EP1203267A1

EP1203267A1 - Beschichtungsmaterial sowie herstellungsverfahren für ein beschichtungsmaterial

Info

Publication number: EP1203267A1
Application number: EP00947846A
Authority: EP
Inventors: Michael Zimmer; Waldemar Weinberg; Horst Stedron; Inka Henze
Original assignee: Lkh Kunstoffwerk & Co KG GmbH; Carl Zeiss AG; LKH Kunststoffwerk GmbH and Co KG; Schott Glaswerke AG
Current assignee: ZIMMER, MICHAEL; Schott AG; LKH Kunststoffwerk GmbH and Co KG
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2002-05-08
Also published as: WO2001001202A1; DE19929523A1; CA2377691A1; JP2003503758A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial für ein elektrostatisches Druckverfahren mit Materialteilchen. Zur Erzeugung von Oberflächenbeschichtungen mit hoher Oberflächenqualität, insbesondere guter Kratzfestigkeit auf nahezu beliebigen Werkstoffen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen die Duromer-Bestandteile Harz und Härter aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Beschichtungsmateriales.

Description

Beschichtungsmaterial sowie Herstellungsverfahren für ein Beschichtungsmaterial

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial für ein elektrostatisches Druckverfahren mit Materialteilchen.

Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsmateriales wobei ein Kunststoff-Basiswerkstoff in einer Mischvorrichtung unter Temperatureinwirkung zu einer Tonerrohmasse gemischt wird, und wobei die Tonerrohmasse im Anschluß an die Mischvorrichtung zu

Tonerteilchen zerkleinert, beispielsweise granuliert wird.

Aus der EP 0 647 885 A1 ist ein Toner bekannt, der zum Bedrucken von Keramik- und Glaserzeugnissen verwendet wird. Die Tonerteilchen des Toners weisen einen Pigmentkern, bestehend aus keramischen Pigmenten, auf. Der Pigmentkern ist von einer Bindemittelharzhülle umgeben. An die Bindemittelharzhülle sind Ladungs- steuerungsmittel angekoppelt. Der Toner wird unter Zuhilfenahme eines elektrostatischen Kopierverfahrens auf ein mit Gummi-Arabikum beschichtetes Papier aufgebracht. Zur Fixierung wird auf das beschichtete Papier ein Klarlack aufgetragen. Anschließend kann das Papier auf das zu beschichtende Keramikoder Glaserzeugnis aufgelegt und befeuchtet werden. Das Papier läßt sich dann abziehen, wobei die Gummi-Arabikumschicht und die darauf aufgebrachte farbige Beschichtung auf dem Keramik- oder Glaserzeugnis anhaftet. Dies wird anschließend gebrannt, wodurch die Farbpigmente mit der Oberfläche des Erzeugnisses verschmelzen. Ein solcher Toner läßt sich nur für Keramik- und Glaserzeugnisse einsetzen.

Es sind auch Toner bekannt, die als Basiswerkstoff einen Thermoplasten aufweisen. Dieser ist mit Farbpigmenten und Ladungssteuerungsmitteln versetzt. Der Toner wird im elektrostatischen Druckverfahren auf ein zu beschichtendes Papier aufgebracht. Anschließend wird der beschichtete Träger bei einer Temperatur von 90° C - 1 70° C fixiert.

Diese Toner eignen sich nicht für die Beschichtung von Werkstoffen, bei denen hohe Anforderungen an die Oberflächenbeständigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit gestellt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Beschichtungsmaterial der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem sich Oberflächenbeschichtungen mit hoher Oberflächenqualität auf nahezu beliebigen Werkstoffen erzeugen lassen.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung ein solchen Beschichtungsmaterial bereitzustellen.

Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen die Duromer-Bestandteile Harz und Härter aufweist. Erfindungsgemäß wird also ein Beschichtungsmaterial bereitgestellt, das auf dem zu beschichtenden Werkstück einen duromerischen Überzug bildet. Hierbei werden die Eigenschaften des Duromers ausgenützt um gute Oberflächenqualitäten, insbesondere kratz- und wärmebeständige Oberflächen zu erzeugen.

Der Überzug kann beispielsweise ein Farbüberzug sein, mit dem die Oberfläche eines Werkstückes farblich gestaltet werden kann. Denkbar ist es auch, dass der Überzug dazu verwendet werden soll, die Oberflächeneigenschaften eines Werkstückes zu beeinflussen. Dabei kann die Verschleiß- oder Korrisionseigenschaft oder auch der Reibkoeffizient beeinflusst werden. Über elektrostatische Verfahren lässt sich das Beschichtungsmaterial gezielt an solchen Werkstückstellen anbringen, an denen die Oberfläche beeinflusst werden soll.

Um Oberflächen farblich gestalten zu können, werden dem Beschichtungsmaterial Farbmittel zugesetzt. Als Farbmittel können Pigmente oder Farbstoffe verwendet werden. Bei der Verwendung von Pigmenten eignen sich insbesondere Sulfide. Hierbei seien insbesondere auch die Zinksulfidpigmente erwähnt, die sich durch einen hohen Weißgrad und hohe Lichtechtheit auszeichnen. Aufgrund ihrer niedrigen Härte erzeugen sie nahezu keinen Werkzeugverschleiß und keine Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes. Der ZnS- Anteil dieser Zinksulfid-Pigmente wirkt als Trockenschmierstoff. Denkbar ist auch die Verwendung von anorganischen Buntpigmenten. Diese zeichnen sich vor allem durch eine hohe Deckfähigkeit aus. Erwähnt seien in diesem Zusammenhang auch

Chromoxid-Pigmente, die besonders licht-, wetter- und temperaturbeständig sind. Bei den Metallkomplex-Pigmenten zeichnen sich die Naphthol-AS-Pigmente durch Farbstärke, Lichtechtheit und Chemikalienbeständigkeit aus. Weiterhin eignen sich ebenfalls die Diazokondensations-Pigmente bei den Metallkomplex-Pigmenten, wenn der Werkstoff in rauhen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden soll. In diesem Zusammenhang zeichnen sich die Diazokondensations-Pigmente vor allem durch Lösemittel- und Migrationsechtheit, Temperaturbeständigkeit und Farbstärke gut aus. Ebenso sind diese Pigmente licht- und wetterecht.

Damit die Materialteilchen im elektrostatischen Druckverfahren auf das zu beschichtende Werkstück aufgebracht werden können, ist es nach einer Aus- gestaltungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Materialteilchen mit

Ladungssteuerungsteilchen beispielsweise Zink-Atomen versehen sind.

Die Ladungssteuerungsteilchen sollten dabei elektrostatisch aufgeladen oder elektrostatisch aufladbar sein.

Erfindungsgemäß kann als Harz ein Säurehärter oder ein Peroxid verwendet werden.

Zur Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften kann es vorgesehen sein, dass ein Teil der Materialteilchen als Füllstoff ausgebildet ist, beispielweise als Holzmehl, Cellulosepulver, Schalenmehl, Kernmehl, Aluminiumtrihydrat, Elektrokorund, Kryolith, Schwerspat, Blancfixe, Bariumferrit, Calciumcarbonat, Dolomit, Kohle, Graphit, Andalusit, Feldspat, Glimmer, Kaolin, Kieselgur, massive Mikrokugeln, hohle Mikrokugeln, Mullit, Olivin, Sillimanit, Nephelin, Talkum, Quarzsand, Quarzmehl, Schiefermehl, Siliciumcarbid und/oder Wollastonit. Mit den Füllstoffen kann die Dichte, der E-Modul, die Druck- und Biegefestigkeit, die Härte, die Formbeständigkeit in der Wärme, die Oberflächengüte und - je nach Füllstoffsorte - das antistatische Verhalten oder die Brandschutzwirkung des

Überzuges beeinflusst werden. Weiterhin können die Zug- und die Scherfestigkeit sowie die Wärmestandfestigkeit bei der Verwendung faserförmiger Füllstoffe verbessert werden.

Als Harz kann beispielsweise ein Phenol-, ein Harnstoff-, ein Melamin-, ein

Formaldehyd-, ein Epoxid- oder ein ungesättigtes Polyesterharz Verwendung finden.

Die Phenolharze zeichnen sich aufgrund ihres hohen Vernetzungsgrades durch eine hohe Festigkeit, Steifheit und Härte aus. Darüberhinaus haben sie eine geringe

Kriechneigung und besitzen, je nach zugesetztem Füllstoff, eine hohe Zähigkeit, eine hohe Formbeständigkeit in der Wärme, einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten, eine hohe Glutbeständigkeit, eine hohe Beständigkeit gegen organische Lösemittel und neutrale Chemikalien sowie schwache Säuren und Laugen, sind sie beständig gegen die Bildung von Spannungsrissen und sie sind schwer entflammbar.

Die Harnstoffharze zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

- hohe mechanische Festigkeit, Steifheit und Oberflächenhärte,

- hoher Oberflächenglanz

- sehr gute elektrische Eigenschaften

Die Melamin/Formaldehydharze lassen sich bevorzugt dann einsetzen, wenn hohe Oberflächenhärte und Kratzfestigkeit sowie hoher Oberflächenglanz gefordert ist. Darüberhinaus können diese Harze bei der Herstellung von lebensmittelechten Gegenständen verwendet werden.

Die ungesättigten Polyester zeichnen sich vor allem durch folgende Eigenschaften aus:

- hohe Festigkeit, Steifheit und Härte

- hohe Formbeständigkeit in der Wärme

- gutes elektrisches Isoliervermögen

- elektrostatische Aufladbarkeit

- hohe Witterungsbeständigkeit

Die Epoxidharze zeichnen sich vor allem durch folgende Eigenschaften aus:

- geringe Schwindung

- geringe Neigung zu Spannungsrissbildung - gute Haftung auf nahezu allen Werkstoffen

- hohe Chemikalienbeständigkeit

- gutes Dämpfungsvermögen

- hohe Formbeständigkeit in der Wärme und Wärmestandfestigkeit

- günstiges Alterungsverhalten - gute elektrische und dielektrische Eigenschaften

- geringe Brennbarkeit

- Geruch- und Geschmacksfreiheit

Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen als Basisbestandteil einen Thermoplasten aufweist, dessen Schmelztemperatur größer als 1 70 C° ist. Es hat sich gezeigt, dass gerade diese Thermoplasten sich zur Erzeugung kratzbeständiger Oberflächenbeschichtungen verwenden lassen.

Als Thermoplast kann beispielsweise ein PEEK-, ein SPS-, ein PAJ-, ein PSU- oder ein PSE-Werkstoff verwendet werden. Denkbar ist auch die Verwendung eines auf Polystyrolbasis aufgebauten Thermoplasten oder eines Epoxid-Bisphenol A-

Thermoplastes .

Zur Herstellung des vorbeschriebenen Beschichtungsmateriales kann beispielsweise als Mischvorrichtung ein Extruder verwendet werden. In diesen Extruder lassen sich Harz und Härter einbringen und hier auf eine Temperatur erwärmen, die größer als die Schmelztemperatur von Harz und Härter aber kleiner als die Duromer- Vernetzungstemperatur ist. In den Extruder können die Farbpigmente und die Ladungssteuerungsteilchen eingegeben werden, so dass eine vollständige und gleichmäßige Durchmischung von Harz, Härter, Farbpigmenten und Ladungssteue- rungsteilchen erfolgen kann. Nach der erfolgten Vermischung wird die Tonerrohmasse aus der Mischvorrichtung entnommen und abgekühlt. Anschließend läßt sie sich zerkleinern, beispielsweise granulieren, um so die einzelnen Materialteilchen herzustellen.

Claims

Ansprüche

1 . Beschichtungsmaterial für ein elektrostatisches Druckverfahren mit Materialteilchen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen die Duromer-Bestandteile Harz und Härter aufweist.

2. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen aus Farbmitteln besteht oder Farbmittel aufweist.

3. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbmittel ein anorgonisches Pigment, beispielsweise ein Oxid, ein Sulfid, ein Chromat oder ein organisches Pigment, ein Azopigment, ein

Metallkomplex-Pigment, ein Phthalocyanin-Pigment oder ein Polycyclisches Pigment ein Metalleffekt-Pigment, ein Perlglanz-Pigment, ein Tages- leuchtpigment, ein Phosphoreszenz-Farbmittel oder ein optischer Aufheller ist.

4. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialteilchen mit Ladungssteuerungsteilchen, beispielsweise

Zink-Atomen versehen sind.

5. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungssteuerungsteilchen elektrostatisch aufgeladen oder elektrostatisch aufladbar sind.

6. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter ein Säurehärter oder ein Peroxid, beispielsweise ein

Hydro-, ein Alkyl-, ein Acryl-, eine Acetylbenzol-, ein Ketal-, oder ein Ketonperoxid oder ein Perester ist.

7. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Materialteilchen als Füllstoff ausgebildet ist, beispielweise als Holzmehl, Cellulosepulver, Schalenmehl, Kernmehl, Aluminiumtrihydrat, Elektrokorund, Kryolith, Schwerspat, Blancfixe, Bariumferrit, Calciumcar- bonat, Dolomit, Kohle, Graphit, Andalusit, Feldspat, Glimmer, Kaolin, Kieselgur, massive Mikrokugeln, hohle Mikrokugeln, Mullit, Olivin, Sillimanit,

Nephelin, Talkum, Quarzsand, Quarzmehl, Schiefermehl, Siliciumcarbid und/oder Wollastonit.

8. Beschichtungsmaterial nach einem der Anprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

10 dass das Harz ein Phenol, ein Harnstoff-, ein Melamin-, ein Formaldehyd-, ein Expoxid- oder ein ungesättigtes Polyesterharz ist.

9. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

,5 dass das Duromer ein wärme-, UV-, und/oder IR-aushärtender Kunststoff ist.

10. Beschichtungsmaterial für ein elektrostatisches Druckverfahren mit Materialteilchen, 0 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Materialteilchen als Basisbestandteil einen Thermoplasten aufweist, dessen Schmelztemperatur größer als 170 C° ist.

1 1 . Beschichtungsmaterial nach Anspruch 10, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur des Thermoplasten im Bereich zwischen 170 C° und 300 C° liegt.

1 2. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 10 oder 1 1 , 0 dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast auf Polystyrolbasis aufgebaut, ein PEEK-, ein SPS-, ein PAJ- oder ein PSU-Werkstoff oder ein Epoxid-Bisphenol A ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsmaterials wobei ein 5 Kunststoff-Basiswerkstoff in einer Mischvorrichtung unter Temperatureinwirkung zu einer Tonerrohmasse gemischt wird, und wobei die Tonerrohmasse im Anschluß an die Mischvorrichtung zu Tonerteilchen 10 zerkleinert, beispielsweise granuliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff-Basiswerkstoff die Duromerbestandteile Harz und Härter in die Mischvorrichtung eingebracht werden.

,5 14. Verfahren nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz und der Härter in der Mischvorrichtung auf eine Temperatur gebracht oder gehalten werden, die gleich oder größer ist, als die Schmelztemperatur von Harz und Härter, aber kleiner als die Duromer- Vernetzungs- 0 temperatur, und dass die Tonerrohmasse im Anschluß an die Mischvorrichtung abgekühlt und dann zerkleinert wird.

1 5. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, 5 dadurch gekennzeichnet, dass in die Mischvorrichtung Farbpigmente und/oder Ladungssteuerungs- mittel eingebracht werden.