DE60009718T2

DE60009718T2 - Verfahren zum beschichten eines metallsubstrats mit elektrotauchbeschichtungszusammensetzung und trocknung desselben

Info

Publication number: DE60009718T2
Application number: DE60009718T
Authority: DE
Inventors: J. Donaldson EMCH
Original assignee: PPG Industries Ohio Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: WO2000072983A1; EP1204486B1; DE60009718D1; EP1204486A1; WO2000072983B1; CA2374024C; AU5133800A; BR0011608A; PT1204486E; CA2374024A1; MXPA01011947A; US6113764A; ATE263634T1; ES2218165T3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Trocknen von elektrochemisch abgeschiedernen Beschichtungszusammensetzungen für Kraftfahrzeugbeschichtungsanwendungen und insbesondere auf Mehrstufenverfahren zum Trocknen flüssiger, elektrochemisch abgeschiedener Beschichtungszusammensetzungen, welche eine Kombination von Infrarotstrahlung und Konvektionstrocknung umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Heutige Automobilkarosserien werden mit Beschichtungen aus mehreren Schichten behandelt, die nicht nur das Aussehen des Automobils verbessern, sondern auch Schutz vor Korrosion, Absplittern, ultraviolettem Licht, saurem Regen und anderen Umwelteinflüssen ergeben, welche das Aussehen der Beschichtung und die darunter liegende Autokarosserie verschlechtern können.
Die Formulierungen dieser Beschichtungen können in weitem Umfang variieren. Eine Hauptherausforderung, der sich sämtliche Kraftfahrzeughersteller gegenübersehen, ist jedoch, wie diese Beschichtungen mit minimalem Kapitaleinsatz und Raumbedarf, was in Herstellungsanlagen hoch im Kurs steht, getrocknet und ausgehärtet werden.
Es sind verschiedene Ideen vorgeschlagen worden, um die Trocknungs- und Aushärtungsverfahren für Automobilbeschichtungen zu beschleunigen, wie die Warmluft-Konvektionstrocknung. Obwohl Warmlufttrocknen rasch vonstatten geht, kann sich auf der Oberfläche der Beschichtung eine Haut bilden, welche das Austreten von flüchtigen Bestandteilen aus der Beschichtungszusammensetzung verhindert, und Abplatzungen oder Blasen hervorruft, welche das Aussehen der getrockneten Beschichtung ruinieren.
Andere Verfahren und Vorrichtungen zum Trocknen und Aushärten einer auf eine Automobilkarosserie aufgebrachten Beschichtung sind in den US-Patentschriften Nr. 4,771,728, 4,907,533, 4,908,231 und 4,943,447 beschrieben, in welchen die Automobilkarosserie mit Strahlungswärme für eine ausreichende Zeit erwärmt wird, um die Beschichtung auf Klasse A Oberflächen fest werden zu lassen, und anschließend mit erwärmter Luft ausgehärtet wird.
Die US-Patentschrift Nr. 4,416,068 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschleunigen des Trocknens und Aushärtens von Nachbearbeitungsbeschichtungen für Automobile unter Verwendung von Infrarotstrahlung. Belüftungsluft, die zum Schutz der Infrarotstrahler vor Lösemitteldämpfen verwendet wird, wird als laminarer Strom über die Autokarosserie geführt. 15 ist ein Diagramm der Temperatur als Funktion der Zeit, welches die bevorzugte Hochtemperatur/Kurztrocknungszeit-Kurve 122 gegenüber herkömmlichem Infrarottrocknen (Kurve 113) und Konvektionstrocknen (Kurve 114) zeigt. Solche raschen Hochtemperaturtrocknungstechniken können unerwünscht sein, da sich eine Haut auf der Oberfläche der Beschichtung bilden kann, welche Abplatzungen oder Blasen, wie vorstehend genannt, hervorrufen kann.
Die US-Patentschrift Nr. 4,336,279 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Automobilbeschichtungen unter Verwendung von direkter Strahlungsenergie, wobei ein Hauptteil davon eine Wellenlänge größer als 5 Mikron hat. Erwärmte Luft wird unter turbulenten Bedingungen gegen die Rückseiten der Wände der Heizkammer zirkuliert, um die Strahlungswärme bereitzustellen. Dann wird die erwärmte Luft als gewöhnlich laminarer Strom entlang den Innenseiten der Wände geführt, um die Temperatur der Wände aufrechtzuerhalten und um flüchtige Bestandteile aus der Trocknungskammer zu entfernen. Wie in Spalte 7, Zeilen 18 bis 22 beschrieben ist, wird die Luftbewegung auf einem Minimum in dem Zentralteil der inneren Kammer gehalten, in welchem die Automobilkarosserie getrocknet wird.
Ein rasches Mehrstufen-Trocknungsverfahren für Automobilbeschichtungen wird benötigt, welches die Bildung von Oberflächenfehlern und von Verfärbung in der Beschichtung hemmt, insbesondere zur Trocknung von elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt in ihrem Patentanspruch 1 ein Verfahren zum Trocknen einer flüssigen, elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung bereit, die auf ein Metallsubstrat aufgebracht wurde, umfassend die Schritte:

(a) gleichzeitiges Anwenden von Infrarotstrahlung und Warmluft (114) auf die elektrochemisch abgeschiedene Beschichtungszusammensetzung für einen Zeitraum von wenigstens 1 Minute, wobei die Luftgeschwindigkeit an der Oberfläche der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung weniger als etwa 4 m/s beträgt, die Temperatur des Metallsubstrats mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,25°C/s bis etwa 2°C/s erhöht wird, um eine Spitzenmetalltemperatur des Substrats im Bereich von etwa 35°C bis etwa 140°C zu erreichen, und
(b) gleichzeitiges Anwenden von Infrarotstrahlung und Warmluft (116) auf die elektrochemisch abgeschiedene Beschichtungszusammensetzung für einen Zeitraum von wenigstens etwa 2 Minuten, wobei die Temperatur des Metallsubstrats mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,2°C/s bis etwa 1,5°C/s erhöht wird, um eine Spitzenmetalltemperatur im Bereich von etwa 160°C bis etwa 215°C zu erreichen, so dass eine getrocknete elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung auf der Oberfläche des Metallsubstrats gebildet wird.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Metallsubstrats, umfassend die Schritte des Abscheidens einer flüssigen, elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung (110) auf einer Oberfläche des Metallsubstrats zur Bildung einer flüssigen, elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung darauf; und das Aussetzen der flüssigen, elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung an Luft (112) mit einer Temperatur im Bereich von etwa 10°C bis etwa 40°C für eine Zeitdauer von wenigstens etwa 30 Sekunden, um wenigstens einen Teil eines flüchtigen Materials aus der flüssigen, elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung zu verdampfen, wobei die Geschwindigkeit der Luft an einer Oberfläche der flüssigen, elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung weniger als etwa 4 m/s beträgt, vor dem Trocknen der flüssigen, elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung gemäß dem Verfahren nach Patentanspruch 1.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Sowohl die vorstehende Zusammenfassung als auch die nachfolgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen werden besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. In den Zeichnungen ist:
1 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Trocknen einer elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Seitenansicht eines Teils des Verfahrens von 1; und
3 eine Vorderansicht, die entlang der Linie 3-3 eines Teils der schematischen Ansicht von 2 genommen ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern durchwegs gleiche Elemente anzeigen, ist in 1 ein Fließdiagramm eines Mehrstufenverfahrens zur Beschichtung eines Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Dieses Verfahren ist geeignet zur Beschichtung von Metallsubstraten in einem absatzweisen oder einem kontinuierlichen Verfahren. In einem absatzweisen Verfahren ist das Substrat während jedes Behandlungsschritts des Verfahrens stationär, während in einem kontinuierlichen Verfahren das Substrat in kontinuierlicher Bewegung entlang einer Montagelinie ist. Die vorliegende Erfindung wird nun allgemein im Zusammenhang der Beschichtung eines Substrats in einem kontinuierlichen Montagelinienverfahren beschrieben, obwohl das Verfahren auch zur Beschichtung von Substraten in einem absatzweisen Verfahren verwendbar ist.
Verwendbare Metallsubstrate, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung beschichtet werden können, umfassen Eisenmetalle, wie Eisen, Stahl und Legierungen davon, Nicht-Eisenmetalle, wie Aluminium, Zink, Magnesium und Legierungen davon, und Kombinationen davon. Bevorzugt ist das Substrat aus kaltgewalztem Stahl, elektro galvanisiertem Stahl, wie heißgetauchter elektrogalvanisierter Stahl oder elektrogalvanisierter Eisen-Zink-Stahl, Aluminium oder Magnesium gebildet. Bevorzugt werden die Metallsubstrate als Komponenten zur Fabrikation von Kraftfahrzeugen, einschließlich aber nicht beschränkt auf Automobile, Lastkraftwagen und Traktoren verwendet. Die Metallsubstrate können jede Form haben, haben aber bevorzugt die Form von Kraftfahrzeugkarosseriekomponenten, wie Karosserien (Rahmen), Hauben, Türen, Fender, Prellvorrichtungen und/oder Innenausstattungen für Kraftfahrzeuge.
Die vorliegende Erfindung wird zuerst allgemein im Zusammenhang mit der Beschichtung einer metallischen Automobilkarosserie diskutiert. Der Fachmann versteht, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch für die Beschichtung von Nicht-Kraftfahrzeug-Metallkomponenten verwendbar ist.
Vor der Behandlung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann das Metallsubstrat gereinigt und entfettet werden, und eine Vorbehandlungsbeschichtung, wie CHEMFOS 700 Zinkphosphat oder eine BONAZINC zinkreiche Vorbehandlung (jeweils im Handel erhältlich von PPG Industries, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania) kann auf die Oberfläche des Metallsubstrats aufgebracht werden.
Mit Bezug auf 1, welche ein Fließdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wiedergibt, wird eine flüssige, elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzung auf eine Oberfläche des Metallsubstrats (Automobilkarosserie 16, gezeigt in 2) in einem ersten Schritt 110 aufgebracht, z. B. durch Tauchen des Substrats in einem Bad, welches die flüssige, elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzung enthält. Die flüssige, elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzung kann auf die Oberfläche des Substrats im Schritt 110 durch jedes geeignete anionische oder kationische elektrochemische Abscheidungsverfahren aufgebracht werden, das dem Fachmann bekannt ist. In einem kationischen elektrochemischen Abscheidungsverfahren wird die flüssige, elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzung in Kontakt mit einer elektrisch leitenden Anode und einer elektrisch leitenden Kathode gebracht, wobei die zu beschichtende Metalloberfläche die Kathode ist. Nach dem Kontakt mit der flüssigen, elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung wird ein haftender Film der Beschichtungszusammensetzung auf der Kathode abgeschieden, wenn eine ausreichende Spannung zwischen die Elektroden angelegt wird. Die Bedingungen, unter welchen die elektrochemische Abscheidung durchgeführt wird, sind im Allgemeinen ähnlich zu denjenigen, die bei der elektrochemischen Abscheidung anderer Beschichtungen verwendet werden. Die verwendeten Spannungen können variiert werden und können z. B. so niedrig wie 1 Volt bis so hoch wie einige tausend Volt sein, liegen aber typischerweise zwischen 50 und 500 Volt. Die Stromdichte beträgt gewöhnlich zwischen 0,5 bis 15 Ampere pro Quadratfuß und neigt dazu, während der elektrochemischen Abscheidung abzunehmen, was die Bildung eines isolierenden Films anzeigt.
Verwendbare, elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzungen umfassen anionische und kationische elektrochemisch abscheidbare Zusammensetzungen, die dem Fachmann bekannt sind. Solche Zusammensetzungen umfassen wenigstens ein filmbildendes Material und Vernetzungsmaterial. Geeignete filmbildende Materialien umfassen epoxyfunktionelle filmbildende Materialien, filmbildende Polyurethanmaterialien und filmbildende Acrylmaterialien. Die Menge von filmbildendem Material in der elektrochemisch abscheidbaren Zusammensetzung liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 50 bis etwa 95 Gew.-% auf der Grundlage des Gesamtgewichts der Feststoffe der elektrochemisch abscheidbaren Zusammensetzung.
Geeignete epoxyfunktionelle Materialien enthalten wenigstens eine Epoxy- oder Oxirangruppe in dem Molekül, wie Di- oder Polyglycidylether von mehrwertigen Alkoholen. Bevorzugt enthält das epoxyfunktionelle Material wenigstens zwei Epoxygruppen pro Molekül. Verwendbare Polyglydicylether von mehrwertigen Alkoholen können durch Umsetzen von Epihalohydrinen, wie Epichlorhydrin, mit mehrwertigen Alkoholen, wie zweiwertigen Alkoholen, in Gegenwart eines Alkalikondensations- und Dehydrohalogenierungskatalysators, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, gebildet werden. Geeignete mehrwertige Alkohole können aromatisch, aliphatisch oder cycloaliphatisch sein. Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten aromatischen mehrwertigen Alkoholen umfassen Dihydroxybenzole, wie Resorcin, Brenzcatechin und Hydrochinon, Bis(4-hydroxyphenyl)-1,1-isobutan, 4,4-Dihydroxybenzophenon, Bis(4-hydroxyphenyl)-1,1-ethan, Bis(2-hydroxyphenyl)methan, 1,5-Hydroxynaphthalin, 4-Isopropylidenbis(2,6-dibromphenol), 1,1,2,2-Tetra(p-hydroxyphenyl)ethan, 1,1,3-Tris(p-hydroxyphenyl)propan, Novolakharze, Bisphenol F, langkettige Bisphenole und 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan, d. h. Bispher ol A (bevorzugt). Nicht beschränkende Beispiele von aliphatischen mehrwerti gen Alkoholen umfassen Glycole, wie Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, 1,2-Propylenglycol, 1,4-Butylenglycol, 2,3-Butylenglycol, Pentamethylenglycol, Polyoxyalkylenglycol, Polyole, wie Sorbit, Glycerin, 1,2-Hexantriol, Erythrit und Trimethylolpropan, und Mischungen davon. Ein Beispiel eines geeigneten cycloaliphatischen Alkohols ist Cyclohexandimethanol.
Geeignete epoxyfunktionelle Materialien haben ein Epoxyäquivalentgewicht im Bereich von etwa 100 bis etwa 2000, gemessen durch Titration mit Perchlorsäure unter Verwendung von Methylviolett als Indikator. Verwendbare Polyepoxide sind in der US-Patentschrift Nr. 5,820,987, in Spalte 4, Zeile 52 bis Spalte 6, Zeile 59 beschrieben, was hierin durch Bezug eingeschlossen ist. Beispiele von geeigneten, im Handel erhältlichen epoxyfunktionellen Materialien sind EPON^® 828- und 880-Epoxyharze, welche epoxyfunktionelle Polyglycidylether von Bisphenol A sind, hergestellt aus Bisphenol A und Epichlorhydrin, und im Handel von Shell Chemical Company erhältlich sind.
Das epoxyfunktionelle Material kann mit Aminen zur Bildung von kationischen Salzgruppen umgesetzt werden, wie primäre oder sekundäre Amine, die nach der Reaktion mit den Epoxygruppen zur Bildung von Aminsalzgruppen angesäuert werden können, oder tertiären Aminen, die vor der Reaktion mit den Epoxygruppen angesäuert werden können, und die nach der Reaktion mit den Epoxygruppen quaternäre Ammoniumsalzgruppen bilden. Andere verwendbare kationische Salzgruppenbildner umfassen Sulfide.
Geeignete acrylfunktionelle Materialien umfassen Polymere, die von Alkylestern von Acrylsäure und Methacrylsäure abgeleitet sind, wie sie in den US-Patentschriften Nr. 3,455,806 und 3,928,157 beschrieben sind, die hierin durch Bezug eingeschlossen sind.
Beispiele von filmbildenden Harzen, die für eine anionische, elektrochemische Abscheidung geeignet sind, umfassen durch Base löslich gemachte Carbonsäuren enthaltende Polymere, wie das Reaktionsprodukt oder Addukt eines trocknenden Öls oder eines halbtrocknenden Fettsäureesters mit einer Dicarbonsäure oder einem Dicarbonsäureanhydrid, und das Reaktionsprodukt eines Fettsäureesters, ungesättigter Säure oder ungesältigtem Säureanhydrid und zusätzlichen ungesättigten Modifizierungsmaterialien, die weiter mit Polyol umgesetzt werden. Ebenfalls geeignet sind wenigstens partiell neutralisierte Interpolymere von Hydroxyalkylestern von ungesättigten Carbonsäuren, ungesättigter Carbonsäure und wenigstens einem anderen ethylenisch ungesättigten Monomer. Andere geeignete elektrochemisch abscheidbare Harze umfassen ein Alkyd-Aminoplast-Vehikel, d. h. ein Vehikel, das ein Alkydharz und ein Amin-Aldehyd-Harz oder gemischte Ester eines Harzpolyols enthält. Diese Zusammensetzungen sind im Einzelnen in der US-Patentschrift Nr. 3,749,657, in Spalte 9, Zeilen 1 bis 75 und Spalte 10, Zeilen 1 bis 13 beschrieben, die hierin alle durch Bezug eingeschlossen sind. Andere säurefunktionelle Polymere, wie phosphatisierte Polyepoxid- oder phosphatisierte Acrylpolymere können ebenfalls verwendet werden, wie dem Fachmann bekannt ist.
Verwendbare Vernetzungsmaterialien umfassen blockierte oder unblockierte Polyisocyanate einschließlich aromatische Diisocyanate, wie p-Phenylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 2,4- oder 2,6-Toluoldiisocyanat, aliphatische Diisocyanate, wie 1,4-Tetramethylendiisocyanat und 1,6-Hexamethylendiisocyanat, und cycloaliphatische Diisocyanate, wie Isophorondiisocyanat und 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat). Beispiele von geeigneten Blockierungsmitteln für die Polyisocyanate umfassen niedere aliphatische Alkohole, wie Methanol, Oxime, wie Methylethylketoxim, und Lactame, wie Caprolactam. Die Menge des Vernetzungsmaterials in der elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-% auf der Grundlage des Gesamtgewichts der Harzfeststoffe der elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung.
Gewöhnlich enthält die elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzung auch ein oder mehrere Pigmente, die in Form einer Paste eingearbeitet werden können, oberflächenaktive Mittel, Netzmittel, Katalysatoren, Filmaufbauzusätze, Glättungsmittel, Entschäumer, Mikrogele, pH-Kontrollzusätze und flüchtige Materialien, wie Wasser, organische Lösemittel, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,820,987 in Spalte 9, Zeile 13 bis Spalte 10, Zeile 27 beschrieben, und Säuren mit niedrigem Molekulargewicht. Verwendbare Lösemittel, die in der Zusammensetzung enthalten sind, zusätzlich zu Lösemitteln, die durch andere Beschichtungskomponenten bereitgestellt werden, umfassen koaleszierende Lösemittel, wie Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ether und Ketone. Bevorzugte koaleszierende Lösemittel umfassen Alkohole, Polyole, Ether und Ketone. Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten Lösemitteln umfassen Isopropanol, Butanol, 2-Ethylhexanol, Isophoron, 4-Methoxy-2-pentanon, Ethylenglycol, Propylenglycol und die Monoethyl-, Monobutyl- und Monohexylether von Ethylenglycol. Die Menge des koa leszierenden Lösemittels beträgt gewöhnlich etwa 0,05 bis etwa 5 Gew.-% auf der Grundlage des Gesamtgewichts der elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung.
Andere verwendbare elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzungen sind in den US-Patentschriften Nr. 4,891,111, 5,760,107 und 4,933,056 beschrieben, die hierin durch Bezug eingeschlossen sind. Der Feststoffgehalt der flüssigen, elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 3 bis etwa 75 Gew.-% und bevorzugt von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-% auf der Grundlage der Gesamtfeststoffe der Beschichtungszusammensetzung.
Wenn die elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzung durch Eintauchen des Metallsubstrats in ein Bad aufgebracht wird, wird das Substrat, nachdem es aus dem Bad entfernt worden ist, Luft ausgesetzt, um überschüssige, elektrochemisch abgeschiedene Beschichtungszusammensetzung von den inneren Hohlräumen und Oberflächen des Substrats ablaufen zu lassen. Bevorzugt beträgt die Ablaufzeit wenigstens 5 Minuten und bevorzugter etwa 5 bis etwa 10 Minuten, so dass kein stehendes Wasser von der letzten Wasserspülung vorliegt. Die Temperatur der Luft während der Ablaufzeit liegt bevorzugt im Bereich von etwa 10°C bis etwa 40°C. Die Geschwindigkeit der Luft während des Ablaufens beträgt bevorzugt weniger als etwa 0,5 m/s.
Die Dicke der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung, die auf das Substrat aufgebracht ist, kann variieren auf der Grundlage solcher Faktoren, wie dem Typ des Substrats und der beabsichtigten Verwendung des Substrats, d. h. die Umgebung, in welche das Substrat zu verbringen ist, und der Natur der Kontaktmaterialien. Gewöhnlich liegt die Dicke der elektrochemisch abscheidbaren Beschichtung, die auf das Substrat aufgebracht ist, im Bereich von etwa 5 bis etwa 40 Mikrometer und bevorzugter von etwa 12 bis etwa 35 Mikrometer.
Mit Bezug auf 1 kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung, nach dem Aufbringen der elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats, optional einen zweiten Schritt 12, 112 des Aussetzens der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung an Luft mit niedriger Geschwindigkeit mit einer Temperatur im Bereich von etwa 10°C bis etwa 40°C und bevor zugt etwa 20°C bis etwa 30°C für eine Zeit von wenigstens 30 Sekunden umfassen, um wenigstens einen Teil des flüchtigen Materials aus der flüssigen, elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung zu verflüchtigen und die elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung fest werden zu lassen. Dieser Schritt kann ein Teil des vorstehend diskutierten Ablaufschrittes sein.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck "fest werden", dass die elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung nicht klebrig ist (sie widersteht der Anhaftung von Staub und anderen Verunreinigungen in der Luft), und sie wird durch Luftströme, die an der elektrochemisch beschichteten Oberfläche vorüberblasen, nicht gestört oder zerkratzt (gewellt oder geriffelt) werden. Die Geschwindigkeit der Luft an einer Oberfläche der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung ist kleiner als etwa 0,5 m/s und liegt bevorzugt im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 0,5 m/s.
Das Ablaufen und Verflüchtigen der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung 14 von der Oberfläche der Automobilkarosserie 16 kann an der offenen Luft durchgeführt werden; wird aber bevorzugt in einer ersten Trocknungskammer 18 durchgeführt, in welcher Luft bei niedriger Geschwindigkeit zirkuliert wird, um eine Verunreinigung durch Teilchen in der Luft zu minimieren, wie in 2 gezeigt. Die Automobilkarosserie 16 wird an dem Eingang der ersten Trocknungskammer 18 positioniert und langsam nach Art einer Montagelinie bei einer Geschwindigkeit hindurch bewegt, welche das Ablaufen und, falls erwünscht, die Verflüchtigung der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung erlaubt, wie vorstehend diskutiert. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Automobilkarosserie 16 durch die erste Trocknungskammer 18 und die anderen Trocknungskammern, die nachstehend diskutiert werden, bewegt wird, hängt teilweise von der Länge und der Konfiguration der Trocknungskammer 18 ab, liegt aber bevorzugt im Bereich von etwa 3 m/min bis etwa 10 m/min für ein kontinuierliches Verfahren. Der Fachmann versteht, dass einzelne Trockner für jeden Verfahrensschritt verwendet werden können, oder dass ein einziger Trockner mit einer Mehrzahl von einzelnen Trocknungskammern oder Abteilungen (in 2 gezeigt), die so konfiguriert sind, dass sie jedem Verfahrensschritt entsprechen, verwendet werden können, wie erwünscht.
Die Luft wird bevorzugt in die erste Trocknungskammer 18 durch ein Gebläse 20 oder einen Trockner, in 2 gestrichelt gezeigt, zugeführt. Ein nicht beschränkendes Bei spiel eines geeigneten Gebläses ist ein ALTIVAR 66-Gebläse, das im Handel von Square D Corporation erhältlich ist. Die Luft kann bei Umgebungstemperatur oder erwärmt, falls notwendig, auf den erwünschten Temperaturbereich von etwa 10 bis etwa 40°C, zirkuliert werden. Bevorzugt wird das Substrat mit der darauf befindlichen elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung Luft für eine Zeit im Bereich von etwa 5 bis etwa 10 Minuten ausgesetzt, so dass sich kein stehendes Wasser auf den Substratoberflächen befindet, bevor die Automobilkarosserie 16 zur nächsten Stufe des Trocknungsverfahrens bewegt wird. Das Ablaufen der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung von dem Substrat und das Verflüchtigen von flüchtigen Komponenten induziert einen Fluss und entfernt flüchtige Komponenten, die Fehler in den folgenden Erwärmungsschritten bilden können.
Mit Bezug auf die 1 und 2 umfasst das Verfahren einen nächsten Schritt 22, 114 des Aufbringens von Infrarotstrahlung und Warmluft von niedriger Geschwindigkeit gleichzeitig auf die elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung für eine Zeit von wenigstens etwa 1 Minute (bevorzugt etwa 1 bis etwa 3 Minuten) derart, dass die Temperatur des Metallsubstrats mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,25°C/s bis etwa 2°C (bevorzugt etwa 0,8°C bis etwa 1,2°C) pro Sekunde erhöht wird, um eine Spitzenmetalltemperatur im Bereich von etwa 35°C bis etwa 140°C zu erreichen und eine vorgetrocknete, elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung auf der Oberfläche des Metallsubstrats zu bilden. Durch Regelung der Geschwindigkeit, mit welcher die Metalltemperatur erhöht wird, und der Spitzenmetalltemperatur können Fehler im Aussehen der elektrochemischen Beschichtung und der anschließend aufgebrachten Grundbeschichtung und der Deckbeschichtung, wie Abplatzungen und Blasen, minimiert werden.
Die aufgebrachte Infrarotstrahlung umfasst bevorzugt die Strahlung im Nahinfrarotbereich (0,7 bis 1,5 Mikrometer) und im Mittelinfrarotbereich (1,5 bis 20 Mikrometer) und liegt bevorzugter im Bereich von etwa 0,7 bis etwa 4 Mikrometer. Die Infrarotstrahlung erwärmt die Klasse A (äußere) Oberflächen 24 des beschichteten Substrats, die der Strahlung ausgesetzt sind, und induziert bevorzugt keine chemische Reaktion oder Vernetzung der Komponenten der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung. Die meisten Nicht-Klasse A-Oberflächen werden nicht direkt der Infrarotstrahlung ausgesetzt, sondern werden durch Leitung durch die Automobilkarosserie und ungeordnete Streuung der Infrarotstrahlung erwärmt.
Mit Bezug auf die 2 und 3 wird die Infrarotstrahlung durch eine Mehrzahl von Emittern 26 emittiert, die in der inneren Trocknungskammer 27 einer Kombination einer Infrarot-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung 28 angeordnet sind. Jeder Emitter 26 ist bevorzugt eine Infrarotlampe von hoher Intensität, bevorzugt eine Lampe mit Quarzmantel mit einem Wolframdraht. Verwendbare Lampen von kurzen Wellenlängen (0,76 bis 2 Mikrometer) und hoher Intensität umfassen Modell Nr. T-3-Lampen, wie sie im Handel von General Electric Co., Sylvania, Phillips, Heraeus und Ushio erhältlich sind, und haben eine Emissionsrate von zwischen 75 und 100 W pro laufendem Inch an der Lichtquelle. Lampen mit mittlerer Wellenlänge (2 bis 4 Mikrometer) können ebenfalls verwendet werden und sind von den gleichen Lieferanten erhältlich. Die Emitterlampe ist bevorzugt gewöhnlich stabförmig und hat eine Länge, die variiert werden kann, um der Konfiguration des Ofens zu genügen, ist aber gewöhnlich etwa 0,75 bis etwa 1,5 m lang. Bevorzugt sind die Emitterlampen auf den Seitenwänden 30 der inneren Trocknungskammer 27 gewöhnlich vertikal mit Bezug auf den Grund 32 angeordnet, mit Ausnahme einiger Reihen 34 (bevorzugt etwa 3 bis etwa 5 Reihen) von Emittern 26 am Boden der inneren Trocknungskammer 27, die gewöhnlich horizontal zum Grund 32 angeordnet sind.
Die Anzahl von Emittern 26 kann in Abhängigkeit von der erwünschten zu emittierenden Energie variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Anzahl von Emittern 26, die an die Decke 36 der inneren Trocknungskammer 27 montiert sind, etwa 24 bis etwa 32, die in einer linearen Seite-an-Seite-Anordnung mit den Emittern 26 in einem Abstand von etwa 10 bis etwa 20 cm entfernt vom Mittelpunkt zum Mittelpunkt und bevorzugt etwa 15 cm angeordnet sind. Die Breite der inneren Trockenkammer 27 ist ausreichend, um die Automobilkarosserie oder welche Substratkomponente auch immer darin zu trocknen ist, aufzunehmen und ist bevorzugt etwa 2,5 bis etwa 3,0 m breit. Bevorzugt hat jede Seitenwand 30 der Kammer 27 etwa 50 bis etwa 60 Lampen in einem Abstand von etwa 15 bis 20 cm vom Mittelpunkt zum Mittelpunkt entfernt. Die Länge jeder Seitenwand 30 ist ausreichend, um die Länge der Automobilkarosserie oder welches Substrat auch immer darin zu trocknen ist, zu umfassen und beträgt bevorzugt etwa 4 bis etwa 6 m. Die Seitenwand 30 hat bevorzugt 4 horizontale Abschnitte, die gewinkelt sind, um der Form der Seiten der Automobilkarosserie zu entsprechen. Der obere Abschnitt der Seitenwand 30 hat bevorzugt 24 parallele Lampen, die in 6 Zonen ein geteilt sind. Die 3 Zonen, die sich am nächsten zum Eingang der Trocknungskammer 27 befinden, werden mit mittleren Wellenlängen, die 3 Zonen, die sich am nächsten zum Ausgang befinden, mit kurzen Wellenlängen betrieben. Der mittlere Abschnitt der Seitenwand ist ähnlich zum oberen Abschnitt konfiguriert. Die zwei unteren Abschnitte der Seitenwände enthalten jeweils bevorzugt 6 Kolben in einer 2 × 3-Anordnung. Der erste Teil der Kolben, die sich am nächsten zum Eingang befinden, wird bevorzugt mit mittlerer Wellenlänge betrieben, und die anderen zwei Teile werden mit kurzen Wellenlängen betrieben.
Mit Bezug auf 2 ist jede der Emitterlampen 26 in einem trogförmigen Reflektor 38 angeordnet, der bevorzugt aus poliertem Aluminium gebildet ist. Geeignete Reflektoren umfassen Alumiminium- oder integrale goldummantelte Reflektoren, die im Handel von BGK-ITW Automotive, Heraeus und Fannon Products erhältlich sind. Die Reflektoren 38 sammen Energie, die von den Emitterlampen 26 übertragen werden und fokussieren die Energie auf die Automobilkarosserie 16, um Energiestreuung zu verringern.
Abhängig von solchen Faktoren, wie der Konfiguration und der Positionierung der Automobilkarosserie 16 in der inneren Trocknungskammer 27 und der Farbe der zu trocknenden Grundschicht, können die Emitterlampen 26 unabhängig von einem Mikroprozessor (nicht gezeigt) derart geregelt werden, dass die Emitterlampen 26, die sich am weitesten entfernt von einer Klasse A-Oberfläche 24 befinden, mit einer größeren Intensität leuchten als die Lampen, die sich am nächsten zu einer Klasse A-Oberfläche befinden, um gleichmäßiges Erwärmen zu ergeben. Wenn z. B. das Dach 40 der Automobilkarosserie 16 unter einem Abschnitt von Emitterlampen 26 hindurchgeht, können die Emitterlampen 26 in dieser Zone auf eine niedrigere Intensität eingestellt werden, bis das Dach 40 durchgegangen ist, dann kann die Intensität erhöht werden, um den Kofferraumdeckel 42 zu erwärmen, welcher sich in einer größeren Entfernung von den Emitterlampen 26 befindet als das Dach 40.
Um den Abstand zwischen den Emitterlampen 26 zu den Klasse A-Oberflächen 24 zu minimieren, kann auch die Position der Seitenwände 30 und der Emitterlampen 26 zu der Automobilkarosserie hin oder von ihr weg eingestellt werden, wie durch die Richtungspfeile 44 bzw. 46 in 3 angezeigt. Der Fachmann versteht, dass je näher die Emitterlampen 26 zu den Klasse A-Oberflächen 24 der Automobilkarosserie 16 sind, desto größer ist der Prozentsatz von erhältlicher Energie, die angewandt wird, um die Oberflächen 24 und die darauf befindlichen Beschichtungen zu erwärmen. Gewöhnlich wird die Infrarotstrahlung mit einer Leistungsdichte im Bereich von etwa 10 bis etwa 25 Kilowatt pro m² (kW/m²) der Emitterwandoberfläche und vorzugsweise von etwa 12 kW/m² für Emitterlampen 26, welche den Seiten 48 der Automobilkarosserie 16 (Türen oder Fender) gegenüberstehen, emittiert, die näher zu den Emitterlampen 26 sind, welche der Haube und dem Kofferraumdeckel 42 der Automobilkarosserie 16 gegenüberstehen, die bevorzugt etwa 24 kW/m² emittieren.
Ein nicht beschränkendes Beispiel einer geeigneten Kombination einer Infrarot-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung ist ein kombinierter BGK Infrarotstrahlungs- und Heißluft-Konvektionsofen, der im Handel von BGK Automotive Group, Minneapolis, Minnesota, erhältlich ist. Die allgemeine Konfiguration dieses Ofens wird nachstehend beschrieben und ist in den US-Patentschriften Nr. 4,771,728, 4,907,533, 4,908,231 und 4,849,447 beschrieben, die hierdurch durch Bezug eingeschlossen sind. Andere verwendbare Kombinations-Infrarot-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtungen sind im Handel erhältlich von Durr, Wixom, Michigan, Thermal Innovations, Manasquan, New Jersey, Thermovation Engineering, Cleveland, Ohio, Dry-Quick Greenburg, Indiana und Wisconsin Oven and Infrared Systems, East Troy, Wisconsin, erhältlich.
Mit Bezug auf die 2 und 3 umfasst die bevorzugte Kombination einer Infrarot-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung 28 Seitenhängewände 30 mit Düsen oder Schlitzöffnungen 50, durch welche Luft 52 geführt wird, um in die innere Trocknungskammer 27 mit einer Geschwindigkeit von weniger als 4 m/s einzutreten. Während dieses Schritts 114 ist die Geschwindigkeit der Luft an der Oberfläche 54 der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung kleiner als etwa 4 m/s, sie liegt bevorzugt im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 4 m/s und bevorzugter von etwa 0,7 bis 1,5 m/s.
Die Temperatur der Luft 52 liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 35°C bis etwa 125°C und bevorzugt von etwa 70°C bis etwa 110°C. Die Luft 52 wird durch ein Gebläse 56 oder einen Trockner zugeführt und kann außerhalb oder durch Durchleiten der Luft über die erhitzten Infrarotemitterlampen 26 und ihre Reflektoren 38 vorerwärmt werden. Durch Durchleiten der Luft 52 über die Emitter 26 und die Reflektoren 38 kann die Arbeitstemperatur dieser Teile erniedrigt werden, wodurch ihre Lebensdauer verlängert wird. Es können auch unerwünschte Lösemitteldämpfe aus der inneren Trocknungskammer 27 entfernt werden. Die Luft 52 kann auch durch die innere Trocknungskammer 27 über den Blindboden 58 zirkuliert werden. Bevorzugt wird der Luftstrom zur Erhöhung der Wirksamkeit rezirkuliert. Ein Teil des Luftstroms kann abgezogen werden, um Verunreinigungen zu entfernen und mit filtrierter frischer Luft ergänzt werden, um die Verluste auszugleichen.
Die Automobilkarosserie 16 wird durch die Infrarotstrahlung und Warmluft auf eine Spitzenmetalltemperatur im Bereich von etwa 35°C bis etwa 140°C und bevorzugt etwa 70°C bis etwa 95°C erwärmt. Wie hierin verwendet, bedeutet "Spitzenmetalltemperatur" die momentane Zieltemperatur, auf welche das Metallsubstrat (die Automobilkarosserie 16) gemessen an der Oberfläche des beschichteten Substrats etwa in der Mitte der Seite des Substrats gegenüber der Seite, auf welcher die Beschichtung aufgebracht ist, erwärmt werden muss. Es ist bevorzugt, dass diese Spitzenmetalltemperatur so kurz wie möglich aufrecht erhalten wird, um die Möglichkeit der Vernetzung der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung zu minimieren.
Mit Bezug auf die 1 und 2 umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen nächsten Schritt 60, 116 des Aufbringens von Infrarotstrahlung und Warmluft gleichzeitig zu der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung auf das Metallsubstrat (Automobilkarosserie 16) für eine Zeit von wenigstens etwa 2 Minuten (bevorzugt etwa 2 bis etwa 3 Minuten). Die Temperatur des Metallsubstrats wird mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,2°C/s bis etwa 1,5°C/s erhöht, um eine Spitzenmetalltemperatur des Substrats im Bereich von etwa 160°C bis etwa 215°C zu erreichen. Eine getrocknete elektrochemische Schicht 62 wird dadurch auf der Oberfläche des Metallsubstrats gebildet.
Dieser Trocknungsschritt 116 kann in einer ähnlichen Weise zu derjenigen des vorstehenden Schritts 114 unter Verwendung einer Kombination von Infrarotstrahlungs-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung durchgeführt werden, die Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur des Metallsubstrats erhöht wird, liegt jedoch im Bereich von etwa 0,2°C/s bis etwa 1,5°C/s, und die Spitzenmetalltemperatur des Substrats liegt im Bereich von etwa 160°C bis etwa 215°C. Bevorzugt liegt die Erwärmungsgeschwindigkeit im Bereich von etwa 0,25°C/s bis etwa 1,1°C/s, und die Spitzenmetalltemperatur des Substrats liegt im Bereich von etwa 190°C bis etwa 205°C.
Die angewandte Infrarotstrahlung umfasst bevorzugt die Strahlung des Nahinfrarotbereichs (0,7 bis 1,5 Mikrometer) und des Mittelinfrarotbereichs (1,5 bis 20 Mikrometer) und liegt bevorzugter im Bereich von etwa 0,7 bis etwa 4 Mikrometer.
Die heiße Trocknungsluft hat bevorzugt eine Temperatur im Bereich von etwa 120°C bis etwa 180°C und bevorzugter von etwa 135°C bis etwa 150°C. Die Geschwindigkeit der Luft an der Oberfläche der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung in dem Trocknungsschritt 116 beträgt bevorzugt weniger als etwa 6 m/s und liegt bevorzugt im Bereich von etwa 1 bis etwa 4 m/s.
Der Trocknungsschritt 116 kann unter Verwendung jeder herkömmlichen Kombination einer Infrarot-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung, wie die kombinierte BGK Infrarotstrahlung und Konvektionsofen mit erhitzter Luft, durchgeführt werden, wie vorstehend im Einzelnen beschrieben ist. Die einzelnen Emitter 26 können, wie vorstehend diskutiert, konfiguriert sein und einzeln oder in Gruppen durch einen Mikroprozessor (nicht gezeigt) geregelt sein, um die erwünschten Wärme- und Infrarotenergie-Übertragungsraten zu ergeben.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann weiter einen zusätzlichen Schritt 118 des Aufbringens einer zweiten elektrochemisch abscheidbaren Beschichtung auf die Oberfläche der getrockneten elektrochemischen Schicht umfassen. Die zweite elektrochemisch abscheidbare Beschichtung kann in einer ähnlichen Weise zu derjenigen aufgebracht werden, die vorstehend für die Abscheidung der ersten elektrochemisch abscheidbaren Beschichtung diskutiert wurde.
Die zweite elektrochemisch abscheidbare Beschichtung kann die gleiche oder verschieden sein von der ersten elektrochemisch abscheidbaren Beschichtung. Zum Beispiel können die einzelnen Komponenten der zweiten elektrochemisch abscheidbaren Beschichtung, wie das filmbildende Material, variieren, oder die Mengen jeder Komponente können variieren, wie erwünscht. Geeignete Komponenten für die zweite elektrochemisch abscheidbare Beschichtung umfassen solche, wie vorstehend als für die erste elektrochemisch abscheidbare Beschichtung geeignet, diskutiert. Bevorzugt umfasst die erste elektrochemisch abscheidbare Beschichtung ein Epoxy-funktionelles filmbildendes Material und ein Polyisocyanat-Vernetzungsmaterial, um Korrosionsbeständigkeit zu ergeben, und die zweite elektrochemisch abscheidbare Beschichtung umfasst ein filmbildendes Acrylmaterial und ein Polyisocyanat-Vernetzungsmaterial, um sowohl Beständigkeit gegen Absplittern durch Steinschläge und Straßenabrieb als auch Beständigkeit gegen ultraviolettes Licht zu ergeben, das einen fotochemischen Abbau und den Verlust der Adhäsion der Beschichtung an das Substrat verursachen kann.
Die zweite elektrochemische Schicht, falls vorhanden, kann durch herkömmliche Heißluft-Konvektionstrocknung oder Infrarottrocknung getrocknet werden, wird aber bevorzugt getrocknet, indem die zweite elektrochemisch abgeschiedene Beschichtungszusammensetzung Luft von niedriger Geschwindigkeit ausgesetzt wird, um wenigstens einen Teil des flüchtigen Materials von der flüssigen zweiten elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung zu verflüchtigen und die Beschichtung fest werden zu lassen. Die Verarbeitungsbedingungen für diesen Schritt sind ähnlich zu denjenigen, die vorstehend für den Schritt 112 beschrieben wurden. Nach der Verflüchtigung werden Infrarotstrahlung und Warmluft von niedriger Geschwindigkeit gleichzeitig auf die zweite elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung unter Bedingungen angewandt, die ähnlich sind zu denjenigen, die vorstehend für den Schritt 114 beschrieben wurden, um eine vorgetrocknete, elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung auf der Oberfläche des Metallsubstrats zu bilden. Als nächstes werden Infrarotstrahlung und Heißluft gleichzeitig auf die vorgetrocknete zweite elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung unter Bedingungen angewandt, die ähnlich sind zu denjenigen, die vorstehend für den Schritt 116 beschrieben wurden, um eine getrocknete, elektrochemische Schicht auf der Oberfläche des Metallsubstrats zu bilden.
Die getrocknete(n) elektrochemische(n) Schicht(en), die auf der Oberfläche der Automobilkarosserie 16 gebildet sind, sind ausreichend getrocknet, um eine Anwendung einer Grundbeschichtung derart zu ermöglichen, dass die Qualität der Grundbeschichtung nicht nachteilig durch weiteres Trocknen der elektrochemischen Schichten) beeinflusst wird. Bevorzugt werden die getrocknete(n) elektrochemische(n) Schichten) vor der Aufbringung der Grundschicht gehärtet. Um die getrocknete(n) elektrochemische(n) Schichten) zu härten, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen weiteren Härtungsschritt 64, 120 umfassen, in welchem Heißluft 66 auf die getrocknete(n) elektrochemische(n) Schichten) für eine Zeit von wenigstens 6 Minuten nach dem Schritt 116 oder dem Schritt 118 aufgebracht wird, um eine Spitzenmetalltemperatur im Bereich von etwa 160°C bis etwa 215°C zu erzielen und um die elektrochemische(n) Schichten) zu härten. Bevorzugt wird eine Kombination einer Heißluft-Konvektionstrocknung und einer Infrarotstrahlung gleichzeitig verwendet, um die getrocknete(n) elektrochemische(n) Schichten) zu härten. Wie hierin verwendet, bedeutet "Härten", dass alle vernetzbaren Komponenten der getrocknete(n) elektrochemische(n) Schichten) im Wesentlichen vernetzt sind.
Der Härtungsschritt 120 kann unter Verwendung eines Heißluft-Konvektionsofens, wie eines Kraftfahrzeug-Strahlungswand-/Konvektionsofen, der im Handel erhältlich ist von Durr, Haden oder von Thermal Engineering Corp., oder in einer ähnlichen Weise zu derjenigen des vorstehenden Schritts 114 unter Verwendung einer Kombination einer Infrarotstrahlungs-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung durchgeführt werden, wobei jedoch die Spitzenmetalltemperatur des Substrats im Bereich von etwa 160°C bis etwa 215°C liegt, und das Substrat bei der Spitzenmetalltemperatur wenigstens etwa 6 Minuten und bevorzugt etwa 6 bis etwa 15 Minuten gehalten wird.
Die heiße Trocknungsluft hat bevorzugt eine Temperatur in dem Bereich von etwa 140°C bis etwa 220°C und bevorzugter von etwa 180°C bis etwa 215°C. Die Geschwindigkeit der Luft an der Oberfläche der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung in dem Härtungsschritt 120 kann in dem Bereich von etwa 4 bis etwa 20 m/s liegen und liegt bevorzugt in dem Bereich von etwa 10 bis etwa 20 m/s.
Wenn eine Kombination von Heißluft und Infrarotstrahlung verwendet wird, umfasst die angewandte Infrarotstrahlung bevorzugt den Nahinfrarotbereich (0,7 bis 0,5 Mikrometer) und den Mittelinfrarotbereich (1,5 bis 20 Mikrometer) und liegt bevorzugter in dem Bereich von etwa 0,7 bis etwa 4 Mikrometer. Der Härtungsschritt 120 kann unter Verwendung jeder herkömmlichen Kombination von Infrarot-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung, wie der kombinierte BGK Infrarotstrahlungs- und Heißluft-Konvektionsofen, durchgeführt werden, der im Einzelnen vorstehend beschrieben ist. Die einzelnen Emitter 26 können, wie vorstehend diskutiert, konfiguriert und individuell oder in Gruppen durch einen Mikroprozessor (nicht gezeigt) geregelt sein, um die erwünschten Heiz- und Infrarotenergieübertragungsraten zu ergeben.
Für jeden der vorstehenden Trocknungs-/Härtungsschritte für die zweite elektrochemische Beschichtung kann die Montagelinie so konfiguriert sein, um zu erlauben, dass die Automobilkarosserie 16 mit der zweiten elektrochemischen Beschichtung darauf in einem oder mehreren der gleichen Öfen getrocknet wird, wie diejenigen, die zum Trocknen der ersten elektrochemischen Beschichtung verwendet wurden, um den Energieverbrauch zu verringern.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann weiter einen Kühlungsschritt umfassen, in welchem die Temperatur der Automobilkarosserie 16 mit der getrockneten und/oder gehärteten elektrochemischen Schicht darauf aus den Schritten 116, 118 und/oder 120 gekühlt wird, bevorzugt auf eine Temperatur in dem Bereich von etwa 20°C bis etwa 60°C und bevorzugter von etwa 25°C bis etwa 30°C. Das Kühlen der elektrochemisch beschichteten Automobilkarosserie 16 kann die Aufbringung der nächsten Beschichtung aus flüssiger Grundschicht darauf erleichtern, indem eine rasche Verdampfung der flüchtigen Bestandteile der flüssigen Grundschicht vermieden wird, was schlechten Fluss, raue Oberfläche und allgemein schlechtes Aussehen hervorrufen kann. Die elektrochemisch beschichtete Automobilkarosserie 16 kann in Luft mit einer Temperatur im Bereich von etwa 15°C bis etwa 35°C und bevorzugt etwa 25°C bis etwa 30°C für eine Zeit im Bereich von etwa 15 bis etwa 45 Minuten gekühlt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrochemisch beschichtete Automobilkarosserie 16 gekühlt werden, indem sie gekühlter, gesättigter Luft ausgesetzt wird, die auf die Oberfläche des Substrats mit etwa. 4 bis etwa 10 m/s geblasen wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann einen weiteren Schritt des Aufbringens eines flüssigen Primers oder einer Grundbeschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche der getrockneten elektrochemischen Schicht umfassen. Die flüssige Grundbeschichtung kann auf die Oberfläche des Substrats durch jedes geeignete Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, das dem Fachmann bekannt ist, z. B. durch Tauchbeschichten, Direktwalzenbeschichten, Umkehrwalzenbeschichten, Vorhangbeschichten, Sprühbeschichten, Bürstenbeschichten und Kombinationen davon. Das Verfahren und die Vorrichtung zum Aufbringen der flüssigen Grundbeschichtungszusam mensetzung auf das Substrat wird zum Teil durch die Konfiguration und den Typ des Substratmaterials bestimmt.
Die flüssige Grundbeschichtungszusammensetzung umfasst ein filmbildendes Material oder Bindemittel, flüchtiges Material und Optionalpigment. Bevorzugt ist die Grundbeschichtungszusammensetzung eine vernetzbare Beschichtungszusammensetzung, die wenigstens ein wärmehärtbares filmbildendes Material, wie Acrylverbindungen, Polyester (einschließlich Alkyde), Polyurethane und Epoxyverbindungen, und wenigstens ein vernetzendes Material umfasst. Thermoplastische filmbildende Materialien, wie Polyolefine, können ebenfalls verwendet werden. Die Menge von filmbildendem Material in der flüssigen Grundschicht liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 40 bis etwa 97 Gew.-% auf der Basis der Gesamtfeststoffe der Grundbeschichtungszusammensetzung.
Geeignete Acrylpolymere umfassen Copolymere einer oder mehrerer von Acrylsäure, Methacrylsäure und Alkylestern davon, wie Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Ethylacrylat, Hydroxyethylacrylat, Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, optional zusammen mit einem oder mehreren anderen polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Monomeren, einschließlich vinylaromatische Verbindungen, wie Styrol und Vinyltoluol, Nitrile, wie Acrylnitril und Methacrylnitril, Vinyl- und Vinylidenhalogenide und Vinylester, wie Vinylacetat. Andere geeignete Acrylverbindungen und Verfahren zur Herstellung derselben sind in der US-Patentschrift Nr. 5,196,435, in Spalte 11, Zeilen 16 bis 60 beschrieben, die hierin durch Bezug eingeschlossen sind.
Polyester und Alkyde sind andere Beispiele von Harzbindemitteln, die zur Herstellung der Grundbeschichtungszusammensetzung verwendbar sind. Solche Polymere können in bekannter Weise durch Kondensation von mehrwertigen Alkoholen, wie Ethylenglycol, Propylenglycol, Butylenglycol, 1,6-Hexylenglycol, Neopentylglycol, Trimethylolpropan und Pentaerythrit, mit Polycarbonsäuren, wie Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäuren, Trimellithsäure oder trocknende Ölfettsäuren, hergestellt werden.
Polyurethane können ebenfalls als Harzbindemittel der Grundbeschichtung verwendet werden. Verwendbare Polyurethane umfassen die Reaktionsprodukte von polymeren Polyolen, wie Polyesterpolyole oder Acrylpolyole, mit einem Polyisocyanat, einschließ lich aromatische Diisocyanate, wie 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, aliphatische Diisocyanate, wie 1,6-Hexamethylendiisocyanat, und cycloaliphatische Diisocyanate, wie Isophorondiisocyanat und 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat).
Geeignete Vernetzungsmaterialien umfassen Aminoplaste, Polyisocyanate, Polysäuren, Polyanhydride und Mischungen davon. Verwendbare Aminoplastharze basieren auf den Additionsprodukten von Formaldehyd mit einer eine Amino- oder Amidogruppe tragenden Substanz. Kondensationsprodukte, die aus der Reaktion von Alkoholen und Formaldehyd mit Melamin, Harnstoff oder Benzoguanamin erhalten werden, sind am häufigsten. Verwendbare Polyisocyanat-Vernetzungsmaterialien umfassen solche, die vorstehend für die elektrochemische Schicht beschrieben wurden. Die Menge des Vernetzungsmaterials in der Grundschicht-Beschichtungszusammensetzung liegt gewöhnlich in dem Bereich von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-% auf der Basis des Gesamtharz-Feststoffgewichts der Grundschicht-Beschichtungszusammensetzung.
Die flüssige Grundbeschichtungszusammensetzung umfasst eines oder mehrere flüchtige Materialien, wie Wasser, organische Lösemittel und/oder Amine. Nicht beschränkende Beispiele von verwendbaren Lösemitteln, die in der Zusammensetzung enthalten sind, zusätzlich zu denen, die durch andere Beschichtungszusammensetzungen bereitgestellt werden, umfassen aliphatische Lösemittel, wie Hexan, Naphtha und Lösungsbenzin, aromatische und/oder alkylierte aromatische Lösemittel, wie Toluol, Xylol und SOLVESSO 100; Alkohole, wie Ethyl-, Methyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, Isobutyl- und Amylalkohol, und m-Pyrrol, Ester, wie Ethylacetat, n-Butylacetat, Isobutylacetat und Isobutylisobutyrat, Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Diisobutylketon, Methyl-n-amylketon und Isophoron, Glycolether und Glycoletherester, wie Ethylenglycolmonobutylether, Diethylenglycolmonobutylether, Ethylenglycolmonohexylether, Propylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonopropylether, Ethylenglycolmonobutyletheracetat, Propylenglycolmonomethyletheracetat und Dipropylenglycolmonomethyletheracetat. Verwendbare Amine umfassen Alkanolamine. Der Feststoffgehalt der flüssigen Grundbeschichtungszusammensetzung liegt gewöhnlich in dem Bereich von etwa 15 bis etwa 60 Gew.-% und bevorzugt von etwa 20 bis etwa 50 Gew.-% .
Die Grundbeschichtungszusammensetzung kann ferner eines oder mehrere Pigmente oder andere Additive, wie UV-Absorber, Fließregelungsmittel oder oberflächenaktive Mittel, enthalten. Verwendbare metallische Pigmente umfassen Aluminiumflocken, Bronzeflocken, beschichteten Glimmer, Nickelflocken, Zinnflocken, Silberflocken, Kupferflocken und Kombinationen davon. Andere geeignete Pigmente umfassen Glimmer, Eisenoxide, Bleioxide, Ruß, Titandioxid und Talkum. Das spezifische Verhältnis von Pigment zu Bindemittel kann in weitem Umfang variieren, solange es die erforderliche Deckfähigkeit bei der erwünschten Filmdicke und den aufgebrachten Feststoffen ergibt.
Geeignete Grundbeschichtungen auf Wasserbasis für Farb-plus-Klar-Beschichtungen umfassen solche, die in den US-Patentschriften Nr. 4,403,003, 5,401,790 und 5,071,904 beschrieben sind, die durch Bezug hierin eingeschlossen sind. Es können auch Polyurethane auf Wasserbasis, wie diejenigen, die gemäß der US-Patentschrift Nr. 4,147,679 hergestellt werden, als Harzfilmbildner in der Grundschicht verwendet werden, was hierin durch Bezug eingeschlossen ist. Geeignete Filmbildner für Grundschichten auf Basis von organischem Lösemittel sind in der US-Patentschrift Nr. 4,220,679, in Spalte 2, Zeile 24 bis Spalte 4, Zeile 40 und in der US-Patentschrift Nr. 5,196,485, in Spalte 11, Zeile 7 bis Spalte 13, Zeile 22 beschrieben, die hierin durch Bezug eingeschlossen sind.
Die Dicke der auf das Substrat aufgebrachten Grundbeschichtungszusammensetzung kann variieren auf der Grundlage solcher Faktoren, wie dem Typ des Substrats und der beabsichtigten Verwendung des Substrats, d. h. die Umgebung, in welche das Substrat zu verbringen ist, und die Natur der Kontaktmaterialien. Gewöhnlich liegt die Dicke der auf das Substrat aufgebrachten Grundbeschichtungszusammensetzung im Bereich von etwa 10 bis etwa 38 Mikrometer und bevorzugter von etwa 12 bis etwa 30 Mikrometer.
Die Grundbeschichtung kann durch herkömmliche Heißluft-Konvektionstrocknung oder Infrarottrocknung getrocknet werden, wird aber bevorzugt getrocknet, indem die Grundschicht Luft von niedriger Geschwindigkeit ausgesetzt wird, um wenigstens einen Teil des flüchtigen Materials aus der flüssigen Grundbeschichtungszusammensetzung zu verflüchtigen, und um die Grundbeschichtungszusammensetzung fest werden zu lassen. Die Grundbeschichtungszusammensetzung kann Luft mit einer Temperatur im Bereich von etwa 10°C bis etwa 50°C für eine Zeit von wenigstens etwa 5 Minuten zum Verflüchtigen wenigstens eines Teils des flüchtigen Materials aus der flüssigen Grundbeschichtungszusammensetzung ausgesetzt werden, wobei die Geschwindigkeit der Luft an einer Oberfläche der Grundbeschichtungszusammensetzung weniger als etwa 0,5 m/s beträgt, und wobei eine Vorrichtung verwendet wird, die ähnlich ist zu der im vorstehenden Schritt 112. Infrarotstrahlung und Heißluft kann gleichzeitig auf die Grundbeschichtungszusammensetzung für eine Zeit von wenigstens 2 Minuten aufgebracht werden, um die Temperatur des Metallsubstrats mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,4°C/s bis etwa 1,1°C/s zu erhöhen, um eine Spitzenmetalltemperatur des Substrats im Bereich von etwa 120°C bis etwa 165°C zu erzielen, derart, dass eine getrocknete Grundschicht auf der Oberfläche des Metallsubstrats gebildet wird, ähnlich zu dem vorstehenden Schritt 116. Die Geschwindigkeit der Luft an der Oberfläche der Grundbeschichtungszusammensetzung beträgt bevorzugt weniger als etwa 4 m/s während dieses Trocknungsschritts.
Die getrocknete Grundschicht, die auf der Oberfläche der Automobilkarosserie 16 gebildet ist, ist ausreichend trocken, um die Aufbringung einer Deckschicht derart zu ermöglichen, dass die Qualität der Deckschicht nicht nachteilig durch weiteres Trocknen der Grundschicht beeinflusst wird. Bevorzugt wird die getrocknete Grundschicht vor der Aufbringung der Deckschicht gehärtet. Um die getrocknete Grundschicht zu härten, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen weiteren Härtungsschritt umfassen, in welchem Heißluft auf die getrocknete Grundschicht für eine Zeit von wenigstens etwa 6 Minuten aufgebracht wird, um eine Spitzenmetalltemperatur in dem Bereich von etwa 110°C bis etwa 135°C zu halten. Bevorzugt wird eine Kombination von Heiß-Luft-Konvektionstrocknung und Infrarotstrahlung gleichzeitig verwendet, um die getrocknete Grundschicht zu härten. Wie hierin verwendet, bedeutet "härten", dass sämtliche vernetzbaren Komponenten der getrockneten Grundschicht im Wesentlichen vernetzt werden.
Dieser Härtungsschritt kann unter Verwendung eines Heißluft-Konvektionstrockners, wie vorstehend diskutiert, oder in einer ähnlichen Weise zu derjenigen des vorstehenden Schritts 120 unter Verwendung einer Kombination von Infrarotstrahlungs-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung durchgeführt werden, die Spitzenmetalltemperatur des Substrats liegt jedoch in dem Bereich von etwa 110°C bis etwa 135°C, und das Substrat wird bei der Spitzenmetalltemperatur für wenigstens etwa 6 Minuten und bevorzugt von etwa 6 bis etwa 20 Minuten, gehalten.
Die heiße Trocknungsluft hat bevorzugt eine Temperatur in dem Bereich von etwa 110°C bis etwa 150°C und bevorzugter von etwa 120°C bis etwa 140°C. Die Geschwindigkeit der Luft an der Oberfläche der Grundbeschichtungszusammensetzung in dem Härtung schritt kann in dem Bereich von etwa 4 bis etwa 20 m/s liegen und liegt bevorzugt in dem Bereich von etwa 10 bis etwa 20 m/s.
Wenn eine Kombination von Heißluft und Infrarotstrahlung verwendet wird, umfasst die angewandte Infrarotstrahlung bevorzugt den Nahinfrarotbereich 0,7 bis 1,5 Mikrometer) und den Mittelinfrarotbereich (1,5 bis 20 Mikrometer) und liegt bevorzugter in dem Bereich von etwa 0,7 bis etwa 4 Mikrometer. Dieser Härtungsschritt kann unter Verwendung von jeder herkömmlichen Kombination einer Infrarot-/Konvektionstrocknungs-Vorrichtung, wie dem kombinierten BGK Infrarotstrahlungs- und Heißluft-Konvektionsofen, durchgeführt werden, der im Einzelnen vorstehend beschrieben ist. Die einzelnen Emitter 26 können, wie vorstehend diskutiert, konfiguriert und einzeln oder in Gruppen durch einen Mikroprozessor (nicht gezeigt) geregelt sein, um die erwünschten Heiz- und Infrarot-Energieübertragungsraten zu ergeben.
Für Grundschichten auf Wasserbasis bedeutet "trocken" die fast vollständige Abwesenheit von Wasser aus der Grundschicht. Falls zu viel Wasser vorhanden ist, kann die Deckschicht reißen, Blasen bilden oder "abplatzen" während des Trocknens der Deckschicht, da Wasserdampf aus der Grundschicht durch die Deckschicht hindurchzugehen versucht.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann weiter einen Kühlschritt umfassen, in welchem die Temperatur der Automobilkarosserie 16 mit der getrockneten und/oder gehärteten Grundschicht darauf gekühlt wird, bevorzugt auf eine Temperatur in dem Bereich von etwa 18°C bis etwa 32°C und bevorzugter von etwa 25°C bis etwa 30°C. Das Kühlen der grundbeschichteten Automobilkarosserie 16 kann die Aufbringung der Deckschicht durch Verbessern des Flusses und durch Verringern von Heißluft-Wirbelströmen erleichtern, um die Übertragungswirksamkeit zu erhöhen. Die grundbeschichtete Automobilkarosserie 16 kann in Luft mit einer Temperatur in dem Bereich von etwa 20°C bis etwa 30°C und bevorzugt von etwa 25°C bis etwa 30°C für eine Zeit in dem Bereich von etwa 15 bis etwa 30 Minuten gekühlt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die grundbeschichtete Automobilkarosserie 16 gekühlt werden, wie vorstehend für das Kühlen der elektrochemischen Schicht beschrieben.
Nachdem die Grundbeschichtung der Automobilkarosserie 16 getrocknet (und gehärtet und/oder gekühlt, falls erwünscht) worden ist, wird eine Deckbeschichtungszusammensetzung über die getrocknete Grundschicht aufgebracht. Die Deckschicht kann flüssig, ein Pulver oder eine Pulveraufschlämmung sein, wie erwünscht. Bevorzugt ist die Deckbeschichtungszusammensetzung eine vernetzbare Beschichtung, die wenigstens ein wärmehärtbares, filmbildendes Material und wenigstens ein Vernetzungsmaterial enthält, obwohl thermoplastische, filmbildende Materialien, wie Polyolefine, verwendet werden können. Die Deckbeschichtungszusammensetzung kann vernetzende Materialien und zusätzliche Bestandteile enthalten, wie sie vorstehend diskutiert sind, aber bevorzugt keine Pigmente.
Geeignete Deckschichten auf Wasserbasis sind in der US-Patentschrift Nr. 5,098,947 (hierin durch Bezug eingeschlossen) beschrieben und basieren auf wasserlöslichen Acrylharzen. Verwendbare Deckschichten auf Lösemittelbasis sind in den US-Patentschriften Nr. 5,196,485 und 5,814,410 (hierin durch Bezug eingeschlossen) beschrieben und umfassen Polyepoxide und Polysäure-Härtungsmittel. Geeignete Pulverdeckschichten sind in der US-Patentschrift Nr. 5,663,240 (hierin durch Bezug eingeschlossen) beschrieben und umfassen epoxyfunktionelle Acrylcopolymere und Polycarbonsäure-Vernetzungsmittel. Die Menge der auf das Substrat aufgebrachten Deckbeschichtungszusammensetzung kann variieren auf der Grundlage solcher Faktoren, wie dem Typ des Substrats und der beabsichtigten Verwendung des Substrats, d. h. die Umgebung, in welche das Substrat zu verbringen ist, und die Natur der Kontaktmaterialien.
Die Deckschicht kann, falls sie in flüssiger Form vorliegt, durch jede herkömmliche Trocknungseinrichtung getrocknet werden, wie Heißluftkonvektions- oder Infrarottrocknung, derart, dass sämtliche vernetzbaren Komponenten der flüssigen Deckbeschichtung in einem solchen Ausmaß vernetzt werden, dass die Automobilindustrie das Beschichtungsverfahren als ausreichend vollständig akzeptiert, um die beschichtete Automobilkarosserie ohne Beschädigung der Deckschicht zu transportieren. Bevorzugt wird die flüssige Deckbeschichtung in einer Weise getrocknet, die ähnlich ist zu der Grundbeschichtung unter Verwendung einer Kombination von Infrarot-/Heißluft-Konvektions trockner, wie vorstehend beschrieben. Nach dem Trocknen wird die flüssige Deckschicht gehärtet. Trocknen ist nicht notwendig für eine Pulverdeckschicht, aber die Pulverdeckschicht muss gehärtet werden. Die Pulverdeckschicht kann unter Verwendung jedes herkömmlichen Heißluft-Konvektionstrockners oder einer Kombination von Konvektions-/Infrarottrockner, wie sie vorstehend beschrieben sind, gehärtet werden. Allgemein wird die Pulverdeckschicht auf eine Temperatur von etwa 140°C bis etwa 155°C für eine Zeit von etwa 20 bis etwa 40 Minuten erhitzt, um die flüssige Deckschicht zu härten. Die Dicke der getrockneten und vernetzten Verbundbeschichtung beträgt gewöhnlich etwa 0,2 bis 5 mil (5 bis 125 Mikrometer) und bevorzugt etwa 0,4 bis 3 mil (10 bis 75 Mikrometer).
Falls die Grundschicht vor dem Aufbringen einer flüssigen Deckschicht nicht gehärtet wurde, können alternativ sowohl die Grundschicht als auch die flüssige Deckbeschichtungszusammensetzung zusammen durch Anwenden von Heißluftkonvektion und/oder Infraroterhitzen unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie vorstehend im Einzelnen beschrieben sind, gehärtet werden, um sowohl die Grundschicht als auch die flüssige Beschichtungszusammensetzung zu härten. Um die Grundschicht und die flüssige Beschichtungszusammensetzung zu härten, wird das Substrat gewöhnlich auf eine Temperatur von etwa 120°C bis etwa 155°C für eine Zeit von etwa 20 bis etwa 40 Minuten erhitzt, um die flüssige Deckschicht zu härten.
Vorteile der Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen das rasche Beschichten von Metallsubstraten und die verringerte Verarbeitungszeit durch Eliminieren oder Verringern der Notwendigkeit für lange Montagelinienöfen. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können auch das Abplatzen verringern und den Fluss und die Glätte der Beschichtung erhöhen.
Es ist für den Fachmann klar, dass Änderungen in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne ihr breites erfinderisches Konzept zu verlassen. Es wird daher darauf hingewiesen, dass diese Erfindung nicht auf die besonderen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass beabsichtigt ist, Modifikationen zu umfassen, die sich im Bereich der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird, befinden.

Claims

Verfahren zum Trocknen einer flüssigen elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung, die auf ein Metallsubstrat aufgebracht wurde, umfassend die Schritte: (a) gleichzeitiges Anwenden von Infrarot-Strahlung und heißer Luft (114) auf die elektrochemisch abgeschiedene Beschichtungszusammensetzung für einen Zeitraum von mindestens etwa 1 min, wobei die Luftgeschwindigkeit an der Oberfläche der elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung weniger als etwa 4 m/s beträgt, die Temperatur des Metallsubstrats mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,25°C/s bis etwa 2°C/s erhöht wird, um eine maximale Metalltemperatur des Substrats im Bereich von etwa 35°C bis etwa 140°C zu erreichen; und (b) gleichzeitiges Anwenden von Infrarot-Strahlung und heißer Luft (116) auf die elektrochemisch abgeschiedene Beschichtungszusammensetzung für einen Zeitraum von mindestens etwa 2 min, wobei die Temperatur des Metallsubstrats mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,2°C/s bis etwa 1,5°C/s erhöht wird, um eine maximale Metalltemperatur im Bereich von etwa 160°C bis etwa 215°C zu erreichen, so dass eine getrocknete elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung auf der Oberfläche des Metallsubstrats gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metallsubstrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Stahl, Aluminium, Zink, Magnesium und Legierungen und Kombinationen derselben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metallsubstrat Teil der Automobilkarosserie ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüchtige Material der flüssigen elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasser, organischen Lösungsmitteln und niedermolekularen organischen Säuren.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das flüchtige Material der flüssigen elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung Wasser enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Infrarot-Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 0,7 bis etwa 20 μm emittiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Wellenlänge im Bereich von etwa 0,7 bis etwa 4 μm reicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Infrarot-Strahlung mit einer Leistungsdichte von etwa 10 bis etwa 40 kW/m² Emitterwandoberfläche emittiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Luft in Schritt (a) eine Temperatur im Bereich von etwa 35°C bis etwa 140°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zeitraum in Schritt (a) von etwa 1 min bis zu etwa 3 min reicht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Luftgeschwindigkeit in Schritt (a) von etwa 0,5 bis etwa 4 m/s reicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Metallsubstrats in Schritt (a) mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,8°C/s bis etwa 1,2°C/s erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die maximale Metalltemperatur des Metallsubstrats in Schritt (a) von etwa 70°C bis etwa 95°C reicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Luft in Schritt (b) eine Temperatur im Bereich von etwa 120°C bis etwa 180°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zeitraum in Schritt (b) von etwa 2 min bis zu etwa 3 min reicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Metallsubstrats in Schritt (b) mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,25°C/s bis etwa 1,1°C/s erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die maximale Metalltemperatur des Metallsubstrats in Schritt (b) von etwa 190°C bis etwa 205°C reicht.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen vorausgehenden Schritt des Aufbringens der elektrochemisch abscheidbaren Beschichtung (110) umfasst, indem das Metallsubstrat in ein Bad eingetaucht wird, das eine flüssige elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzung enthält, und man überschüssige flüssige elektrochemisch abscheidbare Beschichtungszusammensetzung von dem Metallsubstrat für mindestens etwa 5 min in Luft bei einer Temperatur im Bereich von etwa 10°C bis etwa 40°C, die eine Geschwindigkeit von weniger als etwa 0,5 m/s aufweist, abtropfen lässt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen zusätzlichen Schritt (c) des Aufbringens einer zweiten elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung (118) über der getrockneten elektrochemisch abscheidbaren Beschichtung aus Schritt (b) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen zusätzlichen Schritt (c') des Anwendens von heißer Luft (120) auf die getrocknete elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung für einen Zeitraum von mindestens etwa 6 min nach Schritt (b) bei einer maximalen Metalltemperatur im Bereich von etwa 160°C bis etwa 215°C umfasst, so dass eine gehärtete elektrochemische Beschichtung auf der Oberfläche des Metallsubstrats gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der zusätzliche Schritt (c') ferner Anwenden von Infrarot-Strahlung (120) auf die getrocknete elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung gleichzeitig mit der Anwendung der heißen Luft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen zusätzlichen Schritt (d) des Aufbringens einer Primer-/Grundiermittelzusammensetzung über der getrockneten elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen zusätzlichen Schritt (e) des Aufbringens einer Basisbeschichtungszusammensetzung über der getrockneten elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtung umfasst.
Verfahren zur Beschichtung eines Metallsubstrats, umfassend die Schritte des Abscheidens einer flüssigen elektrochemisch abscheidbaren Beschichtungszusammensetzung (110) auf einer Oberfläche des Metallsubstrats, um eine flüssige elektrochemisch abgeschiedene Beschichtungszusammensetzung darauf zu bilden, und Aussetzen der flüssigen elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung an Luft (112) mit einer Temperatur im Bereich von etwa 10°C bis etwa 40°C für einen Zeitraum von mindestens etwa 30 s, um mindestens einen Teil des flüchtigen Materials aus der flüssigen elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung zu verdampfen, wobei die Geschwindigkeit der Luft an der Oberfläche der flüssigen elektrochemisch abgeschiedenen Beschichtungszusammensetzung weniger als etwa 4 m/s beträgt, bevor die flüssige elektrochemisch abgeschiedene Beschichtung nach dem Verfahren aus Anspruch 1 getrocknet wird.