DE2749439A1 - Verfahren und vorrichtung zum aushaerten von beschichtungsstoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aushaerten von beschichtungsstoffen

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Description

L-11O12-G
UNION CARBIDE CORPORATION
27O Park Avenue, New York, N.Y. 1OO17, V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zum Aushärten von
Beschichtungsstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Ausharten von Beschichtungsstoffen und insbesondere zum Härten von fotohärtbaren Beschichtungsstoffen unter Verwendung von Quecksilberdampflampen.
Es ist bekannt, daß eine wesentliche Verbesserung der Fotopolymerisation erzielt wird, wenn der zu härtende chemische Überzug mit einer inerten Atmosphäre überdeckt wird, während er UV-Strahlung (ultravioletter Strahlung) ausgesetzt wird. Quecksilberdampflampen eignen sich besonders als UV-Energiequelle. Es wurden Anordnungen entwickelt (US-PSen 3 936 950 und 3 807 052), bei denen ein Überzug abgedeckt wird, der
mittels UV-Strahlung von Quecksilberdampflampen ausgehärtet werden soll. Dabei ist ein Behandlungsgehäuse vorgesehen,
in dem ein Überzug auf einem das Gehäuse durchlaufenden Produkt bestrahlt wird. Das Gehäuse besteht aus einer offenen
Behandlungskammer, die eine Gruppe von Quecksilberdampflampen aufnimmt. Tunnels gehen in Längsrichtung von gegenüber-
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liegenden Seiten der Behandlungskammer aus. Der stromaufwärts liegende Tunnel weist einen Gasinjektor auf, über den ein inertes Gas eingeleitet wird, um das sich bewegende Produkt abzudecken. Bei einer solchen Anordnung sind den Quecksilberdampflampen Reflektormoduln zugeordnet; die Reflektoroberflachen werden fur gewöhnlich durch Wärmeleitung unmittelbar gekühlt. Es zeigte sich, daß in vielen Fallen Von dem Überzug auf Grund von übermäßigen Überzugs- und Substrattemperaturen Dampfe ausgehen, die auf den Reflektorober flachen und den Lampen abgeschieden werden, was zu einer Verminderung der UV-Ausbeute führt und zuweilen ein einwandfreies Ausharten verhindert. Es mußten Maßnahmen entwickelt werden, um das Niederschlagen von Überzugsdampfen auf den Quecksilberdampflampen und den Reflektorober flachen zu verhindern.
Es zeigte sich, daß die Ursache des Problems starke thermische Konvektionsstrome sind, die von dem heißen, beschichteten, auszuhärtenden Substrat zu den kühleren Reflektoroberflachen hochsteigen, die hinter den Lampen sitzen, was zu einer thermischen Pumpwirkung führt, die Dampfe zu der Oberflache der Reflektoren pumpt, wo die Dampfe kondensiert werden und damit die Oberfläche der Reflektoren und/oder der Lampen selbst bedecken.
Es wurde ein System entwickelt, um die Dampfe wesentlich herabzusetzen, die bei Aushartvorrichtungen der in den US-PSen 3 936 950 und 3 807 052 allgemein beschriebenen Art die
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Reflektoroberfldchen und die Lampen erreichen. Es wurde gefunden, daß Dampfe, die normalerweise die Reflektoroberflachen erreichen würden, daran im wesentlichen gehindert werden können, indem ein Dampfabschirm- oder Schutzgasstrom vorgesehen wird, der die Dämpfe zwingt, durch den hinteren Tunnel hindurch auszutreten, und indem die thermische Pumpwirkung dadurch beherrscht wird, daß die Konvektionsströme in der Behandlungskammer im wesentlichen beseitigt werden. Während vorzugsweise mit einer Kombination von Dampfschutzgasstrom und Beherrschung des thermischen Konvektionsstromes gearbeitet wird, erwies es sich als möglich, das Problem bereits dadurch zu minimieren, daß nur die thermischen Konvektionsströme allein entsprechend beeinflußt werden.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strahlungsaushärtung zu schaffen, bei denen das Problem eines Niederschlages von Dämpfen auf den optischen Systemen minimiert ist. Ein Dampfniederschlag auf den optischen Systemen und Lampen soll weitestgehend ausgeschlossen werden.
Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Fotohärten von Überzügen durch UV-Strahlung von Quecksilberdampflampen geschaffen, die ein Gehäuse mit einer Behandlungskammer, einem bezogen auf den Durchlauf eines beschichteten Substrats durch das Gehäuse stromaufwärts von der Behandlungskammer
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angeordneten ersten Tunnel und einen stromabwärts von der Behandlungskammer vorgesehenen zweiten Tunnel aufweist. In der Behandlungskammer ist mindestens eine lineare UV-Lichtquelle untergebracht. Der Lichtquelle, bei der es sich für gewohnlich um eine Quecksilberdampflampe handelt, ist ein Reflektormodul mit einer flüssigkeitsgekühlten Wärmesenke zugeordnet, der UV-Strahlung auf die Oberfläche des sich bewegenden Substrats lenkt. Die Flüssigkeit ist typischerweise Wasser oder ein Gemisch aus Athylenglykol und Wasser. Erfindungsgemaß ist dafür gesorgt, daß die flüssigkeitsgekühlte Wärmesenke die Reflektormoduloberfläche teilweise umgibt und von dieser in Abstand gehalten ist, so daß die Wärmeübertragung zwischen diesen beiden Bauteilen nur durch Wärmestrahlung erfolgt.
Entsprechend dem erfindungsgemaßen Verfahren wird bei einer Vorrichtung der vorstehend genannten Art die Strahlungswärmeübertragung von der Reflektormoduloberflache so eingestellt, daß die Temperatur der Reflektormoduloberflache ständig mindestens ebenso hoch wie die Temperatur des auszuhärtenden Überzuges ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Dampfabschirm- oder Schutzgasstrom in der gleichen Richtung wie der Laufrichtung des sich bewegenden, beschichteten Substrats geleitet; das Schutzgas wird zusammen mit im 'Wesentlichen allen Dampfen, die von dem auszuhärtenden Überzug
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ausgehen, durch den zweiten oder Auslaßtunnel der Anordnung hindurch abgezogen. Der Dampfschutzgasstrom kann parallel zu der Substratoberfläche verlaufen oder nach unten auf die Substratoberfläche in einem Winkel von ungefähr 5° bis ungefähr 15° mit Bezug auf die Waagrechte gerichtet sein.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1.
Die schematisch dargestellte Anordnung weist eine Behandlungskammer 1 auf, in der eine UV-Lichtquelle 3 montiert ist, bei der es sich in der Regel um eine Gruppe von Mitteldruck-Quecksilberdampflampen handelt. Der UV-Lichtquelle 3 ist eine Reflektoroberfläche 5 zugeordnet, die die. Lichtquelle teilweise umgibt, um UV-Licht auf die Oberfläche des Substrats zu richten, das sich von einem ersten oder Einlaßtunnel 7 kommend durch die Behandlungskammer 1 hindurchbewegt, wo ein auf dem Substrat befindlicher Überzug
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mittels UV-Licht ausgehartet wird. Das Substrat verlußt die Behandlungskammer dann über einen zweiten oder Auslaßtunnel .9.
Inertgas wird von einer Verteilerkammer 11 aus zugeführt und in bekannter Weise (US-PS 3 936 950) durch einen Injektor 13 hindurchgeleitet. Dieses Gas hat die Aufgabe, die Oberflache des sich bewegenden Substrats abzudecken, um den Zutritt von Sauerstoff auszuschließen, der die Aushärtung behindert. Erfindungsgemaß ist eine zweite Inertgasquelle in Form einer Schutzgaskammer 15 vorgesehen. Gas wird von dieser Kammer aus durch einen Durchlaß 17 hindurch parallel zu dem sich bewegenden, beschichteten Substrat und in der gleichen Richtung wie der Laufrichtung des Substrats geleitet. Statt parallel zu verlaufen, kann der Gasstrom auch in einem Winkel zwischen ungefähr 5 und 15 mit Bezug auf die Waagrechte gegen das sich bewegende Substrat gerichtet sein. Dieses Dampfschutzgas halt im wesentlichen alle Dampfe nieder, die von dem Überzug ausgehen, wahrend dieser gehärtet wird; es trägt die Dampfe durch den Tunnel 9 hindurch nach außen. Vorzugsweise ist die Höhe h des Auslaßtunnels 9 größer als die Höhe E des Einlaßtunnels 7. Dies erlaubt es den Dampfen, die Behandlungskammer zusammen mit dem Schutzgas und unterhalb desselben leichter zu verlassen. Es wurde gefunden, daß die von der Überzugsober fluche ausgehenden Dampfe sich unter dem laminaren Strom des inerten Dampfschutzgases ansammeln und diesen laminaren Strom von der
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Überzugsoberflache abheben, wodurch die Dicke der laminaren Strömungsschicht vergrößert wird. Ein Auslaßtunnel von größerer Höhe als der Höhe des Einlaßtunnels erleichtert daher den Abzug der Dampfe aus der Anlage. Dieser Schutzgasstrom wird vorzugsweise vorgesehen; es ist jedoch auch möglich, auf die erfindungsgemäße Weise ohne den Schutzgasstrom vorzugehen .
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß die wassergekühlte Wärmesenke 19 von der Reflektormoduloberfläche 5 in Abstand liegen muß, so daß nur eine Strahlungswärmeübertragung zwischen der Reflektormoduloberfläche 5 und der Wärmesenke 19 stattfindet. Die Ursache des Dampfniederschlags auf den Lampen und den Reflektormoduloberflächen sind starke thermische Konvektionsströme, die von dem relativ heißen Substrat zu der kühleren Reflektoroberfläche hochsteigen. Das Problem läßt sich minimieren, indem die Temperatur der Reflektoroberflächen derart eingestellt wird, daß die Konvektionsströme minimal bleiben. Die Art der Reflektoroberflächenkühlung ist jedoch kritisch. Eine Luft-oder Gaskühlung ist nicht praktisch, weil dies zu turbulenten Luft- oder Gasströmen in der Behandlungskammer beiträgt und das Problem der thermischen Konvektionspumpwirkung noch vergrößert. Die Temperaturbeeinflussung erfolgt, indem nur eine Strahlungswärmeübertragung vorgesehen wird. Für diesen Zweck ist dafür gesorgt, daß zwischen den Oberflächen von Reflektor und Wärmesenke kein Kontakt besteht. Des weiteren ist es günstig,
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die einander zugekehrten Oberflachen zwischen der Wärmesenke 19 und den Reflektoren schwarz anzustreichen oder zu beschichten, um die Größe der Strahlungswarmeübertragung zwischen diesen Flachen vorzugeben.
Bei einer typischen Anwendung, bei der Fußbodenfliesen mittels der Anlage nach der Erfindung ausgehartet werden sollen, kann die Fliesentemperatur bis zu ungefähr 95 C betragen; für gewöhnlich liegt sie zwischen ungefähr 6O C und 8O°C. Ein typischer Reflektor, wie er bei einer 1OO W-Inch-Quecksilberdampflampe benutzt wird, erreicht ungefähr 2O5 C; seine Temperatur liegt damit über der Fliesentemperatur; es besteht nur eine geringe oder überhaupt keine Tendenz für eine Wärmekonvektion von Beschichtungsdämpfen von der beschichteten Fliesenoberfläche zu der Reflektoroberfläche.
Durch die Verwendung von temperaturgeregelten Reflektoren kann auch für eine ausreichend hohe Temperatur an den Reflektoroberflächen gesorgt werden, so daß der Dampfdruck des Dampfes bei dieser Temperatur bewirkt, daß der die Reflektoroberfläche erreichende Dampf erneut verdampft wird, wodurch eine Kondensation verhindert wird. t
Die Verwendung von strahlungsgekühlten, temperaturgeregelten Reflektoren bietet also zwei Arbeitsweisen, um die Reflektoren sauberzuhalten:
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1. über der beschichteten Substratoberflache wird ein günstiges Temperaturprofil ausgebildet, das die laminare Strömung an der Substratoberfläche dabei unterstützt, die Dampfe niederzuhalten und so rasch zu beseitigen, wie sie von dem Überzug freigesetzt werden, und
2. die Reflektortemperatur wird in vorbestimmter Weise auf einem Wert gehalten, bei dem der Partialdruck des Dampfes über 760 mm Hg (1 Atmosphäre) liegt, so daß Dämpfe, die die Reflektoroberfläche erreichen, veranlaßt werden, rasch in die Kammeratmosphäre zurückverdampft zu werden, und zwar entsprechend dem Dampfpartialdruck, der der Temperatur der Kammeratmosphäre zugeordnet ist.
In allen Fällen der Dampfbeeinflussung ist das relative Verhältnis von Substrattemperatur zu Reflektortemperatur von Wichtigkeit. Es ist stets besonders günstig, das Substrat wahrend der Aushärtung so kühl wie möglich zu halten, um den Dampfdruck der flüchtigen Komponenten möglichst klein zu halten. Für diesen Zweck kann das Substrat vor und während der Aushärtung gekühlt werden; außerdem kann der auffallende Strahlungsfluß möglichst klein gehalten werden, um den Temperaturanstieg während der Aushärtung auf die exotherme Reaktionswärme zu minimieren.
Die beschriebene Anordnung kann auf verschiedene Weise modifiziert und/oder ergänzt werden. Um beispielsweise die
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Menge des innerhalb der Anlage verwendeten Inertgases zu minimieren, kann ein Dampfabschirm-Luftstrom stromabwärts von der ersten Behandlungskammer und vor einer zweiten Behandlungskammer vorgesehen werden. In ahnlicher Weise ist es möglich, Abzugs tunnels vor dem ersten oder Einlaßtunnel und nach dem zweiten oder AuslaStunnel zu verwenden, wobei das Druckverhaltnis zwischen diesen Tunnels derart eingestellt wird, daß eine gegenseitige Abstimmung der jeden Abzugstunnel verlassenden Strome erfolgt, um den Inertgasstrom aufrechtzuerhalten und soviel Dampfe wie möglich zu beseitigen.
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Claims (12)

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN ELFENSTRASSE31 · DMOO MÜNCHEN «3 L-11O12-G Ansprüche
1. Verfahren zum Verhindern eines Dampfniederschlages auf einer Reflektormoduloberfläche, mittels deren UV-Strahlung von einer UV-Strahlungsquelle auf ein Substrat gerichtet wird, das mit einem mittels der UV-Strahlung auszuhärtenden Überzug beschichtet ist, bei einer Anordnung mit einem Gehäuse, das eine Behandlungskammer, einen bezogen auf den Substratdurchlauf durch das Gehäuse stromaufwärts von der Behandlungskammer angeordneten ersten Tunnel und einen stromabwärts von der Behandlungskammer vorgesehenen zweiten Tunnel aufweist, wobei in der Behandlungskammer mindestens eine lineare UV-Lichtquelle montiert ist, der ein Reflektormodul mit einer flüssigkeitsgekühlten Wärmesenke zugeordnet ist, um UV-Strahlung auf die Oberfläche des sich bewegenden Substrats zu lenken, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Reflektormoduloberfläche derart eingestellt wird, daß die Oberfläche ständig eine mindestens ebenso hohe Temperatur wie der auszuhärtende Überzug auf dem Substrat hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Temperatur der Reflektoroberfläche nur
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601103» ■ KABEL: EUCTJUCP
FERNSPRECHER.: 0»9/60IJÖ3» · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN
ORIGINAL INSPECTED
2 7 a 9 4 3 9
eine Strahlungswarmeubertragung zwischen der Reflektoroberfläche und der flüssigkeitsgekühlten Wärmesenke zu-1 gelassen wi rd.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzgasstrom in der gleichen Richtung wie der Laufrichtung des sich bewegenden, auszuhärtenden, beschichteten Substrats geleitet und das Schutzgas zusammen mit einem Teil der Dampfe, die von dem auszuhurtenden Überzug ausgehen, durch den zweiten Tunnel hindurch abgezogen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als die Flüssigkeit Wasser verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als die Flüssigkeit ein Gemisch von Wasser und Athylenglykol verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Oberflache auf einem Wert gehalten wird, bei dem der Partialdruck der von dem Überzug ausgehenden Dämpfe größer als 760 mm Hg ist.
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7. Vorrichtung zum Fotohdrten eines Überzuges auf einem bewegten Substrat mit einem ersten und einem zweiten Tunnel und einer dazwischen angeordneten Behandlungskammer, in der mindestens eine Quecksilberdampflampe untergebracht ist, die einen mit einer flüssigkeitsgekühlten Wärmesenke versehenen Reflektormodul aufweist, der UV-Licht von der Lampe auf das Substrat richtet, wobei der erste Tunnel mit einem Gasinjektor ausgestattet ist, über den ein inertes Gas auf das Substrat leitbar ist, um den Zutritt von Sauerstoff zum Substrat zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkeitsgekühlte Wärmesenke (19) derart in Abstand von dem Reflektormodul (5) angeordnet ist, daß es zwischen beiden nur zu einer Strahlungswdrmeübertragung kommt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Tunnel (7) und der Behandlungskammer (1) eine Einrichtung (15, 17) angeordnet ist, die ein zweites Inertgas entlang dem sich bewegenden, beschichteten, auszuhärtenden Substrat und in der gleichen Richtung wie der Laufrichtung des Substrats leitet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tunnel (9) eine größere Höhe als der erste Tunnel (7) hat.
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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Oberflachen des Reflektormoduls (5) und der flüssigkeit sgekühlten Wärmesenke (19) zwecks Sicherstellung von Strahlungswarmeübertragung schwarz sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1O1 dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1O, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Gemisch aus Wasser und Athylenglykol ist.
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DE2749439A 1976-11-05 1977-11-04 Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf dem Reflektor einer UV-Strahlungsquelle Expired DE2749439C3 (de)

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