung von 90 kV an die Pistolenantenne 7, und die Durchflußmenge des heißen thermoplastischen Materials durch die

2 einen Durchlaßquerschnitt von 1,00 mm (0,0016 square inch) besitzende Düsenöffnung 6 betrug etwa 4,4 Gramm pro Sekunde. Die zerstäubten Partikel 9 wurden in der Luft fest und flogen in Richtung auf den Target-Gegenstand 10, um sich dort abzulagern. Als Target diente eine Platte von 10 mal 20 cm in einem Abstand von etwa 30 cm vor der Düsenöffnung 6. Unter diesen Betriebsbedingungen wurde aus dem versprühten thermoplastischen Material im Bereich des 30 cm betragenden Abstandes von der Düsenöffnung 6 ein Pulver. In fünf Versuchen wurden etwa 42 bis 52 Prozent der gesamten versprühten Festkörper auf der Target-Platte abgelagert. Die Umhüllungswirkung des festen thermoplastischen

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Pulvermaterials auf dem aufgeladenen Target war extrem gut, und zwar -sowohl auf der Front - als auch auf der Rückseite des Gegenstands 10. Nach einer Wärmebehandlung der Platte wurde eine glatte Oberflächenbeschichtung erzielt. Die vorbeigesprühten Partikel waren feinpulverig, sphärisch geformt und ließen sich auflesen und verarbeiten.

Würde man das System ohne elektrostastische Ladung benutzen, dann v/ürde sich das Pulver auf der Frontfläche einer ähnlichen Testplatte aufbauen, sich jedoch bei Berührung der Platte leicht abschütteln lassen. Wollte man versuchen, ohne elektrostatische Ladung geschmolzenes und zerstäubtem flüssiges thermoplastisches Material auf eine ähnliche Testplatte zu sprühen, dann würden nur etwa 23,9% der gesprühten festen Partikel die Testplatte erreichen, und auf deren Rückseite würde überhaupt keine Beschichtung erzielt werden·

Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, daß normalerweise feste thermoplastische Polymere mit hohem Molekulargewicht durch Anwendung von Wärme verflüssigt, im flüssigen Zustand durch eine luftlose Zerstäubungspistole zerstäubt, in der Zone zwischen der Sprühdüse und dem zu beschichtenden Objekt elektrostatisch aufgeladen, *zu Partikelform verfestigt und an einem Objekt, zur Ablagerung gebracht werden können, wobei durch die elektrostatische Technik gemäß dieser Erfindung ein sehr guter Wirkungsgrad erzielt, wird. Pulverpartikel, die nicht am zu beschließenden Objekt hängen blieben, hatten eine solche Form, daß sie sich leicht wiedergewinnen und in das Schmelzreservoir zurückführen ließen, um noch einmal innerhalb des Systems verwendet zu werden»

Beispiel II

Ähnlich wie beim vorstehend beschriebenen Beispiel wurde 409815/0876

ein mikro-kristallines Wachs mit einem Schmelzpunkt von etwa 65°C nach den Prinzipien dieser Erfindung durch Sprühbeschrichten aufgetragen. Das mikro-kristalline Wachs wurde im Reservoir 1 geschmolzen und bis auf eine Temperatur von etwa 110 C aufgeheizt, die Schlauchtemperatur betrug etwa 105 C. Der hydraulische Druck des

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Systems lag bei etwa 35 kp/cm , und das heiße flüssige Wachs wurde luftlos durch Pumpen vom Reser\>T>ir 1 durch die Düsenöffnung 6 versprüht, wo es bei einer Umgebungstemperatur von 24 C in die umgebende Atmosphäre zerstäubt wurde. Der Antenne 7 wurde eine Spannung von 93 kV zugeführt, und die Durchflußmenge des heißen thermoplastischer; Materials durch die Düsenöffnung 6, die einen Querschnitt

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von ij00 mm (o,ool6 sqare inch) aufwies, lag bei etwa 5,1 Gramm pro Sekunde. Eine Targetplatte 10 χ 20 cm wurde etwa in einem Abstand von 60 cm vor der Sprühdüsenöffnung 6 aufgestellt. Unter diesen Betriebsbedingungen wurde das versprühte thermoplastische Wachs auf der 60 cm langen Strecke zu Pulver verwandelt. Eine Analyse des unter ähnlichen Bedingungen versprühten Wachspulvers ergab eine Partikelgröße von etwa 10 bis 100ΛDurchmesser in ziemlich gleichmäßiger Verteilung. Als Mittelwert aus drei Tests wurde festgestellt, daß etwa 55,3 % des gesamten versprühten festen Materials auf der Targetplatte abgelagert war. Ferner war die Umhüllungswirkung des festen thermoplastischen Pulvers um die Targetplatte herum ausgezeichnet, und die gesamte Rückseite der Platte war beschichtet. Eine Wärme-Nachbehandlung bei etwa 70⁰C über 4 1/2 Minuten brachte eine glatte gleichmäßige Beschichtung,

Die Versuche wurden anschließend noch einmal bei Abwesenheit eines elektrostatischen Feldes wiederholt. Die Übertragungsleistung lag bei drei Tests im Schnitt bei 17,5 % der gesamten versprühten Festmenge, und es wurde im wesent-

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lichen keine Beschichtung auf der Rückseite der besprühten Platte erzielt.

Beispiel III

Das auch in Beispiel I verwendete, thermoplastische Kunstharz wurde hier statt luftlos mit einem Druckluftverfahren versprüht. Zu diesem Zweck wurde die in der Zeichnung dargestellte -Sprühpistole durch eine aus der bereits erwähnten US-Patentanmeldung 167 695 bekannte Sprühpistole ersetzt. Das Reservoir 1 mit dem Schmelzmaterial, der Schlauch 3 und die Sprühpistole wurden auf etwa 230 C aufgeheizt, während die eingeblasene Luft eine Temperatur von etwa 288 C besaß. Luftdruck und hydraulischer Druck hatten Werte im Bereich von etwa 5 - 5,5 kp/crtt ( 70 - 80 psig), und der Pistolenantenne wurde ein Spannung von 90 kV zugeführt. Das durch die Düsenöffnung,der Pistole gesprühte heiße thermoplastische Material wurde beim Versprühen zerstäubt, und die Zerstäubungspartikel ergaben auf dem als Platte 10 ausgebildeten Target eine ausgezeichnete Um- , hüllung. Durch eine Wärmenachbehandlung wurde aus der Umhüllung eine fertige Oberflächenbeschichtung.

Selbstverständlich können auch andere schmelzbare oder thermoplastische Materialien erfindungsgemäß durch Versprühen im elektrostatischen Feld aufgetragen werden, und die zuvor aufgezählten Beispiele geben lediglich eine derzeit bevorzugte Anwendungsart wieder. Aus der Beschreibung und den Beispielen kann entnommen werden, daß zur Wahrung der.VorteiIf der Erfindung auch andere und unterschiedliche Betriebsbedingungen angewendet werden können. Man kann die verschiedensten thermoplastischen Polymere verarbeiten, ihre Aufheiztemperatur zur Erzielung einer sprühfähigen Viskosität zwecks Zerstäubung durch konventionelle Luft-, luftlose oder Luftinjektions-Techniken hängt

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jedoch ganz von dem betreffenden thermoplastischen Material, seiner Sprühviskosität, seiner Degradations-Temperatur und dergleichen ab. Thermoplaste sind normalerweise fest oder halbfest bei Gebrauchstemperatur, schmelzen oder verflüssigen bei höheren Temperaturen und kehren in den festen oder halbfesten Zustand zurück, wenn man sie abkühlt. Zu den thermoplastischen Polymeren gehören Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid (Nylon), gechlorte Polyether, Epoxy-Thermoplaste oder warmhärtende Polymere, Zellulose-Ester wie Zellulose Azetat-Butyrat, Halogene Polyolefine einschließlich Polyvinyl Chlorid und dergleichen, Polyester wie Polyäthylen-Therephthalat, Acryle wie Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacryl-at und dergleichen, Copolymere aus den verschiede; *n erwähnten Materialien und dergleichen.

Der benutzte Ausdruck "Schmelzbarer Stoff" (melt compositic .) ist im Sinne der Erfidnung ersetzbar durch den Ausdruck Thermoplast,und diese im weitesten Sinne. Derartige Stoffe können beispielsweise bei Gebrauchstemperatur thermoplastisch sein, jedoch aus—härtbare Komponenten erhalten, die bei höherer Temperatur oder längerer Wärmeeinwirkung ader dergleichen aktiviert werden. Bekanntlich können zur Herstellung polymerer Verbindungen bzw. Stoffe die erwähnten Polymere mit Härtern oder Aushärtmitteln, Stabilisatoren, Pigmenten, Verlängerern, Additiven zur Steuerung der Fließfähigkeit, Benetzungsmitteln, Weichmachern, Farbmitteln und dergleichen angesetzt werden. Diese Additive sind dem Kunstharzfachmann wohlbekannt und werden oft zur Herstellung brauchbarer BeSchichtungsverbindungen angewendet. Man kann demgemäß die verarbeiteten Thermoplaste so modifizieren, daß sie für die erfindungsgemäße Anwendung am geeignetsten sind. Ferner kann der Fachmann die Betriebsbedingungen des elektrostatischen Feldes im Zusammenhang mit der Erfindung variiren. Die Spannung und der Abstand zwischen Sprühdüse und zu beschichtendem Gegenstand können von den angegebenen Werten

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abweichen. Selbstverständlich kann auch eine andere Sprüheinrichtung verwendet werden. Im allgemeinen liegt der Potentialgradient zwischen der Hochspannungselektrode und dem zu beschichtenden Gegenstand im Bereich von mehreren tausend Volt pro Zentimeter zwischen Sprühdüse und Gegenstand, aber es können auch andere Potentialgradienten angewendet werden, wenn erwünscht. Ferner ist es möglich, die Verhältnisse des elektrischen Feldes gegenüber der Zeichnung umzukehren, indem man beispielsweise die Sprühpistole erdet und die zu beschichtenden Gegenstände elektrisch auflad. Auch ist es erfindungsgemäß ohne weiteres möglich, horizontal oder in anderer Richtung verlaufende Oberflächen wirksam zu beschichten. Ferner kann die Zerstäubung mit injizierter Luft, luftlos, mit Zentrifugalkraft oder mit anders arbeitenden Zerstäubungseinrichtungf durchgeführt werden, sofern gewährleistet ist, daß die heißschmelzenden thermoplastischen Verbindungen erfindung. gemäß ausreichend zerstäubt werden.

Erfindungsgemäß können die zerstäubten Partikel auf dem Wege zum Target vollständig fest werden und dennoch eine ausgezeichnete Beschichtung bilden, die durch die Anwesenheit des elekrostatischen Feldes beeinflußt wird. In solchen Fällen, wo Prozentsätze der zerstäubten Partikel durch Abkühlen fest werden, während andere vielleicht etwas flüssi : oder klebrig bleiben, lassen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens immernoch erzielen. In diesem letzteren Falle werden die aufgeladenen Festpartikel auf das Target getragen und dort elektrostatisch mit den etwas klebrigen Partikeln verbunden. Falls erfindungsgemäß 100 % Festpartikel durch Sprühen aufgetragen werden, dann lassen sich damit elektrostatisch bestimmte erwünschte Vorteile erreichen; beispielsweise kann man die Pulverbeschichtung von einem defekten Teil abfallen lassen, um es später noch einmal zu beschichten. Diese Vielseitigkeit der Anwendung

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ermöglicht Variationen in der Partikel—Festigkeit, wo aufgeheizte Partikeloberflächen sprühbeschichtet werden sollen, und wo es erwünscht ist, die Festigkeit, die Fließ- oder Hafteigenschaften der Partikel auf der geheizten Oberfläche zu kontrollieren.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Sprüh-Beschichten von Gegenständen mit heißschmelzenden Stoffen, insbesondere mit heißen thermoplastischen Verbindungen. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: Aufheizen eines thermoplastischen Stoffes bis zur Verflüssigung, Zerstäuben der Flüssigkeit unter Bildung fein verteilter Partikel, leiten der zerstäubten Partikel in Anwesenheit eines elektrostatischen Feldes, und Abkühlen der Partikel in dem Feld. Das Beschichten der Gegenstände mit dem thermoplastischen Stoff erfolgt durch elektrostatische Aufladung der zerstäubten Partikel gegenüber den Gegenständen, so daß sich die geladenen Partikel elektrostatisch auf den Gegenständen ablagern. Die zer- · stäubten Partikel wer.den unter vollständiger Oberflächenbedeckung auf den Gegenständen abgelagert und können auf der Gegenstandsoberfläche koalesziert oder wiederverschmolzen werden, um darauf .einen Fertigbearbeitungsf ilm zu bild'-π. Die elektrostatische Sprüh- und Spruhbeschichtungstechnik verhindert Umweltverschmutzung und ermöglicht bedeutende Kosteneinsparungen bei der Oberflächenbearbeitung von Gebrauchsgegenständen.

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Claims

AN i P R U C H E

1. Verfahren zum Sprüh—Beschichten eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem schmelzbaren Stoff eine aufgeheizte flüssige Masse gebildet, ein zu beschichtender Gegenstand vorbereitet, die aufgeheizte flüssige Masse unter Bildung verstäubter Partikel zerstäubt, die Zerstäubungspartikel in Anwesenheit eines elektrostatischen Feldes geleitet, die Partikel in Anwesenheit dieses Feldes abgekühlt und elektrostatisch auf dem Gegenstand abgelagert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsquelle für die zerstäubten Partikel bereitgestellt, das elektrostatische Feld zwischen diesej Quelle und dem Gegenstand ausgebildet, die zerstäubten Partikel gegenüber dem Gegenstand elektrostatisch aufgeladen werden, und daß sich die 'Partikel auf dem Wege zu dem Gegenstand zur elektrostatischen Ablagerung ,auf dem .Gegenstand abkühlen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrostatische Feld durch eine Elektrode mit hohem Potential und dem Gegenstand als andere Elektrode eingerichtet wird«

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3_S dadurch gekennzeichnet, daß sich die Elektrode innerhalb oder nahe der Antriebsquelle befindet.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mit dem hohen Potential einer Sprühpistolendüse zugeordnet ist.

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6. Verfahren r..ich Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgelagerten Partikel auf dem Gegenstand (Target) beheizt werden, um eine glatte Oberflächenschicht zu bilden.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungspartikel in Anwesenheit eines gastörmigen Zerstauburigsmittels geleitet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsquelle eine Zentrifugal-Zerstäubungseinrichtung ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, daß die Zerstäubungseinrichtung rotiert.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzverbindung im wesentlichen aus einer thermoplastischen polymeren Verbindung besteht, die im wesentlichen nicht-flüchtige Feststoffe enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wesentliche Anzahl dieser Partikel für die elektrostatische Ablagerung zu einem festen nicht-klebrigen Zustand abkühlen.

12. Verfahren nach' Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge der zerstäubten Partikel gesammelt und in die beheizte Schmelzverbindung' zurückgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeladenen Partikel in Richtung auf

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den Gegenstand .-meet rieben werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine wese: tliehe Anzahl dieser Partikel für die Ablagerung auf dem Gegenstand zu einem nichtklebrigen Zustand verfestigt.

15. Vorrichtung zum Versprühen einer Heißschmelzverbindung zwecks Beschichtung gemäß dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (1) zum Bereitstellen einer aufgeheizten flüssigen Masse aus der Schmelzverbindung, einer Einrichtung (4) zum Zerstäuben der aufgeheizten Masse unter Bildung von zerstäubten Partikeln (9), und durch eine Einrichtung (7, 8) zum elektrostatischen Aufladen der zerstäubten Partikel gegenüber einem Gegenstand (10), um die Partikel elektrostatisch auf dem Gegenstand abzulagern.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum' Antreiben der Partikel in Richtung auf den Gegenstand (10) zum Zwecke ihrer elektrostatischen Ablagerung auf demselben.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11) zum Sammeln einer Teilmenge der zerstäubten Partikel (9).

18. Vorrichtung nach Anspruch 15 und 17 gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Rückführung dieser Partikel an die Einrichtung (1) zum Erstellen einer aufgeheizten flüssigen Masse.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinrichtung ein Üasinjektions-Zerstliu-

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ber ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubur.gseinrichtung ein rotierendes Element
enthält.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinrichtung eine Gasinjektions—Zerstäubungs— und Antriebseinrichtung ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein rotierendes Element enthält.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer (11) zum Sammeln von zerstäubten Partikel»· vorhanden ist. ·

24. Vorrichtung zum Sprüh-Beschichten eines Gegenstandes
mit einer Verbindung gemäß Verfahren nach mindestens einen, der Ansprüche 1-13, gekennzeichnet durch ein beheiztes
Reservoir (1) zur Aufnahme einer heißschmelzenden Verbindung, eine Sprühdüse (6) zum Zerstäuben der heißschmelzenden Verbindung, eine Einrichtung (3) zum Fördern
der heißschmelzenden Verbindung vom Reservoir zur Düse,
eine mit einem hohem Potential verbundene Aufladeelektrode (7), welche der Sprühdüse zugeordnet ist und die zerstäubte heißschmelzende Verbindung gegenüber dem.Gegenstand (10)
elektrostatisch aufladet, urn die Verbindung auf em Gegenstand elektrostatisch abzulagern, und durch eine Einrichtung (8) zum Zuführen von elektrischem Strom an die Ladeelektrode (7).

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüse (6) zu einer handbetätigten Sprühpistole gehört, an v/elcher die Aufladeelektrode (7) angebracht ist.

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26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11) zum Sammeln eines Anteils der zerstäubten Partikel (9).

2 7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 24 26, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Rückführung des Anteils der., zerstäubten Partikel zur Sprühdüse.

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