EP0036557B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vernetzung von auf Trägermaterialien aufgebrachten Lacken auf Kunststoffbasis - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Vernetzung von auf Trägermaterialien aufgebrachten Lacken auf Kunststoffbasis Download PDF

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EP0036557B1
EP0036557B1 EP81101747A EP81101747A EP0036557B1 EP 0036557 B1 EP0036557 B1 EP 0036557B1 EP 81101747 A EP81101747 A EP 81101747A EP 81101747 A EP81101747 A EP 81101747A EP 0036557 B1 EP0036557 B1 EP 0036557B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
inert gas
radiation
lock
vacuum
radiation chamber
Prior art date
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EP81101747A
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English (en)
French (fr)
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EP0036557A2 (de
EP0036557A3 (en
Inventor
Eberhard Föll
Peter Dr. Holl
Helmut Vetter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Polymer-Physik GmbH and Co KG
Original Assignee
Polymer-Physik GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Polymer-Physik GmbH and Co KG filed Critical Polymer-Physik GmbH and Co KG
Priority to AT81101747T priority Critical patent/ATE5128T1/de
Publication of EP0036557A2 publication Critical patent/EP0036557A2/de
Publication of EP0036557A3 publication Critical patent/EP0036557A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0036557B1 publication Critical patent/EP0036557B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B05D3/068—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation using ionising radiations (gamma, X, electrons)

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for crosslinking plastic-based lacquers applied to carrier materials by means of ionizing rays, in particular electron beams, in which the objects to be irradiated are in an inert gas atmosphere.
  • the irradiation chamber is therefore largely adapted to the outline of the part to be irradiated with the same parts of a series, and nevertheless the costs for the inert gas consumption are the highest operating costs in such an irradiation system.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device which do not have the disadvantages described above, i. H. which in particular make it possible to reduce the inert gas consumption to a minimum.
  • a vacuum inert gas lock is arranged in front of the radiation chamber, which is evacuated after introduction of the object and flooded with inert gas to normal pressure. The object then passes through a lock gate into the radiation chamber, in which an inert gas atmosphere prevails at normal pressure.
  • the invention thus relates to a process for crosslinking plastic-based lacquers applied to carrier materials by means of ionizing rays, in particular electron beams, in an inert gas atmosphere, which is intended to prevent the curing reaction from being terminated by reacting the lacquer with oxygen, which is characterized in that the before the introduction into the radiation chamber filled with inert gas under normal pressure through the lock gate into a vacuum inert gas lock arranged directly in front of the radiation chamber, which is evacuated, flooded with inert gas to normal pressure, and from there through the object introduces the sluice gate into the radiation chamber, irradiates it and, after the irradiation, returns it to the vacuum inert gas lock filled with inert gas and, after closing one lock gate, opens the other lock gate and executes the object, see above like a device for carrying out this method, which essentially consists of a radiation chamber which can be filled with inert gas and a source of ionizing radiation and is characterized in that a vacuum In
  • the coated part is thus placed in a vacuum inert gas lock, the chamber closed, evacuated to a pressure of 1 mbar, corresponding to a residual oxygen content of 200 ppm (at 0.1 Torr 20 ppm), and then with inert gas, e.g. B. nitrogen, flooded to normal pressure.
  • inert gas e.g. B. nitrogen
  • the inertized object now enters the radiation chamber via a lock gate, which is under normal pressure and is also filled with inert gas.
  • the paint layer on the molded part is hardened by radiation.
  • the molded part can be rotated and turned in the radiation area, depending on the surface structure, so that all painted surfaces can be hardened.
  • the discharge takes place again via the same vacuum inert gas lock, the pumping process for the inert gas flooded in there being eliminated.
  • the hardened part can be removed from the vacuum chamber as soon as the lock gate between the vacuum inert gas lock and the radiation chamber is closed.
  • preference is given to combining the outward and inward transfer of the parts with one another, in order to optimally utilize the lock process, so that the highest possible throughput rate can be achieved.
  • FIG. 1 For embodiments according to the invention, the objects run semi-continuously in one direction or are operated in oncoming traffic, but then working with 2 vacuum inert gas locks, i. H. a vacuum inert gas lock is e.g. B. in front of the radiation chamber and the other behind the radiation chamber.
  • a vacuum inert gas lock is e.g. B. in front of the radiation chamber and the other behind the radiation chamber.
  • the intermediate process of evacuating the coated part brings the additional advantage of partial oxygen removal from the paint, since the oxygen dissolved in the paint is partially pumped out and is therefore no longer available for saturating radicals. This results in a higher networking density.
  • the incorporation of oxygen in the lacquer layer or the adsorption of oxygen on the lacquer layer can be avoided in that the coating process, for. B. spraying or pouring or rolling the paint, is moved to a room flooded with inert gas.
  • inert gas can of course be used as the spray gas for atomizing the paint.
  • a variant according to the invention is that the spraying process is already relocated to the vacuum inert gas lock flooded with inert gas; here too, of course, using nitrogen or inert gas as pressure medium during the spraying process.
  • all radiation sources known to the person skilled in the art can be used as radiation sources in connection with the radiation-curable polymer systems provided for this purpose, e.g. B. UV and electron beam sources.
  • the pastes are preferably cold-hardened after application by irradiation by means of electrons, preferably by means of electrons with an energy between 140 and 250 keV, in particular with those with an energy of 150 keV.
  • electrons are released in a vacuum from a hot cathode by applying the high acceleration voltage, accelerated and fanned out in a deflection system. After the electrons have passed through a thin metal foil, they can act on the object. Since X-rays are generated when the electrons are braked, the electron accelerator and the inlet and outlet into the system are shielded with lead sheet.
  • the radiation chamber is not designed for vacuum, which would lead to difficulties in connection with the electron exit window. With vacuum pumps in the radiation chamber, the window film would no longer attach itself sufficiently to the cooling and supporting grille and would become too hot.
  • radiation-curable acrylate prepolymers are preferably used as radiation-curable or radiation-crosslinkable coatings.
  • radiation-curable is understood here to mean that the substances can be radiation-polymerized and / or radiation-crosslinkable.
  • the radiation curable acrylate prepolymers used with preference include the prepolymers curable by means of UV and electron beams from the group of polyester acrylates, polyurethane acrylates, polyether acrylates, acrylate-acrylate copolymers and epoxy acrylates.
  • the viscosity of the polymers and prepolymers used can be varied by adding radiation-curable monomers or small amounts of solvents.
  • the radiation-curable polymers, prepolymers and / or monomers and the processes for radiation curing are known to the person skilled in the art, for example from the article by A. Rosenberg “Surface coatings harden with electron radiation” (Schürzburg (1978) Page 1249ff) and the article by Dr. K. Fuhr “The radiation drying of primers and lacquers on wood and wood-based materials” (German paint magazine No. 6 + 7 (1977) pages 257-264).
  • Such prepolymer systems are sold, for example, by UCB Chemie GmbH.
  • Figures 1 to 3 show a schematic representation of devices according to the invention for performing the method according to the invention.
  • This example works with a device as shown schematically in FIG. 1.
  • the part sprayed under inert gas, with inert gas as pressure medium, for. B. a bumper for automobiles, is inserted into the vacuum inert gas lock 2 through the lock gate 1.
  • the pressure is evacuated to a pressure of 1 mbar or below, then flooded with inert gas to normal pressure, the lock gate 7 is opened, the part is transported into the radiation chamber 8, the lock gate 7 is closed, the part is passed under the emitter, turned, again Passed under the spotlight, the lock gate 7 opened, the first part passed into the vacuum inert gas lock 2; in this case, the second part, which was introduced during the irradiation, is alternately brought into the irradiation chamber 8 from the vacuum inert gas lock 2.
  • the first part is ejected and the third part is already reinserted as long as the second part is irradiated.
  • the total inert gas consumption is limited to producing an inert gas atmosphere in the radiation chamber 8 by purging the radiation chamber with an amount of inert gas that corresponds to approximately 10 to 20 times the volume of the radiation chamber, and flooding the vacuum inert gas lock 2 after each lock process.
  • This example works with a device as shown schematically in FIG. 2.
  • the pallet with several automotive fittings comes from the automatic spray gun, where below Inert gas atmosphere was sprayed with inert gas as a pressure medium, through the lock gate 1 in the vacuum inert gas lock 2.
  • the lock gate 1 is closed. It is evacuated to 10- 2 mbar, subsequently flooded with inert gas to normal pressure, open the floodgates and pass down with the painted parts in speed under the radiator 9 in the irradiation chamber 8, so that the varnish is crosslinked with the necessary dose.
  • the lock gate 7 is closed, a second part is introduced, the first part is rotated, the lock gate 7 is opened again after the pumping and flooding process, the second part is irradiated from above, the first part is irradiated from below.
  • the second part is now in the vacuum inert gas lock 2, the first part is in the irradiation room 8.
  • the second part is rotated, the first part is removed and the third part is simultaneously introduced.
  • the inert gas consumption is limited to the one-time inerting of the radiation chamber 8 and the further consumption to the respective flow of the vacuum inert gas lock 2 after the parts have been introduced or removed.
  • This example works with a device, as is shown schematically in FIG. 3, in which the pallet for the radiation material and the lock gate 15 are firmly connected to one another between the vacuum inert gas lock and the radiation chamber.
  • the part coated under an inert gas atmosphere and with inert gas as the pressure medium is fed into the vacuum inert gas lock 2 from above.
  • the lid (not shown in FIG. 3) for the vacuum inert gas lock is closed, the vacuum inert gas lock is set to a vacuum between 1 mbar and 1. 10 -2 mbar evacuated, the vacuum inert gas lock is flooded with inert gas to normal pressure, lock gate 15 and object 4 are moved with the help of the rod 18 at a speed corresponding to the dose to be administered under the emitter 9, in the end position 15 'the object is moved with the help the rod 18 rotated and returned to the vacuum inert gas lock 2 under the electron emitter during the irradiation of the rear side.
  • the object is removed from the vacuum inert gas lock, the second object is inserted and the evacuation process starts again.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vernetzung von auf Trägermaterialien aufgebrachten Lacken auf Kunststoffbasis mittels ionisierender Strahlen, insbesondere Elektronenstrahlen, bei dem sich die zu bestrahlenden Gegenstände in einer Inertgasatmosphäre befinden.
  • Verfahren zur Aushärtung bzw. Vernetzung von Beschichtungsmaterialien auf Kunststoffbasis mit Hilfe ionisierender Strahlen, z. B. Elektronenstrahlen, gewinnen immer mehr an Bedeutung, da als Lacke vorzugsweise lösungsmittelfreie Systeme oder solche mit nur geringem Gehalt an Lösungsmitteln verwendet werden und für die Vernetzung, die bei Raumtemperatur abläuft, relativ wenig Energie aufgewendet werden muß (siehe DE-A 2 054 662). Die vernetzten Schichten weisen sehr gute physikalische Eigenschaften auf, wie hohe Abriebfestigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit usw. Vorrichtungen, die heute von Rolle zu Rolle arbeiten, zeichnen sich durch hohe Produktionsleistung bei geringem Platzbedarf aus.
  • Üblicherweise wird bei den heute bestehenden Anlagen zur Elektronenstrahlhärtung von Oberflächen das Objekt mit einem sog. Schutzgas abgedeckt, um Sauerstoffmoleküle auszuschließen (siehe US-A 3607355). Hierzu wird hauptsächlich nachgereinigter Stickstoff oder ein stöchiometrisches Verbrennungsgas, welches frei von Sauerstoff ist, verwendet. Dies ist notwendig, weil die im Lack durch die ionisierende Strahlung erzeugten Radikale schneller mit dem Luftsauerstoff reagieren, als mit ungesättigten Kohlenstoff-Kohenstoff-Bindungen. Die Reaktion Luftsauerstoff mit Radikalen ergibt eine stabile Verbindung, d. h. an dieser Stelle tritt keine Kettenverlängerung ein, es entsteht nur eine geringe Vernetzung mit einem relativ niedrigen Molekülargewicht des Polymeren an der Oberfläche. Die Oberfläche ist dann nicht kratzfest. Es kann ein sehr dünner Film mit Lösungsmittel abgewischt werden.
  • Bei zu härtenden Oberflächen lackierter Teile einfacher Form, wie z. B. Türen, Platten, bahnförmiges Material von Rolle zu Rolle, geschieht der Abschluß des Luftsauerstoffes durch geeignetes Einleiten von Sickstoff hoher Reinheit in die Bestrahlungskammer. Hierbei hat es sich gezeigt, daß eine gegenläufige Gasströmung vor und nach der Härtungszone, unter Berücksichtigung enger Ein- und Auslaufsspalte für das Folien- bzw. Plattenmaterial, ausreichend ist.
  • Derartige Verfahren sind daher vom technischen Aufwand her und kostenmäßig nur bei flachen Teilen, wie Platten, Türen und Material von Rolle zu Rolle gerade noch vertretbar, zumal - insbesondere bei bahnförmigem Material - durch geeignete Konstruktionen des Bestrahlungsraumes beträchtliche Mengen an Inertgas eingespart werden können.
  • Die Inertisierung komplizierter Formteile wie Kfz-Armaturen, Deckel, Verschlüsse, Kästen, Stoßstangen, Rohre, Felgen und ganz allgemein alle Hohlkörper bereitet dagegen enorme Schwierigkeiten, da trotz vielfachem Gasaustausch durch Spülen in der Bestrahlungskammer Restsauerstoff aus den Öffnungen diffundiert und somit eine einwandfreie Spülung mit Schutzgas enorm teuer und zeitaufwendig, oder in vielen Fällen sogar unmöglich ist. Hierbei ist zu beachten, daß das einströmende Gas bei hoher Gasmenge möglichst eine niedrige Geschwindigkeit haben soll, um Sogbildung - und somit das Einströmen von Luft in die Bestrahlungskammer - zu vermeiden. Außerdem muß für ungehinderten Gasaustritt aus der Bestrahlungskammer, ohne Rückströmung von Luft, gesorgt werden. Erfahrungsgemäß reicht nur eine Spülung mit der 8 bis 15-fachen Inertgasmenge des Kammervolumens aus. Um Inertgas zu sparen wird deshalb bei gleichbleibenden Teilen einer Serie die Bestrahlungskammer weitgehend den Umrissen des zu bestrahlenden Teiles angepaßt und trotzdem sind auch bei einer solchen Bestrahlungsanlage die Kosten für den Inertgasverbrauch die höchsten Betriebskosten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweisen, d. h. die insbesondere ermöglichen, den Inertgasverbrauch auf ein Mindestmaß herabzusetzen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß man vor der Bestrahlungskammer eine Vakuum-Inertgasschleuse anordnet, die nach Einbringen des Gegenstandes evakuiert und mit Inertgas auf Normaldruck geflutet wird. Durch ein Schleusentor gelangt dann der Gegenstand in die Bestrahlungskammer, in der eine Inertgasatmosphäre bei Normaldruck herrscht.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Vernetzung von auf Trägermaterialien aufgebrachten Lacken auf Kunststoffbasis mittels ionisierender Strahlen, insbesondere Elektronenstrahlen, in einer Inertgasatmosphäre, die einen Abbruch der Härtungsreaktion durch Umsetzung des Lackes mit Sauerstoff verhindern soll, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den zu bestrahlenden, mit einer strahlenverhärtbaren Beschichtung versehenen Gegenstand vor den Einbringen in die mit Inertgas unter Normaldruck gefüllte Bestrahlungskammer durch das Schleusentor in eine direkt vor der Bestrahlungskammer angeordnete Vakuum-Inertgasschleuse einbringt, diese evakuiert, mit Inertgas auf Normaldruck flutet, und von dort aus den Gegenstand durch das Scheusentor in die Bestrahlungskammer einbringt, bestrahlt und nach der Bestrahlung in die mit Inertgas gefüllte Vakuum-Inertgasschleuse rücküberführt und nach Schließen des einen Schleusentors das andere Schleusentor öffnet und den Gegenstand ausführt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die im wesentlichen aus einer mit Inertgas befüllbaren Bestrahlungskamner und einer Quelle für ionisierende Strahlen besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß direkt vor der Bestrahlungskammer eine Vakuum-Inertgasschleuse angeordnet ist, die gegebenenfalls zusätzlich mit Spritzeinrichtungen zum Auftrag der strahlungshärtbaren Beschichtung versehen ist.
  • Gemäß der Erfindung wird somit das beschichtete Teil in eine Vakuum-Inertgasschleuse gebracht, die Kammer geschlossen, evakuiert auf einen Druck von 1 mbar, entsprechend einem Restsauerstoffgehalt von 200 ppm (bei 0,1 Torr 20 ppm), und dann mit Inertgas, z. B. Stickstoff, auf Normaldruck geflutet. Über ein Schleusentor kommt jetzt der inertisierte Gegenstand in den Bestrahlungsraum, welcher unter Normaldruck steht und ebenfalls mit Inertgas gefüllt ist. Hier wird die Lackschicht auf dem Formteil durch Bestrahlung gehärtet. Dabei kann das Formteil im Strahlungsbereich, je nach Oberflächenstruktur gedreht und gewendet werden, so daß alle lackierten Flächen gehärtet werden können. Die Ausschleusung erfolgt beim diskontinuierlichen Betrieb wieder zurück über die gleiche Vakuum-Inertgasschleuse, wobei der Pumpprozeß für das dort eingeflutete Inertgas entfällt. Das gehärtete Teil kann aus der Vakuumkammer herausgenommen werden, sobald das Schleusentor zwischen Vakuum-Inertgasschleuse und Bestrahlungsraum geschlossen ist. Bevorzugt wird man aber, zur optimalen Ausnutzung des Schleusenprozesses, das Aus- und Einschleusen der Teile miteinander kombinieren, so daß eine möglichst hohe Durchsatzrate erreicht werden kann.
  • Weitere Ausführungsformen gemäß der Erfindung bestehen darin, daß die Gegenstände halbkontinuierlich in einer Richtung laufen oder in Gegenverkehr betrieben werden, wobei dann aber mit 2 Vakuum-Inertgasschleusen gearbeitet wird, d. h. eine Vakuum-Inertgasschleuse befindet sich z. B. vor der Bestrahlungskammer und die andere hinter der Bestrahlungskammer.
  • Versuche haben ferner gezeigt, daß bei Verwendung der heute zur Verfügung stehenden Lacke die Blasenbildung durch das Austreten von Chemikalien niedrigen Dampfdruckes und gelösten Gasen im Lack auf die Ausbildung der Lackoberfläche keine negativen Einflüsse hat. Nach dem Belüften der Vakuumkammer, z. B. mit Stickstoff, bildet sich sofort wieder die ursprünglich durch den Beschichtungsvorgang erhaltene Oberfläche aus.
  • Dasselbe gilt auch bei der Grundierungsbeschichtung von Teilen aus mit Glasfasern verstärkten Kunststoffen, welche ja bekanntlich keine ganz geschlossene Oberfläche besitzen und deshalb mit einer durch kalte Strahlungshärtung hergestellten Grundierungsschicht versehen werden.
  • Der Zwischenprozeß der Evakuierung des beschichteten Teiles bringt den zusätzlichen Vorteil der teilweisen Sauerstoffentfernung aus dem Lack, da der im Lack gelöste Sauerstoff teilweise abgepumpt wird und somit zur Absättigung von Radikalen nicht mehr zur Verfügung steht. Es resultiert daraus eine höhere Vernetzungsdichte.
  • Weiterhin kann der Einbau von Sauerstoff in die Lackschicht bzw. die Adsorption von Sauerstoff auf der Lackschicht dadurch vermieden werden, daß der Beschichtungsprozeß, z. B. Spritzen oder Gießen oder Walzen des Lackes, in einen mit Inertgas gefluteten Raum verlegt wird. Beim Spritzen kommt noch hinzu, daß statt Luft selbstverständlich ein Inertgas als Spritzgas zum Zerstäuben des Lackes verwendet werden kann.
  • Eine Variante gemäß der Erfindung besteht darin, daß bereits der Spritzvorgang in die mit Inertgas geflutete Vakuum-Inertgasschleuse verlegt wird ; natürlich auch hier unter Verwendung von Stickstoff bzw. Inertgas als Druckmittel beim Spritzvorgang.
  • Als Strahlenquellen können gemäß der Erfindung alle dem Fachmann bekannten Strahlenquellen in Verbindung mit den dafür vorgesehenen strahlenhärtbaren Polymer-Systemen eingesetzt werden, z. B. UV- und Elektronenstrahlquellen. Vorzugsweise werden die Pasten nach Aufbringen durch Bestrahlung mittels Elektronen kalt ausgehärtet, vorzugsweise mittels Elektronen mit einer Energie zwischen 140 und 250 keV, insbesondere mit solchen mit einer Energie von 150 keV.
  • Bei der Elektronenstrahlhärtung werden im Vakuum aus einer Glühkathode durch Anlegen der Beschleunigungshochspannung Elektronen ausgelöst, beschleunigt und in einem Ablenksystem aufgefächert. Nach Durchtritt der Elektronen durch eine dünne Metallfolie können sie auf das Objekt einwirken. Da beim Abbremsen der Elektronen Röntgenstrahlung entsteht, sind der Elektronenbeschleuniger sowie Ein- und Auslauf in die Anlage mit Bleiblech abgeschirmt.
  • Besonders wichtig is bei der Anwendung von Elektronenstrahlen, daß die Bestrahlungskammer nicht für Vakuum ausgelegt wird, was in Verbindung mit dem Elektronenaustrittsfenster zu Schwierigkeiten führen würde. Beim Vakuumpumpen in der Bestrahlungskammer würde sich nämlich die Fensterfolie nicht mehr genügend an das Kühl- und Stützgitter anlegen und zu heiß werden.
  • Als strahlenhärtbare bzw. strahlenvernetzbare Beschichtungen werden gemäß der Erfindung vorzugsweise strahlenhärtbare Acrylatprepolymere, gegebenenfalls im Gemisch mit strahlenhärtbaren Acrylatmonomeren, eingesetzt. Unter dem Ausdruck strahlenhärtbar wird hier verstanden, daß die Substanzen strahlenpolymerisierbar und/oder strahlenvernetzbar sind. Zu den bevorzugt eingesetzten strahlenhärtbaren Acrylatprepolymeren gehören die mittels UV- und Elektronenstrahlen härtbaren Prepolymeren aus der Gruppe der Polyesteracrylate, der Polyurethanacrylate, der Polyätheracrylate, der Acrylat-AcryIat-Copolymere und der Epoxyacrylate.
  • Die Viskosität der eingesetzten Polymeren und Prepolymeren läßt sich durch den Zusatz von strahlenhärtbaren Monomeren oder geringen Mengen an Lösungsmitteln variieren.
  • Die strahlenhärtbaren Polymeren, Prepolymeren und/oder Monomeren und die Verfahren zur Strahlenhärtung sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus dem Artikel von A. Rosenberg « Oberflächenbeschichtungen härten mit Elektronenstrahlung » (Maschinenmarkt, Würzburg (1978) Seite 1249ff) und den Artikel von Dr. K. Fuhr « Die Strahlungstrocknung von Grundierungen und Lacken auf Holz und Holzwerkstoffen » (Deutsche Farbenzeitschrift Nr. 6 + 7 (1977) Seiten 257-264). Vertrieben werden derartige Prepolymer-Systeme beispielsweise von der Firma UCB Chemie GmbH.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Beispiele 1 bis 3 in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3, die gemäß der Erfindung besonders bevorzugte Ausführungsformen darstellen, erläutert, ohne sie jedoch darauf einzuschränken. Alle nicht in der Beschreibung und den Beispielen erwähnten, aber aus den Zeichnungen ersichtlichen Details gehören mit zur Offenbarung der Erfindung.
  • Figuren 1 bis 3 zeigen in schematischer Darstellung erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In den Fig. 1 bis 3 haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung :
    • 1 Schleusentor mit integrierter Röntgenstrahlabschirmung
    • 2 Vakuum-Inertgasschleuse
    • 3 Vakuumpumpenanschluß
    • 4 Objektoberseite
    • 5 Objektunterseite
    • 6 Inertgaseinlaß
    • 7 Schleusentor zur Bestrahlungskammer mit integrierter Röntgenstrahlabschirmung
    • 8 Bestrahlungskammer
    • 9 Strahlungsquelle
    • 10 Drehvorrichtung für Bestrahlungsgut
    • 11 Bewegungsrichtung für das Bestrahlungsgut
    • 12 Röntgenstrahlabschirmung
    • 13 Inertgasauffüllung
    • 14 Entlüftung der Vakuum-Inertgasschleuse
    • 15 in der Bestrahlungskammer 8 verschiebbares Schleusentor
    • 15'verschiebbares Schleusentor 15 in Stellung « Ende des 1. Bestrahlungsvorganges
    • 16 Dichtung zwischen Vakuum-Inertgasschleuse und Bestrahlungskammer
    • 17 Dichtung für Bewegungsvorrichtung für Objekt und Schleusentor zwischen Vakuum-Inertgasschleuse und Bestrahlungskammer
    • 18 Führung für Objekttisch und Schleusentor zwischen Vakuum-Inertgasschleuse und Bestrahlungskammer
    Beispiel 1
  • Dieses Beispiel arbeitet mit einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
  • Das unter Inertgas, mit Inertgas als Druckmittel, gespritzte Teil, z. B. ein Stoßfänger für Automobile, wird in die Vakuum-Inertgasschleuse 2 durch das Schleusentor 1 eingelegt. Nach Schließen des Schleusentors 1 wird auf einen Druck von 1 mbar oder darunter evakuiert, anschließend mit Inertgas auf Normaldruck geflutet, das Schleusentor 7 geöffnet, das Teil in die Bestrahlungskammer8 transportiert, das Schleusentor 7 geschlossen, das Teil unter dem Strahler hindurchgeführt, gewendet, wieder unter dem Strahler hindurchgeführt, das Schleusentor 7 geöffnet, das 1. Teil in die Vakuum-Inertgasschleuse 2 geschleust ; hierbei wird bereits das 2. Teil, das während der Bestrahlung eingeschleust wurde, im Wechsel von der Vakuum-Inertgasschleuse 2 in die Bestrahlungskammer8 gebracht. Das 1. Teil wird ausgeschleust und dabei bereits das 3. Teil wieder eingeschleust, solange das 2. Teil bestrahlt wird.
  • Der gesamte Inertgasverbrauch beschränkt sich dabei auf das Herstellen einer Inertgasatmosphäre in der Bestrahlungskammer 8 durch ein Spülen der Bestrahlungskammer mit einer Inertgasmenge, die ca. dem 10- bis 20-fachen des Bestrahlungskammervolumens entspricht, sowie dem Fluten der Vakuum-Inertgasschleuse 2 nach jedem Schleusenvorgang.
  • Bei dieser Arbeitsweise, d. h. unter Verwendung einer Vakuum-Inertgasschleuse 2 und doppelter Bestrahlungskammer 8 ergeben sich folgende Taktzeiten :
    Figure imgb0001
    • Beispiel 2
  • Dieses Beispiel arbeitet mit einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.
  • Die mit mehreren Kfz-Armaturen belegte Palette kommt aus dem Spritzautomaten, wo unter Inertgasatmosphäre mit Inertgas als Druckmittel gesprizt wurde, durch das Schleusentor 1 in die Vakuum-Inertgasschleuse 2. Das Schleusentor 1 wird geschlossen. Es wird auf 10-2 mbar evakuiert, anschließend mit Inertgas auf Normaldruck geflutet, das Schleusentor geöffnet und mit den lackierten Teilen in der Geschwindigkeit unter dem Strahler 9 in der Bestrahlungskammer 8 hindurchgefahren, so daß der Lack mit der nötigen Dosis vernetzt wird. Das Schleusentor 7 wird geschlossen, ein 2. Teil wird eingeschleust, das 1. Teil wird gedreht, das Schleusentor 7 wird nach Pump- und Flutvorgang wieder geöffnet, das 2. Teil von oben bestrahlt, das 1. Teil von unten bestrahlt. Das 2. Teil befindet sich jetzt in der Vakuum-Inertgasschleuse 2, das 1. Teil befindet sich im Bestrahlungsraum 8. Das 2. Teil wird gedreht, das 1. Teil wird ausgeschleust und gleichzeitig das 3. Teil eingeschleust.
  • Auch hier beschränkt sich der Inertgasverbrauch auf das einmalige Inertisieren der Bestrahlungskammer 8 und der weitere Verbrauch auf das jeweilige Ffuten der Vakuum-Inertgasschleuse 2 nach dem Ein- bzw. Ausschleusen der Teile.
  • Bei dieser Arbeitsweise, d. h. unter Verwendung einer Vakuum-Inertgasschleuse 2 und einer einfachen Bestrahlungskammer ergeben sich folgende Taktzeiten :
    Figure imgb0002
    • Beispiel 3
  • Dieses Beispiel arbeitet mit einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, bei der die Palette für das Bestrahlungsgut und das Schleusentor 15 zwischen Vakuum-Inertgasschleuse und Bestrahlungskammer fest miteinander verbunden sind.
  • Das unter Inertgasatmosphäre und mit Inertgas als Druckmittel beschichtete Teil wird von oben in die Vakuum-Inertgasschleuse 2 eingegeben. Der Deckel (nicht dargestellt in Fig. 3) zur Vakuum-Inertgasschleuse wird geschlossen, die Vakuum-Inertgasschleuse wird auf ein Vakuum .zwischen 1 mbar und 1 . 10-2 mbar evakuiert, die Vakuum-Inertgasschleuse wird mit Inertgas auf Normaldruck geflutet, Schleusentor 15 und Objekt 4 werden mit Hilfe der Stange 18 in einer Geschwindigkeit entsprechend der zu applizierenden Dosis unter dem Strahler9 bewegt, in Endstellung 15' wird das Objekt mit Hilfe der Stange 18 gedreht und unter dem Elektronenstrahler bei der Bestrahlung der Rückseite wieder in die Vakuum-Inertgasschleuse 2 zurückgeführt. Das Objekt wird aus der Vakuum-Inertgasschleuse herausgenommen, das 2. Objekt eingelegt und der Evakuierungsvorgang beginnt wieder von Neuem.
  • Wenn auch die Erfindung am Beispiel von Stoßstangen erläutert wurde, so bezieht sie sich auch auf Kleinteile, welche auf Paletten zusammengefaßt werden können. Beispielsweise werden Kfz-Armaturen und Felgen (Scheibenräder) analog den Stoßstangen bestrahlt. Rohre und Profile mit großen Längen werden analog in Vakuum-Inertgasschleuse und Bestrahlungskammer eingeschleust, wobei zur Reduzierung der Volumina Rohre für die Kammerwandungen verwendet werden können.

Claims (6)

1. Verfahren zur Vernetzung von auf Trägermaterialien aufgebrachten Lacken auf Kunststoffbasis mittels ionisierender Strahlen, insbesondere Elektronenstrahlen, in einer Inertgasatmosphäre, die einen Abbruch der Härtungsreaktion durch Umsetzung des Lackes mit Sauerstoff verhindern soll, dadurch gekennzeichnet, daß man den zu bestrahlenden, mit einer strahlenhärtbaren Beschichtung versehenen Gegenstand vor dem Einbringen in die mit Inertgas unter Normaldruck gefüllte Bestrahlungskammer (8) durch das Schleusentor (1) in eine direkt vor der Bestrahlungskammer (8) angeordnete Vakuum-Inertgasschleuse (2) einbringt, diese evakuiert, mit Inertgas auf Normaldruck flutet, und von dort aus den Gegenstand durch das Schleusentor (7) in die Bestrahlungskammer (8) einbringt, bestrahlt und nach der Bestrahlung in die mit Inertgas gefüllte Vakuum-Inertgasschleuse rücküberführt und nach Schließen des Schleusentors (7) das Schleusentor (1) öffnet und den Gegenstand ausführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die strahlenvernetzbare Beschichtung erst in der Vakuum-Inertgasschleuse (2) nach dem Fluten mit Inertgas auf den Gegenstand aufspritzt, wobei man als Spritzgas ein Inertgas einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Inertgas Stickstoff einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vakuum-Inertgasschleuse auf Vakuum von 1 mbar oder darunter evakuiert.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den mit der strahlenhärtbaren Beschichtung versehenen Gegenstand mit niederenergetischen Elektronenstrahlen von 150 bis 400 keV bestrahlt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 5, bestehend aus einer mit Inertgas befüllbaren Bestrahlungskammer (8) und einer Quelle (9) für ionisierende Strahlen, dadurch gekennzeichnet, daß direkt vor der Bestrahlungskammer (8) eine Vakuum-Inertgasschleuse (2) angeordnet ist, die gegebenenfalls zusätzlich mit Spritzeinrichtungen zum Auftrag der strahlenhärtbaren Beschichtung versehen ist.
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