DE60009543T2 - Haltbare metallische materialien und herstellungsverfahren - Google Patents

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  • Laminated Bodies (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft haltbare, metallische Materialien, insbesondere Materialien, die geeignet sind für die Verwendung zur Herstellung von Wäscherei- und Küchenausrüstungen und Zubehörteilen.
  • Stähle sind als sich kaum abnutzende und strukturell feste Materialien bekannt, und sie werden oft verwendet zur Bereitstellung der Basis eines Gehäuses oder Rahmens für Küchen- oder Wäschereianwendungen und -zubehör, sowohl für den Hausgebrauch als auch in Hotels und/oder Restaurants. Die Oberflächen von Stählen können jedoch, wenn sie wiederholt einer dampfförmigen, warmen oder korrosiven Umgebung ausgesetzt sind, leicht anlaufen, fleckig werden oder rosten.
  • Um diese Probleme zu vermeiden, können Stähle mit einer Beschichtung aus einem haltbaren Kunststoffmaterial versehen werden, welches relativ inert ist und durch dampfförmige, warme oder korrosive Umgebungen nicht beeinträchtigt wird. Solche Kunststoffe werden im Allgemeinen als hochglänzende, weiße Oberflächen ausgeführt. Gelegentlich werden auch andersfarbige Oberflächen verwendet, welche ungefähr 5% Farbanteile und metallische Effekte aufweisen.
  • Beispiele für den vorbeschriebenen Stand der Technik sind in EP 0 791 453 und EP 0 067 060 beschrieben.
  • Die strahlende Erscheinung einer polierten Metalloberfläche wird oft als Anzeichen von Sauberkeit angesehen, einer sehr wünschenswerten Erscheinung in einer Küche, wo Lebensmittel zubereitet und gelagert werden und Geschirr und Utensilien gereinigt werden, oder in einer Wäscherei, wo Bekleidung gereinigt und gelagert wird.
  • Insbesondere in Küchen, wo Lebensmittel zubereitet werden, ist es wichtig, dass die Zubereitungsoberflächen und Utensilien keinen bedeutenden Anteil an Rissen oder anderen Beschädigungen aufweisen, welche so groß sind, dass sie Lebensmittelpartikel oder Mikroben aufnehmen, welche zu Kontaminationen über die Lebensmittelzubereitungsfläche oder in das Lebensmittel führen könnten. Somit ist es höchst wünschenswert, Ausrüstungen und/oder Utensilien mit einer sehr glatten, kratzbeständigen Oberfläche zur Verfügung zu stellen, die konventionell gereinigt werden kann.
  • Glänzende, polierte Metalloberflächen sind bekannt; solche Oberflächen werden in der Form von rostfreien Stählen zur Verfügung gestellt. Wenn sie poliert werden, zeigen solche Stähle eine sehr wünschenswerte, ästhetische Erscheinung; aber sie sind sehr teuer in der Herstellung.
  • Zusätzlich werden solche Stähle leicht durch fettige Finger oder Wasser markiert. Versuche sind gemacht worden, um dieses Markierungsproblem durch Laminieren des nicht-rostenden Stahles mit einer markierungsresistenten Beschichtung zu lösen. Dies führt jedoch zu einer weiteren Verteuerung des ohnehin sehr teueren Produktes, und solche Laminate müssen vorher auf ihre Verträglichkeit gegen Delaminieren in einer dampfförmigen, warmen oder korrosiven Umgebung überprüft werden. Dies kann durch Standardtestverfahren überprüft werden, wo die Laminate in reinigungsmittelhaltigen Lösungen gekocht werden, um den Langzeitgebrauch in dieser Art von Umgebungen zu simulieren. Ferner hat sich herausgestellt, dass der Kratzwiderstand laminierter Oberflächen den Kundenerwartungen nicht entspricht.
  • Es ist möglich, einen Korrosionswiderstand für einen kohlenstoffhaltigen Stahl zur Verfügung zu stellen, durch Beschichtung mit Zink oder einem ähnlichen, kathodischen Schutzsystem, jedoch beeinträchtigen solche Behandlungen die ästhetische Erscheinung von Stahl, die resultierende Oberfläche ist ungewünscht stumpf und trübe in ihrer Erscheinung. Der Verlust im ästhetischen Anspruch kann verringert werden durch Verwendung eines plastischen Polyester-Filmes, auf welchem eine strahlende, metallische Oberfläche, z.B. Aluminium, dampfbeschichtet ist, aber dieses Hilfsmittel führt wiederum zu einem potentiellen Delaminationsproblem.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Materials mit hoher Haltbarkeit vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist:
    • (i) induktive Erwärmung eines metallischen Substrates auf ungefähr zwischen 160°C und 210°C;
    • (ii) Extrudieren eines mehrschichtigen Kompositfilmes, welcher einen im Wesentlichen transparenten Film und eine haftvermittelnde Bodenschicht mit einer UV-gehärteten Harzdeckschicht umfasst;
    • (iii) Anwenden des Kompositfilmes gemäß Schritt (ii) auf das erwärmte Produkt gemäß Schritt (i) unter einem ausreichenden Druck, um ein Haften des Haftvermittlers an der beschichteten Oberfläche des metallischen Substrates zu starten, dadurch gekennzeichnet, dass die harzhaltige Deckschicht einen UV-behandelten Harz aufweist, und gekennzeichnet durch den Schritt des
    • (iv) Wiedererwärmens des Produktes gemäß Schritt (iii) auf ungefähr zwischen 180°C und 240°C für eine Zeitperiode, die für ein im Wesentlichen vollständiges Anhaften des Haftvermittlers an der beschichteten Oberfläche des Metallsubstrates ausreicht.
  • Der UV-gehärtete Harz, welcher ein Epoxid- oder Acryl-Harz sein kann, stellt eine glatte und kratzbeständige, im Wesentlichen transparente, äußere Oberfläche des Kompositmaterials zur Verfügung. Die Ausführung der kratzbeständigen Oberfläche kann verbessert werden durch Hinzufügung eines oder mehrerer Mittel, z.B. mineralische Füllstoffe oder organische oder inorganische Gleitmittel, welche ausgewählt sind, um den Kratzwiderstand der Oberfläche zu steigern.
  • Gewünschtenfalls kann ein Färbemittel zur irgendeiner Komponente der Schicht der Oberflächenbeschichtung hinzugefügt werden, um eine unterschiedliche, ästhetische Erscheinung bereitzustellen. Vorzugsweise wird solch ein Färbemittel während der Aufbringung der Oberflächenbeschichtung hinzugefügt. Färbemittel können in der Form von Farbstoffen oder Pigmenten bereitgestellt werden, die in einem Lösungsmittel, wie Ketonen, oder anderen aromatischen oder aliphatischen Hydrocarbonaten enthalten sind. Vorzugsweise werden die Färbemittel in den flüssigen UV-Harz während der Herstellung des Kompositfilmes eingemischt, wobei der UV-Harz auf den transparenten Film rollbeschichtet wird und aushärten kann. Die Färbemittel können als Muster- oder Bildeffekt bereitgestellt werden und so an der Oberfläche des resultierenden Laminats erscheinen.
  • Das Wiedererwärmen des Substrates und der Oberflächenbeschichtung auf eine erhöhte Temperatur stellt ein gutes, zweites Schmelzen des Haftmittels bereit, was den Haftmechanismus verbessert und die Haftung über die Oberfläche des Substrates verbessert. Gewünschtenfalls wird diese Wiedererwärmung zwischen 1 und 10 Sekunden bei Maximaltemperatur angewendet, welche unterhalb der Temperatur liegt, bei welcher ein Schmelzen, eine Formänderung oder eine Verfärbung der Oberflächenbeschichtung beginnt.
  • Die Komponentenschichten der Oberflächenbeschichtung sind ideal ausgewählt, so dass der Haftvermittler bei einer Temperatur schmilzt, welche unterhalb des Schmelzpunktes der anderen Komponenten ist, und vorzugsweise schmilzt die transparente Filmschicht bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des ausgehärteten UV-Harzes.
  • Bei metallischen Materialien, die in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt sind, ist eine Korrosion des Laminates beschränkt auf die exponierten Oberflächen, welche in diesem Fall beschränkt sind auf Schneidkanten des mehrschichtigen Materials. Die angehaftete Polymerbeschichtung stellt einen Schutz gegen jede Unterfilmkorrosion dar und verhindert somit jede Beschädigung oder Kor rosion auf der dekorativen Oberfläche.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass die außergewöhnliche Haftung, die durch diesen Zwei-Stufen-Prozess bereitgestellt wird, ein hervorragendes Metallmaterial zur Verfügung stellt mit viel größerem Korrosionswiderstand als bisher existierende Materialien ähnlicher Art. Die Materialien haben eine ansprechende, ästhetische Erscheinung, welche in der Praxis leicht aufrechterhalten werden kann, welche in komplexen Formen ausgebildet werden kann, um verschiedenste Designs für Ausrüstungen oder Accessoires zu bilden, und sie zeigen eine gute Korrosionsbeständigkeit unter dampfförmigen, warmen und korrosiven Bedingungen, die typischerweise in Hauswäschereien und Küchen vorgefunden werden.
  • Andere Anwendungen der nach diesem Verfahren hergestellten Produkte schließen haltbare, ästhetisch ansprechende Materialien für Büromöbel und Fahrzeuginnenräume ein. Bei solchen Anwendungen können vielfältige Farbeffekte in der Oberflächenbeschichtung bereitgestellt werden, z.B. ein polierter Holzeffekt.
  • Vorzugsweise wird der Erwärmungsprozess nach Schritt (i) bei einer Temperatur von über 180°C, aber unter 210°C ausgeführt. Vorzugsweise wird der Erwärmungsprozess nach Schritt (iv) bei einer Temperatur zwischen 200°C und 230°C ausgeführt, ganz besonders vorzugsweise zwischen 210°C und 230°C.
  • Nach einem anderen Aspekt schlägt die Erfindung ein metallisches Material mit hoher Haltbarkeit mit einem metallischen Substrat vor, an welchem eine Oberflächenbeschichtung angeheftet ist, welche eine UV-gehärtete Harzdeckschicht, einen im Wesentlichen transparenten Film und eine Haftvermittlerbodenschicht aufweist, wobei die Bodenschicht an die Oberfläche des metallischen Substrats angeheftet ist.
  • Geeignete Materialien für den UV-gehärteten Harz schließen Epoxid- und Acryl-Harze ein. Der transparente Film ist vorzugsweise ein extrudierbarer Kunststoff, z.B. Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP) oder Polyvinylchlorid (PVC), und besonders vorzugsweise ist es PET. Der transparente Film ist einfach gegossen oder biaxial orientiert.
  • Der Haftvermittler ist vorzugsweise ein Polymer und besonders vorzugsweise ein Polyester oder Polyolefin, welches in amorpher oder kristalliner Form oder einer Kombination jener Formen ist. Ein besonders bevorzugter Haftvermittler ist ein koextrudiertes Polyester-Copolymer.
  • Gewünschtenfalls kann das Metallsubstrat vorbehandelt werden, um eine ästhetischere Oberfläche oder korrosionsbeständigere Oberfläche zu schaffen, z.B. durch elektrolytische Passivierungstechniken. Eine Verwendung einer solchen Passivierungstechnik verbessert stark die Haltbarkeit der Metall-Polymer-Verbindung.
  • Erfindungsgemäße, metallische Materialien erreichen Charakteristiken, die vorher nur mit kathodisch geschützten Stählen erreicht worden sind, aber völlig ungewöhnlich sind bei solchen Stellen, die relativ kostengünstig herzustellen sind, und sie weisen auch eine sehr strahlende, ästhetische Erscheinung auf.
  • Die Erfindung wird nunmehr beispielhaft mit Bezugnahme auf die beigefügte, diagrammartige Zeichnung beschrieben, in der
  • 1 eine typische Vorrichtung zur Aufbringung transparenter Polymerbeschichtungen auf die Oberflächen von mit Chrom oder Chromoxid passivierten Stahlstreifen in Übereinstimmung mit der Erfindung ist.
  • Die dargestellte Vorrichtung weist eine Spule eines passivierten Stahlstreifens 2 einer Dicke von zwischen 0,05 mm und 0,5 mm auf, welche durch eine Sammeleinrich tung 3 hindurchtritt, bevor sie durch Rollen in eine Beschichtungskammer 5 geleitet wird. Wenn der Streifen 2 in die Kammer 5 eintritt, läuft er durch einen Induktionserwärmer 6, welcher den Streifen auf eine Temperatur von ungefähr 200° aufheizt. Unterhalb des Erwärmers 6 sind zwei Gegenrollen 7 angeordnet. Die Rollen können eine polierte oder Spiegel-Oberfläche aufweisen. Das Finish kann durch die Verwendung von Chrom oder chrombeschichteten Rollen erreicht werden. Alternativ können Hartgummirollen (z.B. VITON(RTM)) oder Rollen mit einer Hartgummioberflächenbeschichtung verwendet werden.
  • Spulen 8 mit transparenten Polypropylen- oder Polyethylenterephthalatfilmen 9, welche mit einer oberen Beschichtung aus einem UV-gehärteten Epoxid-Harz versehen sind, sind innerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordnet. Die Dicke der Polymerfilme 9 ist vorzugsweise zwischen 5 und 10 μm; die Dicke der UV-gehärteten Harzbeschichtung ist ungefähr 3 μm. Eine typische Dicke für das Polymerkomposit und den UV-gehärteten Harz liegt zwischen 15 und 25 μm.
  • Jeder Film wird auf einer seiner Seiten mit einer Haftschicht beschichtet. Die Haftschicht ist auf der Seite des Filmes, welcher in Kontakt mit dem Stahlsubstrat kommen soll. Die Haftschicht weist irgendein einer Anzahl von im Wesentlichen transparenten Polymeren auf, wie Po lyolefine oder Polyester.
  • Die transparenten Filme 9 werden gegen den geheizten Streifen mittels eines Laminators geleitet, welcher eine Reihe von Druck- und Spreizrollen 11 einschließt, welche sicherstellen, dass die Zwischenflächen zwischen den Filmen 9 und dem Streifen frei von Falten, Spannungslinien oder sonstigen Defekten sind.
  • Das Anhaften der Filmschichten auf den Stahlstreifen wird durch die Rollen 7 bewirkt. Nach dem Rollhaften tritt der laminierte Streifen 10 durch einen zweiten Heizofen 4 bei einer Temperatur zwischen ungefähr 200°C und 230°C, um das Schmelzen der Haftschicht zu vervollständigen. Die Wiederwärmungstemperatur ist so ausgewählt, dass sie ausreichend hoch ist, um die Haftschicht zu schmelzen, aber nicht hoch genug ist, um den Film zu schmelzen. Die erhöhte Temperatur des Streifens wird aufrechterhalten in der Wärmezone 4a für eine ausreichend lange Zeitperiode, um den Haftprozess zu komplettieren.
  • Der laminierte Streifen 10 tritt dann durch einen Speicher 12 zu einer Aufspuleinrichtung 14. Ein Kühlbeschleunigungsmittel, z.B. ein Quenchtank 4b, kann innerhalb der Beschichtungskammer 5 vorgesehen sein.
  • Nach diesem Verfahren hergestellte, laminierte Streifen weisen ein Stahlsubstrat zwischen 0,05 bis 0,5 mm Dicke, eine transparente Haftschicht von ungefähr 2 μm Dicke und eine transparente Polyethylenterephthalatschicht von zwischen 10 und 100 μm Dicke auf mit einer oberseitigen Beschichtung aus einem UV-gehärteten Harz zwischen 1 und 5 μm in der Dicke. Somit wirkt der Polymerfilm als Korrosionsbarriere, und der UV-gehärtete Harz wird ein integraler Teil des Gebildes und stellt eine kratzbeständige Oberfläche bereit.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Materials mit hoher Haltbarkeit, welches folgende Schritte aufweist: (i) induktive Erwärmung eines metallischen Substrats (2) auf ungefähr zwischen 160°C und 210°C; (ii) Extrudieren eines mehrschichtigen Kompositfilms (9), welcher einen im Wesentlichen transparenten Film und eine haftvermittelnde Bodenschicht mit einer Harzdeckschicht umfasst; (iii) Anwenden des Kompositfilmes (9) gemäß Schritt (ii) auf das erwärmte Produkt (2) gemäß Schritt (i) unter einem ausreichenden Druck, um ein Haften des Haftvermittlers an der beschichteten Oberfläche des metallischen Substrats zu starten, dadurch gekennzeichnet, dass die harzhaltige Deckschicht einen UV-behandelten Harz aufweist, und gekennzeichnet durch den Schritt des (iv) Wiedererwärmens des Produktes (10) gemäß Schritt (iii) auf ungefähr zwischen 180°C und 240°C für eine Zeitperiode, die für ein im Wesentlichen vollständiges Anhaften des Haftvermittlers an der beschichteten Oberfläche des Metallsubstrats (2) ausreicht.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der UV-behandelte Harz in Schritt (ii) ein Epoxid-Harz ist.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der UV-behandelte Harz ein Acryl-Harz ist.
  4. Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 3, welcher zusätzlich den Schritt des Hinzufügens eines Mittels zum UV-Harz aufweist, wobei das Mittel, wenn es in den UV-Harz eingeschlossen ist, dazu dient, den Kratzwiderstand des Harzes zu verbessern.
  5. Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 4, welches zusätzlich den Schritt des Hinzufügens eines Färbemittels zu einer oder mehreren Komponente(n) der Oberflächenbeschichtung gemäß Schritt (ii) aufweist.
  6. Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei der Druck mittels einer Gummiwalzenrolle angewendet wird.
  7. Metallisches Material mit hoher Haltbarkeit mit einem metallischen Substrat (2), an welcher eine Oberflächenbeschichtung (a) angeheftet ist, welche eine Harz-Deckoberfläche, einen im Wesentlichen transparenten Film und eine Haftvermittler-Bodenschicht aufweist, wobei die Bodenschicht an die Oberfläche des metallischen Substrates (2) angeheftet ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Harz-Deckoberfläche einen UV-behandelten Harz aufweist.
  8. Metallisches Material mit hoher Haltbarkeit nach Patenttanspruch 7, wobei der UV-behandelte Harz ein Mittel beinhaltet, welches, wenn es in den Harz eingeschlossen ist, dazu dient, den Kratzwiderstand des behandelten Harzes zu verbessern.
  9. Metallisches Material mit hoher Haltbarkeit nach Patentanspruch 7 oder 8, wobei der UV-behandelte Harz ein Epoxid-Harz ist.
  10. Metallisches Material mit hoher Haltbarkeit nach irgendeinem der Patentansprüche 7 bis 9, wobei der UV-behandelte Harz ein Acryl-Harz ist.
  11. Metallisches Material mit hoher Haltbarkeit nach irgendeinem der Patentansprüche 7 bis 10, wobei der im wesentlichen transparente Film Polyethylenterephthalat aufweist.
  12. Metallisches Material mit hoher Haltbarkeit nach irgendeinem der Patentansprüche 7 bis 11, wobei das Haftmittel ein coextrudiertes Polyestercopolymer ist.
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