DE4415471C1 - Verfahren zum Beschichten mittels pulverförmigen Überzugsmitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren unter Verwendung von beim Anwender aus mehreren Komponenten hergestellten pulverförmigen Einbrennüberzugsmitteln.

Beschichtungsverfahren unter Verwendung von flüssigen Zweikomponenten­ lacken sind bekannt. In der Großserienlackierung wird beispielsweise so gearbeitet, daß beide Lackkomponenten (Komponente 1 enthält als Basis­ harz ein filmbildendes Bindemittel, Komponente 2 enthält den Härter für das filmbildende Bindemittel der Komponente 1) in separaten Ringleitun­ gen geführt werden. Mittels beispielsweise einer Zweikomponentendosier­ anlage werden beide Komponenten kurz vor dem Verspritzen homogen ver­ mischt, d. h. im Gegensatz zur handwerklichen Verarbeitung von Zweikom­ ponentenmaterialien liegt hier ein kontinuierliches Verfahren vor. Nachteilig an der Verarbeitung zweikomponentiger Flüssiglacke ist die unter Umwelt- und Gesundheitsaspekten unerwünschte Abgabe von Lösemit­ teln. Außerdem läßt sich der beim Verspritzen flüssiger zweikomponenti­ ger Überzugsmittel gebildete Overspray nicht direkt recyclisieren, da die Vernetzungsreaktion im Overspray fortschreitet. Im allgemeinen muß der Overspray als Lackschlamm durch Deponierung entsorgt werden oder es erfolgt günstigstenfalls eine Aufarbeitung zu minderwertigen Produkten.

Die DE-A-40 23 541 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung poröser Schüttgüter. Dabei werden flüssige Mehrkomponentenharze auf poröse zu verfestigende körnige Materialien aufgesprüht. Die Komponenten der Harze werden getrennt in eine Mischkammer geführt, dort turbulent mit­ einander vermischt und anschließend auf das poröse Material auf­ gesprüht. Ein Hinweis auf den Einsatz von Pulverlacksystemen findet sich nicht. Die US-PS 5 260 101 beschreibt ein Verfahren zur Reparatur­ lackierung von Automobilteilen mit flüssigen Mehrkomponentenlacken. Die verschiedenen Komponenten werden vor der Applikation in einem festge­ legten Volumenverhältnis gemischt und appliziert. Auch hier findet sich kein Hinweis auf das Beschichten mit Pulverlacken.

Die DE-A-22 33 138 beschreibt die Herstellung von duroplastischen und thermoplastischen Pulverlacken durch Versprühung geschmolzener Binde­ mittel bzw. Bindemittelmischungen. Basisharz und Härter werden in einem beheizten Mischbehälter gemeinsam aufgeschmolzen und gemischt. Dabei werden im Fall der Herstellung duroplastischer Pulverlacke nur Härter verarbeitet, die im verfahrenstypischen Temperaturbereich ihre vernet­ zende Wirkung noch nicht entfalten. Das Verfahren ist speziell für hochreaktive Pulverlacke nicht geeignet.

Aus der WO 92 00 342 ist ein Verfahren zur Herstellung von Pulverlacken bekannt, bei dem eine geschmolzene Mischung aus einem filmbildenden Bindemittel und einem Härter für dieses Bindemittel atomisiert, d. h. versprüht wird. Die dabei gebildeten Tröpfchen werden in so kurzer Zeit unter ihren Erweichungspunkt abgekühlt, daß keine signifikante Vernet­ zung innerhalb der Teilchen stattfindet. Es bilden sich feste Lackteil­ chen mit sphärischer Gestalt und enger Teilchengrößenverteilung. Die Teilchen werden nach dem Abkühlen mit geeigneten Maßnahmen aus dem Trä­ gergasstrom abgetrennt. Sie unterscheiden sich in ihrer chemischen Zu­ sammensetzung nicht von üblichen durch Extrudieren und Vermahlen einer Harz-/Härter-Schmelze hergestellten Pulverlacken und können mit pulver­ lacktypischen Applikationsmethoden aufgebracht werden. Sie sind lager­ fähig und können beim Anwender als Pulverlack eingesetzt werden.

Die Lagerung von Pulverlacken ist im allgemeinen aufwendig, insbesonde­ re wenn eine permanente Kühlung notwendig ist, um ein Überschreiten der Blocktemperatur zu verhindern. Weiterhin muß ein Zutritt von Feuchtig­ keit oder Lösemitteldämpfen zu den Beschichtungspulvern sicher ausge­ schlossen werden.

Es besteht die Aufgabe ein Beschichtungsverfahren bereitzustellen, daß Lösemittelemissionen und die Bildung von zu entsorgendem Lackschlamm vermeidet, dennoch aber den Direkteinsatz eines beim Anwender aus meh­ reren Komponenten hergestellten Einbrennüberzugsmittels gestattet. Das Verfahren soll so beschaffen sein, daß Veredelungsschritte oder eine zwischenzeitliche Lagerung des frisch hergestellten Überzugsmittels entfallen. Darüber hinaus soll das gebildete Overspray recyclisierbar sein.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe gelöst werden kann durch das einen Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur Beschichtung ei­ nes Substrats durch Sprühauftrag eines eine Basisharzkomponente und eine Härterkomponente enthaltenden pulverförmigen Einbrennüberzugsmit­ tels mit anschließendem Einbrennen der erhaltenen Pulverlackschicht. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einbrennüberzugsmit­ tel unmittelbar während des Sprühauftrags dadurch hergestellt wird, daß Basisharzkomponente und Härterkomponente separat aufgeschmolzen, im geschmolzenen Zustand vermischt, die erhaltene Schmelze direkt in Rich­ tung auf das Substrat versprüht und die durch das Versprühen erhaltenen Tröpfchen vor dem Auftreffen auf das Substrat unter die Glasübergangs­ temperatur der erhaltenen Mischung abgekühlt werden.

Die Basisharze und Härter werden separat erwärmt bevorzugt auf Tempera­ turen, die geeignet sind, Viskositäten im Bereich von 10 bis 10⁶ mPa·s, bevorzugt zwischen 10 und 10⁴ mPa·s, zu erzeugen. Die geschmolzenen Basisharze und Härter müssen über bekannte Aggregate, z. B. Pumpen, för­ derbar sein. Geeignete Verfahren zum Erhitzen sind beispielsweise Er­ hitzen in gegenüber dem Füllgut chemisch inerten Behältern. Weiterhin können z. B. Heißmischer oder -kneter eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, beheizbare Extruder einzusetzen. Die als Schmelze vorliegenden Komponenten werden jeweils über thermisch isolierte gegebenenfalls be­ heizbare Leitungen, bevorzugt aus Edelstahl, mittels Förderpumpen zu den Eingängen einer gegebenenfalls beheizbaren im kontinuierlichen Be­ trieb arbeitenden Mischvorrichtung gefördert. Beispiele für geeignete Förderpumpen sind Dosiersteuerkolbenpumpen. Über die Förderpumpen kann das gewünschte Mischungsverhältnis aus Basisharz und Härter eingestellt werden. Die Steuerung der Dosiervorrichtung zum Einstellen des Basis­ harz/Härterverhältnisses kann z. B. über Computer erfolgen, d. h. beim Anwender besteht beispielsweise die Möglichkeit in das Vernetzungsver­ hältnis des herzustellenden, direkt zu verarbeitenden Einbrennüberzugs­ mittels einzugreifen.

Die Viskosität ist von der Temperatur abhängig. Diese wird so einge­ stellt, daß ein gutes Fördern und Dosieren der Einzelkomponenten ermög­ licht wird. Weiterhin muß sie so gewählt werden, daß sie in der Misch­ vorrichtung eine gute und schnelle Durchmischung der Komponenten ge­ stattet. Außerdem ist es notwendig, eine geeignete Viskosität zum Ver­ sprühen der Bindemittelmischung zu erhalten. Im allgemeinen wird bei der Verarbeitung der Komponenten in einem Temperaturbereich unter 300°C gearbeitet, bevorzugt unter 150°C, besonders bevorzugt unter 100°C. Es kann mit gleicher Temperatur der Einzelkomponenten gearbeitet werden oder es werden verschiedene Temperaturen angewandt. Ebenso kann die Aufschmelztemperatur gleich der Temperatur der Mischungsvorrichtung sein oder es herrscht ein Temperaturgradient zwischen Erwärmungsbehäl­ ter und Mischvorrichtung. Ebenso kann die Temperatur zum Versprühen gleich der Mischungstemperatur sein oder sie wird im Sprühaggregat ein­ gestellt. Bei allen Verfahrensschritten wird darauf geachtet, daß eine zeitlich oder temperaturmäßig schädigende Wärmebelastung der Komponen­ ten vermieden wird.

Um eine möglichst geringe Temperaturbelastung der Einzelkomponenten zu erhalten, besteht eine Möglichkeit darin, die Temperatur erst kurz vor dem Mischen zu erhöhen und damit die Viskosität zu erniedrigen. Das kann so erreicht werden, daß kurz vor der Mischvorrichtung, z. B. einer Mischkammer oder einer Mehrkomponentendüse, eine zusätzliche Heizvor­ richtung angebracht ist. In dieser werden dann die Einzelkomponenten auf eine höhere Temperatur als zum Dosieren notwendig gebracht. Danach ist eine leichte Durchmischung der Komponenten möglich. Dabei ist es günstig, wenn sich die Viskositäten der Einzelkomponenten nicht mehr als um den Faktor 20 unterscheiden. Die Viskosität ist vom Bindemittel­ typ abhängig. Sie wird durch Molekulargewicht und Molekulargewichtsver­ teilung beeinflußt. Ebenso kann die Verträglichkeit der Einzelkomponen­ ten untereinander die Viskosität der Mischung beeinflussen, wobei eine gute Verträglichkeit das Mischen erleichtert. Die Schmelzviskositäten der Einzelkomponenten sollen im Bereich von 10 bis 10⁶ mPa·s, bevorzugt zwischen 10 und 10⁴ mPa·s, liegen. Besonders bevorzugt werden Schmelz­ viskositäten von 10 bis 5000 mPa·s eingestellt.

Die Viskositäten der Einzelkomponenten beim Mischen liegen bevorzugt im Bereich der oben erwähnten Viskositäten. Bevorzugt liegen sie im unte­ ren Bereich. Die Viskosität der geschmolzenen Mischung ist auch von der Verträglichkeit der Einzelkomponenten abhängig, wobei eine partielle Unverträglichkeit die Viskosität der Mischung absenken kann.

Mischvorrichtungen zum Mischen von flüssigen Materialien sind im Prin­ zip bekannt. Es können beim erfindungsgemäßen Arbeiten die üblichen Mischaggregate eingesetzt werden, solange die Kontaktzeit der Einzel­ komponenten im geschmolzenen Zustand so gering bleibt, daß eine vorzei­ tige Reaktion bzw. Gelbildung vermieden wird. Als Kontaktzeit wird in diesem Zusammenhang die Zeitdauer bezeichnet, die verstreicht vom er­ sten in Kontakt bringen der geschmolzenen reaktiven Komponenten bis zur Abkühlung der durch das Versprühen gebildeten Tröpfchen aus der ge­ schmolzenen homogenen oder mikrodispersen Mischung unter deren Glas­ übergangstemperatur. Beispiele für verwendbare Vorrichtungen sind bei­ spielsweise Mischkammern, bei denen das austretende Material sofort über eine Sprühvorrichtung, z. B. eine Düse oder eine Rotationsglocke, versprüht wird. Über die Konstruktionsweise der Mischkammer kann das Durchmischen der Komponenten sichergestellt werden. Es können dem Fach­ mann bekannte übliche technische Ausbildungen solcher Mischkammern ein­ gesetzt werden. Die Kontaktzeit soll möglichst gering sein. So wird es durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise möglich die Arbeitsbedingun­ gen so einzustellen, daß die Kontaktzeit von Basisharzkomponente und Härterkomponente im geschmolzenen Zustand, gemessen vom ersten in Kon­ taktbringen der geschmolzenen Komponenten bis zum Abkühlen der gebilde­ ten Tröpfchen unter die Glasübergangstemperatur der Tröpfchen kürzer als die Gelzeit der Mischung ist.

Es ist auch möglich, das Mischen und Versprühen der einzelnen Komponen­ ten mit einer üblichen Mehrkomponentendüse durchzuführen. Die Mehrkom­ ponentendüsen können z. B. als Zwei- oder Dreikomponentendüsen ausgebil­ det sein. Sie sollen so geformt sein, daß sie eine gute Durchmischung der Bestandteile gestatten. Vorteilhaft ist, wenn die Düse ein geringes inneres Volumen, gemessen von den verschiedenen Zuführungen bis zur Düsenbohrung besitzt. Durch das innere Volumen der Mehrkomponentendüse und die gewählte Durchflußrate wird die Kontaktzeit der reaktiven Lack­ komponenten im geschmolzenen Zustand bestimmt. In Abstimmung auf das innere Volumen der Mehrkomponentendüse wird die Durchflußrate so ge­ wählt, daß die Kontaktzeiten unterhalb der Gelzeiten der Bindemittel­ mischung liegen. Bevorzugt resultieren Kontaktzeiten von unter 15 Se­ kunden, besonders bevorzugt beträgt die Kontaktzeit unter 5 Sekunden, insbesondere unter 1 Sekunde. Die Durchflußrate hängt von der Viskosi­ tät der Mischung bei der Arbeitstemperatur, dem angewandten Druck und dem Durchmesser der Düsenbohrung ab.

Es ist auch möglich, das Versprühen der Mehrkomponentenmischung mittels anderer Aggregate durchzuführen. Beispiele für solche Aggregate sind Schwingkopf/Scheibe, Rotationszerstäubung oder elektrostatische Zer­ stäubung. Diese Zerstäubungsvorrichtungen können gegebenenfalls kombi­ niert werden. Ebenso ist es möglich, den Zerstäubungsvorgang durch Ul­ traschallenergie zu unterstützen. Die Zerstäubungsvorrichtungen können, falls erforderlich, auch mit einer Temperaturregelung bzw. Heizung aus­ gestattet sein. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so durch­ geführt, daß die Zerstäubung mittels einer Mehrkomponentendüse oder über eine Rotationsglocke erfolgt. Besonders bevorzugt geschieht dies elektrostatisch unterstützt. Die Sprühaggregate sind beweglich angeord­ net und richten sich in ihrem Bewegungsablauf während des Versprühens nach der Geometrie des zu beschichtenden Substrats. Sie können bei­ spielsweise an einer automatischen Bewegungseinrichtung angeordnet sein.

Die Spritz- oder Zerstäubungsviskositäten der Basisharz/Härter-Mischung liegen insbesondere im Bereich von 10 bis 1000 mPa·s, bevorzugt bei 10 bis 100 mPa·s.

Bei der Arbeitsweise mittels einer Mehrkomponentendüse liegen die Ar­ beitsdrücke zur Zerstäubung beispielsweise bei 3 bis 500 bar, bevorzugt unter 50 bar. Sprühviskositäten im oberen Wertebereich und Arbeits­ drücke im unteren Wertebereich führen zu höheren Teilchengrößen. Der Durchmesser der Düsenbohrung liegt beispielsweise zwischen 0,5 und 5 mm, bevorzugt unter 3 mm. Zahlenwerte der Düsenbohrung im oberen Be­ reich ergeben größere Teilchen. Die Oberflächenspannung kann durch Zu­ gabe von Additiven in der gewünschten Richtung beeinflußt werden, d. h. z. B. für kleine Teilchendurchmesser kann die Oberflächenspannung nied­ rig gehalten werden. Die Sprühparameter können zum Erzielen einer gün­ stigen Teilchengröße aufeinander abgestimmt werden.

Im Fall der Zerstäubung mit Rotationsglocken liegen die Viskositäten im gleichen Bereich wie beim Versprühen mit Düsen.

Die weiteren Parameter, z. B. Umdrehungsgeschwindigkeit, Auswahl der Spritzglocke, Arbeitsdruck, liegen in üblichen Bereichen und können vom Fachmann leicht ermittelt werden.

Nach Passieren der Sprühvorrichtung entspannt sich die Schmelze und wird zerstäubt. Die Zerstäubung kann gegebenenfalls mit Druckluftunter­ stützung geschehen, so daß in eine Einlaßöffnung, z. B. einer Mehrkom­ ponentendüse, Druckluft oder andere unter Druck stehende Inertgase, die gegebenenfalls erwärmt sein können, eingespeist werden können.

Durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter (z. B. Durchflußrate, Dü­ sendurchmesser und Viskosität der gemischten Schmelze) kann die Teil­ chengröße beeinflußt werden. Die Teilchen weisen bevorzugt einen Durch­ messer von 10 bis 700 µm auf. Für den Einsatz in der Automobillackie­ rung sind Teilchengrößen von 10 bis 100 µm bevorzugt. Besonders bevor­ zugt liegt die Teilchengröße unter 60 µm. Ist die Teilchengröße über 100 µm, sind häufig Lufteinschlüsse im Lackfilm zu beobachten und der Verlauf des eingebrannten Lackes wird schlechter. Es ist dann schwie­ rig, den Anforderungen der Automobilindustrie entsprechende hochglän­ zende störungsfreie Überzüge herzustellen.

Teilchen unter 10 µm werden aus arbeitshygienischen Gründen möglichst vermieden. Bevorzugt werden monomodale Korngrößenverteilungen erzeugt, d. h. diese können durch eine Gaußkurve beschrieben werden.

Im Anschluß an die Zerstäubung werden die gebildeten Tröpfchen schnell unter ihre Glasübergangstemperatur (gemessen nach DSC) abgekühlt, noch vor dem Auftreffen der Lackpartikel auf der Oberfläche des zu beschich­ tenden Substrats. Diese Zeitdauer liegt im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 1 Sekunde und ist so bemessen, daß die gebildeten Tröpfchen Gelegenheit haben, ihre sphärische Gestalt anzunehmen. Die Glasüber­ gangstemperaturen der Pulver liegen im pulverlacküblichen Bereich von beispielsweise über 30°C bis hin zu 80°C. Die Abkühlung kann durch in­ nere und/oder äußere Kühlung durchgeführt werden. Beispielsweise kann durch expandierende Gase eine Kühlung erreicht werden. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren in einer kalten Beschich­ tungskabine durchgeführt werden oder ein gekühlter Inertgas- oder Luft­ strom kühlt die Partikel ab. Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfah­ ren sollte in einer Umgebung, z. B. in einer Beschichtungskabine durch­ geführt werden, deren Betriebstemperatur unterhalb der Glasübergangs­ temperatur der Pulverlackteilchen liegt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Kühlung ist die, daß die entstehen­ den Lackpartikel durch einen kühlenden Gasstrom, z. B. Luftstrom hindurchgesprüht werden. Dieser kann beispielsweise durch eine quer, bevorzugt im rechten Winkel zur Sprührichtung der Mehrkomponentendüse angeordnete Ringdüse auf die entstehenden Lackpartikel einwirken. Eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Falle der Rotationszerstäubung darin, daß der kühlende Luft­ strom als Lenkluft eingesetzt wird. Die Wandtemperatur der Beschich­ tungskabine unterschreitet bevorzugt einen Wert von 25°C, um ein Aggre­ gieren von Pulverlackoverspray an der Wand zu vermeiden.

Der kühlende Gas- bzw. Luftstrom hat Temperaturen, die mindestens 5°C unter der Glasübergangstemperatur des Pulverlacks liegen, bevorzugt beträgt die Differenz mehr als 20°C, besonders bevorzugt ist die Tempe­ ratur des Kühlgasstroms unter 10°C.

Der Abstand der Kaltgas- bzw. Kaltluftquelle, z. B. einer Ringdüse von der Zerstäubungsvorrichtung, z. B. der Bohrung der Mehrkomponentendüse, ist so bemessen, daß die Einwirkung des kühlenden Gases, z. B. der küh­ lenden Luft erst nach Ausbildung der Kugelgestalt der Tröpfchen statt­ findet. Die Entfernung zwischen Sprühvorrichtung und zu beschichtendem Substrat muß so bemessen sein, daß vor dem Auftreffen der Partikel auf das Substrat eine sichere Abkühlung unter die Glasübergangstemperatur gewährleistet ist. Im allgemeinen beträgt der Abstand zwischen 20 und 100 cm, bevorzugt zwischen 30 und 70 cm.

Beispiele für Details zu den im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzba­ ren Sprühaggregaten und der Wahl der Verfahrensparameter während des Versprühens sind der eingangs erwähnten WO 92 00 342 zu entnehmen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere alle un­ terhalb von 300°C unzersetzt schmelzbaren Basisharz-/Härter-Kombinatio­ nen verarbeiten, soweit die Viskositäten der geschmolzenen Mischungen beim Versprühen im Bereich von beispielsweise 10 bis 1000 mPa·s, bevor­ zugt von 10 bis 100 mPa·s, liegen.

Unter Basisharz ist die filmbildende höhermolekulare Komponente eines Pulverlackes zu verstehen, die im allgemeinen mindestens 50 Gew. -% der zugrundeliegenden Basisharz/Härter-Kombination ausmacht, während die Härterkomponente im allgemeinen maximal 50 Gew. -% innerhalb dieser Kom­ bination beträgt. Die Bindemittelbasis der Basisharze unterliegt keinen prinzipiellen Beschränkungen. Geeignet sind beispielsweise übliche für Pulverlacke eingesetzte Basisharze. Beispiele sind: Polyesterharze, (Meth)acrylcopolymere, Epoxidharze, Phenolharze, Polyurethanharze, Si­ loxanharze. Die Basisharze weisen beispielsweise Glasübergangstempera­ turen von 30 bis 120°C, bevorzugt unter 80°C, auf und besitzen bei­ spielsweise zahlenmittlere Molmassen (Mn) von 500 bis 20000, bevorzugt unter 10000. Die Härter besitzen z. B. zahlenmittlere Molmassen von 84 bis 3000, bevorzugt unter 2000. Es können verschiedene Basisharze und Härter miteinander gemischt werden.

Basisharze und Härter tragen untereinander komplementäre funktionelle Gruppen, die eine Vernetzungsreaktion bei den Einbrennbedingungen des Pulverlackes erlauben. Beispiele für funktionelle Gruppen sind Carboxylgruppen, Epoxidgruppen, aliphatisch oder aromatisch gebundene OH-Gruppen, Silanolgruppen, Isocyanatgruppen, blockierte Isocyanatgrup­ pen, Anhydridgruppen, primäre oder sekundäre Aminogruppen, geblockte Aminogruppen, zur ringöffnenden Addition befähigte N-heterocyclische Gruppen wie z. B. Oxazolingruppen, (Meth)acryloylgruppen, CH-acide-Grup­ pen wie z. B. Acetoacetatgruppen.

Die Auswahl der miteinander reagierenden Gruppen ist dem Fachmann ge­ läufig. Es können gegebenenfalls verschiedene reaktive Gruppen mitein­ ander kombiniert werden. Das kann über Bindemittel geschehen, die ver­ schiedene reaktive funktionelle Gruppen tragen, oder es werden Gemische von unterschiedlichen Härtern und/oder Basisharzen eingesetzt.

Die verschiedenen funktionellen Gruppen können zugleich am Basisharz und/oder Härter vorhanden sein, sofern sie bei den Herstellungsbedin­ gungen untereinander nicht reaktiv sind. Die Basisharze sowie auch Här­ ter enthalten im Mittel mindestens 2 funktionelle Gruppen pro Molekül. Das Verhältnis von Basisharz zu Härter beträgt im allgemeinen 98 : 2 bis 50 : 50. Bevorzugt liegt es zwischen 95 : 5 und 70 : 30. Es können auch mehrere Basisharze bzw. mehrere Härter im Gemisch eingesetzt wer­ den, wobei chemisch untereinander nicht-reaktive Härter bzw. Basisharze gemeinsam oder separat aufgeschmolzen werden können.

Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten und direkt auf das zu beschichtende Substrat applizierten Bindemittelpulvern han­ delt es sich bevorzugt um Pulverklarlacke. Falls erforderlich, können übliche Pulverlackadditive, zu den Einzelkomponenten zugemischt werden. Um eine gleichmäßige Verteilung der Additive im Pulverlack zu erzielen, werden die Additive den geschmolzenen Komponenten vor dem Versprühen zugesetzt. Beispiele für solche Additive sind Verlaufsmittel, Entga­ sungsmittel wie z. B. Benzoin, Antioxidantien, Lichtschutzmittel, Mat­ tierungsmittel, farb- und/oder effektgebende anorganische und/oder or­ ganische Pigmente und/oder Füllstoffe, Farbstoffe, Haftvermittler, Gleitmittel, Katalysatoren sowie rheologiesteuernde Mittel. Die Additi­ ve können einzeln oder auch als Masterbatch zugesetzt werden. Bevorzugt werden die Additive der Basisharzschmelze zugegeben, darin homogen ver­ teilt und auf diese Weise in den Pulverlack eingebracht. Flüssige Ad­ ditive oder bei der Mischungstemperatur in eine geeignete Viskosität überführbare, unzersetzt schmelzbare Additive können beim erfindungs­ gemäßen Verfahren auch als weitere Komponente in eine oder mehrere Ein­ laßöffnungen der Mischvorrichtung, z. B. eine Mehrkomponentendüse, ein­ gespeist werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten und direkt auf das Beschichtungsobjekt applizierten Pulverlacke zeichnen sich aus durch im wesentlichen sphärische Gestalt mit Teilchengrößen über 10 µm und monomodale Teilchengrößenverteilungen. Die Pulverlacke weisen gute applikationstechnische Eigenschaften auf. Beispielsweise weisen damit hergestellte und eingebrannte Lacküberzüge eine geringe Anzahl von Lufteinschlüssen auf. Durch den Ausschluß der Feinkornanteile wird eine geringe gesundheitliche Belastung bei der Applikation erzielt.

Über Additive kann der Anwendungsbereich der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten und verarbeiteten Pulverlacke beeinflußt werden. Werden Korrosionsschutzpigmente eingesetzt, ist eine Verwendung als Korrosionsschutzüberzugsmittel möglich. Wird der Gehalt an Pigmenten/Füllstoffen auf bis zu 30 Gew. -% erhöht, ist beispielsweise ein Einsatz als Füller, z. B. als Steinschlagschutzschicht, möglich. Die Schichtdicke derartig hergestellter Füller- bzw. Steinschlagschutz­ schichten beträgt im eingebrannten Zustand beispielsweise zwischen 40 und 300 µm.

Werden deckende Pigmente, gegebenenfalls auch Effektpigmente, einge­ setzt, so handelt es sich um als Basis- oder Decklacke einsetzbare Pul­ verüberzugsmittel. Werden keine oder farblose Pigmente, z. B. mikroni­ siertes Titandioxid oder Siliciumdioxid, eingesetzt, so handelt es sich um die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzten und verarbeiteten Pulverklarlacküberzugsmittel.

Bei der Verwendung als Deck- oder Klarlacküberzugsmittel können diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise auf in der Automo­ bilindustrie übliche Substrate appliziert werden, z. B. mit Füller- oder Basislacküberzügen versehene Substrate. Diese können gegebenenfalls vorher eingebrannt werden oder es ist eine Beschichtung nach dem Troc­ ken-in-Naß-Verfahren möglich. Dabei können für diese Schichten übliche konventionelle Lacksysteme eingesetzt werden, bevorzugt ist jedoch die Verwendung von umweltfreundlichen hochfestkörperreichen oder wäßrigen Systemen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Deck- oder Klarlackschichten weisen im eingebrannten Zustand bevorzugt Schicht­ dicken im allgemeinen zwischen 30 und 150 µm, besonders bevorzugt zwi­ schen 40 und 80 µm auf.

Nach dem Beschichten werden die Überzüge durch Erhitzen beispielsweise auf 80 bis 240°C, bevorzugt 100 bis 220°C, zum Schmelzen, Verfließen und chemischen Vernetzen gebracht.

Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Oberflächen mit hohem Glanz, wie z. B. in der Autoserienlackierung ge­ fordert. Die Oberflächen sind insbesondere arm an Lufteinschlüssen bzw. Entgasungskratern.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet lösemittelfrei und damit um­ weltfreundlich. Es vermeidet eine aufwendige Lagerung der aufzubringen­ den Pulverlacke und zeichnet sich durch eine flexible Rezeptgestaltung des zu applizierenden Pulverlacks aus, beispielsweise da das Basis­ harz/Härter-Verhältnis nach Bedarf eingestellt werden kann.

Der beim Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildete Over­ spray kann aus der Kabinenluft nach üblichen Methoden abgetrennt und als hochwertiges Pulverlackmaterial recyclisiert werden. Er kann durch übliche Pulverlackapplikationstechniken, z. B. Spritzapplikation sowie auch durch Sinterverfahren auf das Substrat gebracht werden. Beispiele dafür sind: Tribospritzen, gegebenenfalls ESTA-unterstütztes Spritzen, gegebenenfalls ESTA-unterstütztes Wirbelsintern, Fluidized-Bed-Techni­ ken, Bandbeschichtungsverfahren.

Beispiel

In einem 10-Liter-Heizgefäß aus Edelstahl werden 3000 g eines Dicarbon­ säurepolyanhydrids mit einer Säurezahl von 45 mg KOH/g aufgeschmolzen und auf eine Temperatur von 140°C zwecks Erreichung einer Viskosität von 400 mPa·s erhitzt (Komponente A).

In einem weiteren 10-Liter-Heizgefäß wird eine Mischung aus 6000 g ei­ nes festen Glycidylmethacrylatcopolymeren mit einem Epoxidäquivalentge­ wicht von 550 und einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 2500, 50 g Polybutylacrylat, 30 g Benzoin, 150 g eines flüssigen handelsüblichen Lichtschutzmittels auf Benztriazolbasis und 150 g eines flüssigen han­ delsüblichen Lichtschutzmittels auf HALS-Basis aufgeschmolzen, unter Rühren auf 160°C erhitzt und gut homogenisiert (Komponente B). Es resultiert eine Viskosität von 6700 mPa·s.

Beide Schmelzen werden über Edelstahlleitungen mittels Dosiersteuerkol­ benpumpen im Verhältnis 2140 g A zu 6480 g B innerhalb eines Zeitraums von 3 h zu einer Dreistoffdüse mit einer Düsenbohrung von 1,2 mm Durch­ messer gefördert und in dieser vermischt, während in den dritten Eingang dieser Düse trockene Heißluft von 160°C eingespeist wird. An der Düse liegt ein Potential von -70kV gegen Erde an und sie ist mit einer Ultraschallquelle (Betriebsfre­ quenz: 40 kHz) verbunden. Vor der an einem beweglichen Arm angeordneten Dreistoffdüse befindet sich mit dieser fest verbunden eine im rechten Winkel angeordnete und mit trockener Kaltluft von 5°C betriebene Ring­ düse, durch deren Mittelpunkt das Gemisch hindurchgesprüht wird.

Gearbeitet wird in einer Beschichtungskabine mit einer Betriebstempera­ tur von 20°C.

Als zu beschichtendes Substrat dient ein mit einer 5 min. bei 80°C ge­ trockneten 18 µm starken üblichen Wasserbasislackschicht versehenes geerdetes Blech (kataphoretisch grundiert und mit handelsüblichem Fül­ ler vorbeschichtet). Die Dreistoffdüse wird während des Versprühens mit gleichmäßigen Bewegungen in einem Abstand von 50 cm an der Substrat­ oberfläche vorbei geführt. Es bildet sich eine Pulverklarlackschicht in einer Schichtdicke von 60-80 µm aus. Anschließend wird 30 min. bei 140°C Objekttemperatur eingebrannt. Man erhält eine hochglänzende Mehr­ schichtlackierung mit einer geringen Anzahl von Entgasungskratern.

Claims (8)

1. Verfahren zur Beschichtung eines Substrats durch Sprühauftrag eines eine Basisharzkomponente und eine Härterkomponente enthaltenden pulverförmigen Einbrennüberzugsmittels und anschließendes Einbren­ nen der erhaltenen Pulverlackschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbrennüberzugsmittel unmittelbar während des Sprühauftrags dadurch hergestellt wird, daß die Basisharzkomponente und die Här­ terkomponente separat aufgeschmolzen, im geschmolzenen Zustand ver­ mischt, die erhaltene Schmelze direkt in Richtung auf das Substrat versprüht und die durch das Versprühen erhaltenen Tröpfchen vor dem Auftreffen auf das Substrat unter die Glasübergangstemperatur der erhaltenen Mischung abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpf­ chen gekühlt werden nachdem sie im noch geschmolzenen Zustand Ku­ gelgestalt angenommen haben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisharzkomponente und die Härterkomponente bei solchen Temperatu­ ren geschmolzen werden, daß Viskositäten der Schmelzen von 10 bis 10⁶ mPa·s erzielt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen der Schmelzen in Mischkammern erfolgt, bei denen das austretende Material unmittelbar über eine Sprüheinrichtung versprüht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen der Schmelzen in einer Mehrkomponentendüse er­ folgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Tröpfchen durch einen gekühlten Inertgasstrom oder gekühlten Luftstrom erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempera­ tur des Inertgasstroms oder Luftstroms mindestens 5°C unter der Glasübergangstemperatur der Mischung liegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beschichtung in einer Beschichtungskabine durch­ geführt wird, deren Betriebstemperatur unter der Glasübergangstem­ peratur der Mischung liegt.