DE69706022T2

DE69706022T2 - Verfahren zum Härten von Beschichtungszusammensetzungen

Info

Publication number: DE69706022T2
Application number: DE69706022T
Authority: DE
Inventors: Andrew Paul Trapani
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: AU3990897A; EP0841100A1; CA2218293A1; AU730163B2; EP0841100B1; ID17687A; DE69706022D1; US6299944B1; MX9707979A; BR9705013A; JPH10137675A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härtung einer wasserbasierten Beschichtungszusammensetzung, welches die Anwendung von Strahlung auf eine strahlungshärtbare wasserbasierte Beschichtungszusammensetzung einschließt, und eine Vorrichtung zum Härten einer wasserbasierten Beschichtungszusammensetzung.
Verfahren, welche die Anwendung von Mikrowellenstrahlung zur Härtung von wasserbasierten Beschichtungen auf Substraten einschließen, sind seit einigen Jahren bekannt. Beispielsweise wird ein Verfahren zur Herstellung eines Films aus einem Wasser enthaltenden Anstrich auf einem temperaturempfindlichen Substrat und anschließendem Bestrahlen des beschichteten Substrats mit Mikrowellen zur Härtung der Beschichtung in - WO 90/02613 offenbart. Das Verfahren wird so beschrieben, daß es ein schnelles Härten von sowohl Zinksilikatanstrichen und Emulsionsanstrichsystemen auf temperaturempfindlichen Substraten, welche andernfalls unter Einbrennbedingungen, welche normalerweise für die Härtung erforderlich sind, beschädigt würden, bereitstellt und es ermöglicht, daß die Anstrichiilme sehr schnell in online-Apparaturen gehärtet werden.
Wie in WO 90/02613 dokumentiert, enthält die große Mehrheit des wasserbasierten Beschichtungen flüchtige Weichmacher, welche im Stand der Technik als Verlaufmittel bekannt sind. Diese Verlaufmittel werden gebraucht, um sicherzustellen, daß das Polymer während des Trocknungsprozesses weich genug ist, um einen fehlerfreien Film auszubilden und werden später im Vakuum entfernt und hinterlassen eine harte widerstandsfähige Beschichtung. Obwohl die Mikrowellenbehandlung solcher Beschichtungen zu einem raschen Abdampfen des Wassers führt, tendieren die langsamer abdampfenden Verlaufmittel dazu, hinter der Beschichtung zu verbleiben und, bis diese aus der Beschichtung verdampft sind, die Beschichtung nicht ausreichend hart werden läßt, um die beschichteten Substrate unmittelbar nach der Behandlung zu stapeln und zu lagern, da diese anderenfalls zusammenkleben und so erheblichen Schaden verursachen, wenn diese eventuell wieder getrennt werden. Auch wenn das Problem des Blockens und die schlechte Stapelbarkeit als Resultat der Verwendung von Emulsionsanstrichen, welche Verlaufsmittelmaterialien beinhalten, um die minimale Filmbildungstemperatur zu reduzieren, in der WO 90/02613 erwähnt sind und dieses Dokument des Standes der Technik darauf gerichtet zu sein scheint, dieses Problem zu lösen, ist es insbesondere auf die Bereitstellung eines Verfahrens zur Härtung von Zinksilikatanstrichsystemen gerichtet. Wir haben herausgefunden, daß entsprechende Ergebnisse für Emulsionsbeschichtungszusammensetzungen, welche Verlaufmittel enthalten, nicht gemäß der Lehre der WO 90/02613 erhalten werden können; die beschichteten Substrate kleben zusammen, wenn diese kurze Zeit nach der Mikrowellenbehandlung gestapelt werden.
WO 97/47398 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von wärmeempfindlichen Substanzen, wie beispielsweise Holz, mit Pulveranstrichen. Das Verfahren beinhaltet die Verwendung von Mikrowellenenergie zur Erwärmung des Substrats vor der Auftragung des · Pulveranstrichs. Im Beschichtungsbeispiel 2 und Beschichtungsbeispiel 3 der WO 97/47398, wird ein wasserführender Anstrich auf ein MDF Substrat aufgetragen und sowohl an Mikrowellen als auch UV-Strahlen exponiert bevor dieser außerdem mit einem Pulveranstrich beschichtet wird. Diese Beispiele wurden spezifisch vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch geeignete Disclaimer ausgeschlossen.
UV-härtbare Zusammensetzungen werden seit einiger Zeit industriell verwendet, einschließlich von Zusammensetzungen zur Beschichtung von Substraten. Diese Zusammensetzungen können Zusammensetzungen mit einem hohen Feststoffanteil sein, welche geringe Mengen oder keine flüchtigen Komponenten enthalten oder Zusammensetzungen mit niedrigem Feststoffgehalt, streckmittel- oder lösungsmittelbasierte Zusammensetzungen, welche signifikante Anteile an flüchtigen Komponenten enthalten, wie beispielsweise organische Lösungsmittel oder Wasser. Die UV-härtbare Komponente kann beispielsweise ein ungesättigtes Prepolymer sein. Es wurde erkannt, daß die Verwendung von solchen UVhärtbaren ungesättigten Prepolymeren in wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen insbesondere für die Umwelt und auch aus Gründen der einfachen Auftragung vorteilhaft ist, da mit Wasser als Streckmittel die Viskosität so reguliert werden kann wie gewünscht, ohne daß dabei belastende, flüchtige organische Lösungsmittel zugesetzt werden müssen und der inherente nichtverschmutzende Charakter der UV-härtenden Beschichtung nicht durch die Einstellung der Viskosität vermindert wird. Wasserbasierte UV-härtbare Beschichtungen können leicht und sicher durch Aufsprühen (automatisch oder manuell), durch Curtain Coater, Flow Coater oder als Streichverfahren appliziert werden. Weiterhin wird aufgrund des Verdampfens des Wassers während des Trocknungsprozesses (und dem resultierenden Filmschrumpfen, das dieser mit sich bringt) der Glanz dieser Beschichtungen problemlos durch Hinzufügen von geringen Mengen an Standardmarkierungsmitteln, die im Stand der Technik bekannt sind (amorphes Silikat) kontrolliert. Trotz dieser Vorteile weisen wasserbasierte UV-härtbare Beschichtungen auch ein wichtiges Erfordernis auf: Das Wasser, welches in dem frisch aufgetragenen Film enthalten ist, muß annähernd vollständig entfernt werden, bevor die Beschichtung UV-gehärtet wird. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Wasser permanent in dem Film eingeschlossen und schadet dem Schmutzabweisungsverhalten der Beschichtung und beeinflußt das Erscheinungsbild einer transparenten Beschichtung nachteilig (Eintrübung). Dieses Erfordernis des Abdampfens des Wassers vor der Exposition an UV-Strahlung bedeutet, daß die Trocknungsphase der wasserbasierten UVhärtbaren Beschichtung länger dauert als die einer 100%igen nicht-flüchtigen UV-härtbaren Beschichtung. Beispielsweise ist es üblich, daß die Zeit zwischen Auftragung und Stapeln einer 100% nicht-flüchtigen UV-härtbaren Beschichtung nur 1 Minute beträgt, während für eine wasserbasierte UV-härtbare Beschichtung die gleiche Zeit 10 Minuten oder mehr betragen kann. Die industrielle Anwendung von wasserbasierten UV-härtbaren Beschichtungen leidet daher unter einem Produktivitätsverlust im Vergleich zu 100% nichtflüchtigen UV-härtbaren Beschichtungen. Die Produktivität eines modernen industriellen Verfahrens ist extrem wichtig und auch wenn wasserbasierte UV-härtbare Beschichtungen einige Vorteile gegenüber 100% nicht-flüchtigen UV-härtbaren Beschichtungen bieten, war es aufgrund der geringen Produktivität nicht möglich das volle Potential von wasserbasierten UV Beschichtungen zu realisieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Härtung von Beschichtungszusammensetzungen bereitzustellen, welches schnell ist und welches eine gehärtete Beschichtungszusamrnensetzung bereitstellt, welche ausreichend hart ist, so daß sie die Behandlung, das Stapeln und das Lagern des Substrates unmittelbar nach der Beschichtung erlaubt, wobei der durch Blocken hervorgerufenem Schaden an der Oberfläche des gehärteten beschichteten Substrats vermieden oder wenigstens signifikant reduziert wird. Die vorliegende Erfindung strebt auch die Bereitstellung eines effizienten Verfahrens an, welches für die Härtung von Beschichtungszusammensetzungen, welche kein Verlaufmittel enthalten, geeignet ist.
Daher stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Härtung einer wasserbasierten Beschichtungszusammensetzung zur Verfügung, welches aus den folgenden Schritten besteht:
a) Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung, umfassend polymere Feststoffe, von denen wenigstens 5 Gew.-% UV-härtbar sind, auf ein Substrat;
b) Bestrahlen des beschichteten Substrats mit Mikrowellenstrahlung; und
c) Bestrahlen des beschichteten Substrats mit UV-Strahlung, vorausgesetzt daß, wenn die wasserbasierte Beschichtungszusammensetzung ein wasserführender Anstrich, bestehend aus (Gew.-%):
20% Halwerdrol UV
20% Uramul XP
1,2% Disperbyk 182
2,0% oberflächenaktive Substanz
0,5% Aerosil 380
1,5% Ketjen Black
25% Titan Rutil
11% Blanc Fixe, Talk
3,2% Irgacure 1273
0,6% Egalisiermittel
ist, daß dann die gehärtete Beschichtung, welche nach dem obigen Verfahren gebildet wurde, nicht nachfolgend mit einer zweiten Beschichtungszusammensetzung beschichtet wird, welche entweder ein Epoxypolyester-Pulveranstrich, bestehend aus:
40% Grilesta V 7206
40% Epikote 3003
0,5% Acronal 4F
14,5% Titan Rutil 2160
5% Silikat
ist oder ein Maleat + Acrylourethan-Pulveranstrich, bestehend aus:
44% Alftalat VAN 1743
29% Additol VXL 1395
20% Titan Rutil
4% Darocure 64263
3% Additol XL 496.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Kombination vom Bestrahlen einer Beschichtung mit Mikrowellen und UV-Strahlung überwindet in vorteilhafter Weise die Produktivitätsprobleme, welche mit der Verwendung von alleiniger Mikrowellenbehandlung verbunden sind und die Produktivitätsprobleme bei Verwendung von herkömmlichen UV-härtbaren Beschichtungen (entweder eine Zusammensetzung, welche teilweise eine UV-härtbare Komponente enthält oder eine Zusammensetzung, welche aus 100% UV enthaltender thermoplastischer Beschichtung gebildet wird). Das Mikrowellentrocknen selbst leidet unter schlechter Produktivität (die Platten sind nach der Evaporation von Wasser nicht stapelbar) und wasserbasierte UVhärtbare Beschichtungen leiden unter schlechter Produktivität (sie erfordern typischerweise bis zu 10 Minuten oder mehr an Trocknungszeit nach der Auftragung bevor sie UV-gehärtet werden können); aber wenn diese beiden Techniken kombiniert werden, bieten diese überraschenderweise ein hochproduktives Beschichtungsverfahren an, welches es ermöglicht, die beschichteten Substrate unmittelbar nach der Behandlung zu handhaben und zu stapeln, ohne daß dabei befürchtet werden muß, daß die Substrate zusammenkleben. Das Verfahren kann es ermöglichen, die Beschichtung auf dem Substrat ausreichend genug zu härten, so daß das Substrat, welches verwendet wird, annähernd 90 Sekunden nach dem die Beschichtung aufgebracht wurde, gehandhabt, gestapelt und/oder gestapelt werden kann:
Die Mikrowellentrocknung der Beschichtung kann weniger als 60 Sekunden ab dem Zeitpunkt der Auftragung in Anspruch nehmen, und die UV-Härtung der getrockneten Beschichtung kann weniger als 30 Sekunden benötigen.
Vorzugsweise umfaßt die Beschichtungszusammensetzung wenigstens 25 Gew. -%, bezogen auf das Gesamtgewicht des polymeren Feststoffanteils in der Beschichtungszusammensetzung, einer UV-härtbaren Komponente und insbesondere bevorzugt handelt es sich um eine Zusammensetzung, welche polymere Feststoffanteile umfaßt, von denen wenigstens 50 Gew.-% UV-härtbar sind.
Die UV-härtbare Komponente kann ausgewählt werden aus einer von zwei Hauptkategorien: 1. Freie radikalisch polymerisierte Methacrylat-funktionalisierte Polymere und 2. kationisch polymerisierte Epoxidharze, welche wohlbekannt sind und im Stand der Technik gut beschrieben. Methacrylat-funktionalisierte Polymere umfassen im allgemeinen Methacrylatfunktionale Oligomere und Monomere in Kombination mit einem Photoinitiator, um die UV- Härtung zu erleichtern. Diese Methacrylat-funktionalisierten Oligomere werden typischerweise hergestellt durch a) Reaktion von difunktionalen Epoxidharzen mit Methacrylsäure, b) durch das Reaktionsprodukt von difunktionalen Isocyanaten mit Hydroxyfunktionalen Methacrylaten oder c) das Kondensationsprodukt von Methacrylsäure und Hydroxylgruppen auf einem Polyesterrückgrat oder auf einem Hydroxymethacrylat mit übrigen Säuregruppen auf einem Polyesterrückgrat. Kationische Systeme tendieren dazu, auf cycloaliphatischen Epoxidharzen und einem Photoinitiator zu basieren, welcher sich unter UV-Strahlung unter Erhalt einer "Supersäure" zersetzt. Diese Supersäure katalysiert die kationische Polymerisation des Epoxidharzes. Eine allgemeine Beschreibung dieser Systeme kann in "Radiation Curing in Polymer Science and Technology, Vol 1: Fundamental in Methods, herausgegeben von J P Fouassier und J E Rabek, veröffentlicht durch Elsevier Applied Science (1993) gefunden werden.
Die Beschichtungszusammensetzungen, welche für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können auch eine thermoplastische Komponente enthalten, welche mit vorzugsweise zwischen 0 und 95% Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgeweicht an polymeren Feststoffanteilen in der Beschichtungszusammensetzung, vorliegt. Eine solche Kombination von thermoplastischen und UV-härtbaren Komponenten wurde bisher nicht in der gleichen Beschichtungszusammensetzung verwendet; UV-Beschichtungen werden als Hochleistungsbeschichtungen angesehen, wobei von thermoplastischen Beschichtungen nicht angenommen wird, daß sie in der Lage sind, den gleichen hohen Grad an Härte oder chemischer Resistenz im Vergleich zu vernetzten UV-Beschichtungen zu erlangen. Mit anderen Worten, diese zwei Typen von Beschichtungen werden in sich wechselseitig ausschließenden Anwendungen verwendet und das Vermischen der zwei Typen von Beschichtungen entspricht nicht dem, was der Fachmann tun würde, da keine synergistischen Effekte beobachtet werden.
Geeignete thermoplastische Materialien sind solche, die typischerweise in herkömmlichen Latexanstrichten gefunden werden, einschließlich von beispielsweise wasserbasierten oder wasserverdünnbaren Polymeren wie etwa Polymethacrylat, Styrol-Acryl-Polymeren, Vinyl- Polymeren, Ethylen-Vinyl-Acryl-Terpolymere, Alkydharzen, Polyestern, Polyurethanen, Nitrocellulose, Cellulose-Acetat-Butyrat-Polymeren, Polyethern, Polyamiden, Epoxyestern, oder Vinylhalogeniden. Vorzugsweise ist das thermoplastische Material ein Homopolymer oder Copolymer, welches durch Polymerisation von einem oder mehreren der folgenden Monomere gebildet wird: Ethylen, einem Vinylmonomer; einem Acrylatmonomer wie beispielsweise Methylacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat; einem alkenylaromatischen Monomer wie beispielsweise Styrol, Methylstyrol, Dimethylstyrol, Diethylstyrol, Chlorostyrol und Isopropylstyrol; einem Acrylamidmonomer wie beispielsweise Ethylacrylamid und Methylacrylamid; und einem Alkadienmonomer wie beispielsweise Butadien und Isopren. Typische Vinylmonomere beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, Vinylidenhalogenide, Vinylacetat, und Acrylonitril. Chlor und Brom sind beispielsweise Halogenidgruppen von Vinylhalogenid und Vinylidenhalogenidmonomeren. Die thermoplastischen Materialien können nach herkömmlichen Verfahren hergestellt werden. Als eine alternative zu einer thermoplastischen Komponente, kann die Beschichtungszusammensetzung auch ein 2-pack oder 2-Komponentensystem enthalten, welches 2 Komponenten umfaßt, die normalerweise in separaten Behältern gelagert werden und dann, wenn sie unmittelbar vor der Anwendung miteinander vermischt werden, ein wärmehärtbares Polymer durch eine chemische Reaktion ausbilden wenn sie UV-Strahlung ausgesetzt werden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung findet Anwendung in einem solchen Beschichtungszusammensetzungssystem, da die UV-Komponente der Beschichtungszusammensetzung durch UV-Strahlung unter Ausbildung einer gehärteten Beschichtung gehärtet werden kann, ehe die2-Pack-Komponenten eine Möglichkeit haben, miteinander zu reagieren; dabei wird die Produktivität bezüglich der Auftragung einer solchen Beschichtungszusammensetzung verbessert. Geeignete wärmehärtbare Materialien können beispielsweise wasserbasierte oder wasserverdünnbare Polyol-Polyisocyanate, Polyamin- Epoxidharze, carboxylfunktionale Acryl-Epoxidharze, carboxylfunktionale Acryl- Carbodiimide einschließen.
Der Schritt der Bestrahlung des beschichteten Substrats mit UV-Strahlung kann vor, nachfolgend oder gleichzeitig mit dem Schritt der Mikrowellenbestrahlung erfolgen, aber es ist bevorzugt, das beschichtete Substrat mit UV zu bestrahlen, nachdem der Mikrowellenbestrahlungsschritt im wesentlichen abgeschlossen ist.
Die Zusammensetzung kann auch andere Inhaltsstoffe, welche üblicherweise in Latexanstrichen verwendet werden, enthalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine wasserbasierte Beschichtungszusammensetzung gemäß Anspruch 9 bereitgestellt.
Herkömmliche Ausstattung und Verfahren zur UV-Härtung können im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In ähnlicher Weise können die herkömmliche Mikrowellentrocknungsausstattung und Verfahren, wie die in der WO 90/02613 Beschriebenen, im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Härtung einer wasserbasierten Beschichtung bereitgestellt, welche eine UV-härtbare Komponente in einer Menge von wenigstens 5 Gew.-%, bezogen auf den gesamten polymeren Feststoffanteil in der Zusammensetzung, umfaßt und welche auf ein Substrat aufgebracht wurde, wobei die Vorrichtung eine Mikrowellenstrahlungsquelle und eine UV- Strahlungsquelle umfaßt, die beide in der Nähe der Beschichtung plaziert werden können und beide in der Lage sind, ausreichend Strahlung auf die Beschichtung zu emittieren, so daß sie zusammen dazu geeignet sind, das Trocknen und Härten innerhalb einer Bestrahlungsdauer von 3 Minuten, vorzugsweise 2 Minuten und mehr bevorzugt 1,5 Minuten, zu bewirken. Nach dem Zeitraum der Bestrahlung, kann die Beschichtung ausreichend gehärtet sein, um das beschichtete Substrat, welches verwendet werden soll, so zu handhaben, stapeln und/oder zulagern wie erforderlich.
Die Substrate, welche unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung beschichtet werden können, umfassen wenigstens teilweise Materialien ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Cellulose, wie beispielsweise Holz und Papier und Cellulosezusammensetzungen, wie etwa MDF, Hartfaserplatten und Trägerplatten; Kunststoffe; Metalle, Mineralsubstrate und Bau- und Konstruktionsmaterialien, wie etwa Asphalt, Ziegel und Beton; und jede Kombination oder Zusammensetzung davon.
Vorteilhafterweise ist das Substrat eine Straße und die Zusammensetzung ist ein Straßenmarkierungsanstrich, welcher zusätzlich reflektierende Kügelchen, vorzugsweise Glaskügelchen, wie sie normalerweise in solchen Anstrichen verwendet werden, umfassen kann oder das Substrat ist eine Zellulosezusammensetzung, beispielsweise für Innenausstattungsanwendungen und die wasserbasierte Zusammensetzung ist ein Dichtungsmittel.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die wasserbasierte Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat in Schichten aufgetragen, entweder als einzelne Beschichtungszusammensetzung oder in Verbindung mit einer zweiten Beschichtungszusan-imensetzung, wobei die zweite Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise keine UV-härtbare Komponente enthält.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert.

BEISPIEL 1A:

Dieses Beispiel zeigt, daß das Verfahren, welches in WO 90/02613 offenbart ist, eine durchgehend trockene Beschichtung ergibt, wenn dieses zur Trocknung eines thermoplastischen acrylischen Dispensionspolymers (ein TP Polymer) verwendet wird und unter Verwendung des Thumb print test, ASTM D1649-83 part 7.6 getestet wird und es zeigt, daß dies vorteilhaft gegenüber herkömmlichen getrockneten thermoplastischen Beschichtungen ist, welche thermische Konvektionstrocknung verwenden.
Eine wasserbasierte Beschichtung, welche ein TP Polymer (Formulierung TP) enthält, wird durch herkömmliche Sprühapplikation auf eine Glasplatte (80 g feuchte Beschichtung/m²) aufgetragen und die Beschichtung wurde durch einen handelsüblichen Mikrowellentrockner geführt. Die Beschichtung ist zwei Minuten später ausgetreten und ist durchgehend trocken gemäß ASTM D1649-83 part 7.6. Durch Messen des Gewichts vor und nach der Passage durch den Mikrowellentrockner haben wir festgestellt, daß die Beschichtung etwa 48 g/m² verloren hat, was nahe dem theoretischen Grenzwert bezüglich des Gewichtsverlustes für diese Beschichtung ist. Die gleiche TP Polymerbeschichtung ist, wenn sie nach der gleichen Weise auf eine Glasplatte aufgebracht wird, und bei 50ºC (eine im allgemeinen in der Beschichtungsindustrie verwendete Temperatur) in einem thermischen Konvektionsofen getrocknet wird, nach 2 Minuten Wärmebehandlung nicht durchgehend trocken (ASTM D1640-83 part 7.6 versagt). In der gleichen Weise wurde auch der Gewichtsverlust verfolgt und es wurde gefunden, daß dieser nur bei 15 g/m² lag. Dies zeigt, daß der Mikrowellentrockner bei der Entfernung von Wasser weitaus effizienter ist, als der thermische Konvektionsofen. Formulierung TP
Annähernd 34 Gew.-% Feststoffanteil

BEISPIEL 1B:

Dieses Beispiel zeigt, daß die Beschichtungszusammensetzung gemäß Beispiel 1A überraschenderweise für die Herstellung einer halten, stapelbaren Beschichtung untauglich ist, wenn diese gemäß WO 90/02613 getrocknet wird.
Die gleiche wasserbasierte Beschichtung (Formulierung TP) wird per Sprühapplikation in zwei Schichten (60 g feuchte Beschichtung/m² pro Schicht) auf zwei flache Eichenfurnierplatten (17 cm · 23 cm) unter Verwendung der folgenden Applikations- und Trocknungsverfahren aufgebracht: Luftsprühapplikation unmittelbar gefolgt von T1 Minuten in einer Trocknungsvorrichtung, gefolgt von Schleifen mit Nr. 320 mit Stearat-behandeltem Schleifpapier, gefolgt von Luftsprühapplikation der zweiten Beschichtung, unmittelbar gefolgt von T2 Minuten in einer Trocknungsvorrichtung. Unmittelbar nach Applikation und Trocknung der zwei Schichten wurden die Platten bezüglich des Blocking-Widerstands getestet, indem diese mit den einander zugewandten beschichteten Seiten aufeinander plaziert wurden und unter einem Druck von etwa 225 kg/m² über wenigstens drei Stunden gelagert wurden. Nach dieser Lagerung, wurden die Platten separiert und das Ergebnis bezüglich der Schwierigkeiten bei der Separierung zusammen mit dem Schaden an den beschichteten Oberflächen notiert. Die Ergebnisse der Blockingtests sind in der unten angegebenen Tabelle angegeben. Tabelle 1 Blockingtest-Ergebnisse
Prozentanteil an beschädigter Oberfläche wurde durch visuelle Inspektion der Platten gemessen.

EXPERIMENT 2A

Die wasserbasierte, UV-härtbare Beschichtung, welche in Formulierung UV beschrieben wird, wird auf ein schwarzes Plastiksubstrat (601; an feuchter Beschichtung/m²) sprühappliziert, welches dann über 2 Minuten durch eine Mikrowellentrocknungsvorrichtung geführt wird. Nach der Mikrowellentrocknung ist die Beschichtung durchgehend trocken wie durch ASTM Dl 640-83 part 7.6 definiert; zusätzlich ist die Beschichtung sehr transparent und zeigt weder Milchigkeit noch Unklarheit aufgrund von eingeschlossenem Wasser. Formulierung UV
Annähernd 39 Gew.-% Feststoffanteil.

EXPERIMENT 2B:

Nach Auftragen der UV-härtbaren Beschichtung auf das Substrat wie in Experiment 2A beschrieben, wird die Beschichtung in einem thermischen Konvektionsofen über zwei Minuten getrocknet. Jedoch ist der Film nach dieser Behandlung nicht durchgehend trocken und ist trüb (vermutlich aufgrund von Wasser, welches immer noch in dem Film eingeschlossen ist). Wie bei der vollständig thermoplastischen Beschichtung beobachtet (Experiment 1A), ist das Trocknen einer wasserbasierten, UV-härtbaren Beschichtung mit einer Mikrowellenvorrichtung effizienter als mit einem thermischen Konvektionsofen.

EXPERIMENT 3:

Die zwei vorhergehend erwähnten wasserbasierten Beschichtungen (Formulierungen TP und UV) werden in den unten angegebenen Gewichtsverhältnissen unter Erhalt drei weiterer wasserbasierter Beschichtungen vermischt. Diese fünf wasserbasierten Beschichtungen sind in Tabelle 2 beschrieben. Tabelle 2
Die fünf wasserbasierten Lacke, die in Tabelle 2 aufgelistet sind, werden in zwei Schichten (45 g an feuchter Beschichtung/m² bei jeder Schicht) auf zwei flache Eichenfurnierplatten (17 cm · 23 cm) unter Verwendung der folgendem Applikations- und Trocknungsverfahren aufgetragen: Luftsprayapplikation unmittelbar gefolgt von zwei Minuten in einer Mikrowellentrocknungsvorrichtung, in einigen Fällen (siehe Tabelle 3) gefolgt von 30 Sekunden in einer UV-Härtungsvorrichtung (großtechnisches Modell von Superfici Co., Monza, Italien unter Verwendung von 2 Quecksilberlampen von jeweils 11 kW), gefolgt von Schleifen mit Nr. 320 mit Stearat-behandeltem Schleifpapier, gefolgt von Luftsprayapplikation der zweiten Schicht, unmittelbar gefolgt von 2 Minuten in einer Mikrowellentrocknungsvorrichtung, in einigen Fällen (siehe Tabelle 3) gefolgt von 30 Sekunden in einer UV-Härtungsvorrichtung (großtechnisches Modell von Superfici Co., Monza, Italien unter Verwendung von 2 Quecksilberlampen von jeweils 11 kW). Unmittelbar nach Applikation und Trocknung der zwei Schichten, wurden die Platten bezüglich Blocking- Widerstand durch Plazieren der lackierten Seiten zueinander und Lagern unter einem Druck von etwa 255 kg/m² für wenigstens drei Stunden getestet. Nach dieser Lagerung wurden die Platten separiert und die Ergebnisse bezüglich der Schwierigkeiten beim Separieren zusammen mit den Ergebnissen bezüglich des Schadens an den lackierten Oberflächen notiert. Die Ergebnisse der Blocking-Tests sind unten in Tabelle 3 gezeigt.
Anhand der Blocking-Widerstandsergebnisse in Tabelle 3 wird klar gezeigt, daß eine wasserbasierte Beschichtung, welche mikrowellengetrocknet wurde und keiner UV-Strahlung ausgesetzt wurde, keinen Blocking-Widerstand aufweist. Bei Abwesenheit von UV- Bestrahlung zeigten alle 5 Formulierungen sehr schlechten Blocking-Widerstand, was diese für eine moderne industrielle Fertigungsstraße im wesentlichen unbrauchbar macht. Auch wenn die Mikrowellentrocknung für die schnelle Eliminierung von Wasser geeignet ist, führt diese überraschenderweise nicht zu dem notwendigen Block-Widerstand (Stapelbarkeit) und kann daher nicht in der Praxis verwendet werden.
Die einzige Kombination, die einen gewissen Grad an Block-Widerstand ermöglicht (und daher die kommerzielle Verwendung ermöglicht), liegt in der Verwendung eines Lacks, welcher wenigstens einen geringen Anteil eines Polymers oder Prepolymers enthält, das unter UV-Strahlung härtbar ist und durch Mikrowellen- und UV-Strahlung getrocknet werden kann. Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, muß die Zusammensetzung eine UV-härtbare Komponente enthalten, um den Schaden, welcher an den Oberflächen bei den oben beschriebenen Blocking-Tests verursacht wird, zu reduzieren.
Tabelle 3
Blocking Test Ergebnisse

Claims

1. Ein Verfahren zur Härtung einer wasserbasierten Beschichtungszusammensetzung, bestehend aus den folgenden Schritten:

a) Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung, umfassend polymere Feststoffe, von denen wenigstens 5 Gew.-% UV-härtbar sind, auf ein Substrat;

b) Bestrahlen des beschichteten Substrats mit Mikrowellenstrahlung; und

c) Bestrahlen des beschichteten Substrats mit UV-Strahlung,

vorausgesetzt daß, wenn die wasserbasierte Beschichtungszusammensetzung ein wasserführender Anstrich, bestehend aus (Gew.-%):

20% Halwerdrol UV

20% Uramul XP

1,2% Disperbyk 182

2,0% oberflächenaktive Substanz

0,5% Aerosil 380

1,5% Ketjen Black

25% Titan Rutil

11% Blanc Fixe, Talk

3,2% Irgacure 1273

0,6% Egalisiermittel.

ist, daß dann die gehärtete Beschichtung, welche nach dem obigen Verfahren gebildet wurde, nicht nachfolgend mit einer zweiten Beschlchtungszusammensetzung beschichtet wird, welche entweder ein Epoxypolyester-Pulveranstrich, bestehend aus:

40% Grilesta V 7206

40% Epikote 3003

0,5% Acronal 4F

14,5% Titan Rutil 2 R 60

5% Silikat

ist oder ein Maleat + Acrylourethan-Pulveranstrich, bestehend aus:

44% Alfialat VAN 1743

29% Additol VXL 1395

20% Titan Rutil

4% Darocure 64263

3% Additol XL 496.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der polymere Feststoffanteil der Beschichtungszusanunensetzung wenigstens 25 Gew.-% und vorzugsweise wenigstens 50 Gew.-% an UV-härtbarer Komponente umfaßt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtungszusammensetzung auch eine thermoplastische Komponente umfaßt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtungszusammensetzung auch ein wärmehärtbares Polymer umfaßt, welches vorzugsweise aus einem 2-Komponentensystem gebildet wird, welches zwei Komponenten umfaßt, die eine chemische Reaktion unter Bildung eines warmehärtbaren Polymers eingehen, wenn sie miteinander vermischt werden.

5. Verfähren zur Härtung einer wasserbasierten Beschichtungszusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtungszusammensetzung, entweder als die einzige Beschichtungszusammensetzung oder in Verbindung mit einer zweiten Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat in Schichten aufgetragen wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die zweite Beschichtungszusammensetzung keine UV-härtbare Komponente enthält.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat wenigstens teilweise eines der Materialien, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Cellulose, wie etwa Holz und Papier, und Zellulosezusammensetzungen, wie etwa MDF, Hartfaserplatten und Trägerplatten; Kunststoffe; Metalle, Mineralsubstrate und Bau- und Konstruktionsmaterialien, wie etwa Asphalt, Ziegel und Beton; und jede Kombination oder Zusammensetzung davon umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung ein wasserbasierter Straßenmarkierungsanstrich und das Substrat eine Straße ist.

9. Eine wasserbasierte Beschichtungszusammensetzung, umfassend eine thermoplastische Komponente und eine UV-härtbare Komponente, wobei die UV-Komponente wenigstens 5 Gew.-%, vorzugsweise 20 Gew.-%, mehr bevorzugt 25 Gew.-% und noch mehr bevorzugt wenigstens 50 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Polymerfeststoffgehalt in der Zusammensetzung, umfaßt.

10. Vorrichtung zum Härten einer wasserbasierten Beschichtungszusammensetzung, welche eine UV-härtbare Komponente in einer Menge von wenigstens 5 Gew.-%, bezogen auf den gesamten polymeren Feststoffanteil in der Zusammensetzung, umfaßt, und welche auf ein Substrat aufgebracht wurde, wobei die Vorrichtung eine Mikrowellenstrahlungsquelle und eine UV-Strahlungsquelle umfaßt, die beide in der Nähe der Beschichtung plaziert werden können und beide in der Lage sind, ausreichend Strahlung auf die Beschichtung zu emittieren, so daß sie zusammen dazu geeignet sind, das Trocknen und Härten innerhalb einer Bestrahlungsdauer von 3 Minuten, vorzugsweise 2 Minuten und mehr bevorzugt 1,5 Minuten zu bewirken.